0、引  言
    就某公司開發(fā)的600 MW超臨界鍋爐的垂直型水冷壁節(jié)流方式作了詳細(xì)分析與比較，對所采用的一級與二級節(jié)流方式作了分析比較，認(rèn)為兩種節(jié)流方式均可滿足水冷壁的安全運(yùn)行。
1、兩種節(jié)流方式比較
1.1節(jié)流調(diào)節(jié)的必要性
    變壓運(yùn)行垂直水冷壁各回路間的吸熱和結(jié)構(gòu)特性相差較大，且低負(fù)荷時回路具有弱的自然循環(huán)特性，高負(fù)荷時卻呈強(qiáng)制循環(huán)特性，使回路間造成較大的汽溫偏差，不利于水冷壁和分離器的安全運(yùn)行。
    產(chǎn)生大的熱力與溫度偏差也和不設(shè)中間混合集箱有關(guān)。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
    為最大限度降低上述因吸熱和結(jié)構(gòu)差異引起的偏差，只能依靠水冷壁系統(tǒng)內(nèi)裝設(shè)的節(jié)流孔圈來達(dá)到如下目的：
    保證各負(fù)荷下相鄰回路間的出口汽溫偏差小于50 - 80℃；保證各回路沿高度各點(diǎn)的干度小于許可干度或該點(diǎn)的局部熱負(fù)荷小于臨界熱負(fù)荷；控制水冷壁的最高壁溫不超過管材的許可壁溫，對于12CrlMoV或SA - 213T11管子來說，不能超過580 ℃。
1.2兩種節(jié)流方式的原理與回路劃分
    在600 MW超臨界鍋爐的方案設(shè)計中有二種節(jié)流孔圈的裝置方式，一種是CE公司復(fù)合循環(huán)鍋爐中采用的二級節(jié)流方式，即在每根水冷壁管的入口處按回路裝設(shè)不同孔徑的節(jié)流孔圈，并在水冷壁下集箱的進(jìn)水導(dǎo)管（或分配球內(nèi)）裝設(shè)大型的節(jié)流孔圈，每一孔圈負(fù)責(zé)數(shù)個回路的供水，或稱成組節(jié)流；另一種是單級節(jié)流方式，只在水冷壁下集箱的進(jìn)水導(dǎo)管（或分配球內(nèi)）裝設(shè)上述的成組節(jié)流孔圈。
    600MW變壓超臨界鍋爐共有1 560根垂直水冷壁管。按照切向燃燒，各水冷壁沿爐膛水平方向熱負(fù)荷分配和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，共劃分成36個回路。水冷壁下集箱共有16根不同直徑的進(jìn)水管，因此對二級節(jié)流方式來說，共有1 560個水冷壁節(jié)流孔圈及16個大型的成組節(jié)流孔圈；對一級節(jié)流方式來說則每臺鍋爐只有16只大型的成組節(jié)流孔圈。
1.3二種節(jié)流方式水冷壁溫度偏差與阻力特性
    對600 MW超臨界鍋爐水冷壁的二種節(jié)流方式，在不同工況下的水動力計算結(jié)果示于下列表中：
    二種節(jié)流方式水冷壁出口溫度偏差見表1；
    二種節(jié)流方式水冷壁管最高的出口溫度見表2；
    二種節(jié)流方式水冷壁阻力特性見表3，上述阻力不包括分離器及混合球阻力；
    35%負(fù)荷控制循環(huán)阻力特性見表4．不包括分離器及混合球阻力。
2、結(jié)果分析
    由上述計算結(jié)果可看出：
    二種節(jié)流方式的水冷壁溫度的最大偏差很相近，沿爐膛周界最大偏差為70℃左右、相鄰二管子間最大溫差對二級節(jié)流為30 - 38℃，對一級節(jié)流為25-50℃，均小于原蘇聯(lián)和CE的推薦值。上述溫度偏差均位于水冷壁出口，此處煙溫和熱負(fù)荷均較低；
    二種節(jié)流方式在MCR時偏差管最高出口溫度為475-480℃、計算壁溫為530℃。在近臨界區(qū)的57%負(fù)荷時偏差管最高出口溫度為415℃，即使在高含汽率區(qū)出現(xiàn)蒸干( DRO)，壁溫的升高值根據(jù)MHI的資料最大也僅80℃左右，此時偏差管的最高壁溫也僅500℃左右，即使再考慮運(yùn)行偏差，這二壁溫對12CrlMoV管材也足夠安全；
    節(jié)流孔圈選擇的基準(zhǔn)負(fù)荷：以57%負(fù)荷作為基準(zhǔn)負(fù)荷能兼顧MCR和35%這兩工況，且水冷壁在近臨界區(qū)運(yùn)行時，由于同時存在低干度下的DNB和高干度下的蒸干這2類傳熱惡化，按57%負(fù)荷作為選擇節(jié)流孔圈的基準(zhǔn)是最合適的。
    由表1可以看出無論沿爐膛周圍或相鄰二管子間的溫差均以57%負(fù)荷時為最小，35%負(fù)荷次之，而以MCR工況為最大，這當(dāng)然是和以57%負(fù)荷作為選擇節(jié)流孔圈的基準(zhǔn)負(fù)荷有關(guān)。有些文獻(xiàn)認(rèn)為在最低直流工況（35%負(fù)荷）時壓力已降為超高壓，蒸汽比熱較小，將導(dǎo)致較高的出口汽溫偏差，但計算結(jié)果表明：最小直流工況的出口溫度偏差只是略高于57%負(fù)荷，此工況下水冷壁已具有弱的自然循環(huán)特性，此時爐膛沿水平方向吸熱分布更趨平坦所致；
    二種節(jié)流方式水冷壁的總阻力和節(jié)流孔圈的阻力非常接近，57%負(fù)荷時的節(jié)流度均為15%左右，在現(xiàn)有的回路劃分條件下已可獲得較為滿意的結(jié)果。如果要進(jìn)一步降低溫度偏差和最高出口溫度，就需要進(jìn)一步增加節(jié)流孔圈阻力，導(dǎo)致較高的水冷壁阻力：
    根據(jù)上述分析，從安全和阻力角度考慮，兩種節(jié)流方式均可采用。二級節(jié)流方式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造維修工作量大，并需要采用直徑較大的水冷壁下集箱；一級節(jié)流方式較簡單，水冷壁下集箱直徑要小得多。根據(jù)MHI采用垂直管圈的700MW變壓超臨界鍋爐的經(jīng)驗及CE公司的看法，采用二級節(jié)流方式較為合適；
    35%負(fù)荷切換成控制循環(huán)后，根據(jù)水循環(huán)計算，鍋爐循環(huán)倍率為1. 25，水冷壁質(zhì)量流速較直流I況的35%負(fù)荷時為大，所以此時水冷壁的總阻力也比35%負(fù)荷直流運(yùn)行時大。因控制循環(huán)運(yùn)行時水冷壁出口為雙相介質(zhì)，沿爐膛四周介質(zhì)出口溫度均為飽和溫度，不存在溫度偏差，此時水冷壁的質(zhì)量流速達(dá)到760kg/m2 s，能保證水動力的穩(wěn)定性和水冷壁的安全性。
    考慮到一旦爐內(nèi)熱負(fù)荷分配的實際值與設(shè)計值間的差異較大，以及管子供貨公差對小直徑內(nèi)螺紋管內(nèi)徑的影響，為進(jìn)一步增加余度，也可以將水冷壁出口溫度自426℃降到415℃。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
5、結(jié)束語
    600 MW超臨界鍋爐方案中，一次垂直上升水冷壁所采用的最小直流工況的界限質(zhì)量流速、近臨界工況高干度區(qū)的臨界熱負(fù)荷、超臨界MCR工況所采用的設(shè)計質(zhì)量流速均是合理的，是建筑在國內(nèi)外對內(nèi)螺紋管大量試驗的基礎(chǔ)；
    大量計算表明，水冷壁在超臨界直流、亞臨界直流和低負(fù)荷控制循環(huán)3個運(yùn)行階段中，無論從相鄰二管間的溫差、亞臨界階段的DNB余度和超臨界偏差管的壁溫均是安全的：
    采用一級節(jié)流和二級節(jié)流兩種方式均能保證水冷壁的安全運(yùn)行。一級節(jié)流結(jié)構(gòu)簡單，但二級節(jié)流增加了水冷壁管流量控制細(xì)調(diào)手段，可以在首臺超臨界鍋爐中采用。