[实用新型]具有弧形过渡截面肋片的宽负荷锅炉水冷壁内螺纹管

说明书

技术领域

本实用新型属于强化传热与减阻技术领域，具体涉及一种具有弧形过渡截面肋片的宽负荷锅炉水冷壁内螺纹管。

背景技术

我国的一次能源以煤炭为主，燃煤发电是电力生产的主要形式。高参数、大型化、大容量是燃煤发电机组的重要发展方向，电站锅炉已发展到超超临界参数水平。迄今为止，国内已有600MW和1000MW等级的超超临界机组投入运行。近年来，随着电网负荷峰谷差逐渐增大，已投运的超超临界机组也不得不在低负荷下运行，导致超超临界机组效率低下、丧失了自身优势。安全可靠的水冷壁技术是超超临界锅炉变压运行的关键。日益突出的调峰需求要求超超临界锅炉水冷壁在较宽的运行负荷范围内具有优良的流动传热特性。因此，研发宽负荷超超临界锅炉成为我国洁净煤燃烧技术的重要发展方向之一。而开发适用于宽负荷超超临界锅炉的内螺纹管则是研发宽负荷超超临界锅炉的必要组成部分。同时，发展优化内螺纹管也是改善水冷壁流动传热特性、保障锅炉安全运行的一种重要手段。

变压运行超超临界锅炉水冷壁的设计和选型，关键是要确保锅炉在可能的运行负荷范围内水循环的安全性，防止水动力多值性和膜态沸腾，减小热偏差和流量偏差等。三菱公司开发了变压运行超临界内螺纹管垂直管圈锅炉后，结构简单、安装维修便捷的内螺纹管垂直管圈水冷壁的应用越来越广泛。为确保锅炉水循环的安全性及控制热偏差和流量偏差，内螺纹管垂直管圈普遍采用了较高的质量流速和加装节流孔圈。这导致超临界内螺纹管垂直管圈锅炉流动阻力增加，给水泵能耗随之增加。

实用新型内容

由于调峰需求，超超临界机组长期处于低负荷运行，导致机组热效率降低，为改善超超临界锅炉低负荷下的传热特性，本实用新型的目的是：开发一种具有弧形过渡截面肋片的宽负荷锅炉水冷壁内螺纹管，进一步强化内螺纹管的传热能力，特别是在中低质量流速下的传热能力，使超超临界锅炉低负荷下的传热特性得到改善；同时，降低锅炉的流动阻力，减小给水泵的耗功，促进电厂节能降耗。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

一种具有弧形过渡截面肋片的宽负荷锅炉水冷壁内螺纹管，包括管体，及在管体内壁面呈螺旋状布置的内螺纹肋片，所述内螺纹肋片的横截面形状为等腰梯形，其侧面与顶面和底面的连接面为弧形截面；所述内螺纹管可以用于设计制造宽负荷锅炉所需的垂直管圈水冷壁，水冷壁管圈进口不需要布置节流孔圈，锅炉质量流速范围为中低质量流速300～1300kg/(m2·s)。

所述内螺纹肋片侧面的顶部弧面和底部弧面的高度均不超过肋片高度的30％，顶部弧面为凸弧形面，底部弧面为凹弧形面。

进一步，顶部弧面分别与肋片的顶面和侧面平滑连接；底部弧面分别与肋片的侧面和管体平滑连接。

所述内螺纹管的外径D为29～42mm；所述内螺纹管的壁厚t为4.65～7.20mm；所述内螺纹肋片等间距布置，肋片头数为4～6头；所述内螺纹肋片的轴顶宽w为4.5～6.5mm；所述内螺纹肋片的高度h为1.09～1.55mm。

所述内螺纹肋片的侧面与与管轴线方向的夹角β为45°～60°；所述内螺纹肋片的螺旋方向与管轴线方向的夹角α为30°～65°。

所述内螺纹管可以用于设计制造宽负荷锅炉所需的垂直管圈水冷壁，水冷壁管圈进口不需要布置节流孔圈，锅炉质量流速范围为中低质量流速300～1300kg/(m2·s)。

本实用新型的有益效果：与光管相比，内螺纹管不仅增加了换热面积，而且能够在管内形成螺旋流动，破环流动边界层，增强管内湍流强度。在汽水两相流动中，螺旋流动产生的离心力可以将密度较大的液滴持续甩到管内壁面上，显著增强液膜润湿管壁的能力。当液膜蒸干时，内螺纹管能够控制管壁温度的飞升程度。当锅炉接近满负荷运行时，管内工质为超临界流体，近壁面的螺旋流动能够增强管内横截面上的湍流混合，有效抑制超临界传热恶化的发生。所涉及的宽负荷锅炉内螺纹管，能够进一步增强内螺纹管的传热能力，特别是在中低质量流速下的传热能力，使超超临界锅炉低负荷下的传热特性得到改善。

进一步，所涉及的宽负荷锅炉内螺纹管能够在中低质量流速下保证良好的传热效果，则管内的流动阻力降低，取消节流孔圈，水冷壁流动阻力进一步降低，超超临界锅炉的流动阻力也就随之减小，因此，给水泵耗功减小，有利于节能降耗。