CN114413276B - 一种与非均匀热负荷匹配的超临界二氧化碳锅炉冷却壁 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种与非均匀热负荷匹配的超临界二氧化碳锅炉冷却壁，包括均匀设于超临界二氧化碳锅炉内墙面上的若干冷却管，所述冷却管为偏心管，所述偏心管的偏心率与所述偏心管的热负荷成正相关。本申请考虑冷却壁周向非均匀热负荷及沿炉膛宽度方向的热负荷分布不均工况，采用偏心冷却壁管强化向火侧的换热，并通过合理布置不同热负荷区域偏心冷却壁管的偏心率使之与各炉膛受热面热负荷分布相匹配，从而提高换热效率，延长冷却壁管寿命，同时最高壁温的减小也有利于保障锅炉的安全高效运行，强化向火侧对流换热效果，有效降低冷却管壁周向温差。采用不同偏心率的偏心管，减小周向应力与超温爆管现象，延长管道有效寿命。

Description

一种与非均匀热负荷匹配的超临界二氧化碳锅炉冷却壁

技术领域

本申请涉及超临界二氧化碳锅炉燃煤发电技术领域，具体而言，涉及一种与非均匀热负荷匹配的超临界二氧化碳锅炉冷却壁。

背景技术

二氧化碳作为一种与非均匀热负荷匹配的锅炉冷却壁天然流体，无毒、不可燃、无色无味。CO₂的稳定性较好，对金属的腐蚀性也较小，且CO₂的临界参数较低，更容易达到超临界参数。这些先天优势使其可以成为代替水蒸汽，作为燃煤电厂的新的传热工质。当今中国燃煤发电依旧占据主导地位，煤电作为我国发电的主力电源这一基本事实不变。因此应用于燃煤发电的S-CO₂动力循环得到广泛关注和迅速发展。

超临界二氧化碳循环(S-CO₂循环)是指超临界CO₂连续流经加热器、汽轮机、冷却器、压缩机等部件，将热能转化为机械能的热循环。与传统的水-蒸汽朗肯循环相比，S-CO₂循环优点是效率高、体积小、对外界负荷变化响应快，且循环的工质参数一直维持在超临界压力以上，整个系统的高压运行确保了各部件紧凑的尺寸和低热惯性，减小压缩机和膨胀机成本。化石能源、核能、太阳能和废热等各种热源都可以驱动S-CO₂循环发电。超临界二氧化碳发电具有多重优点，首先纯CO₂工质化学性质不活泼，与金属化学反应微弱，可降低超高蒸汽参数火力发电对材料的要求，与超超临界水蒸汽发电系统相比，具有独特优势。其次，超临界压力下CO₂蒸气密度远大于水蒸汽，实现发电系统小型化，大大降低汽轮发电系统一次投资成本。再者，S-CO₂发电可大量节约水资源，特别适合我国国情。S-CO₂的研究是目前国内外研究的热点前沿领域，是未来能源领域的共性关键技术，在火力发电方面具有明显优势。随着能源结构的不断调整，超临界二氧化碳燃煤发电的研究，对于未来提高循环效率、节约能源、减少排放、超高参数火力发电的应用，具有着重要的实用价值和深远的意义。

在超临界CO₂燃煤发电厂中，以S-CO₂为冷却剂吸收煤燃烧化学能的S-CO₂燃煤锅炉是实现热源与燃煤动力循环耦合的关键部件。目前，传统水机组的超临界锅炉、超超临界锅炉技术十分成熟，商业运行普遍，然而S-CO₂锅炉在现阶段的相关资料设计较少，仍处于基础研究阶段，从工业化广泛应用的角度而言，依然存在关键科学问题没有解决。S-CO₂传热发生在冷却壁、再热器、过热器、冷却器等各种部件中，因此，深入了解S-CO₂传热对电厂安全运行至关重要。

冷却壁是S-CO₂锅炉的主要受热部件，布置在炉膛四周，起到冷却和保护炉墙的作用。冷却壁传热过程是一个复杂的问题，其直接受到炉内火焰和高温烟气的辐射换热，换热强度大，对安全性要求高。冷却壁内的S-CO₂处于高温高压下，远离临界区，且S-CO₂工质换热系数较小，导致冷却壁管的温度不均匀性较大，有可能发生超温爆管情况，影响管子的使用寿命。若部分冷却壁经常处于高温过热状态，受交变应力的作用，容易形成横向裂纹和高温腐蚀，严重影响冷却壁的安全稳定运行，锅炉工作的可靠性在很大程度上决定于这些冷却壁受热面的金属壁温是否超过所采用钢材在所受应力水平下的容许温度及温差产生的应力是否超过许用应力。超温还会迫使电厂降负荷运行或停炉检修，使设备可用率降低，发电成本增高，严重影响电厂的经济效益。

国内的大容量电站锅炉大多采用四角布置切圆燃烧方式，主要特点是每个燃烧器本身不会产生强烈的扰动，而是借助邻角煤粉气流的惯性力使燃烧火炬具有一定的旋转强度，对不均匀火焰进行掺混，故它相当于将整个炉膛作为一大型燃烧器，能对较多煤种进行稳定燃烧。但是，由于燃烧受到风粉分配偏差、风量偏差及煤质偏差等因素的影响，锅炉炉火燃烧并不均匀，进而导致炉膛不同位置的热负荷分布不均匀，S-CO₂锅炉的热负荷沿宽度方向呈现中间高两侧低的特点，且炉膛各墙结构、面积上都存在差异，所以四个炉膛面的热负荷大小也是非均匀的。

同时，由于炉膛内辐射传热占比份额最大，针对每根冷却壁管都存在向火侧与背火侧，所以冷却壁管还存在周向热负荷不均的情况，向火侧辐射热流最大，而背火侧辐射热流较小，使管壁周向温差较大，进而导致周向应力较大，降低冷却管使用寿命。且冷却工质由传统的水换成二氧化碳后，由于二氧化碳的传热系数更小，所以会导致更大的周向温差，同时还会使金属管壁最大温度较高，若在运行中超过材料许用温度则容易出现超温爆管事故，不利于锅炉安全稳定运行。

发明内容

导致S-CO₂锅炉冷却壁超温爆管的主要原因之一是冷却壁管束周向受热不均引起的周向应力较大及最大管壁温度较高超过材料的许用温度，所以控制或解决冷却壁超温爆管的问题，必须掌握管壁非均匀热负荷分布规律，强化冷却管在周向非均匀热流下的换热能力，减小冷却管壁周向温差，降低管壁最高温度。同时，实际运行中锅炉每面炉墙的热负荷大小也存在差异及不均匀性，因此还需掌握炉膛各壁面沿宽度方向的热负荷分布特性，通过对冷却壁管沿炉膛周向分布进行优化使之与非均匀热负荷分布相匹配，提高冷却壁换热能力。

鉴于此，本发明提供一种与非均匀热负荷匹配的超临界二氧化碳锅炉冷却壁，充分考虑冷却壁周向非均匀热负荷及沿炉膛宽度方向的热负荷分布不均工况，采用偏心冷却壁管强化向火侧的换热，降低壁面周向温差，减小周向应力，并通过合理布置不同热负荷区域偏心冷却壁管的偏心率使之与各炉膛受热面热负荷分布相匹配，从而提高换热效率，延长冷却壁管寿命，同时最高壁温的减小也有利于保障锅炉的安全高效运行。

为了实现上述目的，本申请提供了如下技术：

本申请第一方面提供了一种与非均匀热负荷匹配的超临界二氧化碳锅炉冷却壁，包括均匀设于锅炉内墙面上的若干冷却管，所述冷却管为偏心管，所述偏心管的偏心率与所述偏心管的热负荷成正相关。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述偏心管包括：

薄壁端的向火侧：所述偏心管的向火侧远离锅炉内墙面，且保持正面接收热辐射；

厚壁端的背火侧：所述偏心管的背火侧接触锅炉内墙面。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，正对锅炉内部的炉膛热辐射的偏心管，其两个圆心之间的连接垂直于所述锅炉冷却壁。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，从锅炉炉膛每面墙壁两端至墙壁中心，所述若干冷却管的偏心率逐渐增大。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，从锅炉炉膛每面墙壁两端至墙壁中心，所述若干冷却管的偏心率呈左右对称分布。

本申请第二方面提供了一种超临界二氧化碳锅炉冷却室，包括：

上述所述的一种与非均匀热负荷匹配的超临界二氧化碳锅炉冷却壁，所述超临界二氧化碳锅炉冷却室由所述锅炉冷却壁围合组成；

炉膛火焰区，由锅炉炉膛燃烧器喷出的火焰组成，热辐射能量通过锅炉四周偏心管冷却壁吸收。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述超临界二氧化碳锅炉冷却室包括：

前墙冷却壁，为一设于所述锅炉前墙上的偏心管冷却壁；

右墙冷却壁，为一设于所述锅炉右墙上的偏心管冷却壁；

后墙冷却壁，为一设于所述锅炉后墙上的偏心管冷却壁；

左墙冷却壁，为一设于所述锅炉左墙上的偏心管冷却壁；

所述超临界二氧化碳锅炉冷却室由所述前墙冷却壁、右墙冷却壁、后墙冷却壁和左墙冷却壁围合成矩形组成。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述超临界二氧化碳锅炉冷却室还包括：

前墙冷却壁偏心管，为组成所述前墙冷却壁的若干均匀铺设的偏心管；

右墙冷却壁偏心管，为组成所述右墙冷却壁的若干均匀铺设的偏心管；

后墙冷却壁偏心管，为组成所述后墙冷却壁的若干均匀铺设的偏心管；

左墙冷却壁偏心管，为组成所述左墙冷却壁的若干均匀铺设的偏心管。

与现有技术相比较，本申请能够带来如下技术效果：

1、本申请考虑冷却壁周向非均匀热负荷及沿炉膛宽度方向的热负荷分布不均工况，采用偏心冷却壁管强化向火侧的换热，降低壁面周向温差，减小周向应力，并通过合理布置不同热负荷区域偏心冷却壁管的偏心率使之与各炉膛受热面热负荷分布相匹配，从而提高换热效率，延长冷却壁管寿命，同时最高壁温的减小也有利于保障锅炉的安全高效运行；

2、本发明采用的偏心管冷却壁技术方案，可使冷却管壁周向换热更符合实际锅炉周向非均匀热流的特点，强化向火侧对流换热效果，有效降低冷却管壁周向温差。

3、本发明通过采用不同偏心率的偏心管，降低周向温差的同时也有效降低最大管壁温度，从而减小周向应力与超温爆管现象，延长管道有效寿命，降低运行维护成本，提高设备可用率的同时进一步保障锅炉安全高效运行。

4、本发明通过在炉膛四周各墙面合理布置不同偏心管使其偏心率与非均匀热负荷相匹配，热负荷大小不同的墙面及各墙的不同位置都能够匹配换热能力最适合的冷却管，高效吸收炉膛热量，提高热经济性。

5、一般的冷却壁管强化换热改造大都结构比较复杂还会增大冷却管压降，本发明提供的优化改造不仅简单有效且未使压降增大，为S-CO₂锅炉燃煤火力发电技术的发展提供了新的思路和帮助。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明中偏心管的横截面示意图；

图2为本发明中某一炉膛面沿宽度方向的偏心管布设示意图；

图3为本发明中整个锅炉炉膛的偏心管布设横截面示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1.前墙冷却壁，2.右墙冷却壁，3.后墙冷却壁，4.左墙冷却壁，5.前墙冷却壁偏心管，6.右墙冷却壁偏心管，7.后墙冷却壁偏心管，8.左墙冷却壁偏心管，9.炉膛火焰区。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

炉膛传热中辐射传热占比份额最大达到95％，每根冷却壁管都存在向火侧与背火侧，向火侧管壁受到的辐射传热最大，沿着两侧管壁逐渐减小直到背火侧受到的热辐射最小。传统冷却壁管壁厚度相同，不能较好地适应周向非均匀传热的实际工况，导致管壁周向温差较大，产生较大的周向应力不利于管材的长期安全使用，且对向火侧最大热辐射处的换热效果不够好导致最大管壁温度较高容易出现超温爆管的情况，影响安全运行。此外炉膛每面炉墙的热负荷大小也不相同，同时各墙沿宽度方向的热负荷也呈现中间大两边小的对称分布趋势，传统冷却壁管布置没有充分适应这种非均匀热负荷分布，冷却管换热能力与热负荷大小不匹配，不利于锅炉安全高效运行。

因此，为使冷却壁管适应炉膛内热辐射周向不均匀工况，降低管壁周向温差及最大管壁温度，从而减小周向应力以防止超温爆管，提高管材寿命，本发明对传统冷却壁管进行了偏心化改造使管壁分为厚侧和薄侧，两侧换热能力不同，令薄侧管壁布置在炉膛向火侧，针对此处较大的热负荷起到更好的换热效果以降低最大管壁温。冷却能力较差的厚侧布置在热负荷较小的背火侧，从而使冷却壁管能够更好的吸收周向不均匀热量，减小周向温差。衡量偏心程度的指标为偏心率，定义为偏心距与内外管径之差的比值，不同偏心率的偏心管两侧厚薄比不同，对应换热能力也不同。在保证冷却壁管安全运行的情况下，偏心率与偏心管的热负荷成正相关，在热负荷大的炉膛面布置偏心率较大的偏心管，热负荷相对较小的炉膛面布置偏心率较小的偏心管，使偏心管的偏心率与非均匀热负荷相匹配。由于每面炉墙沿宽度方向的热负荷基本呈中间大两边小的对称分布趋势，所以每面墙上的冷却壁管布置也遵循中间管偏心率大，往两边偏心率逐渐减小的原则，使偏心管的偏心率与非均匀热负荷相匹配，减小热负荷不均带来的负面影响，降低壁面最高温度以及周向温差，提高换热效率。

以此，本申请第一方面提供了一种与非均匀热负荷匹配的超临界二氧化碳锅炉冷却壁，包括均匀设于锅炉内墙面上的若干冷却管，所述冷却管为偏心管，所述偏心管的偏心率与所述偏心管的热负荷成正相关。

如附图1所示，超临界二氧化碳锅炉冷却壁，作为锅炉的组成部件，由若干均匀设置的冷却管组成固定安装在内墙面上，其具体安装方式不限制。偏心管的内径与外径圆心之间间距即为偏心距S，偏心距S与内外径之差(R-r)的比值即为偏心率，不同偏心率代表不同厚薄比及不同的换热能力。其中，偏心管薄侧为对应炉膛即炉膛火焰区9的向火侧；偏心管厚侧为背离炉膛即炉膛火焰区9的背火侧，向火侧所受热辐射最大，沿着两侧管壁所受热辐射逐渐减小，热辐射最小的背火侧对应偏心管的厚侧。

为了解决下述技术问题：传统冷却壁管壁厚度相同，不能较好地适应周向非均匀传热的实际工况，导致管壁周向温差较大，产生较大的周向应力不利于管材的长期安全使用，且对向火侧最大热辐射处的换热效果不够好导致最大管壁温度较高容易出现超温爆管的情况，影响安全运行。此外炉膛每面炉墙的热负荷大小也不相同，同时各墙沿宽度方向的热负荷也呈现中间大两边小的对称分布趋势，传统冷却壁管布置没有充分适应这种非均匀热负荷分布，冷却管换热能力与热负荷大小不匹配，不利于锅炉安全高效运行。本技术中，将采取偏心率与偏心管的热负荷成正相关的原则。

如图2所示，炉膛某一墙面上超临界二氧化碳锅炉冷却壁，沿宽度方向W的热负荷大小Q呈现中间大两边小的对称分布趋势，此墙面的偏心冷却壁管采用对称分布，中部偏心管偏心率最大，薄侧厚度最小，换热能力较好，对应中间最高热负荷，两侧偏心管偏心率逐渐减小，对应较小的炉膛热负荷，两端冷却管偏心率最小，对应炉膛角落最低热负荷。对传统冷却壁管进行偏心化改造，能够使管壁分为厚侧和薄侧，两侧换热能力不同，令薄侧管壁布置在炉膛向火侧，针对此处较大的热负荷起到更好的换热效果以降低最大管壁温。冷却能力较差的厚侧布置在热负荷较小的背火侧，从而使冷却壁管能够更好的吸收周向不均匀热量，减小周向温差。

衡量偏心程度的指标为偏心率，定义为偏心距与内外管径之差的比值，不同偏心率的偏心管两侧厚薄比不同，对应换热能力也不同。在保证冷却壁管安全运行的情况下，偏心率与偏心管的热负荷成正相关，在热负荷大的炉膛面布置偏心率较大的偏心管，热负荷相对较小的炉膛面布置偏心率较小的偏心管，使偏心管的偏心率与非均匀热负荷相匹配。由于每面炉墙沿宽度方向的热负荷基本呈中间大两边小的对称分布趋势，所以每面墙上的冷却壁管布置也遵循中间管偏心率大，往两边偏心率逐渐减小的原则，使偏心管的偏心率与非均匀热负荷相匹配，减小热负荷不均带来的负面影响，降低壁面最高温度以及周向温差，提高换热效率。

本发明对传统同心管进行了偏心化改造，使之较好地适应周向非均匀热负荷，减小周向温差，从而减小周向应力，显著提高管道使用寿命。同时薄侧较好的换热能力还可降低管壁最高温度，有效减少超温爆管现象，保障锅炉的安全运行。针对不同锅炉的炉膛墙面热负荷大小不同，则墙面整体布设偏心管的偏心率也随之变化，整体遵循热负荷与偏心率正相关的原则，锅炉设计时合理采用此原则可高效利用锅炉热量，提升换热效率。另一方面在进行单个墙面的冷却壁管布设时，遵循其沿宽度方向的热负荷分布规律，对偏心管的偏心率分布同样采用对称线性处理，保证炉膛各处偏心管换热能力大小与该处热负荷基本匹配，最大程度保证均匀性，保护受热管道，提高整体热经济性。本发明对传统冷却壁传热进行了优化改造，为S-CO₂锅炉燃煤发电技术的发展提供了新的思路和帮助。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述偏心管包括：

薄壁端的向火侧：所述偏心管的向火侧远离锅炉内墙面，且保持正面接收热辐射；

厚壁端的背火侧：所述偏心管的背火侧接触锅炉内墙面。

本发明采用的偏心管冷却壁与传统同心管冷却壁相比，充分考虑了由辐射传热及管壁结构布置造成的周向不均匀加热工况，通过偏心结构处理使管壁厚侧位于背火侧，管壁薄侧对应向火侧较高的辐射热流，起到更好的对流换热效果，使管壁温度飞升较小，最大管壁温度降低，减小超温爆管事故发生的概率。管壁周向温差也显著减小，从而减小周向应力，延长管道有效使用寿命，提高热效率与电厂经济效益。

如图2所示，热负荷大小Q最高点，炉膛火焰区9正对偏心管的向火端，此时偏心率最大。因此，偏心冷却壁管采用对称分布，中部偏心管偏心率最大，薄侧厚度最小，换热能力较好，对应中间最高热负荷，两侧偏心管偏心率逐渐减小，对应较小的炉膛热负荷，两端冷却管偏心率最小，对应炉膛角落最低热负荷。

本发明以S-CO₂锅炉为基础，对传统同心冷却壁管进行偏心化改造以适应炉膛内非均匀辐射热流，并采用不同偏心率的偏心管合理布置在炉膛各墙，使之与管壁非均匀热负荷相匹配，降低冷却管最大壁温及周向温差，保护冷却壁管安全运行，并推广至超临界二氧化碳燃煤火力发电领域，为如何控制和解决由热负荷分布不均引起的周向壁温偏差问题提供了新的技术思路。

因此，如图2所示，采用上述的对称分布，可以布置如下的偏心管布置结构。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，正对锅炉内部的炉膛热辐射的偏心管，其两个圆心之间的连接垂直于所述锅炉冷却壁。即炉膛火焰区9正对的锅炉冷却壁，此处的偏心管的两个圆心之间的连接垂直于所述锅炉冷却壁。此处的偏心管，偏心率最大，薄侧厚度最小，换热能力较好。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，从锅炉炉膛墙壁两端至墙壁中心，所述若干冷却管的偏心率逐渐增大。对应较大的炉膛热负荷，两端冷却管偏心率最小，对应炉膛角落最低热负荷。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，从锅炉炉膛墙壁两端至墙壁中心，所述若干冷却管的偏心率呈左右对称分布。同上。

实施例2

本实施例，采用上述实施例1的一种与非均匀热负荷匹配的超临界二氧化碳锅炉冷却壁，构成超临界二氧化碳锅炉冷却室，以此来用作S-CO₂锅炉冷却。

本申请第二方面提供了一种超临界二氧化碳锅炉冷却室，包括：

上述所述的一种与非均匀热负荷匹配的超临界二氧化碳锅炉冷却壁，所述超临界二氧化碳锅炉冷却室由所述锅炉冷却壁围合组成；

炉膛火焰区，由锅炉炉膛燃烧器喷出的火焰组成，热辐射能量通过锅炉四周偏心管冷却壁吸收。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述超临界二氧化碳锅炉冷却室包括：

前墙冷却壁1，为一设于所述锅炉前墙上的偏心管冷却壁；

右墙冷却壁2，为一设于所述锅炉右墙上的偏心管冷却壁；

后墙冷却壁3，为一设于所述锅炉后墙上的偏心管冷却壁；

左墙冷却壁4，为一设于所述锅炉左墙上的偏心管冷却壁；

所述超临界二氧化碳锅炉冷却室由所述所述前墙冷却壁1、右墙冷却壁2、后墙冷却壁3和左墙冷却壁4围合成矩形组成。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述超临界二氧化碳锅炉冷却室还包括：

前墙冷却壁偏心管5，为组成所述前墙冷却壁1的若干均匀铺设的偏心管；

右墙冷却壁偏心管6，为组成所述右墙冷却壁2的若干均匀铺设的偏心管；

后墙冷却壁偏心管7。为组成所述后墙冷却壁3的若干均匀铺设的偏心管；

左墙冷却壁偏心管8，为组成所述左墙冷却壁4的若干均匀铺设的偏心管。

如图3所示，本实施例，以某电厂锅炉为例，锅炉的炉膛横截面为矩形，共分为四部分，各部分墙面沿宽度方向偏心冷却管布设如图2所示。另外炉膛火焰区9投射到每面墙上的热负荷大小不相同，以某电厂锅炉为例，前墙冷却壁1所受热负荷最大，其对应前墙冷却壁偏心管5的偏心率最高，换热效果最好。右墙冷却壁2所受热负荷稍小，其对应右墙冷却壁偏心管6的偏心率相对略低，管壁厚薄比大小适中。后墙冷却壁3所受热负荷最小，其对应后墙冷却壁偏心管7的偏心率最小，能够较好地吸收该墙面所得到的辐射热量。左墙冷却壁4所受热负荷大小与右墙冷却壁2相近，其对应左墙冷却壁偏心管8的偏心率适中。

每一面壁面上的偏心管的设置原理一样，但是因为炉膛火焰区9对周围辐射的热量不同，所以每一侧壁面上，对应的偏心管接收的热辐射热量值是不同的，但是其并不影响通过本技术对锅炉进行冷却的效果。在实际运行中，不同锅炉各墙面的热负荷大小关系不同，需根据实际情况布设不同偏心率的冷却壁偏心管，在保证安全裕度的前提下总体上遵循热负荷与偏心率成正相关的原则，使偏心管分布基本与热负荷大小相匹配。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种与非均匀热负荷匹配的超临界二氧化碳锅炉冷却壁，其特征在于，包括：

均匀设于锅炉内墙面上的若干冷却管，其中，所述冷却管为偏心管；以及，

所述偏心管的偏心率沿锅炉炉膛周向变化；

所述偏心管的偏心率与所述偏心管的热负荷成正相关；

所述偏心管包括：

薄壁端的向火侧：所述偏心管的向火侧远离锅炉内墙面，且保持正面接收热辐射；

厚壁端的背火侧：所述偏心管的背火侧接触锅炉内墙面；

正对锅炉内部的炉膛热辐射的偏心管，其两个圆心之间的连接垂直于所述锅炉冷却壁；

从锅炉炉膛前墙、后墙、左墙、右墙两端至墙壁中心，所述若干冷却管的偏心率逐渐增大。

2.一种超临界二氧化碳锅炉冷却室，其特征在于，包括：

权利要求1所述的一种与非均匀热负荷匹配的超临界二氧化碳锅炉冷却壁，所述超临界二氧化碳锅炉冷却室由所述锅炉冷却壁围合组成；

炉膛火焰区，由锅炉炉膛燃烧器喷出的火焰组成，热辐射能量通过锅炉四周偏心管冷却壁吸收。

3.如权利要求2所述的超临界二氧化碳锅炉冷却室，其特征在于，所述超临界二氧化碳锅炉冷却室包括：

前墙冷却壁，为一设于所述锅炉前墙上的偏心管冷却壁；

右墙冷却壁，为一设于所述锅炉右墙上的偏心管冷却壁；

后墙冷却壁，为一设于所述锅炉后墙上的偏心管冷却壁；

左墙冷却壁，为一设于所述锅炉左墙上的偏心管冷却壁；

所述超临界二氧化碳锅炉冷却室由所述前墙冷却壁、右墙冷却壁、后墙冷却壁和左墙冷却壁围合成矩形组成。

4.如权利要求3所述的超临界二氧化碳锅炉冷却室，其特征在于，所述超临界二氧化碳锅炉冷却室还包括：

前墙冷却壁偏心管，为组成所述前墙冷却壁的若干均匀铺设的偏心管；

右墙冷却壁偏心管，为组成所述右墙冷却壁的若干均匀铺设的偏心管；

后墙冷却壁偏心管，为组成所述后墙冷却壁的若干均匀铺设的偏心管；

左墙冷却壁偏心管，为组成所述左墙冷却壁的若干均匀铺设的偏心管。

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