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1、9/6/2019,双辽电厂培训,1,第四章 蒸发受热面 本章主要介绍内容？ 1.超临界锅炉蒸发受热面组成及特点 。 2.水冷壁蒸发过程。 3.水冷壁壁温特点。 4.超临界锅炉传热恶化。 5.超临界锅炉水动力不稳定性。 6.超临界锅炉脉动。 7.超临界锅炉热偏差。 8.节流工作原理。,9/6/2019,双辽电厂培训,2,4.1 概述 一、蒸发受热面: 1.汽包炉蒸发受热面组成: 汽包、下降管、水冷壁、联箱、连接管。 2.超临界锅炉蒸发受热面组成: 二、哈锅1000MW超超临界锅炉蒸发受热面： 水冷壁、顶棚管、包墙管。(垂直管) 流程：见下图,9/6/2019,双辽电厂培训,3,1000MW超超临
2、界锅炉水冷壁系统流程图,9/6/2019,双辽电厂培训,4,9/6/2019,5,双辽电厂培训,三、东锅600MW锅炉（螺旋管） 锅炉型号：DG1900/25.4-1 锅炉为超临界参数变压直流炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构倒U型锅炉。 中速磨直吹式制粉系统，配6台磨(1台备用)，装设旋流式HT-NR3型燃烧器，前后墙布置，对冲燃烧。,9/6/2019,6,双辽电厂培训,锅炉主要规范：,9/6/2019,7,双辽电厂培训,锅炉主要性能参数（BMCR),9/6/2019,8,双辽电厂培训,锅炉汽、水、烟、风阻力,BMCR工况的阻力情况： 过热器蒸汽侧阻力
3、1.068MPa 顶棚和包墙系统阻力 0.696MPa 再热器蒸汽侧阻力 0.19MPa 省煤器水侧阻力 0.087MPa 水冷壁压降阻力 1.619MPa 空气预热器一次风阻力 350Pa 空气预热器二次风阻力 770Pa 空气预热器烟气侧阻力 909Pa 锅炉本体烟气阻力（含空预器） 2257Pa 燃烧器一次风阻 1150Pa 燃烧器二次风阻力 1950Pa,9/6/2019,双辽电厂培训,9,负荷特性：带基本负荷，并具有一定调峰能力 运行方式：采用定-滑-定方式运行，也可定压方式运行 汽温控制范围：过热汽温35%100%B-MCR 再热汽温50%100%B-MCR 炉膛压力：设计压力 5
4、800Pa 瞬时承受压力 8700Pa 锅炉启动时间：冷态启动 78小时 温态启动 23小时 热态启动 11.5小时 极热态 1小时,9/6/2019,10,双辽电厂培训,锅炉主要界限尺寸,9/6/2019,11,双辽电厂培训,锅炉性能保证值 (设计煤种),1 锅炉B-MCR出力1900t/h 2 锅炉保证热效率（按低位发热量）93.49% 3 不投油最低稳燃负荷不大于35%B-MCR 4 烟、风压降实际值与设计值的偏差不大于10% 5 过热器、再热器、省煤器的实际水、汽侧压降数值不超过保证值。 6 过热蒸汽在35100%B-MCR范围内，再热蒸汽在50100%B-MCR范围内能维持其额定汽温
5、；汽温允许偏差为5。 7 NOX的排放量不高于400mg/Nm3,9/6/2019,12,双辽电厂培训,9/6/2019,13,双辽电厂培训,9/6/2019,14,双辽电厂培训,1.总体布置,采用型布置形式 型布置是传统普遍采用的方式，烟气由炉膛经水平烟道进入尾部烟道，在尾部烟道通过各受热面后排出。 其主要优点是锅炉高度较低，尾部烟道烟气向下流动有自生吹灰作用，各受热面易于布置成逆流形式，对传热有利等。,9/6/2019,15,双辽电厂培训,锅炉型布置和塔型布置的比较,布置简图,世界上烟煤型锅炉典型布置 日本超临界燃煤锅炉均采用此种布置方式,主要用于褐煤型锅炉 -高灰份,适合600MW-10
6、50MW超临界燃煤变压锅炉,概念,缺乏1000MW超临界燃煤变压锅炉经验,业绩,结构与安装,具备成熟的结构技术及众多业绩，可靠性高,需研究大容量超临界锅炉可靠性,再热器采用喷水及燃烧器摆动调温，对经济性和煤适应性有影响。,煤适应性好（采挡板调节再热汽温）,性能及运行,9/6/2019,16,双辽电厂培训,2. 水冷壁,采用螺旋管圈垂直管圈方式 对于超临界变压运行锅炉，螺旋管圈水冷壁是首先应用于超临界变压运行锅炉的水冷壁型式。 炉膛水冷壁采用螺旋管圈垂直管圈方式【即下部炉膛的水冷壁采用螺旋管圈（内螺纹管），上部炉膛的水冷壁为垂直】，保证质量流速符合要求。 水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁 水冷壁采用
7、一次中间混合联箱来实现螺旋管至垂直水冷壁管的过渡,9/6/2019,17,双辽电厂培训,水冷壁结构,炉膛宽为19419.2mm 深度为15456.8mm 高度为67000mm 整个炉膛四周为全焊式膜式水冷壁，炉膛由下部螺旋盘绕上升水冷壁和上部垂直上升水冷壁两个不同的结构组成，两者间由过渡水冷壁转换连接，炉膛角部为R150 mm圆弧过渡结构。 炉膛冷灰斗的倾斜角度为55，除渣口的喉口宽度为1.2432米,9/6/2019,18,双辽电厂培训,内螺纹螺旋管圈水冷壁: 不需设置水冷壁进口节流圈,负荷变化和煤种变化适应性对比,9/6/2019,19,双辽电厂培训,螺旋水冷壁管,炉膛下部水冷壁（包括冷灰
8、斗水冷壁、中部螺旋水冷壁）都采用螺旋盘绕膜式管圈，从水冷壁进口到折焰角水冷壁下标高52608.9 mm处。 螺旋水冷壁管全部采用六头、上升角60的内螺纹管，共456根，管子规格38.17.5，材料为SA-213T2。 炉膛冷灰斗处管子节距为50.8及49.827mm，冷灰斗以外的中部螺旋盘绕管圈，倾角为19.471，管子节距50.8 mm。 冷灰斗管屏、螺旋管屏膜式扁钢厚6.4，材料为15CrMo，均采用双面坡口型式。,9/6/2019,20,双辽电厂培训,内螺纹管结构,9/6/2019,21,双辽电厂培训,9/6/2019,22,双辽电厂培训,下部螺旋水冷壁管屏带弯头出厂,9/6/2019,
9、23,双辽电厂培训,现场水冷壁的布置图,冷灰斗,9/6/2019,24,双辽电厂培训,9/6/2019,25,双辽电厂培训,螺旋管圈水冷壁,9/6/2019,26,双辽电厂培训,性能优越、成熟可靠的水冷壁,9/6/2019,27,双辽电厂培训,内螺纹螺旋管圈水冷壁: 采用内螺纹管，提高水冷壁安全裕度,结论：通过采用内螺纹管及选取合适的质量流速，水冷壁安全裕度得到极大的提高，汽水阻力仅增加约10%。,9/6/2019,28,双辽电厂培训,内螺纹螺旋管圈水冷壁: 管间吸热偏差小，适应变压运行,螺旋管在盘旋上升的过程中，每根管子都经过炉膛下部高热负荷区域的整个周界，途经宽度方向不同热负荷分布的区域。
10、因此，螺旋管的每个管子，以整个长度而言，热偏差很小,9/6/2019,29,双辽电厂培训,过渡段水冷壁,螺旋水冷壁前墙、两侧墙出口管全部抽出炉外 后墙出口管则是4抽1根管子直接上升成为垂直水冷壁后墙凝渣管，另3根抽出到炉外 抽出炉外的所有管子均进入24根螺旋水冷壁出口集箱，由22根连接管从螺旋水冷壁出口集箱引入位于锅炉左右两侧的两个混合集箱（444.595，SA335P12）混合后，再通过22根连接管从混合集箱引入到24根垂直水冷壁进口集箱，然后由垂直水冷壁进口集箱引出光管形成垂直水冷壁管屏，垂直光管与螺旋管的管数比为3：1。 这种结构的过渡段水冷壁可以把螺旋水冷壁的荷载平稳地传递到上部水冷壁
11、。,9/6/2019,30,双辽电厂培训,中间过渡水冷壁,9/6/2019,31,双辽电厂培训,9/6/2019,32,双辽电厂培训,过渡段水冷壁厂内组装,9/6/2019,33,双辽电厂培训,过渡段水冷壁安装后,9/6/2019,34,双辽电厂培训,9/6/2019,35,双辽电厂培训,9/6/2019,36,双辽电厂培训,水冷壁的支撑结构,9/6/2019,37,双辽电厂培训,垂直膜式水冷壁,水平刚性梁,螺旋膜式水冷壁,9/6/2019,38,双辽电厂培训,水冷壁系统的保护,温度监测保护：水冷壁系统温度测点是锅炉在启停、运行时对管子金属壁温进行监视和保护的重要手段。 水冷壁系统温度的监视是
12、通过设置系统管道上不同位置的热电偶来实现的，管子金属壁温的监视是通过装设在水冷壁的壁温测点来实现的。,9/6/2019,39,双辽电厂培训,壁温测点,9/6/2019,40,双辽电厂培训,3.启动分离器,9/6/2019,41,双辽电厂培训,主要设备：启动分离器,超临界锅炉的典型结构.在锅炉启停及正常运行过程中，汽水分离器均投入运行。,9/6/2019,42,双辽电厂培训,启动分离器结构简图,9/6/2019,43,双辽电厂培训,分离器尺寸规格为900110，直段高度2.890m，材质SA-387Gr11C12数量为两个。经水冷壁加热以后的工质分别由6根连接管沿切向逆时针向下倾斜15进入两分离
13、器，分离出的水通过连接管进入分离器下方的贮水罐。分离器内设有阻水装置和消旋器。,9/6/2019,44,双辽电厂培训,启动分离器贮水罐结构简图,9/6/2019,45,双辽电厂培训,启动分离器贮水罐的尺寸规格为990120，直段高度17m，数量一个。启动分离器和贮水罐端部均采用日立-巴布科克（BHK）有丰富运行经验的成熟的锥形封头结构，封头均开孔与连接管相连。,9/6/2019,46,双辽电厂培训,9/6/2019,47,双辽电厂培训,9/6/2019,48,双辽电厂培训,9/6/2019,双辽电厂培训,49,四、水冷壁 (1)作用: 吸收炉内高温火焰辐射热,使水汽化为蒸汽; 降低炉膛出口处烟
14、气的温度,防止结渣。 (2)型式: 按照管子结构：光管、膜式 按照管屏结构：螺旋上升、垂直管屏 按照管内结构：内光管、内螺纹管、来复线管、扰流子管,9/6/2019,双辽电厂培训,50,(3)对水冷壁安全的要求: 任何工况下壁温不超温； 相邻管子的壁温不能太大，以避免产生过大的热应力； 管子鳍片的温度不能超温变形； 管壁有足够的抗氧化和耐腐蚀性能。 保证足够的质量流速。,9/6/2019,双辽电厂培训,51,(4)超临界锅炉水冷壁结构: 螺旋管、垂直管。 螺旋管圈水冷壁特点： 优点、缺点,9/6/2019,双辽电厂培训,52,二、超临界锅炉水冷壁特点 1.管径 大、流量不足；小、流量偏差大，热
15、敏感性大 2.节距不能太大 3.低负荷时流量不足 4.传热恶化也会发生 5.垂直管屏要克服热偏差和流量不足的影响,9/6/2019,双辽电厂培训,53,三、直流锅炉水冷壁蒸发过程 1.亚临界锅炉水冷壁蒸发过程 三个阶段： 汽水两相流基本过程：见图4-5 2.超临界锅炉蒸发过程 两个阶段：加热、过热 见图4-4所示：各个状态参数的变化。 定压比热：1千克工质在定压下加热，温度升高1所需要的热量。 拟临界温度：工质在超临界压力下吸热，定压比热具有最大值时的温度。,9/6/2019,双辽电厂培训,54,9/6/2019,双辽电厂培训,55,9/6/2019,双辽电厂培训,56,四、水冷壁壁温 1 壁温计算 管壁传热特点：径向、圆周方向；热负荷不均匀；管子周界各个点存在热流密度偏差；各个管子间存在受热不均匀和工质流速不均匀。 管壁温度的计算考虑最恶劣的工作条件，热负荷取最大热负荷。 超临界锅炉工质温度变化，与亚临界不同。 简化获得定性的计算公式：,9/6/2019,双辽电厂培训,57,2 影响壁温的因素 质量流速； 热负荷； 含汽率； 压力 3 超临界锅炉水冷壁壁温的特点 相对于亚临界压力锅炉而言，必然发生传热恶化； 同时由于热偏差的影响，各管热膨胀受到相邻管的约束，过大壁温差将造成过大的热应力，导致炉管失效。,9/6/2019,双辽电厂培训,5
