一种降低壁温偏差的700℃超超临界锅炉水冷壁布置结构的制作方法

本实用新型涉及高效发电技术领域，特别涉及一种降低壁温偏差的700℃超超临界锅炉水冷壁布置结构。

背景技术：

700℃超超临界发电技术是未来高效发电的重要技术方向之一。为了追求更高的效率，美国、日本、欧洲从上世纪80年代开始相继开展了超超临界700℃发电技术的研究，研究重点集中在高温部件的开发。从上世纪90年代末开始，欧洲、日本、美国、印度等国家和地区陆续启动了700℃超超临界发电技术研究计划，如欧洲的ad-700及后续系列计划，美国的usc计划，日本的a-usc计划，印度700℃技术发展规划等。我国700℃发电技术的研究也紧跟世界步伐。国家能源局组织了“700℃联盟”，筛选和开发了一批高温合金材料，建成了700℃部件验证平台，完成了20000小时关键高温部件的验证，完成了主要设备的可行性研究。2015年，国内骨干发电企业基于“700℃计划”的阶段性成果，启动了“650℃发电机组”的研发和工程可行性研究。地方电力集团还启动了“251示范工程”，该项目设计供电煤耗可降至251g/kwh。2018年，国家科技部再次通过国家重点研发计划项目“700℃等级高效超超临界发电技术”资助华能集团牵头的研究团队深入开展700℃发电技术的研究，旨在该技术方向取得重大突破。

700℃超超临界锅炉是700℃发电技术的核心设备之一。近年来关于700℃超超临界锅炉的研究已有不少，且取得了丰硕的成果。但是，现有研究多集中在炉型设计、受热面布置、受热面选材等方面。而涉及700℃超超临界锅炉的水动力和壁温研究相对较少。

对于采用垂直管屏水冷壁高参数超超临界锅炉而言，水冷壁管屏普遍存在负流量响应特性，即热负荷越高的区域，阻力越大，流量越小，进而会导致其壁温越高。由于负流量响应特性的存在，往往导致水冷壁在高负荷工况工作时存在较大的壁温偏差，负荷越高，偏差越大。这会显著提升锅炉水冷壁局部超温的风险。对于现役600℃等级的超超临界锅炉，往往通过采用布置节流管圈或者进一步提高质量流速等方法降低其影响。但是对于700℃等级的超超临界锅炉，锅炉水冷壁的壁温水平更高，负流量响应特性导致的壁温偏差更为严峻，以某π型700℃超超临界锅炉为例，其满负荷水冷壁出口壁温可达540℃-630℃，这极大的增加了冷壁局部超温的风险。对于700℃等级的超超临界锅炉而言，单纯地靠布置节流管圈已经不能十分有效的抑制负流量响应特性带来的流量和壁温偏差。

但是从公开的文献资料可知，虽然目前已有部分关于700℃超超临界锅炉水动力和壁温计算的研究，但是如何有效解决负流量响应特性导致的壁温偏差鲜有见到。因此，还需要大量原创性的工作，首先，从负流量响应特性的机理考虑，结合热负荷、压降、流量和壁温的依变关系，通过合理的布置高、低热负荷区域的水冷壁管，从原理上显著降低负流量响应特性的影响；其次，在保证阻力增加在合理范围内的前提下，在部分水冷壁管的入口适当增加节流管圈，进一步的抑制流量偏差和壁温偏差。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种降低壁温偏差的700℃超超临界锅炉水冷壁布置结构，充分考虑了700℃超超临界锅炉水冷壁热负荷、压降、流量和壁温的依变关系，通过合理的布置高、低热负荷区域的水冷壁管，从原理上显著降低负流量响应特性的影响；其次，在保证阻力增加在合理范围内的前提下，在部分水冷壁管的入口适当增加节流管圈，进一步的抑制流量偏差和壁温偏差。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种降低壁温偏差的700℃超超临界锅炉水冷壁布置结构，包括水冷壁墙，所述水冷壁墙分为高热负荷区水冷壁3和低热负荷区水冷壁4，所述高热负荷区水冷壁3布置在水冷壁墙的中间位置，低热负荷区水冷壁4布置在两侧位置，高热负荷区水冷壁3和低热负荷区水冷壁4之间采用鳍片焊接。

所述高热负荷区水冷壁3由并联的高热负荷区水冷壁管5构成，高热负荷区水冷壁管5之间采用高热负荷区水冷壁鳍片6焊接，低热负荷区水冷壁4由并联的低热负荷区水冷壁管7构成，低热负荷区水冷壁管7之间采用低热负荷区水冷壁鳍片8焊接。

所述高热负荷区水冷壁管5采用标准管径的管子；低热负荷区水冷壁管5采用管径为1.1～1.2倍标准管径的管子。

所述水冷壁墙采用垂直管屏布置方式，水冷壁墙上设置有水冷壁管入口1和水冷壁管出口2，水冷壁管入口1设置在下方，水冷壁管出口2设置在上方，在低热负荷区水冷壁管7的入口一侧布置有低热负荷区水冷壁管入口节流圈9。

所述高热负荷区水冷壁3宽度约占水冷壁墙总宽度的40％～60％。

所述高热负荷区水冷壁3和低热负荷区水冷壁4的相对节距分别取1.4～1.6之间，相互独立。

本实用新型的有益效果：

本实用新型所述的一种抑制负流量响应特性的700℃超超临界锅炉水冷壁布置方式在具体操作时，首先，从负流量响应特性的机理考虑，结合700℃超超临界锅炉水冷壁热负荷、压降、流量和壁温的依变关系，通过合理的布置高、低热负荷区域的水冷壁管，从原理上显著降低负流量响应特性的影响；其次，在保证阻力增加在合理范围内的前提下，在部分水冷壁管的入口适当增加节流管圈，进一步的抑制流量偏差和壁温偏差。

附图说明

图1为本实用新型的整体系统图。

其中，1为水冷壁管入口，2为水冷壁管出口，3为高热负荷区水冷壁，4为低热负荷区水冷壁，5为高热负荷区水冷壁管，6为高热负荷区水冷壁鳍片，7为低热负荷区水冷壁管，8为低热负荷区水冷壁鳍片，9为低热负荷区水冷壁管入口节流圈。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，一种抑制负流量响应特性的700℃超超临界锅炉水冷壁布置方式，其特征在于，包括水冷壁管入口1，水冷壁管出口2，高热负荷区水冷壁3，低热负荷区水冷壁4，高热负荷区水冷壁管5，高热负荷区水冷壁鳍片6，低热负荷区水冷壁管7，低热负荷区水冷壁鳍片8，低热负荷区水冷壁管入口节流圈9。

将水冷壁墙分为高热负荷区水冷壁3和低热负荷区水冷壁4，其中高热负荷区水冷壁3布置在水冷壁墙的中间位置，低热负荷区水冷壁4布置在两侧位置，高热负荷区水冷壁3和低热负荷区水冷壁4之间采用鳍片焊接。

高热负荷区水冷壁3由并联的高热负荷区水冷壁管5构成，高热负荷区水冷壁管5之间采用高热负荷区水冷壁鳍片6焊接，高热负荷区水冷壁管5采用标准管径的管子；低热负荷区水冷壁4由并联的低热负荷区水冷壁管7构成，低热负荷区水冷壁管7之间采用低热负荷区水冷壁鳍片8焊接，低热负荷区水冷壁管5采用管径为1.1～1.2倍标准管径的管子。

水冷壁墙采用垂直管屏布置方式，水冷壁管入口1设置在下方，水冷壁管出口2设置在上方，在低热负荷区水冷壁管7的入口一侧布置有低热负荷区水冷壁管入口节流圈9。

高热负荷区水冷壁3宽度约占水冷壁墙总宽度的40％～60％。

高热负荷区水冷壁3和低热负荷区水冷壁4的相对节距分别取1.4～1.6之间，相互独立。

本实用新型的具体工作过程为：

来自锅炉水冷壁入口分配集箱的水被分配到水冷壁并联管屏中，从水冷壁管入口1流入，最终从水冷壁管出口2流出至水冷壁出口汇合集箱。其各个管内流量分配受各个管段的几何结构、阻力特性、热负荷分配等影响显著。进入高热负荷区水冷壁3的水工质，在较小的管径下，质量流速明显较高，有利于提升高热负荷区水冷壁管5内的换热能力，降低管壁金属和工质之间的换热温差。进入低热负荷区水冷壁4的水工质，在较大的管径下，质量流速相对较低，但是由于该区域热负荷相对较低，并不会导致管壁金属温度过高。这从机理上抑制了负流量响应特性带来了管壁金属壁温偏差。

此外，通过布置在低热负荷区水冷壁管7入口段的低热负荷区水冷壁管入口节流圈9，可以进一步精细化的调整水冷壁管屏的流量分配，进而进一步的抑制流量偏差和壁温偏差。

高热负荷区水冷壁管5之间采用高热负荷区水冷壁鳍片6焊接，低热负荷区水冷壁管7之间采用低热负荷区水冷壁鳍片8焊接，具体操作时，高热负荷区水冷壁3和低热负荷区水冷壁4的相对节距分别取1.4～1.6之间，相互独立，可保证水冷壁鳍片不超温。

采用上述具体操作时，首先，从负流量响应特性的机理考虑，结合700℃超超临界锅炉水冷壁热负荷、压降、流量和壁温的依变关系，通过合理的布置高、低热负荷区域的水冷壁管，从原理上显著降低负流量响应特性的影响；其次，在保证阻力增加在合理范围内的前提下，在部分水冷壁管的入口适当增加节流管圈，进一步的抑制流量偏差和壁温偏差。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。