本發(fā)明屬于大型火力發(fā)電成套設(shè)備，尤其是涉及主蒸汽和再熱蒸汽溫度參數(shù)在630℃及以上的超高參數(shù)超超臨界鍋爐的爐膛。

背景技術(shù)：

目前大型火力發(fā)電廠用燃煤燃油燃?xì)獬R界鍋爐，常采用多次往復(fù)上升多通道爐膛設(shè)計(jì)或是采用螺旋爐膛設(shè)計(jì)。這兩種爐膛設(shè)計(jì)都是采用一定的結(jié)構(gòu)措施來提高鍋爐水冷壁循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的工質(zhì)質(zhì)量流速，從而達(dá)到大幅提高水冷壁管內(nèi)流動工質(zhì)與水冷壁管壁之間的對流傳熱系數(shù)，防止膜態(tài)或類膜態(tài)沸騰，使得有足夠多的熱量被工質(zhì)吸收，避免水冷壁在高溫環(huán)境下過熱超溫，維持鍋爐穩(wěn)定長期安全運(yùn)行。

但在目前更高參數(shù)的鍋爐設(shè)計(jì)條件下，以上兩種鍋爐爐膛水循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都出現(xiàn)了各回路之間汽水溫度偏差控制困難，使得在設(shè)計(jì)中爐膛材料選取面臨必須升級的局面。在當(dāng)前超超臨界鍋爐主流過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度參數(shù)為605℃/623℃的條件下，爐膛水冷壁管材已經(jīng)需要選用12Cr1MoVG這種高壓鍋爐合金管材。當(dāng)鍋爐過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度參數(shù)提高630℃，甚至到650℃/650℃的溫度水平時，如果仍采用以上兩種常規(guī)爐膛循環(huán)系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)方式，其在各回路汽水偏差控制上的局限性，已經(jīng)使得12Cr1MoVG這種高壓鍋爐合金管不能滿足更高的溫度壓力條件下的強(qiáng)度要求，因此必須將爐膛水冷壁材料升級到T23、T24甚至T91等更高等級的高壓合金管材。但是將這些管材運(yùn)用到模式水冷壁的車間制造尤其是現(xiàn)場安裝過程中都存在著到目前為止尚未完全客服的工藝問題，其中T23管材在國內(nèi)外都曾經(jīng)由于這些工藝問題在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生過大量的安全生產(chǎn)事故，導(dǎo)致國內(nèi)各個火力發(fā)電企業(yè)在設(shè)備采購過程中明確禁止將T23材料用作水冷壁的選材。

在更高參數(shù)（630℃及以上等級）的超超臨界鍋爐中采用更高等級的材料作為爐膛水冷壁的用材，面臨著制造加工和現(xiàn)場安裝等一系列的工藝技術(shù)問題，尤其是工地現(xiàn)場安裝的技術(shù)問題至今沒有十分可靠有效的解決辦法，即使將來找到了可行的技術(shù)解決方案，仍將大幅提高鍋爐設(shè)備的制造安裝成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是從鍋爐水冷壁循環(huán)系統(tǒng)回路的設(shè)計(jì)出發(fā)，采用新的爐膛回路劃分和連接方式，在鍋爐過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度參數(shù)提高至630℃及以上等級的溫度水平時，最大程度的減小水冷壁循環(huán)系統(tǒng)的各項(xiàng)熱力偏差，降低水冷壁管子在各種運(yùn)行工況條件下中可能出現(xiàn)的極端高溫，將溫度控制在12Cr1MoVG管材的溫度使用限制范圍之內(nèi)，在更高參數(shù)的超超臨界鍋爐設(shè)計(jì)上避免使用T23、T24和T91等等級更高但是水冷壁制造和安裝工藝尚不成熟的材料，達(dá)到可保證鍋爐長期安全穩(wěn)定運(yùn)行并有效降低制造和安裝成本的目的。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提出以下技術(shù)方案：

超高參數(shù)超超臨界鍋爐三段式爐膛，所述鍋爐三段式爐膛采用上、中、下三段式設(shè)計(jì)，所述爐膛下部和中部采用螺旋水冷壁管構(gòu)成的螺旋管爐膛結(jié)構(gòu)，上部采用垂直水冷壁管構(gòu)成的垂直管結(jié)構(gòu)，從下往上分別為下部螺旋爐膛1、中部螺旋爐膛2和上部垂直爐膛3。

所述下部螺旋爐膛1和中部螺旋爐膛2之間具有四根連接集箱4，位于爐膛四周；該連接集箱4是下部螺旋爐膛1的出口集箱，同時也是中部螺旋爐膛2的進(jìn)口集箱，下部螺旋爐膛1引出的工質(zhì)在該連接集箱4中進(jìn)行第一次混合，混合后的工質(zhì)進(jìn)入中部螺旋爐膛2；

所述中部螺旋爐膛2和上部垂直爐膛3之間具有四根中部爐膛出口集箱7和四根上部爐膛進(jìn)口集箱8，位于爐膛四周；每個中部爐膛出口集箱7上有中上部爐膛連接管6，爐膛兩側(cè)設(shè)有兩根中上部爐膛混合集箱5，由中上部爐膛連接管6導(dǎo)入的工質(zhì)在中上部爐膛混合集箱5進(jìn)行第二次混合；混合后的工質(zhì)再通過中上部爐膛連接管6導(dǎo)入上部爐膛進(jìn)口集箱8，并從上部爐膛進(jìn)口集箱8上引入上部垂直爐膛3。

本發(fā)明通過將爐膛改為三段式設(shè)計(jì)，可大幅提高熱偏差較小的螺旋爐膛的高度，減少熱偏差較大的垂直爐膛的高度，并通過增加一次混合過程，有效降低汽水側(cè)各個循環(huán)回路之間的熱力偏差，達(dá)到在極端工況下將水冷壁的壁溫控制在12Cr1MoVG管材許用溫度范圍之內(nèi)。

本發(fā)明采用制造和安裝技術(shù)上都非常成熟的12Cr1MoVG管材作為大型電站煤粉鍋爐爐膛的用材，可極大降低設(shè)備制造和安裝的成本，提高鍋爐運(yùn)行的安全性和可靠性；同時這種設(shè)計(jì)不僅僅適用于溫度等級630℃及以上等級的超高參數(shù)超超臨界鍋爐上，對于那些燃用極易結(jié)焦煤種，需要設(shè)計(jì)較大爐膛容積的高參數(shù)超臨界一次再熱鍋爐和二次再熱鍋爐都有較大的利用價值；這種設(shè)計(jì)在提高煤粉鍋爐對不同結(jié)焦特性的煤種的適應(yīng)性，為防止運(yùn)行過程中嚴(yán)重結(jié)焦情況發(fā)生提供了有利條件的同時，可更好的保證鍋爐爐膛水循環(huán)系統(tǒng)的水動力安全。

附圖說明

圖1為兩次混合低偏差爐膛水循環(huán)系統(tǒng)三段式結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：

1下部螺旋爐膛、2中部螺旋爐膛、3上部垂直爐膛、4連接集箱、5中上部爐膛混合集箱、6中上部爐膛連接管、7中部爐膛出口集箱、8上部爐膛進(jìn)口集箱。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本實(shí)施例解決方案是在舟山六橫1000MW超超臨界鍋爐方案的基礎(chǔ)上，為解決更高參數(shù)的鍋爐爐膛水動力安全性問題而研制開發(fā)的。舟山六橫1000MW超超臨界鍋爐為常規(guī)超超臨界參數(shù)，主要參數(shù)為主汽壓力27.5MPa，主汽溫度603℃，再熱蒸汽溫度605℃。當(dāng)鍋爐主汽和再熱蒸汽溫度提高到630℃及以上溫度等級，主汽壓力提高至32MPa以上時，現(xiàn)有的鍋爐爐膛常用管材（如T12、15CrMoG、12Cr1MoVG等）已經(jīng)不能滿足爐膛水動力安全性要求。而更高等級的管材在現(xiàn)場安裝方面技術(shù)難度大，工藝尚不成熟。為了解決這一制約鍋爐向更高參數(shù)發(fā)展的技術(shù)瓶頸，在原來常規(guī)超超臨界鍋爐爐膛設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，開發(fā)此三段式低偏差爐膛結(jié)構(gòu)形式，以達(dá)到最大程度減少爐膛熱力偏差，降低材料運(yùn)行溫度水平，避免使用更高等級但技術(shù)工藝尚不成熟的材料的目的，使得現(xiàn)有常規(guī)爐膛材料（如T12、15CrMoG、12Cr1MoVG等）在630℃及以上等級鍋爐上仍能滿足水動力的安全性需求。

圖1為兩次混合低偏差爐膛水循環(huán)系統(tǒng)三段式結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，在鍋爐爐膛上要實(shí)現(xiàn)各回路之間溫度低偏差的水動力設(shè)計(jì)必須采用以下幾個措施:

爐膛采用上、中、下三段式設(shè)計(jì)，爐膛下部和中部采用螺旋管爐膛結(jié)構(gòu)，上部采用垂直管結(jié)構(gòu)。

工質(zhì)在由螺旋上升的水冷壁管構(gòu)成的下部螺旋爐膛1中上升到一定的高度被引出，進(jìn)入爐膛四周的四根連接集箱4，該集箱即是下部螺旋爐膛的出口集箱同時也是中部螺旋爐膛的進(jìn)口集箱。工質(zhì)在該集箱中進(jìn)行第一次混合，降低下部爐膛各回路工質(zhì)在流動吸熱過程中形成的熱力偏差?；旌虾蟮墓べ|(zhì)通過水冷壁管導(dǎo)引，進(jìn)入中部螺旋爐膛2。

工質(zhì)在由螺旋上升的水冷壁管構(gòu)成的中部螺旋爐膛2中上升到一定的高度被引出，進(jìn)入爐膛四周的四根中部爐膛出口集箱7。每個中部集箱上有一定數(shù)量的中上部爐膛連接管6，這些連接管將工質(zhì)導(dǎo)入設(shè)在爐膛兩側(cè)的兩根中上部爐膛混合集箱5，工質(zhì)在混合集箱中進(jìn)行第二次混合，降低各回路工質(zhì)在中部螺旋爐膛2中形成的熱力偏差?；旌虾蟮墓べ|(zhì)再通過一定數(shù)量的中上部爐膛連接管6導(dǎo)入設(shè)在爐膛周圍的四根上部爐膛進(jìn)口集箱8，并從上部爐膛進(jìn)口集箱8上引出垂直水冷壁管構(gòu)成上部垂直爐膛3。

通過較常規(guī)上下爐膛的水動力典型兩段式設(shè)計(jì)，將爐膛改為三段式設(shè)計(jì)，可大幅提高熱偏差較小的螺旋爐膛的高度，減少熱偏差較大的垂直爐膛的高度，并通脫增加一次混合過程，可有效降低汽水側(cè)各個循環(huán)回路之間的熱力偏差。根據(jù)國家相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，12Cr1MoVG管材的最高使用溫度不能高于580℃，根據(jù)新的三段式爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可將水冷壁最高計(jì)算壁溫控制在580℃以下，達(dá)到在極端工況下將水冷壁的壁溫控制在12Cr1MoVG管材許用溫度范圍之內(nèi)的目的。

該三段式爐膛設(shè)計(jì)方法用于大型電站超超臨界630℃及以上溫度等級的煤粉鍋爐水動力安全性設(shè)計(jì)中。

以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。