600mw垂直水冷壁超临界锅炉的设计

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1、600MW垂直水冷壁超临界锅炉的设计随着我国火力发电事业的迅速发展和对环境保护的需要，提高机组效率、降低单位能耗，因而大力减少煤耗量和污染物总排放量如CO2、SO2、NOX、飞灰等已成为当务之急，发展超临界以致超超临界机组，以及采用低NOx燃烧和尾部脱硫装置等均是重要途径之一。此外，随着机组调峰和两班制运行的需要，旧式的定压运行超临界机组已不能适应，因此世界上八十年代以来新投运的超临界机组绝大部分采用变压运行。此种超临界锅炉的关键部件之一的水冷壁则有螺旋管圈和垂直管圈两种型式。哈尔滨锅炉责任有限公司在开发采用这两种型式的水冷壁

2、管圈的变压运行超临界锅炉均做了大量工作。本文对采用内螺纹管垂直水冷壁的600MW超临界锅炉的方案设计，包括水冷壁主要设计参数的选取、锅炉总体布置特点及启动旁路系统的选型分析做了全面的论述。1、变压运行超临界锅炉水冷壁特点1、1运行特点及各阶段设计要求变压运行超临界锅炉的水冷壁有螺旋管圈和垂直管二种。对于垂直型水冷壁来说，大多采用再循环泵供起动和低负荷时用，随着负荷的增大，此种水冷壁要经过低负荷控制循环、亚临界直流和超临界直流三个阶段。以某电厂600MW超临界机组方案设计为例，因汽机变压运行的最高点负荷为额定负荷的80%(β=0

3、.8)，相当于锅炉最大连续负荷(MCR)的69.4%左右，而水冷壁则在60%负荷时通过临界点(图1)。若以直流工况到控制循环的切换点选定为35%负荷，则由图2可看出在0～35%负荷间为亚临界控制循环，在35～60%负荷间为亚临界直流而在60～100%负荷间为超临界直流。图1水冷壁出口压力与负荷关系控制循环运行时水冷壁的出口为具有饱和温度的汽水混合物，因此沿炉膛周界各水冷壁管的工质温度和管壁温度是均匀的，不存在温度偏差问题，而且由于此阶段水冷壁的最高工作压力已降到约12MPa，远低于亚临界区，已不存在膜态沸腾问题，但由于压力较低

4、，水冷壁管内工质的比容(主要是蒸发段内的比容)显著增大而水冷壁入口水的比容变化甚小，导致节流孔圈阻力在回路总阻力中的比例显著降低，使各水冷壁管间的流量偏差增大，水冷壁的安全性检验除应保证不出现直流状态和过热外，还应保证水动力的稳定性。对亚临界直流运行阶段来说，水冷壁沿高度分成给水加热、蒸发和过热三个区段，水冷壁的安全性是检验蒸发区膜态沸腾(DNB)的裕度以及高含汽率区的蒸干(DryOut28简称DRO)现象产生后管壁温度的升高是否在管子的许可温度范围内。在过热区段中则主要是检查水冷壁出口的壁温是否低于管材的许可温度以及沿炉宽和

5、炉深的出口汽温偏差和相邻二回路边管之间的温度差值是否在膜式水冷壁从热应力角度的许可温差范围内。对于超临界直流工况来说，已不存在蒸发区，水冷壁的安全性主要是检查水冷壁出口和各点的壁温是否在许可值内、沿炉宽和炉深的出口汽温偏差以及相邻二回路的边管之间的温度差是否在许可温差范围内。1、2各负何下工质温度和焓值变化图2表示600MW变压运行超临界锅炉在各负荷下省煤器、水冷壁及过热器这三大部件工质出口温度及焓增。由该图可看出当负荷达到60%后，工质的压力和温度达到相变点(22.12MPa、374℃)，此时饱和温度的水直接全部转变成饱和蒸

6、汽、水冷壁内已不存在汽水双相共存的蒸发区段而转入超临界蒸汽单相运行。1、3汽机起滑点负荷比值β对水冷壁工作特性的影响汽机起滑点负荷比值β决定于机组予定的运行模式。对改进型滑压运行(定—滑—定)来说，β值决定了滑压运行的负荷范围，也决定了锅炉水冷壁通过临界压力点的负荷值，也即决定了亚临界直流运行的负荷范围。总的来说，β值较小对锅炉水冷壁的安全性是有利的，但缩小了亚临界直流运行的负荷范围，对二班制及调峰机组的经济性稍差。兹将不同的β值对水冷壁运行特性的影响列于下表。汽机β值锅炉起滑点负荷%BMCR水冷壁通过临界点负荷%BMCR0.

7、9585%75%0.9080%67%0.8070%60%2、一次垂直上升水冷壁主要特性参数的选择2、1界限质量流速与设计质量流速2、1、1界限质量流速:亦称最小质量流速，它是指双相工质在管内流动时在给定的压力、管径和热负荷下不发生一类传热恶化(DNB)和二类传热恶化(蒸干即DRO)时要求的最低限度的质量流速，根据我公司与西安交大对Φ28×6的垂直上升四头内螺纹管传热与阻力特性试验的结果，变压运行垂直管在双相流动区的二个运行工况即亚临界直流区的近临界点(21.5MPa,57%负荷)和最小直流工况(13MPa.35%负荷)的界限质

8、量流速的试验值如图4及3所示。由图3和4可以看出界限质量流速的选取可分为三个区段，第一区段是干度较小的区域此时界限质量流速随干度的增加而增加，在第二区段中界限质量流速基本上与干度无关，呈水平直线，而在第三区段中界限质量流速随干度的增加而急剧增加。某些学者把这三个区段分别称为第