600mw垂直水冷壁超臨界鍋爐的設(shè)計(jì)-展示頁(yè)
2025-03-09 10:12本頁(yè)面
【正文】 ，已在日本一批已投運(yùn)的 700MW鍋爐上經(jīng)歷了長(zhǎng)期運(yùn)行的考驗(yàn)。哈鍋 600MW變壓超臨界鍋爐方案設(shè)計(jì)中的垂直型水冷壁采用Φ 28 6四頭內(nèi)螺紋管、節(jié)距 42mm、材質(zhì)采用 12Cr1MoV或 SA— 213T11。 2 水冷壁管徑、節(jié)距與材質(zhì) 水冷壁的管徑、節(jié)距與材質(zhì)取決于所采用的設(shè)計(jì)質(zhì)量流速、管壁與鰭片溫度、溫度偏差和由此引起的熱應(yīng)力等因素，當(dāng)然也要考慮到制造與運(yùn)輸過(guò)程中的剛性和管內(nèi)水容量對(duì)熱負(fù)荷波動(dòng)的敏感性等，原蘇聯(lián)的超臨界直流爐的垂直水冷壁大多采用Φ 32 6的光管，節(jié)距為 42～ 48mm、管材為 12Cr1MoV。在哈鍋開(kāi)發(fā)的 600MW 超臨界鍋爐方案中，最低直流工況 (35%MCR)的質(zhì)量流速設(shè)計(jì)值是在界限質(zhì)量流速 400kg/m2s的基礎(chǔ)上考慮了足夠的裕量 (50%)后采用 600kg/m2s，因此在 MCR時(shí)的設(shè)計(jì)質(zhì)量流速為 1750kg/m2s。采用值為 500kg/m2s， MCR工況下質(zhì)量流速的設(shè)計(jì)值為1900kg/m2s。根據(jù)圖 3，對(duì)采用Φ 28 6的內(nèi)螺紋管的 600MW超臨界爐水冷壁來(lái)說(shuō)，最小值流工況的界限質(zhì)量流速為 300～ 400kg/m2s。 3 MCR質(zhì)量流速設(shè)計(jì)值 如前所 述，水冷壁質(zhì)量流速是確保其安全運(yùn)行最重要的參數(shù)之一。圖 6表明在超臨界壓力區(qū) (27MPa和 MCR工況 )，臨界熱負(fù)荷隨工質(zhì)焓值而變。茲將Φ 28 6四頭內(nèi)螺紋管在近臨界區(qū)和超臨界區(qū)的典型的臨界熱負(fù)荷曲線組示于圖 5 和圖 6。 2 臨界熱負(fù)荷 :指在給定的壓力、質(zhì)量流速及干度下亞臨界雙相流動(dòng)不產(chǎn)生傳熱惡化的最高允 3 圖 2 各負(fù)荷工質(zhì)焓值變化 4 圖 3 內(nèi)螺紋 管中蒸汽干度、質(zhì)量流速和熱負(fù)荷間的關(guān)系 圖 4 內(nèi)螺紋管中蒸汽干度、質(zhì)量流速和熱負(fù)荷間的關(guān)系 5 許熱負(fù)荷。實(shí)際上，對(duì) 600MW 超臨界鍋爐來(lái)說(shuō)，干度 X 為 左右是位于折焰角下方，此處的最大局 部熱負(fù)荷已≤ 600kw/m2,對(duì)應(yīng)的界限質(zhì)量流速僅為 800kg/m2s，因此對(duì)這二個(gè)區(qū)段 (X=～ 0～ )的界限質(zhì)量流速若按 1000kg/m2s 考慮是有一定的安全裕度。 由圖 3 可看出，對(duì)最小直流工況在熱負(fù)荷最高的燃燒器區(qū)域上方的低干度區(qū)而言，防止產(chǎn)生第一類傳熱惡化 (DNB)的界限質(zhì)量流速約為 300kg/m2s，而防止產(chǎn)生第二、三類傳熱惡化 (DRO)的界限質(zhì)量流速為400kg/m2s。 由圖 3 和 4 可以看出界限質(zhì)量流速的選取可分為三個(gè)區(qū)段，第一區(qū)段是干度較小的區(qū)域此時(shí)界限質(zhì)量流速隨干度的增加而增加，在第二區(qū)段中界限質(zhì)量流速基本上與干度無(wú)關(guān)，呈水平直線，而在第三區(qū)段中界限 質(zhì)量流速隨干度的增加而急劇增加。茲將不同的β值對(duì)水冷壁運(yùn)行特性的影響列于下表。對(duì)改進(jìn)型滑壓運(yùn)行 (定 — 滑 — 定 )來(lái)說(shuō)，β值決定了滑壓運(yùn)行的負(fù)荷范圍，也決定了鍋爐水冷壁通過(guò)臨界壓力點(diǎn)的負(fù)荷值，也即決定了亞臨界直流運(yùn)行的負(fù)荷范圍。由該圖可看出當(dāng)負(fù)荷達(dá)到 60%后，工質(zhì)的壓力和溫度達(dá)到相變點(diǎn) (、 374℃ )，此時(shí)飽和溫度的水直接全部轉(zhuǎn)變成飽和蒸汽、水冷壁內(nèi)已不存在汽水雙相共存的蒸發(fā)區(qū)段而轉(zhuǎn)入超臨界蒸汽單相運(yùn)行。 對(duì)于超臨界直流工況來(lái)說(shuō)，已不存在蒸發(fā)區(qū)，水冷壁的安全性主要是檢查水冷壁出口和各點(diǎn)的壁溫是否在許可值內(nèi)、沿爐寬和爐深的出口汽溫偏差以及相鄰二回路的邊管之間的溫度差是否在許可溫差范圍內(nèi)。 對(duì)亞臨界直流運(yùn)行階段來(lái)說(shuō)，水冷壁沿高度分成給水加熱、蒸發(fā)和過(guò)熱三個(gè)區(qū)段，水冷壁的安全性是檢驗(yàn)蒸發(fā)區(qū)膜態(tài)沸騰 (DNB)的裕度以及高含汽率區(qū)的蒸干 (Dry Out 簡(jiǎn)稱 DRO)現(xiàn)象產(chǎn) 生后管壁溫度的升高是 2 否在管子的許可溫度范圍內(nèi)。若以直流工況到控制循環(huán)的切換點(diǎn)選定為 35%負(fù)荷，則由圖 2可看出在 0～ 35%負(fù)荷間為亞臨界控制循環(huán)，在 35～60%負(fù)荷間為亞臨界直流而在 60～ 100%負(fù)荷間為超臨界直流。對(duì)于垂直型水冷壁來(lái)說(shuō)，大多采用再循環(huán)泵供起動(dòng)和低負(fù)荷時(shí)用，隨著負(fù)荷的增大，此種水冷壁要經(jīng)過(guò)低負(fù)荷控制循環(huán)、亞臨界直流和超臨界直流三個(gè)階段。本文對(duì)采用內(nèi)螺紋管垂直水冷壁的 600MW 超臨界鍋爐的方案設(shè)計(jì)，包括水冷壁主要設(shè)計(jì)參數(shù)的選取、鍋爐總體布置特點(diǎn)及啟動(dòng)旁路系統(tǒng)的選型分析做了全面的論述。此種超臨界鍋爐的關(guān)鍵部件之一的水冷壁則有螺旋管圈和垂直管圈兩種型式。 1 600MW 垂直水冷壁超臨界鍋爐的設(shè)計(jì) 隨著我國(guó)火力發(fā)電事業(yè)的迅速發(fā)展和對(duì)環(huán)境保護(hù)的需要，提高機(jī)組效率、降低單位能耗，因而大力減少煤耗量和污染物總排放量如 CO SO NOX、飛灰等已成為當(dāng)務(wù)之急，發(fā)展超臨界以致超超臨界機(jī)組，以及采用低 NOx 燃燒和尾部脫硫裝置等均是重要途徑之一。此外，隨著機(jī)組調(diào)峰和兩班制運(yùn)行的需要，舊式的定壓運(yùn)行超臨界機(jī)組已不能適應(yīng)，因此世界上八十年代以來(lái)新投運(yùn)的超臨界機(jī)組絕大部分采用變壓運(yùn)行。哈爾濱鍋爐責(zé)任有限公司在開(kāi)發(fā) 采用這兩種型式的水冷壁管圈的變壓運(yùn)行超臨界鍋爐均做了大量工作。 變壓運(yùn)行超臨界鍋爐水冷壁特點(diǎn) 1 運(yùn)行特點(diǎn)及各階段設(shè)計(jì)要求 變壓運(yùn)行超臨界鍋爐的水冷壁有螺旋管圈和垂直管二種。以某電廠 600MW 超臨界機(jī)組方案設(shè)計(jì)為例 ，因汽機(jī)變壓運(yùn)行的最高點(diǎn)負(fù)荷為額定負(fù)荷的 80%(β=)，相當(dāng)于鍋爐最大連續(xù)負(fù)荷 (MCR)的 %左右，而水冷壁則在 60%負(fù)荷時(shí)通過(guò)臨界點(diǎn) (圖 1)。 圖 1 水冷壁出口壓力與負(fù)荷關(guān)系 控制循環(huán)運(yùn)行時(shí)水冷壁的出口為具有飽和溫度的汽水混合物，因此沿爐膛周界各水冷壁管的工質(zhì)溫度和管壁溫度是均勻的，不存在溫度偏差問(wèn)題，而且由于此階段水 冷壁的最高工作壓力已降到約 12MPa，遠(yuǎn)低于亞臨界區(qū)，已不存在膜態(tài)沸騰問(wèn)題，但由于壓力較低，水冷壁管內(nèi)工質(zhì)的比容 (主要是蒸發(fā)段內(nèi)的比容 )顯著增大而水冷壁入口水的比容變化甚小，導(dǎo)致節(jié)流孔圈阻力在回路總阻力中的比例顯著降低，使各水冷壁管間的流量偏差增大，水冷壁的安全性檢驗(yàn)除應(yīng)保證不出現(xiàn)直流狀態(tài)和過(guò)熱外，還應(yīng)保證水動(dòng)力的穩(wěn)定性。在過(guò)熱區(qū)段中則主要是檢查水冷壁出口的壁
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