CN103353104A - 对冲燃烧锅炉低质量流速水循环系统设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种对冲燃烧锅炉低质量流速水循环系统设计方法，采用以下几个措施：锅炉采用∏型布置或塔形布置形式；锅炉燃烧系统采用前后墙多层燃烧器的布置方式；炉膛水冷壁流程结构为垂直管水冷壁的结构形式，且炉膛分为上下两部分，中间以过渡集箱相连接；炉膛水冷壁采用优化内螺纹管或标准内螺纹管；用水动力计算模型对锅炉炉膛水动力在各负荷工况下进行计算，确定回路划分和具体回路结构形式。本发明采用类似亚临界锅炉炉膛水循环设计的低质量流速，采用简单易行的垂直管水冷壁结构，且炉膛分为上下两部分，中间以过渡集箱相连接，同时又要在低质量流速条件下保证炉膛水冷壁能够得到足够的冷却，使得锅炉能够安全稳定并且节能高效的长期运行。

Description

对冲燃烧锅炉低质量流速水循环系统设计方法
技术领域
本发明涉及对冲燃烧锅炉炉膛水动力设计方法，尤其是对冲燃烧锅炉低质量流速水循环系统设计方法，属于大型火力发电成套设备领域。
背景技术
目前大型火力发电厂用燃煤燃油燃气超临界锅炉，常采用多次往复上升多通道炉膛设计或是采用螺旋炉膛设计。这两种炉膛设计都是采用一定的结构措施来提高锅炉水冷壁循环系统的质量流速，从而达到大幅提高水冷壁管内流动工质与水冷壁管壁之间的对流传热系数，使得有足够多的热量被工质吸收，避免水冷壁在高温环境下过热超温，维持锅炉稳定长期安全运行。
但这两种高质量流速的水循环系统各有自身的不足之处。对于往复上升多通道炉膛设计而言，在负荷要求锅炉在超临界压力以下工况运行时，负荷适应性不足，需承受由于维持炉膛在超临界压力以上所必须采取的节流措施所带来的电厂经济性下降的损失。而螺旋炉膛的设计虽然避免了以上多通道炉膛设计对负荷适应性的不足，但是却由于炉膛的结构过于复杂，从而造成设计、制造、运输、安装和运行维护等一系列过程中的难度和成本的提升。同时，两种设计均使得水冷壁管内工质处于超高流速流动状态，因此造成炉膛工质侧压降大幅度提高，对电厂热力循环系统中的给水泵压头提出了较高的要求，增大了厂用电的消耗。
由前节部分的描述中可以看出，目前超临界锅炉所广泛采用的两种循环系统设计中均存在自身结构特点所造成的不可克服的缺陷，这些缺陷只有采用新技术才能加以克服。
发明内容
为解决上述存在的问题，本发明提供一种对冲燃烧锅炉低质量流速水循环系统设计方法，在低质量流速条件下保证炉膛水冷壁能够得到足够的冷却，使得锅炉能够安全稳定并且节能高效的长期运行。
本发明的一种对冲燃烧锅炉低质量流速水循环系统设计方法，包括采用以下几个措施：
1、锅炉采用∏型布置或塔形布置形式；
2、锅炉燃烧系统采用前后墙多层燃烧器的布置方式；
3、炉膛水冷壁流程结构为垂直管水冷壁的结构形式，且炉膛分为上下两部分，中间以过渡集箱相连接；
4、炉膛水冷壁采用优化内螺纹管或标准内螺纹管；
5、用水动力计算模型对锅炉炉膛水动力在各负荷工况下进行计算，确定回路划分和具体回路结构形式，锅炉下炉膛质量流速选取在850～1200kg/m2·s范围之间。
通过以上的技术措施可以保证低质量流速锅炉炉膛的安全并克服高质量流速设计的锅炉在设计中的缺点。本发明的关键之处在改变原有设计的高质量流速的设计理念，采用类似亚临界锅炉炉膛水循环设计的低质量流速，采用简单易行的垂直管水冷壁结构，且炉膛分为上下两部分，中间以过渡集箱相连接，同时又要在低质量流速条件下保证炉膛水冷壁能够得到足够的冷却，使得锅炉能够安全稳定并且节能高效的长期运行。
具体实施方式：
下面结合具体的实施例对本发明进一步详细描述。
本发明为一种对冲燃烧锅炉低质量流速水循环系统设计方法，在对冲燃烧锅炉上要实现低质量流速的水动力设计必须采用以下几个措施：
1、锅炉采用Π型布置或塔形布置形式，炉膛大小由锅炉容量需求确定；
2、燃烧系统采用前后墙多层燃烧器的布置方式；
3、炉膛水冷壁流程结构由多次往复上升多通道炉膛或是螺旋管圈炉膛结构形式改变为类似于亚临界锅炉膛的垂直管水冷壁的结构形式，且炉膛分为上下两部分，中间以过渡集箱相连接；
4、炉膛水冷壁采用优化内螺纹管或标准内螺纹管，具体采用哪种管型有水动力计算的最终结果来确定。
5、采用水动力计算模型对锅炉炉膛水动力在各负荷工况下进行全面的计算，确定合理的回路划分和具体回路结构形式，锅炉下炉膛质量流速选取在850～1200kg/m2·s范围之间。
还可选取具有足够安全余量的管材作为炉膛水冷壁用材。
通过以上的技术措施可以保证低质量流速锅炉炉膛的安全并克服高质量流速设计的锅炉在设计中的缺点。
锅炉炉膛采用何种质量流速可使其水动力特性截然不同。在亚临界低质量流速的设计中，由于液态水的大量存在，重位压降在总阻力中起主导作用，流动沿程阻力和局部阻力所占份额较小。由于炉膛存在热偏差，在受热不同的管子之间就存在各种工质含汽率的不同，受热强的管子工质含汽率高，重位压头减小，而沿程阻力和局部阻力增加，但由于重位压头占主导地位，其下降的幅度大于流动阻力的增长幅度，所以受热强的管子中工质流动的总阻力要小于受热弱的管子。因此，在炉膛各回路之间为了达到阻力平衡，受热强的管子将得到较多的流量的补充以达到与弱受热管之间的压力平衡，这就是亚临界参数以下的低质量流速锅炉水动力所具备的“自补偿能力”，这一特性对锅炉水冷壁的安全是极为有利的。
但是在超临界条件下的高质量流速的炉膛设计中，导致重位压降在总阻力中的比重与亚临界相比大大下降，流动中的沿程阻力和局部阻力的比重升高。在炉膛热偏差存在热偏差的时候，受热强的管子由于流动阻力增加幅度大于重位压头减小的幅度，导致强受热管子的总阻力大于受热较弱的管子，同样为了在各回路之间平衡压降，就会使受热强的管子的工质流量反而会下降，这对锅炉炉膛的安全是极为不利的，这种“自补偿能力”的缺失成为现有高质量流速超临界直流锅炉的不可克服的天然缺陷。
通过采用“优化内螺纹管(OMLR)”或“标准内螺纹管(MLR)”，可以优化水冷壁管内工质的传热条件，使得工质传热能力大为提高。因此可以将炉膛水冷壁管内工质的质量流速大幅度降低，也能达到保证锅炉炉膛安全的目的，并由此使得炉膛循环系统获得对安全极为有利的“自补偿能力”，这种能力对锅炉低负荷运行时尤为重要，且这种设计简化了从设计直至运行维护全过程的难度和成本。
采用低质量流速设计的新型锅炉炉膛水循环系统的主要技术效果见下表。
表1  技术效果对比
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综上所述，无论多次往复上升多通道炉膛还是螺旋炉膛锅炉都分别存在各自的优势与不足，同时也存在相同的缺陷。而以低质量流速设计理念为先导，以“优化内螺纹管(OMLR)”或“标准内螺纹管(MLR)”和水动力计算方法为技术基础的新型炉膛设计可以综合它们的有点，克服其各自的缺点，代表了先进的锅炉炉膛水动力技术。
目前超临界锅炉所广泛采用的两种循环系统设计中均存在自身结构特点所造成的不可克服的缺陷。这些缺陷只有采用新技术新结构才能加以克服。对冲燃烧锅炉低质量流速水循环系统设计方法在燃用无烟煤的“W”型锅炉上已经成功的运用。其中关键之处在改变原有设计的高质量流速的设计理念，采用类似亚临界锅炉炉膛水循环设计的低质量流速，采用简单易行的垂直管水冷壁结构，同时又要在低质量流速条件下保证炉膛水冷壁能够得到足够的冷却，使得锅炉能够安全稳定并且节能高效的长期运行。

Claims (1)

1.一种对冲燃烧锅炉低质量流速水循环系统设计方法，包括采用以下几个措施：
(1)锅炉采用∏型布置或塔形布置形式；
(2)锅炉燃烧系统采用前后墙多层燃烧器的布置方式；
(3)炉膛水冷壁流程结构为垂直管水冷壁的结构形式，且炉膛分为上下两部分，中间以过渡集箱相连接；
(4)炉膛水冷壁采用优化内螺纹管或标准内螺纹管；
(5)用水动力计算模型对锅炉炉膛水动力在各负荷工况下进行计算，确定回路划分和具体回路结构形式，锅炉下炉膛质量流速选取在850～1200kg/m2·s范围之间。
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