CN109611816B - 700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉的水冷壁及工作方法 - Google Patents
700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉的水冷壁及工作方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉的水冷壁及工作方法，该水冷壁包括前墙、右侧墙、后墙和左侧墙，通过充分考虑700℃二次再热锅炉的参数特点和吸热分配比例，将右侧墙和左侧墙布置垂直管圈膜式水冷壁，前墙布置垂直管圈一次再热膜式水冷壁，后墙布置垂直管圈二次再热膜式水冷壁；首先解决了700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉水冷壁通流面积大、流速偏低的问题；其次，显著降低了水冷壁管流量偏差的问题，有效抑制了水冷壁局部超温的问题；另外，布置一次再热水冷壁和二次再热水冷壁，增加了再热辐射受热面，有效解决了700℃二次再热锅炉一次再热和二次再热吸热比例显著升高的问题，同时避免了卧式侧墙对冲锅炉布置墙式再热器的难题。
Description
技术领域
本发明属于高效发电技术领域，具体涉及一种700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉的水冷壁及工作方法。
背景技术
700℃超超临界发电技术是未来高效发电的重要技术方向之一。为了追求更高的效率，美国、日本、欧洲从上世纪80年代开始相继开展了超超临界700℃发电技术的研究。从上世纪90年代末开始，欧洲、日本、美国、印度等国家和地区陆续启动了700℃超超临界发电技术研究计划，如欧洲的AD-700及后续系列计划，美国的USC计划(Ultra-SupercriticalSteam Project)，日本的A-USC计划、印度的Adv-USC等。1998年欧洲启动AD700(“高效超超临界发电计划”)项目，先后开展了700℃等级发电技术的可行性研究和材料基本性能提升、材料验证、部件验证等工作。除AD700之外，随着研究工作的开展，在欧盟内部又启动了大量的700℃发电技术支撑项目，包括MARCKO、COORETEC-TD1、COMTES700等，这些项目分别由欧盟、欧洲行业联盟、国家地方政府、企业等资助。欧洲关于700℃技术的研发走在了世界的前列，尽管遇到一些挫折，但还是积累了经验、获得了大量试验数据和重要结论，推动了欧洲700℃超超临界发电技术的发展。日本2008年开始进行A-USC项目的研究，目标是蒸汽温度达到700℃以上，日立最近还提出了蒸汽温度800℃的发展目标。包括基础技术研究、关键技术研究、试验机验证、商业化示范机组研制等阶段，其中关键技术开发包括系统设计、锅炉关键技术开发、汽轮机关键技术开发、高温阀门关键技术开发、实炉试验、旋转试验(包括高温阀)等。在日本，尽管国家层面的A-USC计划启动较晚，但日本的企业早已开始关键技术特别是新材料的开发，因此有较好的基础，研发计划非常周密。美国从2010年开始进行700℃超超临界发电技术研发，主要侧重于材料的性能试验和工艺试验，进行了技术经济分析，搭建了简单的锅炉过热器腐蚀试验回路，测试不同燃煤条件下的腐蚀程度。目前这些项目均已结束，美国政府尚未推出进一步的研究项目。
我国700℃发电技术的研究也紧跟世界步伐。国家能源局组织了“700℃联盟”，筛选和开发了一批高温合金材料，建成了700℃部件验证平台，完成了20000小时关键高温部件的验证，完成了主要设备的可行性研究。2015年，国内骨干发电企业基于“700℃计划”的阶段性成果，启动了“650℃发电机组”的研发和工程可行性研究。地方电力集团还启动了“251示范工程”，该项目设计供电煤耗可降至251g/kWh。2018年，国家科技部再次通过国家重点研发计划项目“700℃等级高效超超临界发电技术”资助华能集团牵头的研究团队深入开展700℃发电技术的研究，旨在该技术方向取得重大突破。
700℃超超临界二次再热锅炉是700℃发电技术的核心部件之一，国内外也提出了多种炉型结构，如п型锅炉、塔式锅炉、M型锅炉、卧式锅炉等。其中，700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉被认为是极具经济性的炉型之一，可以有效的缩短六大管道长度，显著降低高温镍基合金的用量。但是，经调研，目前现有的700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉普遍存在以下问题：首先，卧式侧墙对冲的炉型决定其前墙、右侧墙、后墙和左侧墙水冷壁结构差异巨大，流量分配均匀性普遍较差，易出现局布超温现象；其次，卧式侧墙对冲的炉型四面周长远大于常规炉型，四面墙全部布置水冷壁管的话，通流面积大，质量流速偏低，不利于传热；另外，由于700℃二次再热锅炉的一次再热和二次再热吸热比例显著升高，必须布置相应的辐射受热面，而卧式侧墙对冲的炉型在出口烟窗前布置墙式再热器难度较大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉的水冷壁及工作方法，本发明充分考虑700℃二次再热锅炉的参数特点和吸热分配比例，将右侧墙和左侧墙布置垂直管圈膜式水冷壁，前墙布置垂直管圈一次再热膜式水冷壁，后墙布置垂直管圈二次再热膜式水冷壁。该布置方法首先解决了700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉水冷壁通流面积大、流速偏低的问题；其次，由于右侧墙和左侧墙无论是几何结构还是热负荷分布均较为接近，显著降低了水冷壁管流量偏差的问题，有效抑制了水冷壁局部超温的问题；另外，布置一次再热水冷壁和二次再热水冷壁，增加了再热辐射受热面，有效解决了700℃二次再热锅炉一次再热和二次再热吸热比例显著升高的问题，同时避免了卧式侧墙对冲锅炉布置墙式再热器的难题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉的水冷壁，包括前墙1、右侧墙2、后墙3和左侧墙4；其中，前墙1包括前墙入口集箱11、前墙一次再热炉底水冷壁12、前墙一次再热水冷壁13、前墙一次再热炉顶水冷壁14和前墙出口集箱15；右侧墙2包括右侧墙第一入口集箱21、右侧墙第二入口集箱22、右侧墙水冷壁23、右侧墙出口集箱24、右侧墙折焰角25和右侧墙燃烧器孔26；后墙3包括后墙入口集箱31、后墙二次再热炉底水冷壁32、后墙二次再热水平水冷壁33、后墙二次再热水冷壁34和后墙出口集箱35；左侧墙4包括左侧墙第一入口集箱41、左侧墙第二入口集箱42、左侧墙水冷壁43、左侧墙出口集箱44、左侧墙折焰角45和左侧墙燃烧器孔46；
所述右侧墙2中，右侧墙第一入口集箱21和右侧墙第二入口集箱22均与右侧墙水冷壁23相连通，右侧墙水冷壁23与右侧墙出口集箱24相连通；右侧墙2中，位于右侧墙出口集箱24处的右侧墙水冷壁23上开有右侧墙折焰角25，右侧墙水冷壁23上开有右侧墙燃烧器孔26；
所述左侧墙4中，左侧墙第一入口集箱41和左侧墙第二入口集箱42均与左侧墙水冷壁43相连通，左侧墙水冷壁43与左侧墙出口集箱44相连通；左侧墙4中，位于左侧墙出口集箱44处的左侧墙水冷壁43上开有左侧墙折焰角45，左侧墙水冷壁43上开有左侧墙燃烧器孔46；右侧墙折焰角25和右侧墙燃烧器孔26的位置分别与左侧墙折焰角45和左侧墙燃烧器孔46的位置对应；右侧墙2和左侧墙4中通流的工质为来自锅炉省煤器的水；
所述前墙1中，前墙入口集箱11与前墙一次再热炉底水冷壁12相连通，前墙一次再热炉底水冷壁12依次与前墙一次再热水冷壁13、前墙一次再热炉顶水冷壁14和前墙出口集箱15相连通；前墙1中通流的工质为一次再热汽；
所述后墙3中，后墙入口集箱31与后墙二次再热炉底水冷壁32相连通，后墙二次再热炉底水冷壁32依次与后墙二次再热水平水冷壁33、后墙二次再热水冷壁34和后墙出口集箱35相连通；后墙3中通流的工质为二次再热汽；
所述右侧墙2和左侧墙4采用垂直管圈膜式水冷壁，所述前墙1采用垂直管圈一次再热膜式水冷壁，后墙3采用垂直管圈二次再热膜式水冷壁。
所述右侧墙2和左侧墙4的几何结构和热负荷分布均相同。
所述前墙入口集箱11的进气来自超高压缸的排汽，所述后墙入口集箱31的进气来自高压缸的排汽。
所述的700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉的水冷壁的工作方法，来自锅炉省煤器的水被分为四路，分别进入右侧墙第一入口集箱21、右侧墙第二入口集箱22、左侧墙第一入口集箱41和左侧墙第二入口集箱42；经过上述四个入口集箱的分配，水被均匀地送入右侧墙水冷壁23和左侧墙水冷壁43并进行加热，右侧墙水冷壁23升温后的水进入右侧墙出口集箱24，左侧墙水冷壁43升温后的水进入左侧墙出口集箱44，右侧墙出口集箱24和左侧墙出口集箱44的水汇合后被送入锅炉过热器系统；
来自超高压缸的排汽被送入前墙入口集箱11，后被均匀分配，并依次在前墙一次再热炉底水冷壁12、前墙一次再热水冷壁13、前墙一次再热炉顶水冷壁14进行加热，随后在前墙出口集箱15汇集，并送至一次再热系统的对流受热面；
来自高压缸的排汽被送入后墙入口集箱31，后被均匀分配，并依次在后墙二次再热炉底水冷壁32、后墙二次再热水平水冷壁33、后墙二次再热水冷壁34进行加热，随后在后墙出口集箱(35)汇集，并送至二次再热系统的对流受热面。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的一种700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉的水冷壁在具体操作时，充分考虑了700℃二次再热锅炉的参数特点和吸热分配比例，将右侧墙和左侧墙布置垂直管圈膜式水冷壁，前墙布置垂直管圈一次再热膜式水冷壁，后墙布置垂直管圈二次再热膜式水冷壁。该布置方法首先解决了700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉水冷壁通流面积大、流速偏低的问题；其次，由于右侧墙和左侧墙无论是几何结构还是热负荷分布均较为接近，显著降低了水冷壁管流量偏差的问题，有效抑制了水冷壁局部超温的问题；另外，布置一次再热水冷壁和二次再热水冷壁，增加了再热辐射受热面，有效解决了700℃二次再热锅炉一次再热和二次再热吸热比例显著升高的问题，同时避免了卧式侧墙对冲锅炉布置墙式再热器的难题。
附图说明
图1为本发明水冷壁整体展开图。
其中，1为前墙、2为右侧墙、3为后墙、4为左侧墙、11为前墙入口集箱、12为前墙一次再热炉底水冷壁、13为前墙一次再热水冷壁、14为前墙一次再热炉顶水冷壁、15为前墙出口集箱、21为右侧墙第一入口集箱、22为右侧墙第二入口集箱、23为右侧墙水冷壁、24为右侧墙出口集箱、25为右侧墙折焰角、26为右侧墙燃烧器孔、31为后墙入口集箱、32为后墙二次再热炉底水冷壁、33为后墙二次再热水平水冷壁、34为后墙二次再热水冷壁、35为后墙出口集箱、41为左侧墙第一入口集箱、42为左侧墙第二入口集箱、43为左侧墙水冷壁、44为左侧墙出口集箱、45为左侧墙折焰角、46为左侧墙燃烧器孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，本发明一种700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉的水冷壁系统，包括前墙1、右侧墙2、后墙3和左侧墙4。其中，前墙1包括前墙入口集箱11、前墙一次再热炉底水冷壁12、前墙一次再热水冷壁13、前墙一次再热炉顶水冷壁14和前墙出口集箱15；右侧墙2包括右侧墙第一入口集箱21、右侧墙第二入口集箱22、右侧墙水冷壁23、右侧墙出口集箱24、右侧墙折焰角25和右侧墙燃烧器孔26；后墙3包括后墙入口集箱31、后墙二次再热炉底水冷壁32、后墙二次再热水平水冷壁33、后墙二次再热水冷壁34和后墙出口集箱35；左侧墙4包括左侧墙第一入口集箱41、左侧墙第二入口集箱42、左侧墙水冷壁43、左侧墙出口集箱44、左侧墙折焰角45和左侧墙燃烧器孔46。
右侧墙2中，右侧墙第一入口集箱21和右侧墙第二入口集箱22均与右侧墙水冷壁23相连通，右侧墙水冷壁23与右侧墙出口集箱24相连通；右侧墙2中，还设计有右侧墙折焰角25和右侧墙燃烧器孔26；左侧墙4中，左侧墙第一入口集箱41和左侧墙第二入口集箱42均与左侧墙水冷壁43相连通，左侧墙水冷壁43与左侧墙出口集箱44相连通；左侧墙4中还设计有左侧墙折焰角45和左侧墙燃烧器孔46。右侧墙折焰角25和右侧墙燃烧器孔26的位置分别与左侧墙折焰角45和左侧墙燃烧器孔46的位置对应。右侧墙2和左侧墙4中通流的工质为来自锅炉省煤器的水。
前墙1中，前墙入口集箱11与前墙一次再热炉底水冷壁12相连通，前墙一次再热炉底水冷壁12依次与前墙一次再热水冷壁13、前墙一次再热炉顶水冷壁14和前墙出口集箱15相连通。前墙1中通流的工质为一次再热汽。
后墙3中，后墙入口集箱31与后墙二次再热炉底水冷壁32相连通，后墙二次再热炉底水冷壁32依次与后墙二次再热水平水冷壁33、后墙二次再热水冷壁34和后墙出口集箱35相连通。后墙3中通流的工质为二次再热汽。
作为本发明的优选实施方式，所述右侧墙2和左侧墙4采用垂直管圈膜式水冷壁，所述前墙1采用垂直管圈一次再热膜式水冷壁，后墙3采用垂直管圈二次再热膜式水冷壁。
作为本发明的优选实施方式，所述右侧墙2和左侧墙4的几何结构和热负荷分布均相同。
本发明的具体工作过程为：
来自锅炉省煤器的水被分为四路，分别进入右侧墙第一入口集箱21、右侧墙第二入口集箱22、左侧墙第一入口集箱41和左侧墙第二入口集箱42。经过上述四个入口集箱的分配，水被均匀地送入右侧墙水冷壁23和左侧墙水冷壁43并进行加热，右侧墙水冷壁23升温后的水进入右侧墙出口集箱24，左侧墙水冷壁43升温后的水进入左侧墙出口集箱44，右侧墙出口集箱24和左侧墙出口集箱44的水汇合后被送入锅炉过热器系统。
来自超高压缸的排汽被送入前墙入口集箱11，后被均匀分配，并依次在前墙一次再热炉底水冷壁12、前墙一次再热水冷壁13、前墙一次再热炉顶水冷壁14进行加热，随后在前墙出口集箱15汇集，并送至一次再热系统的对流受热面。
来自高压缸的排汽被送入后墙入口集箱31，后被均匀分配，并依次在后墙二次再热炉底水冷壁32、后墙二次再热水平水冷壁33、后墙二次再热水冷壁34进行加热，随后在后墙出口集箱35汇集，并送至二次再热系统的对流受热面。
采用上述具体操作时，首先解决了700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉水冷壁通流面积大、流速偏低的问题；其次，由于右侧墙2和左侧墙4无论是几何结构还是热负荷分布均较为接近，显著降低了水冷壁管流量偏差的问题，有效抑制了水冷壁局部超温的问题；另外，布置一次再热水冷壁和二次再热水冷壁，增加了再热辐射受热面，有效解决了700℃二次再热锅炉一次再热和二次再热吸热比例显著升高的问题，同时避免了卧式侧墙对冲锅炉布置墙式再热器的难题。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉的水冷壁，其特征在于，包括前墙(1)、右侧墙(2)、后墙(3)和左侧墙(4)；其中，前墙(1)包括前墙入口集箱(11)、前墙一次再热炉底水冷壁(12)、前墙一次再热水冷壁(13)、前墙一次再热炉顶水冷壁(14)和前墙出口集箱(15)；右侧墙(2)包括右侧墙第一入口集箱(21)、右侧墙第二入口集箱(22)、右侧墙水冷壁(23)、右侧墙出口集箱(24)、右侧墙折焰角(25)和右侧墙燃烧器孔(26)；后墙(3)包括后墙入口集箱(31)、后墙二次再热炉底水冷壁(32)、后墙二次再热水平水冷壁(33)、后墙二次再热水冷壁(34)和后墙出口集箱(35)；左侧墙(4)包括左侧墙第一入口集箱(41)、左侧墙第二入口集箱(42)、左侧墙水冷壁(43)、左侧墙出口集箱(44)、左侧墙折焰角(45)和左侧墙燃烧器孔(46)；
所述右侧墙(2)中，右侧墙第一入口集箱(21)和右侧墙第二入口集箱(22)均与右侧墙水冷壁(23)相连通，右侧墙水冷壁(23)与右侧墙出口集箱(24)相连通；右侧墙(2)中，位于右侧墙出口集箱(24)处的右侧墙水冷壁(23)上开有右侧墙折焰角(25)，右侧墙水冷壁(23)上开有右侧墙燃烧器孔(26)；
所述左侧墙(4)中，左侧墙第一入口集箱(41)和左侧墙第二入口集箱(42)均与左侧墙水冷壁(43)相连通，左侧墙水冷壁(43)与左侧墙出口集箱(44)相连通；左侧墙(4)中，位于左侧墙出口集箱(44)处的左侧墙水冷壁(43)上开有左侧墙折焰角(45)，左侧墙水冷壁(43)上开有左侧墙燃烧器孔(46)；右侧墙折焰角(25)和右侧墙燃烧器孔(26)的位置分别与左侧墙折焰角(45)和左侧墙燃烧器孔(46)的位置对应；右侧墙(2)和左侧墙(4)中通流的工质为来自锅炉省煤器的水；
所述前墙(1)中，前墙入口集箱(11)与前墙一次再热炉底水冷壁(12)相连通，前墙一次再热炉底水冷壁(12)依次与前墙一次再热水冷壁(13)、前墙一次再热炉顶水冷壁(14)和前墙出口集箱(15)相连通；前墙(1)中通流的工质为一次再热汽；
所述后墙(3)中，后墙入口集箱(31)与后墙二次再热炉底水冷壁(32)相连通，后墙二次再热炉底水冷壁(32)依次与后墙二次再热水平水冷壁(33)、后墙二次再热水冷壁(34)和后墙出口集箱(35)相连通；后墙(3)中通流的工质为二次再热汽；
所述右侧墙(2)和左侧墙(4)采用垂直管圈膜式水冷壁，所述前墙(1)采用垂直管圈一次再热膜式水冷壁，后墙(3)采用垂直管圈二次再热膜式水冷壁；
所述右侧墙(2)和左侧墙(4)的几何结构和热负荷分布均相同。
2.根据权利要求1所述的一种700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉的水冷壁，其特征在于，所述前墙入口集箱(11)的进气来自超高压缸的排汽，所述后墙入口集箱(31)的进气来自高压缸的排汽。
3.权利要求1或2所述的700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉的水冷壁的工作方法，其特征在于，来自锅炉省煤器的水被分为四路，分别进入右侧墙第一入口集箱(21)、右侧墙第二入口集箱(22)、左侧墙第一入口集箱(41)和左侧墙第二入口集箱(42)；经过上述四个入口集箱的分配，水被均匀地送入右侧墙水冷壁(23)和左侧墙水冷壁(43)并进行加热，右侧墙水冷壁(23)升温后的水进入右侧墙出口集箱(24)，左侧墙水冷壁(43)升温后的水进入左侧墙出口集箱(44)，右侧墙出口集箱(24)和左侧墙出口集箱(44)的水汇合后被送入锅炉过热器系统；
来自超高压缸的排汽被送入前墙入口集箱(11)，后被均匀分配，并依次在前墙一次再热炉底水冷壁(12)、前墙一次再热水冷壁(13)、前墙一次再热炉顶水冷壁(14)进行加热，随后在前墙出口集箱(15)汇集，并送至一次再热系统的对流受热面；
来自高压缸的排汽被送入后墙入口集箱(31)，后被均匀分配，并依次在后墙二次再热炉底水冷壁(32)、后墙二次再热水平水冷壁(33)、后墙二次再热水冷壁(34)进行加热，随后在后墙出口集箱(35)汇集，并送至二次再热系统的对流受热面。
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| 700℃超超临界锅炉壁温特性研究;刘旭聃;张忠孝;乌晓江;范浩杰;;锅炉技术(第06期);全文 * |
| 超超临界二次再热直流锅炉水冷壁水动力特性研究;张威;闫凯;王欢;车得福;;热能动力工程(第08期);全文 * |
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