專(zhuān)利名稱(chēng)：一種非均勻管徑內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁布置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鍋爐水冷壁布置方法，尤其涉及一種非均勻管徑內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁布置方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)一次能源消耗以煤炭為主，燃煤發(fā)電量占總發(fā)電量的75%左右。由于電力是最大的煤炭用戶，保障燃煤電廠鍋爐的安全運(yùn)行，減少由于熱偏差引起的水冷壁爆管事故是提高煤炭利用率一個(gè)主要途徑。當(dāng)前我國(guó)發(fā)電站在朝著高參數(shù)、大容量和大型化的超超臨界機(jī)組方向發(fā)展。無(wú)論采用四角切圓燃燒方式、旋流燃燒方式還是前后墻對(duì)沖燃燒方式，爐膛均避免不了熱負(fù)荷分布不均勻的問(wèn)題，在實(shí)際運(yùn)行中很容易導(dǎo)致水冷壁內(nèi)的工質(zhì)發(fā)生流量偏差和工質(zhì)溫度不均勻，嚴(yán)重時(shí)能夠造成水冷壁局部管壁超溫爆管事故。 當(dāng)前我國(guó)火力發(fā)電主要以超臨界鍋爐為主。對(duì)于超臨界鍋爐，鍋爐設(shè)計(jì)中主要采用兩種方法來(lái)消除熱偏差，即下?tīng)t膛采用螺旋管圈水冷壁以及加裝節(jié)流圈等。二者各有優(yōu)缺點(diǎn)。螺旋管圈水冷壁對(duì)管子制造公差所引起的水動(dòng)力偏差的敏感性較小，運(yùn)行中不易堵塞，各根管受熱較均勻，管間溫度偏差小，在所有負(fù)荷范圍內(nèi)均高于由偏離核態(tài)沸騰(DNB)所決定的界限質(zhì)量流速，能安全地用于變壓運(yùn)行。螺旋管圈水冷壁的缺點(diǎn)是管內(nèi)質(zhì)量流速大，爐膛水冷壁系統(tǒng)的流動(dòng)阻力大，增加了給水泵的功率消耗；水冷壁管螺旋傾斜上升，在水冷壁上設(shè)計(jì)開(kāi)孔很困難，由于容量的進(jìn)一步增大受到螺旋管圈水冷壁吊掛結(jié)構(gòu)復(fù)雜化和管帶過(guò)寬熱偏差增大的限制；水冷壁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、爐墻密封性較差；水冷壁支撐和剛性梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜；螺旋管圈水冷壁的維護(hù)和檢修比垂直管屏水冷壁復(fù)雜。與螺旋上升管圈水冷壁相比，由內(nèi)螺紋管組成的垂直管屏水冷壁克服了螺旋上升管圈水冷壁的缺點(diǎn)，有其自身的優(yōu)點(diǎn)內(nèi)螺紋管具有良好的傳熱特性，能維持核態(tài)沸騰，從而抑制金屬溫度的升高；由于內(nèi)螺紋管的傳熱強(qiáng)化作用，可在水冷壁中采用較低質(zhì)量流速，因此水冷壁阻力較?。话惭b焊縫少，大大減少了安裝工作量；水冷壁本身、支撐結(jié)構(gòu)和剛性梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；維護(hù)和檢修較易；檢查和更換管子較方便，安裝焊口數(shù)量較少。垂直管屏水冷壁也存在著難以克服的缺點(diǎn)水冷壁管徑細(xì)，熱敏感性強(qiáng)；對(duì)運(yùn)行控制要求高且內(nèi)螺紋管造價(jià)較高；需要裝設(shè)節(jié)流孔圈，增加了水冷壁下集箱結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性；在運(yùn)行特性方面不如螺旋管圈水冷壁，由于受到管徑的限制，在較低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，較難保證必要的質(zhì)量流速；垂直管屏沿爐膛周界和各面墻的水冷壁出口溫度的偏差較螺旋管圈要大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了降低鍋爐的維護(hù)費(fèi)用和鍋爐運(yùn)行的復(fù)雜程度，同時(shí)又要兼顧爐膛水動(dòng)力的安全，提供一種既能安裝維護(hù)方便、低成本運(yùn)行、運(yùn)行要求低的鍋爐水冷壁布置形式。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種非均勻管徑內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁布置方法，其特征在于采用垂直管屏一次上升水冷壁，垂直管屏采用非均勻管徑的內(nèi)螺紋管；將垂直管屏沿爐膛寬度或深度方向劃分為多組水冷壁管屏組，每組水冷壁管屏組由具有相同平均內(nèi)徑的內(nèi)螺紋管組成，根據(jù)具體情況，每組水冷壁管屏組的寬度在I Sm范圍內(nèi)；每組水冷壁管屏組中各內(nèi)螺紋管的最大、最小流量與其平均流量的差值不超過(guò)其平均流量的5% ；各組水冷壁管屏組的內(nèi)螺紋管的平均內(nèi)徑原則上與熱負(fù)荷分布呈正向相關(guān)；位于爐膛熱負(fù)荷較高的爐墻區(qū)域的水冷壁管屏組采用較大平均內(nèi)徑的內(nèi)螺紋管，位于爐膛熱負(fù)荷較低的爐墻區(qū)域的水冷壁管屏組采用較小平均內(nèi)徑的內(nèi)螺紋管；各組水冷壁管屏組的內(nèi)螺紋管的平均內(nèi)徑根據(jù)各內(nèi)螺紋管由于受熱不均勻所引起的不同阻力來(lái)確定，保證熱負(fù)荷高的水冷壁管屏組的單管平均流量大于熱負(fù)荷低的水冷壁管屏組的單管平均流量，且水冷壁管屏組的單管平均流量與整個(gè)垂直管屏的單管平均流量的差值不超過(guò)整個(gè)垂直管屏的單管平均流量的10%。優(yōu)選地，各所述內(nèi)螺紋管與其相鄰的內(nèi)螺紋管內(nèi)工質(zhì)的溫差不大于50°C。
優(yōu)選地，各所述內(nèi)螺紋管的壁厚須保證管道能夠承受管內(nèi)工質(zhì)壓力所產(chǎn)生的應(yīng)力。優(yōu)選地，各所述內(nèi)螺紋管的平均內(nèi)徑采用充水法來(lái)確定。優(yōu)選地，所述水冷壁采用低質(zhì)量流速垂直水冷壁管屏，保證質(zhì)量流速在300 1500kg/ (m2 s)的范圍內(nèi)。本發(fā)明采用非均勻管徑內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁，使水冷壁垂直管屏各管內(nèi)的工質(zhì)流量分配更加合理，減小了各管內(nèi)工質(zhì)的溫度偏差，降低了水冷壁發(fā)生爆管事故的風(fēng)險(xiǎn)。垂直上升管屏水冷壁使支撐結(jié)構(gòu)和剛性梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；維護(hù)和檢修較易；檢查和更換管子較方便，降低了鍋爐的制造維護(hù)成本。本發(fā)明省去了傳統(tǒng)水冷壁下部的節(jié)流圈，同時(shí)管內(nèi)工質(zhì)為中低質(zhì)量流速，降低了水冷壁的壓降和水泵功耗，節(jié)約了鍋爐的運(yùn)行成本。


圖I為實(shí)施例中公開(kāi)的一種非均勻管徑內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁布置方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。工質(zhì)從爐膛下部集箱進(jìn)入水冷壁，在水冷壁中吸熱升溫后進(jìn)入水冷壁出口集箱。本實(shí)施例公開(kāi)了一種上述水冷壁的布置方法，其具體步驟為采用垂直管屏一次上升水冷壁，垂直管屏采用非均勻管徑的內(nèi)螺紋管。如圖I所示，將垂直管屏沿爐膛寬度方向劃分為五組水冷壁管屏組，分別為水冷壁管屏組Al、水冷壁管屏組A2、水冷壁管屏組A3、水冷壁管屏組A4及水冷壁管屏組A5 ;或沿爐膛深度方向劃分為五組水冷壁管屏組，分別為水冷壁管屏組BI、水冷壁管屏組B2、水冷壁管屏組B3、水冷壁管屏組B4及水冷壁管屏組B5。每組水冷壁管屏組由具有相同平均內(nèi)徑的內(nèi)螺紋管組成，根據(jù)具體情況，每組水冷壁管屏組的寬度在I Sm范圍內(nèi)；每組水冷壁管屏組中各內(nèi)螺紋管的最大、最小流量與其平均流量的差值不超過(guò)其平均流量的5%。各組水冷壁管屏組的內(nèi)螺紋管的平均內(nèi)徑原則上與熱負(fù)荷分布呈正向相關(guān)；位于爐膛熱負(fù)荷較高的爐墻區(qū)域的水冷壁管屏組采用較大平均內(nèi)徑的內(nèi)螺紋管，位于爐膛熱負(fù)荷較低的爐墻區(qū)域的水冷壁管屏組采用較小平均內(nèi)徑的內(nèi)螺紋管；各組水冷壁管屏組的內(nèi)螺紋管的平均內(nèi)徑根據(jù)各內(nèi)螺紋管由于受熱不均勻所引起的不同阻力來(lái)確定，保證熱負(fù)荷高的水冷壁管屏組的單管平均流量大于熱負(fù)荷低的水冷壁管屏組的單管平均流量，且水冷壁管屏組的單管平均流量與整個(gè)垂直管屏的單管平均流量的差值不超過(guò)整個(gè)垂直管屏的單管平均流量的8%。根據(jù)上述原則，在圖I中，水冷壁管屏組Al、水冷壁管屏組A2、水冷壁管屏組A3、水冷壁管屏組A4及水冷壁管屏組A5的內(nèi)螺紋管的平均內(nèi)徑分別為20mm、20. 5mm、21mm、20. 5mm、20mm。水冷壁管屏組BI、水冷壁管屏組B2、水冷壁管屏組B3、水冷壁管屏組B4及水冷壁管屏組B5內(nèi)螺紋管的平均內(nèi)徑分別為20mm、20. 5mm、21mm、20. 5mm、20mm。在本實(shí)施例中，各內(nèi)螺紋管的平均內(nèi)徑采用充水法來(lái)確定。其各內(nèi)螺紋管與其相鄰的內(nèi)螺紋管內(nèi)工質(zhì)的溫差不大于50°C。各內(nèi)螺紋管的壁厚須保證管道能夠承受管內(nèi)工質(zhì)壓力所產(chǎn)生的應(yīng)力。例如，對(duì)于 某種鍋爐水冷壁管材料，若管內(nèi)工質(zhì)的壓力為30MPa，則各內(nèi)螺紋管的平均壁厚應(yīng)不少于8mm o在上述方法中，采用低質(zhì)量流速垂直水冷壁管屏，保證質(zhì)量流速在300 800kg/(m2 s)的范圍內(nèi)。本發(fā)明采用非均勻管徑內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁，使水冷壁垂直管屏各管內(nèi)的工質(zhì)流量分配更加合理，減小了各管內(nèi)工質(zhì)的溫度偏差，降低了水冷壁發(fā)生爆管事故的風(fēng)險(xiǎn)。垂直上升管屏水冷壁使支撐結(jié)構(gòu)和剛性梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；維護(hù)和檢修較易；檢查和更換管子較方便，降低了鍋爐的制造維護(hù)成本。本發(fā)明省去了傳統(tǒng)水冷壁下部的節(jié)流圈，同時(shí)管內(nèi)工質(zhì)為中低質(zhì)量流速，降低了水冷壁的壓降和水泵功耗，節(jié)約了鍋爐的運(yùn)行成本。
權(quán)利要求
1.一種非均勻管徑內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁布置方法，其特征在于采用垂直管屏一次上升水冷壁，垂直管屏采用非均勻管徑的內(nèi)螺紋管；將垂直管屏沿爐膛寬度或深度方向劃分為多組水冷壁管屏組，每組水冷壁管屏組由具有相同平均內(nèi)徑的內(nèi)螺紋管組成，根據(jù)具體情況，每組水冷壁管屏組的寬度在I 8m范圍內(nèi)；每組水冷壁管屏組中各內(nèi)螺紋管的最大、最小流量與其平均流量的差值不超過(guò)其平均流量的5% ； 各組水冷壁管屏組的內(nèi)螺紋管的平均內(nèi)徑原則上與熱負(fù)荷分布呈正向相關(guān)；位于爐膛熱負(fù)荷較高的爐墻區(qū)域的水冷壁管屏組采用較大平均內(nèi)徑的內(nèi)螺紋管，位于爐膛熱負(fù)荷較低的爐墻區(qū)域的水冷壁管屏組采用較小平均內(nèi)徑的內(nèi)螺紋管； 各組水冷壁管屏組的內(nèi)螺紋管的平均內(nèi)徑根據(jù)各內(nèi)螺紋管由于受熱不均勻所引起的不同阻力來(lái)確定，保證熱負(fù)荷高的水冷壁管屏組的單管平均流量大于熱負(fù)荷低的水冷壁管屏組的單管平均流量，且水冷壁管屏組的單管平均流量與整個(gè)垂直管屏的單管平均流量的差值不超過(guò)整個(gè)垂直管屏的單管平均流量的10%。
2.如權(quán)利要求I所述的一種非均勻管徑內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁布置方法，其特征在于各所述內(nèi)螺紋管與其相鄰的內(nèi)螺紋管內(nèi)工質(zhì)的溫差不大于50°C。
3.如權(quán)利要求I所述的一種非均勻管徑內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁布置方法，其特征在于各所述內(nèi)螺紋管的壁厚須保證管道能夠承受管內(nèi)工質(zhì)壓力所產(chǎn)生的應(yīng)力。
4.如權(quán)利要求I所述的一種非均勻管徑內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁布置方法，其特征在于各所述內(nèi)螺紋管的平均內(nèi)徑采用充水法來(lái)確定。
5.如權(quán)利要求I所述的一種非均勻管徑內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁布置方法，其特征在于所述水冷壁采用低質(zhì)量流速垂直水冷壁管屏，保證質(zhì)量流速在300 1500kg/ (m2 *s)的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非均勻管徑內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁布置方法，其特征在于采用垂直管屏一次上升水冷壁，垂直管屏采用非均勻管徑的內(nèi)螺紋管；將垂直管屏沿爐膛寬度或深度方向劃分為多組水冷壁管屏組，每組水冷壁管屏組由具有相同平均內(nèi)徑的內(nèi)螺紋管組成，根據(jù)具體情況，每組水冷壁管屏組的寬度在1～8m范圍內(nèi)；每組水冷壁管屏組中各內(nèi)螺紋管的最大、最小流量與其平均流量的差值不超過(guò)其平均流量的5％。本發(fā)明省去了傳統(tǒng)水冷壁下部的節(jié)流圈，同時(shí)管內(nèi)工質(zhì)為中低質(zhì)量流速，降低了水冷壁的壓降和水泵功耗，節(jié)約了鍋爐的運(yùn)行成本。
文檔編號(hào)F22B37/10GK102798114SQ20121031623
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者閆凱, 張翔, 烏曉江, 張建文 申請(qǐng)人:上海鍋爐廠有限公司