锅炉新系统提高质量与效率

水冷壁管工质质量流速锅炉变压运行时，从额定负荷变化至最低直流负荷，锅炉运行压力将从超临界压力降至亚临界、超高压和高压。水冷壁内工质由单 相变为双相，工质的温度也有很大变化。因此，水冷壁系统设计的关键是要防止发生传热恶化和出现不稳定的流动。对于变压运行超临界直流锅炉，水冷壁设计必须 考虑不同负荷参数下的传热特性：(1)在超临界压力下，管内单相介质的传热系数比亚临界双相介质低，流体温度高，因此水冷壁壁温最高。(2)在近临界区 域，工质的物性变化大，需控制在高热负荷区不发生蒸干。(3)在亚临界区域，对下炉膛高热负荷区水冷壁，要防止膜态沸腾的产生;而在上炉膛垂直管屏，则要 抑制水冷壁蒸干区域壁温的升高幅度。(4)在启动和低负荷运行时，压力降低使得汽水密度差别增大，容易产生较大的热偏差和不稳定流动。

为保证在各种运行工况下水冷壁运行的安全性，水冷壁管材选用SA-213T12耐热低合金钢，使得运行管壁温度有较大的安全裕度;另一方面选取 较高的质量流速，在任何工况下都要大于相应热负荷下的最低界限质量流速，保证水冷壁管有足够的冷却能力。水冷壁出口过热度和入口欠焓对于直流锅炉，蒸发受 热面与过热受热面之间没有一个固定的分界点，因此水冷壁出口工质过热度的合理确定是十分重要的。在额定负荷下，水冷壁出口温度的选取主要取决于内置式汽水 分离器的设计温度和水冷壁管材的使用温度。水冷壁出口温度选取过高，分离器材质就要升级或增加壁厚，对水冷壁管也一样。

另一方面，水冷壁进口工质的温度(过冷度)也有一定限制，水冷壁进口水必须有一定的欠焓，绝对不允许工质汽化造成水冷壁传热工况恶化。但入口欠 焓又不允许过大，欠焓过大，又会给水冷壁系统水动力的稳定性带来问题。变压运行直流锅炉对水冷壁进口工质欠焓的要求主要在最低直流负荷下，因为此时运行压 力低，工质容易汽化。特别在启动工况下，随着运行压力提高，分离器水温度也提高，进入除氧水箱的热量增加，此时应特别注意防止水冷壁进口工质汽化，一般水 冷壁进口工质过冷度不得少于5℃。避免水动力不稳定的主要措施是水冷壁进口工质的欠焓要小于产生水动力不稳定的界限欠焓，所以在最低直流负荷下水冷壁进口 工质的欠焓要也不宜过大。

进一步减小水冷壁出口温度偏差的措施实际运行中，由于管间吸热偏差和结构上的偏差，而引起管间工质温度、压力、干度的差别。直流锅炉具有较强的 强制流动特性，对于热负荷高的偏差管，管内工质的流量降低，出口工质的温度升高。一方面流量降低致使炉内管壁温度升高，甚至产生传热恶化;另一方面出口温 度升高加大了管间的热应力，致使管屏变形甚至损坏。原则上，螺旋管圈的圈数愈多，水冷壁出口温度偏差愈小，但水阻力增大，因此需选择一个合理的圈数。

对于上炉膛垂直管屏，由于螺旋管圈出口汽水混合物的干度已在0.8以上，因此中间混合集箱的汽水分配已不成问题，不会因汽水分配不均而引起垂直 管屏过大的热偏差。П型布置对冲燃烧的锅炉后水冷壁结构较复杂，前后墙与两侧墙之间热负荷偏差也较大，为此通过炉膛水冷壁出口下降管又实现一次工质混合， 而后经折焰角、水平烟道斜坡、对流管速和水平烟道两侧墙引出，避免后墙水冷壁与两侧墙水冷壁之间产生过大的热应力，保证水冷壁工作的安全性。

螺旋管圈水冷壁水动力不稳定性分析(1)倒流和停滞。超临界直流锅炉在最低直流负荷以下采用再循环运行方式，水冷壁仍具有较强的强制流动特性， 故所有上升管屏都不会发生倒流，不必进行倒流校验。同时，无论是下炉膛螺旋管圈水冷壁还是上炉膛垂直管屏，在最低直流负荷下的工作压差(平均受热管的重位 压差和流动阻力的总和)总大于管圈最大停滞压差，也不会发生停滞现象。

(2)多值性。它是指管屏的水动力特性呈三次方曲线，故对应于一个压降有3个流量，从而造成很大流量偏差或不稳定。影响螺旋管圈水冷壁水动力特 性稳定性的主要因素是运行压力和入口工质的欠焓。提高运行压力和减少进口欠焓有利于提高稳定性，但运行压力和进口欠焓是考虑各种困素由设计确定的参数，因 此要求运行操作不能远离设计工况。对于上炉膛垂直管屏，由于入口工质已是干度较高的汽水混合物，同时重位压降的影响也使水动力特性趋向稳定，安全裕度更 大，不必再进行校核。对于冷态启动工况，水冷壁工作压力为8MPa，水平管单值性极限欠焓为336.35kJ/kg，就是说只要此时保持水冷壁入口的欠焓 少于336.35kJ/kg，相应入口水温超过220℃，就能避免出现水动力多值性。