CN108534118A - 一种超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构 - Google Patents

一种超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构，包括下部螺旋段水冷壁和上部垂直段水冷壁，上部垂直段水冷壁包括上部前墙水冷壁、上部侧墙水冷壁、后墙水冷壁凝渣管、折焰角水冷壁、水平烟道底部水冷壁和水平烟道侧墙水冷壁，下部螺旋段水冷壁和上部垂直段水冷壁由水冷壁中间混合集箱连接，下部螺旋段水冷壁的入口端设置有水冷壁入口集箱，上部垂直段水冷壁的出口端设置有水冷壁出口汇集集箱，水平烟道底部水冷壁通过凝渣管进口集箱与后墙水冷壁凝渣管连接，水平烟道底部水冷壁同时通过水平烟道水冷壁侧墙进口集箱与水平烟道侧墙水冷壁连接。本发明在优化汽水流程的同时消除了下段水冷壁的热偏差，更适合电站锅炉更大容量更高参数的发展方向。

Description

一种超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构
技术领域
本发明涉及电站锅炉的技术领域，更具体地讲，涉及一种超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构。
背景技术
图1示出了现有技术中锅炉水冷壁结构的结构示意图。如图1所示，在超临界及以上参数的电站锅炉中，采用直流的形式，即给水经过省煤器加热后进入锅炉炉膛，炉膛四周为全焊式膜式水冷壁，炉膛由下部螺旋段水冷壁2和上部垂直段水冷壁4两个不同的结构组成，两者间由水冷壁中间混合集箱3a和3b连接。上部垂直段水冷壁包括上部前墙水冷壁4a、上部侧墙水冷壁4b、后墙水冷壁凝渣管4c、水平烟道底部水冷壁4e、折焰角水冷壁4d以及水平烟道侧墙水冷壁4f。
图2示出了现有技术中锅炉水冷壁结构的汽水流程示意图。如图2所示，上述水冷壁结构的工质流程如下：工质引入水冷壁入口集箱1，流经下部螺旋段水冷壁管2a后大部分工质汇入水冷壁中间混合集箱3a和3b，汇入水冷壁中间混合集箱3a和3b的一部分工质进入上部垂直段水冷壁管中的上部前墙水冷壁4a和上部侧墙水冷壁4b，再进入水冷壁出口汇集集箱5；而汇入水冷壁中间混合集箱3a和3b的另一部分工质进入折焰角水冷壁4d及水平烟道底部水冷壁4e后再经过水烟道侧墙水冷壁4f进入水冷壁出口汇集集箱5；同时，流经下部螺旋段水冷壁管2a后的一小部分工质没有流经水冷壁中间混合集箱3a和3b而直接进入后水冷壁凝渣管4c后再汇入水冷壁出口汇集集箱5。
现有技术的上述结构和汽水流程有利于吊挂管的承载和疏水，但是从下部螺旋段水冷壁直接引一路没有经过水冷壁中间混合集箱3a和3b的工质进入后水冷壁凝渣管4c，而由于这一路工质没有经过中间混合的过程，因此在炉膛下部区域的工质热偏差被直接带到了上部区域。为了使上部区域的水冷壁凝渣管4c得到足够的冷却，以保证工质温度偏差和壁温水平在安全的范围内，该区域的下部螺旋管段的工质质量流速需要比下部其余螺旋段水冷壁的流速高。由此，上述结构布置不仅会使热偏差带入到上部水冷壁区域，也影响了下部螺旋段水冷壁壁温分布的均匀性。在机组参数不断提高的背景下，在材料许用温度存在天花板的限制下，减小热偏差的工作越来越精细，这种结构已经不能满足大容量高参数电站锅炉精细化控制工质侧热偏差的要求。
此外，图5A示出了现有技术的锅炉水冷壁结构中折焰角水冷壁的结构示意图。如图5A所示，现有技术为了延长煤粉在炉内的停留时间，设置了鼻状结构的折焰角水冷壁4d，该结构的顶点位置dd是采用较小半径圆弧过渡的转角形式，这可使得炉内烟气在上部炉膛水冷壁作一个迂回的流动，增加烟气在炉膛内的停留时间。但是由于烟气在鼻状区域转向时的流速低于上部烟气。因此鼻状区域连接水平烟道的区域4g成为容易积灰的区域，容易形成积灰也是采用当前技术面临的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种改进的水冷壁结构，优化汽水流程的同时消除下段水冷壁的热偏差；同时提供新的疏水点布置方式，实现全疏水；还优化了折焰角水冷壁结构的安装方式和折焰角水冷壁的结构。
本发明提供了一种超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构，所述水冷壁结构包括下部螺旋段水冷壁和上部垂直段水冷壁，所述上部垂直段水冷壁包括上部前墙水冷壁、上部侧墙水冷壁、后墙水冷壁凝渣管、折焰角水冷壁、水平烟道底部水冷壁和水平烟道侧墙水冷壁，所述下部螺旋段水冷壁和上部垂直段水冷壁由水冷壁中间混合集箱连接，所述下部螺旋段水冷壁的入口端连接至水冷壁入口集箱，所述上部垂直段水冷壁的出口端连接至水冷壁出口汇集集箱，所述水平烟道底部水冷壁通过凝渣管进口集箱与后墙水冷壁凝渣管连接，水平烟道底部水冷壁同时通过水平烟道水冷壁侧墙进口集箱与水平烟道侧墙水冷壁连接。
根据本发明超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构的一个实施例，工质引入水冷壁入口集箱并流经下部螺旋段水冷壁后全部进入水冷壁中间混合集箱进行全混合，再流经上部垂直段水冷壁后汇入水冷壁出口汇集集箱。
根据本发明超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构的一个实施例，工质从水冷壁中间混合集箱引出后，一部分工质进入上部前墙水冷壁和上部侧墙水冷壁后汇入水冷壁出口汇集集箱，另一部分工质进入折焰角水冷壁和水平烟道底部水冷壁后汇入水平烟道水冷壁出口集箱后分流，其中，所述另一部分工质中的一部分工质经过水平烟道水冷壁侧墙进口集箱进入水平烟道侧墙水冷壁后汇入水冷壁出口汇集集箱，所述另一部分工质中的另一部分工质经过凝渣管进口集箱进入后墙水冷壁凝渣管后汇入水冷壁出口汇集集箱。
根据本发明超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构的一个实施例，所述折焰角水冷壁为鼻状结构并且所述鼻状结构的顶点位置设置有垂直段，所述垂直段的高度H为500～3000mm。
根据本发明超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构的一个实施例，在所述折焰角水冷壁与水平烟道底部水冷壁连接处的上方区域设置吹灰器。
根据本发明超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构的一个实施例，在所述水平烟道水冷壁出口集箱至水平烟道水冷壁侧墙进口集箱的连接管上设置疏水点并在锅炉的左右两侧对称布置。
根据本发明超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构的一个实施例，在凝渣管进口集箱上单侧布置疏水点。
根据本发明超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构的一个实施例，所述疏水点的布置方式均为最低点布置。
根据本发明超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构的一个实施例，采用吊杆结构将折焰角水冷壁下部结构的荷载传递到凝渣管进口集箱上，其中，所述吊杆沿着锅炉的宽度方向均匀布置并且通过连接螺母与凝渣管进口集箱连接。
与现有技术相比，本发明提出了一种适用于超临界或超超临界直流锅炉的炉膛水冷壁结构，改变了原有的汽水流程。在新的汽水流程中，所有的工质在流经下部螺旋段水冷壁后会进行全混合，之后再进入上部垂直段水冷壁(前墙、侧墙、折焰角及水平烟道水冷壁)，将下段水冷壁的热偏差在一次全混合后消除，不再带入到上部水冷壁中，完全发挥螺旋管圈水冷壁工质热偏差小的优势，更适合目前电站锅炉更大容量更高参数的发展方向。同时本发明采用新的疏水点布置方式，对水冷壁系统做到全疏水；还对折焰角水冷壁结构采用新的吊挂形式，制造安装简便可行；采用了新的炉膛折焰角结构形式，可有效减缓积灰。
附图说明
图1示出了现有技术中锅炉水冷壁结构的结构示意图。
图2示出了现有技术中锅炉水冷壁结构的汽水流程示意图。
图3示出了根据本发明示例性实施例的超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构的结构示意图。
图4示出了根据本发明示例性实施例的超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构的汽水流程示意图。
图5A示出了现有技术的锅炉水冷壁结构中折焰角水冷壁的结构示意图，图5B示出了根据本发明示例性实施例的超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构中折焰角水冷壁的结构示意图。
图6A示出了现有技术的锅炉水冷壁结构中疏水点的布置结构示意图，图6B示出了根据本发明示例性实施例的超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构中疏水点的布置结构示意图。
图7A示出了现有技术的锅炉水冷壁结构中折焰角水冷壁的安装结构示意图，图7B示出了根据本发明示例性实施例的超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构中折焰角水冷壁的安装结构示意图。
附图标记说明：
1-水冷壁入口集箱、2-下部螺旋段水冷壁、2a-下部螺旋段水冷壁管、3a、3b-水冷壁中间混合集箱、4-上部垂直段水冷壁、4a-上部前墙水冷壁、4b-上部侧墙水冷壁、4c-后墙水冷壁凝渣管、4d-折焰角水冷壁、4e-水平烟道底部水冷壁、4f-水平烟道侧墙水冷壁、4g-折焰角水冷壁与水平烟道底部水冷壁的连接处、4h-吹灰器、4i-垂直段、dd-鼻状结构的顶点位置、5-水冷壁出口汇集集箱、6-凝渣管进口集箱、7-水平烟道水冷壁侧墙进口集箱、8-水平烟道水冷壁出口集箱、9-吊杆。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
由于现有技术中存在以下问题：
1)经过下部螺旋段水冷壁的工质没有全混合，将下部水冷壁的热偏差带到了上部，降低了锅炉系统的安全裕度。
2)为冷却后墙水冷壁凝渣管，这部分水冷壁管子需要更大的流量，导致上部水冷壁的汽水阻力大。
3)现有技术的炉膛中折焰角水冷壁与水平烟道之间的连接段容易积灰，安装方式也不够优化，疏水能力也较弱。
因此，本发明针对上述多个技术问题均提出了改进方案并提供了一种改良的超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构。
下面先对本发明超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构的结构和原理进行详细的说明。
图3示出了根据本发明示例性实施例的超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构的结构示意图。
如图3所示，根据本发明的示例性实施例，所述超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构包括下部螺旋段水冷壁2和上部垂直段水冷壁4，上部垂直段水冷壁4包括上部前墙水冷壁4a、上部侧墙水冷壁4b、后墙水冷壁凝渣管4c、折焰角水冷壁4d、水平烟道底部水冷壁4e和水平烟道侧墙水冷壁4f，下部螺旋段水冷壁2和上部垂直段水冷壁4由水冷壁中间混合集箱3a、3b连接，下部螺旋段水冷壁2的入口端连接至水冷壁入口集箱1，上部垂直段水冷壁4的出口端连接至水冷壁出口汇集集箱5。本发明将水平烟道底部水冷壁4e将凝渣管进口集箱6与后墙水冷壁凝渣管4c连接，水平烟道底部水冷壁4e同时通过水平烟道水冷壁侧墙进口集箱7与水平烟道侧墙水冷壁4f连接。
通过上述水冷壁结构的改进，所有工质在流经下部螺旋段水冷壁2后会进行全混合，之后再进入上部垂直段水冷壁4，从而能够将下段水冷壁的热偏差在通过一次全混合后消除，不再带入到上部水冷壁中，完全发挥了螺旋管圈水冷壁工质热偏差小的优势，更适合目前电站锅炉更大容量更高参数的发展方向。
图4示出了根据本发明示例性实施例的超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构的汽水流程示意图。
如图4所示，根据本发明的示例性实施例，工质引入水冷壁入口集箱1并流经下部螺旋段水冷壁2后全部进入水冷壁中间混合集箱3a、3b进行全混合，再流经上部垂直段水冷壁4后汇入水冷壁出口汇集集箱5。更具体地，工质从水冷壁中间混合集箱3a、3b引出后，一部分工质进入上部前墙水冷壁4a和上部侧墙水冷壁4b后汇入水冷壁出口汇集集箱5，另一部分工质进入折焰角水冷壁4d和水平烟道底部水冷壁4e后汇入水平烟道水冷壁出口集箱8后分流，其中，所述另一部分工质中的一部分工质经过水平烟道水冷壁侧墙进口集箱7进入水平烟道侧墙水冷壁4f后汇入水冷壁出口汇集集箱5，所述另一部分工质中的另一部分工质经过凝渣管进口集箱6进入后墙水冷壁凝渣管4c后汇入水冷壁出口汇集集箱5。
上述结构不仅通过一次全混合有效地消除了下部水冷壁的热偏差，而且由于热偏差更小，后墙水冷壁凝渣管4c的质量流速也可以降低，有效减小了水冷壁系统的汽水阻力，同时增强了下部水冷壁壁温分布的均匀性。
考虑到现有水冷壁结构中折焰角水冷壁4d的积灰情况，本发明对折焰角水冷壁4d的结构进行了改进。
图5A示出了现有技术的锅炉水冷壁结构中折焰角水冷壁的结构示意图，图5B示出了根据本发明示例性实施例的超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构中折焰角水冷壁的结构示意图。
如图5A和图5B所示，相对于现有技术中的折焰角水冷壁的结构，本发明中的折焰角水冷壁4d仍然为鼻状结构，但是在鼻状结构的顶点位置dd处设置有垂直段4i，该垂直段的高度H为500～3000mm。采用该结构之后，能够有效改变局部烟气的流场分布并延缓积灰。优选地，在折焰角水冷壁4d与水平烟道底部水冷壁4e连接处4g的上方区域设置吹灰器4h，以进一步限制这个区域的积灰。
并且，本发明所提供的新的水冷壁结构布置能够对应地设置更适合该结构的新的疏水点，实现水冷壁全疏水。
图6A示出了现有技术的锅炉水冷壁结构中疏水点的布置结构示意图，图6B示出了根据本发明示例性实施例的超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构中疏水点的布置结构示意图。
如图6A和图6B所示，相对于现有技术中的疏水点布置结构，本发明在水平烟道水冷壁出口集箱8至水平烟道水冷壁侧墙进口集箱7的连接管上设置疏水点并在锅炉的左右两侧对称布置。进一步优选地，还在凝渣管进口集箱6上单侧布置疏水点。此外，上述疏水点的布置方式均为最低点布置。
本发明在水平烟道水冷壁出口集箱8到水平烟道水冷壁侧墙进口集箱7的连接管上以及凝渣管进口集箱6上都设置了疏水点，完全实现本发明水冷壁结构的全疏水功能并满足全疏水的要求。
同时，为了降低制造和安装成本，本发明采用吊杆9将折焰角水冷壁4d下部结构的荷载传递到凝渣管进口集箱6上，其中，吊杆9沿着锅炉的宽度方向均匀布置并且通过连接螺母与凝渣管进口集箱6连接。安装时，可通过调节吊杆上的连接螺母调节荷载分布，整体协调控制，结构更为稳定，安装也更加简便。具体地，折焰角水冷壁4d同样沿着炉宽方向布置，并汇入水平烟道水冷壁出口集箱8，由钢梁悬吊的后墙水冷壁凝渣管4c竖直穿过折焰角水冷壁4d，并通过吊杆结构承载下部螺旋段水冷壁2的重量，很好地解决了本发明水冷壁结构的吊挂问题。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例：
以某1000MW等级超超临界参数的电站锅炉为例(主蒸汽参数为28MPa、605℃，再热蒸汽温度为603℃)。
采用本发明的咕噜水冷壁结构，在满负荷下，可降低后水冷壁的壁温偏差12℃，可有效降低上部水冷壁的汽水阻力0.012MPa。
并且，使用本发明的水冷壁结构之后，预计1000MW电站锅炉在运行一年后，水平烟道积灰量控制在0.4m厚度以内，远低于使用现有技术出现1m左右积灰情况的现状。并且，本发明可使得水冷壁结构全疏水，吊挂的制造安装更加简便。
综上所述，本发明能够将下部水冷壁的热偏差在通过一次全混合后消除并不再带入到上部水冷壁中，完全发挥螺旋管圈水冷壁工质热偏差小的优势。并且，由于热偏差更小，后墙水冷壁凝渣管的质量流速可以降低，减小水冷壁系统汽水阻力。新的折焰角水冷壁结构可有效减缓积灰，配合吹灰器投运后能够将电站锅炉的积灰限制在可控范围。新的水冷壁结构布置有适合该结构的新的疏水点，可实现水冷壁全疏水。采用新的吊挂形式安装折焰角水冷壁，可降低制造和安装成本。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构，所述水冷壁结构包括下部螺旋段水冷壁和上部垂直段水冷壁，所述上部垂直段水冷壁包括上部前墙水冷壁、上部侧墙水冷壁、后墙水冷壁凝渣管、折焰角水冷壁、水平烟道底部水冷壁和水平烟道侧墙水冷壁，所述下部螺旋段水冷壁和上部垂直段水冷壁由水冷壁中间混合集箱连接，所述下部螺旋段水冷壁的入口端连接至水冷壁入口集箱，所述上部垂直段水冷壁的出口端连接至水冷壁出口汇集集箱，其特征在于，所述水平烟道底部水冷壁通过凝渣管进口集箱与后墙水冷壁凝渣管连接，水平烟道底部水冷壁同时通过水平烟道水冷壁侧墙进口集箱与水平烟道侧墙水冷壁连接。
2.根据权利要求1所述超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构，其特征在于，工质引入水冷壁入口集箱并流经下部螺旋段水冷壁后全部进入水冷壁中间混合集箱进行全混合，再流经上部垂直段水冷壁后汇入水冷壁出口汇集集箱。
3.根据权利要求2所述超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构，其特征在于，工质从水冷壁中间混合集箱引出后，一部分工质进入上部前墙水冷壁和上部侧墙水冷壁后汇入水冷壁出口汇集集箱，另一部分工质进入折焰角水冷壁和水平烟道底部水冷壁后汇入水平烟道水冷壁出口集箱后分流，其中，所述另一部分工质中的一部分工质经过水平烟道水冷壁侧墙进口集箱进入水平烟道侧墙水冷壁后汇入水冷壁出口汇集集箱，所述另一部分工质中的另一部分工质经过凝渣管进口集箱进入后墙水冷壁凝渣管后汇入水冷壁出口汇集集箱。
4.根据权利要求1所述超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构，其特征在于，所述折焰角水冷壁为鼻状结构并且所述鼻状结构的顶点位置设置有垂直段，所述垂直段的高度H为500～3000mm。
5.根据权利要求4所述超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构，其特征在于，在所述折焰角水冷壁与水平烟道底部水冷壁连接处的上方区域设置吹灰器。
6.根据权利要求1所述超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构，其特征在于，在所述水平烟道水冷壁出口集箱至水平烟道水冷壁侧墙进口集箱的连接管上设置疏水点并在锅炉的左右两侧对称布置。
7.根据权利要求1所述超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构，其特征在于，在凝渣管进口集箱上单侧布置疏水点。
8.根据权利要求6或7所述超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构，其特征在于，所述疏水点的布置方式均为最低点布置。
9.根据权利要求1所述超临界或超超临界直流锅炉水冷壁结构，其特征在于，采用吊杆结构将折焰角水冷壁下部结构的荷载传递到凝渣管进口集箱上，其中，所述吊杆沿着锅炉的宽度方向均匀布置并且通过连接螺母与凝渣管进口集箱连接。
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