[发明专利]700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉的水冷壁及工作方法

说明书

本发明公开了一种700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉的水冷壁及工作方法，该水冷壁包括前墙、右侧墙、后墙和左侧墙，通过充分考虑700℃二次再热锅炉的参数特点和吸热分配比例，将右侧墙和左侧墙布置垂直管圈膜式水冷壁，前墙布置垂直管圈一次再热膜式水冷壁，后墙布置垂直管圈二次再热膜式水冷壁；首先解决了700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉水冷壁通流面积大、流速偏低的问题；其次，显著降低了水冷壁管流量偏差的问题，有效抑制了水冷壁局部超温的问题；另外，布置一次再热水冷壁和二次再热水冷壁，增加了再热辐射受热面，有效解决了700℃二次再热锅炉一次再热和二次再热吸热比例显著升高的问题，同时避免了卧式侧墙对冲锅炉布置墙式再热器的难题。

技术领域

本发明属于高效发电技术领域，具体涉及一种700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉的水冷壁及工作方法。

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。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(Ultra-SupercriticalSteam Project)，日本的A-USC计划、印度的Adv-USC等。1998年欧洲启动AD700(“高效超超临界发电计划”)项目，先后开展了700℃等级发电技术的可行性研究和材料基本性能提升、材料验证、部件验证等工作。除AD700之外，随着研究工作的开展，在欧盟内部又启动了大量的700℃发电技术支撑项目，包括MARCKO、COORETEC-TD1、COMTES700等，这些项目分别由欧盟、欧洲行业联盟、国家地方政府、企业等资助。欧洲关于700℃技术的研发走在了世界的前列，尽管遇到一些挫折，但还是积累了经验、获得了大量试验数据和重要结论，推动了欧洲700℃超超临界发电技术的发展。日本2008年开始进行A-USC项目的研究，目标是蒸汽温度达到700℃以上，日立最近还提出了蒸汽温度800℃的发展目标。包括基础技术研究、关键技术研究、试验机验证、商业化示范机组研制等阶段，其中关键技术开发包括系统设计、锅炉关键技术开发、汽轮机关键技术开发、高温阀门关键技术开发、实炉试验、旋转试验(包括高温阀)等。在日本，尽管国家层面的A-USC计划启动较晚，但日本的企业早已开始关键技术特别是新材料的开发，因此有较好的基础，研发计划非常周密。美国从2010年开始进行700℃超超临界发电技术研发，主要侧重于材料的性能试验和工艺试验，进行了技术经济分析，搭建了简单的锅炉过热器腐蚀试验回路，测试不同燃煤条件下的腐蚀程度。目前这些项目均已结束，美国政府尚未推出进一步的研究项目。

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℃超超临界二次再热锅炉是700℃发电技术的核心部件之一，国内外也提出了多种炉型结构，如п型锅炉、塔式锅炉、M型锅炉、卧式锅炉等。其中，700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉被认为是极具经济性的炉型之一，可以有效的缩短六大管道长度，显著降低高温镍基合金的用量。但是，经调研，目前现有的700℃二次再热卧式侧墙对冲锅炉普遍存在以下问题：首先，卧式侧墙对冲的炉型决定其前墙、右侧墙、后墙和左侧墙水冷壁结构差异巨大，流量分配均匀性普遍较差，易出现局布超温现象；其次，卧式侧墙对冲的炉型四面周长远大于常规炉型，四面墙全部布置水冷壁管的话，通流面积大，质量流速偏低，不利于传热；另外，由于700℃二次再热锅炉的一次再热和二次再热吸热比例显著升高，必须布置相应的辐射受热面，而卧式侧墙对冲的炉型在出口烟窗前布置墙式再热器难度较大。