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600MW超临界锅炉垂直水冷壁节流方式比较
发布时间：2013-10-24 09:00 来源：未知
0、引 言
就某公司开发的600 MW超临界锅炉的垂直型水冷壁节流方式作了详细分析与比较，对所采用的一级与二级节流方式作了分析比较，认为两种节流方式均可满足水冷壁的安全运行。
1、两种节流方式比较
1.1节流调节的必要性
变压运行垂直水冷壁各回路间的吸热和结构特性相差较大，且低负荷时回路具有弱的自然循环特性，高负荷时却呈强制循环特性，使回路间造成较大的汽温偏差，不利于水冷壁和分离器的安全运行。
产生大的热力与温度偏差也和不设中间混合集箱有关。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗�；⒛拘伎帕；怪频纳镏士帕Ｈ剂希蔽颐腔褂写罅康难钅灸拘伎帕Ｈ剂虾陀衩捉崭芽帕Ｈ剂铣鍪�。
为最大限度降低上述因吸热和结构差异引起的偏差，只能依靠水冷壁系统内装设的节流孔圈来达到如下目的：
保证各负荷下相邻回路间的出口汽温偏差小于50 - 80℃；保证各回路沿高度各点的干度小于许可干度或该点的局部热负荷小于临界热负荷；控制水冷壁的最高壁温不超过管材的许可壁温，对于12CrlMoV或SA - 213T11管子来说，不能超过580 ℃。
1.2两种节流方式的原理与回路划分
在600 MW超临界锅炉的方案设计中有二种节流孔圈的装置方式，一种是CE公司复合循环锅炉中采用的二级节流方式，即在每根水冷壁管的入口处按回路装设不同孔径的节流孔圈，并在水冷壁下集箱的进水导管（或分配球内）装设大型的节流孔圈，每一孔圈负责数个回路的供水，或称成组节流；另一种是单级节流方式，只在水冷壁下集箱的进水导管（或分配球内）装设上述的成组节流孔圈。
600MW变压超临界锅炉共有1 560根垂直水冷壁管。按照切向燃烧，各水冷壁沿炉膛水平方向热负荷分配和结构特点，共划分成36个回路。水冷壁下集箱共有16根不同直径的进水管，因此对二级节流方式来说，共有1 560个水冷壁节流孔圈及16个大型的成组节流孔圈；对一级节流方式来说则每台锅炉只有16只大型的成组节流孔圈。
1.3二种节流方式水冷壁温度偏差与阻力特性
对600 MW超临界锅炉水冷壁的二种节流方式，在不同工况下的水动力计算结果示于下列表中：
二种节流方式水冷壁出口温度偏差见表1；
二种节流方式水冷壁管最高的出口温度见表2；
二种节流方式水冷壁阻力特性见表3，上述阻力不包括分离器及混合球阻力；
35%负荷控制循环阻力特性见表4．不包括分离器及混合球阻力。
2、结果分析
由上述计算结果可看出：
二种节流方式的水冷壁温度的最大偏差很相近，沿炉膛周界最大偏差为70℃左右、相邻二管子间最大温差对二级节流为30 - 38℃，对一级节流为25-50℃，均小于原苏联和CE的推荐值。上述温度偏差均位于水冷壁出口，此处烟温和热负荷均较低；
二种节流方式在MCR时偏差管最高出口温度为475-480℃、计算壁温为530℃。在近临界区的57%负荷时偏差管最高出口温度为415℃，即使在高含汽率区出现蒸干( DRO)，壁温的升高值根据MHI的资料最大也仅80℃左右，此时偏差管的最高壁温也仅500℃左右，即使再考虑运行偏差，这二壁温对12CrlMoV管材也足够安全；
节流孔圈选择的基准负荷：以57%负荷作为基准负荷能兼顾MCR和35%这两工况，且水冷壁在近临界区运行时，由于同时存在低干度下的DNB和高干度下的蒸干这2类传热恶化，按57%负荷作为选择节流孔圈的基准是最合适的。
由表1可以看出无论沿炉膛周围或相邻二管子间的温差均以57%负荷时为最小，35%负荷次之，而以MCR工况为最大，这当然是和以57%负荷作为选择节流孔圈的基准负荷有关。有些文献认为在最低直流工况（35%负荷）时压力已降为超高压，蒸汽比热较小，将导致较高的出口汽温偏差，但计算结果表明：最小直流工况的出口温度偏差只是略高于57%负荷，此工况下水冷壁已具有弱的自然循环特性，此时炉膛沿水平方向吸热分布更趋平坦所致；
二种节流方式水冷壁的总阻力和节流孔圈的阻力非常接近，57%负荷时的节流度均为15%左右，在现有的回路划分条件下已可获得较为满意的结果。如果要进一步降低温度偏差和最高出口温度，就需要进一步增加节流孔圈阻力，导致较高的水冷壁阻力：
根据上述分析，从安全和阻力角度考虑，两种节流方式均可采用。二级节流方式结构较复杂，制造维修工作量大，并需要采用直径较大的水冷壁下集箱；一级节流方式较简单，水冷壁下集箱直径要小得多。根据MHI采用垂直管圈的700MW变压超临界锅炉的经验及CE公司的看法，采用二级节流方式较为合适；
35%负荷切换成控制循环后，根据水循环计算，锅炉循环倍率为1. 25，水冷壁质量流速较直流I况的35%负荷时为大，所以此时水冷壁的总阻力也比35%负荷直流运行时大。因控制循环运行时水冷壁出口为双相介质，沿炉膛四周介质出口温度均为饱和温度，不存在温度偏差，此时水冷壁的质量流速达到760kg/m2 s，能保证水动力的稳定性和水冷壁的安全性。
考虑到一旦炉内热负荷分配的实际值与设计值间的差异较大，以及管子供货公差对小直径内螺纹管内径的影响，为进一步增加余度，也可以将水冷壁出口温度自426℃降到415℃。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料是客户们不错的选择。
5、结束语
600 MW超临界锅炉方案中，一次垂直上升水冷壁所采用的最小直流工况的界限质量流速、近临界工况高干度区的临界热负荷、超临界MCR工况所采用的设计质量流速均是合理的，是建筑在国内外对内螺纹管大量试验的基�。�
大量计算表明，水冷壁在超临界直流、亚临界直流和低负荷控制循环3个运行阶段中，无论从相邻二管间的温差、亚临界阶段的DNB余度和超临界偏差管的壁温均是安全的：
采用一级节流和二级节流两种方式均能保证水冷壁的安全运行。一级节流结构简单，但二级节流增加了水冷壁管流量控制细调手段，可以在首台超临界锅炉中采用。
