CN102798114B - 一种非均匀管径内螺纹管垂直管屏水冷壁布置方法 - Google Patents

一种非均匀管径内螺纹管垂直管屏水冷壁布置方法 Download PDF

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本发明涉及一种非均匀管径内螺纹管垂直管屏水冷壁布置方法，其特征在于：采用垂直管屏一次上升水冷壁，垂直管屏采用非均匀管径的内螺纹管；将垂直管屏沿炉膛宽度或深度方向划分为多组水冷壁管屏组，每组水冷壁管屏组由具有相同平均内径的内螺纹管组成，根据具体情况，每组水冷壁管屏组的宽度在1～8m范围内；每组水冷壁管屏组中各内螺纹管的最大、最小流量与其平均流量的差值不超过其平均流量的5％。本发明省去了传统水冷壁下部的节流圈，同时管内工质为中低质量流速，降低了水冷壁的压降和水泵功耗，节约了锅炉的运行成本。

Description

一种非均匀管径内螺纹管垂直管屏水冷壁布置方法
技术领域
本发明涉及一种锅炉水冷壁布置方法，尤其涉及一种非均匀管径内螺纹管垂直管屏水冷壁布置方法。
背景技术
我国一次能源消耗以煤炭为主，燃煤发电量占总发电量的75％左右。由于电力是最大的煤炭用户，保障燃煤电厂锅炉的安全运行，减少由于热偏差引起的水冷壁爆管事故是提高煤炭利用率一个主要途径。当前我国发电站在朝着高参数、大容量和大型化的超超临界机组方向发展。无论采用四角切圆燃烧方式、旋流燃烧方式还是前后墙对冲燃烧方式，炉膛均避免不了热负荷分布不均匀的问题，在实际运行中很容易导致水冷壁内的工质发生流量偏差和工质温度不均匀，严重时能够造成水冷壁局部管壁超温爆管事故。
当前我国火力发电主要以超临界锅炉为主。对于超临界锅炉，锅炉设计中主要采用两种方法来消除热偏差，即下炉膛采用螺旋管圈水冷壁以及加装节流圈等。二者各有优缺点。螺旋管圈水冷壁对管子制造公差所引起的水动力偏差的敏感性较小，运行中不易堵塞，各根管受热较均匀，管间温度偏差小，在所有负荷范围内均高于由偏离核态沸腾(DNB)所决定的界限质量流速，能安全地用于变压运行。螺旋管圈水冷壁的缺点是：管内质量流速大，炉膛水冷壁系统的流动阻力大，增加了给水泵的功率消耗；水冷壁管螺旋倾斜上升，在水冷壁上设计开孔很困难，由于容量的进一步增大受到螺旋管圈水冷壁吊挂结构复杂化和管带过宽热偏差增大的限制；水冷壁系统结构复杂、炉墙密封性较差；水冷壁支撑和刚性梁结构复杂；螺旋管圈水冷壁的维护和检修比垂直管屏水冷壁复杂。与螺旋上升管圈水冷壁相比，由内螺纹管组成的垂直管屏水冷壁克服了螺旋上升管圈水冷壁的缺点，有其自身的优点：内螺纹管具有良好的传热特性，能维持核态沸腾，从而抑制金属温度的升高；由于内螺纹管的传热强化作用，可在水冷壁中采用较低质量流速，因此水冷壁阻力较小；安装焊缝少，大大减少了安装工作量；水冷壁本身、支撑结构和刚性梁结构简单；维护和检修较易；检查和更换管子较方便，安装焊口数量较少。垂直管屏水冷壁也存在着难以克服的缺点：水冷壁管径细，热敏感性强；对运行控制要求高且内螺纹管造价较高；需要装设节流孔圈，增加了水冷壁下集箱结构的复杂性；在运行特性方面不如螺旋管圈水冷壁，由于受到管径的限制，在较低负荷运行时，较难保证必要的质量流速；垂直管屏沿炉膛周界和各面墙的水冷壁出口温度的偏差较螺旋管圈要大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了降低锅炉的维护费用和锅炉运行的复杂程度，同时又要兼顾炉膛水动力的安全，提供一种既能安装维护方便、低成本运行、运行要求低的锅炉水冷壁布置形式。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种非均匀管径内螺纹管垂直管屏水冷壁布置方法，其特征在于：采用垂直管屏一次上升水冷壁，垂直管屏采用非均匀管径的内螺纹管；将垂直管屏沿炉膛宽度或深度方向划分为多组水冷壁管屏组，每组水冷壁管屏组由具有相同平均内径的内螺纹管组成，根据具体情况，每组水冷壁管屏组的宽度在1～8m范围内；每组水冷壁管屏组中各内螺纹管的最大、最小流量与其平均流量的差值不超过其平均流量的5％；
各组水冷壁管屏组的内螺纹管的平均内径原则上与热负荷分布呈正向相关；位于炉膛热负荷较高的炉墙区域的水冷壁管屏组采用较大平均内径的内螺纹管，位于炉膛热负荷较低的炉墙区域的水冷壁管屏组采用较小平均内径的内螺纹管；
各组水冷壁管屏组的内螺纹管的平均内径根据各内螺纹管由于受热不均匀所引起的不同阻力来确定，保证热负荷高的水冷壁管屏组的单管平均流量大于热负荷低的水冷壁管屏组的单管平均流量，且水冷壁管屏组的单管平均流量与整个垂直管屏的单管平均流量的差值不超过整个垂直管屏的单管平均流量的10％。
优选地，各所述内螺纹管与其相邻的内螺纹管内工质的温差不大于50℃。
优选地，各所述内螺纹管的壁厚须保证管道能够承受管内工质压力所产生的应力。
优选地，各所述内螺纹管的平均内径采用充水法来确定。
优选地，所述水冷壁采用低质量流速垂直水冷壁管屏，保证质量流速在300～1500kg/(m2·s)的范围内。
本发明采用非均匀管径内螺纹管垂直管屏水冷壁，使水冷壁垂直管屏各管内的工质流量分配更加合理，减小了各管内工质的温度偏差，降低了水冷壁发生爆管事故的风险。垂直上升管屏水冷壁使支撑结构和刚性梁结构简单；维护和检修较易；检查和更换管子较方便，降低了锅炉的制造维护成本。本发明省去了传统水冷壁下部的节流圈，同时管内工质为中低质量流速，降低了水冷壁的压降和水泵功耗，节约了锅炉的运行成本。
附图说明
图1为实施例中公开的一种非均匀管径内螺纹管垂直管屏水冷壁布置方法的示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
工质从炉膛下部集箱进入水冷壁，在水冷壁中吸热升温后进入水冷壁出口集箱。本实施例公开了一种上述水冷壁的布置方法，其具体步骤为：
采用垂直管屏一次上升水冷壁，垂直管屏采用非均匀管径的内螺纹管。如图1所示，将垂直管屏沿炉膛宽度方向划分为五组水冷壁管屏组，分别为水冷壁管屏组A1、水冷壁管屏组A2、水冷壁管屏组A3、水冷壁管屏组A4及水冷壁管屏组A5；或沿炉膛深度方向划分为五组水冷壁管屏组，分别为水冷壁管屏组B1、水冷壁管屏组B2、水冷壁管屏组B3、水冷壁管屏组B4及水冷壁管屏组B5。每组水冷壁管屏组由具有相同平均内径的内螺纹管组成，根据具体情况，每组水冷壁管屏组的宽度在1～8m范围内；每组水冷壁管屏组中各内螺纹管的最大、最小流量与其平均流量的差值不超过其平均流量的5％。
各组水冷壁管屏组的内螺纹管的平均内径原则上与热负荷分布呈正向相关；位于炉膛热负荷较高的炉墙区域的水冷壁管屏组采用较大平均内径的内螺纹管，位于炉膛热负荷较低的炉墙区域的水冷壁管屏组采用较小平均内径的内螺纹管；
各组水冷壁管屏组的内螺纹管的平均内径根据各内螺纹管由于受热不均匀所引起的不同阻力来确定，保证热负荷高的水冷壁管屏组的单管平均流量大于热负荷低的水冷壁管屏组的单管平均流量，且水冷壁管屏组的单管平均流量与整个垂直管屏的单管平均流量的差值不超过整个垂直管屏的单管平均流量的8％。
根据上述原则，在图1中，水冷壁管屏组A1、水冷壁管屏组A2、水冷壁管屏组A3、水冷壁管屏组A4及水冷壁管屏组A5的内螺纹管的平均内径分别为：20mm、20.5mm、21mm、20.5mm、20mm。水冷壁管屏组B1、水冷壁管屏组B2、水冷壁管屏组B3、水冷壁管屏组B4及水冷壁管屏组B5内螺纹管的平均内径分别为：20mm、20.5mm、21mm、20.5mm、20mm。在本实施例中，各内螺纹管的平均内径采用充水法来确定。其各内螺纹管与其相邻的内螺纹管内工质的温差不大于50℃。
各内螺纹管的壁厚须保证管道能够承受管内工质压力所产生的应力。例如，对于某种锅炉水冷壁管材料，若管内工质的压力为30MPa，则各内螺纹管的平均壁厚应不少于8mm。
在上述方法中，采用低质量流速垂直水冷壁管屏，保证质量流速在300～800kg/(m2·s)的范围内。
本发明采用非均匀管径内螺纹管垂直管屏水冷壁，使水冷壁垂直管屏各管内的工质流量分配更加合理，减小了各管内工质的温度偏差，降低了水冷壁发生爆管事故的风险。垂直上升管屏水冷壁使支撑结构和刚性梁结构简单；维护和检修较易；检查和更换管子较方便，降低了锅炉的制造维护成本。本发明省去了传统水冷壁下部的节流圈，同时管内工质为中低质量流速，降低了水冷壁的压降和水泵功耗，节约了锅炉的运行成本。

Claims (5)

1.一种非均匀管径内螺纹管垂直管屏水冷壁布置方法，其特征在于：采用垂直管屏一次上升水冷壁，垂直管屏采用非均匀管径的内螺纹管；将垂直管屏沿炉膛宽度或深度方向划分为多组水冷壁管屏组，每组水冷壁管屏组由具有相同平均内径的内螺纹管组成，根据具体情况，每组水冷壁管屏组的宽度在1～8m范围内；每组水冷壁管屏组中各内螺纹管的最大、最小流量与其平均流量的差值不超过其平均流量的5％；
各组水冷壁管屏组的内螺纹管的平均内径原则上与热负荷分布呈正向相关；位于炉膛热负荷较高的炉墙区域的水冷壁管屏组采用较大平均内径的内螺纹管，位于炉膛热负荷较低的炉墙区域的水冷壁管屏组采用较小平均内径的内螺纹管；
各组水冷壁管屏组的内螺纹管的平均内径根据各内螺纹管由于受热不均匀所引起的不同阻力来确定，保证热负荷高的水冷壁管屏组的单管平均流量大于热负荷低的水冷壁管屏组的单管平均流量，且水冷壁管屏组的单管平均流量与整个垂直管屏的单管平均流量的差值不超过整个垂直管屏的单管平均流量的10％。
2.如权利要求1所述的一种非均匀管径内螺纹管垂直管屏水冷壁布置方法，其特征在于：各所述内螺纹管与其相邻的内螺纹管内工质的温差不大于50℃。
3.如权利要求1所述的一种非均匀管径内螺纹管垂直管屏水冷壁布置方法，其特征在于：各所述内螺纹管的壁厚须保证管道能够承受管内工质压力所产生的应力。
4.如权利要求1所述的一种非均匀管径内螺纹管垂直管屏水冷壁布置方法，其特征在于：各所述内螺纹管的平均内径采用充水法来确定。
5.如权利要求1所述的一种非均匀管径内螺纹管垂直管屏水冷壁布置方法，其特征在于：所述水冷壁采用低质量流速垂直水冷壁管屏，保证质量流速在300～1500kg/(m2·s)的范围内。
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