一.介紹螺旋管圈水冷壁和內(nèi)螺紋管

通過(guò)分析超臨界壓力變壓運(yùn)行直流鍋爐爐膛水冷壁水的動(dòng)力特性，可以看出超臨界壓力直流鍋爐的蒸發(fā)熱表面，特別是在啟動(dòng)和變壓運(yùn)行時(shí)（在亞臨界壓力下運(yùn)行），可能存在流動(dòng)不穩(wěn)定、工質(zhì)沸騰傳熱惡化、熱偏差、脈動(dòng)等水動(dòng)安全問(wèn)題。

因此，隨著高參數(shù)、大容量超臨界鍋爐技術(shù)的發(fā)展和發(fā)展，各國(guó)專家提出并應(yīng)用了螺旋管圈水冷壁和內(nèi)螺紋管技術(shù)，以提高水冷壁的傳熱效率，避免傳熱惡化。

1.螺旋管圈水冷壁螺旋水冷壁管屏是西德、瑞士等國(guó)家為滿足變負(fù)荷運(yùn)行的需要而開(kāi)發(fā)的。水冷壁四面傾斜。由于水平管圈承載能力差，部分鍋爐上部采用垂直上升管屏，可采用全懸掛結(jié)構(gòu)。由于爐上部的熱負(fù)荷降低，管壁之間的溫差不大，垂直管屏不會(huì)對(duì)膜水冷壁造成損壞。

1)螺旋圍繞上升管屏的優(yōu)點(diǎn):

a.由于水冷壁四面傾斜，水平管屏吸熱均勻，不能設(shè)置中間混合聯(lián)箱。滑壓運(yùn)行時(shí)，汽水混合物分布不均勻，可變壓運(yùn)行，啟停快，適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷頻繁變化，調(diào)頻性能好。

b.螺旋管圈熱偏差小，適用于膜式水冷壁，工質(zhì)流速高，水動(dòng)特性穩(wěn)定，不易出現(xiàn)膜狀沸騰，可防止金屬壁溫過(guò)高。

c.管道簡(jiǎn)單，工藝總長(zhǎng)度短，汽水系統(tǒng)水阻小。

d.蒸發(fā)加熱面采用螺旋管圈時(shí)，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇管數(shù)，不受爐尺寸的影響，可選擇較厚的管徑，以增加水冷壁的剛度。

e.螺旋管圈對(duì)燃料適應(yīng)性大，可燃煤揮發(fā)性低，灰分高。

2)螺旋圍繞上升管屏的缺點(diǎn):安裝、制造、支吊困難，現(xiàn)場(chǎng)施工工作量大。

3)國(guó)內(nèi)應(yīng)用:

這種水冷壁形式是目前流行的一種形式，也是超臨界壓力鍋爐水冷壁形式的發(fā)展方向。國(guó)內(nèi)超臨界機(jī)組較多。華能石洞口發(fā)電廠引進(jìn)的第一臺(tái)超臨界壓力機(jī)組鍋爐采用這種形式。也可以說(shuō)，這種形式代表了超臨界鍋爐水冷壁的發(fā)展方向。目前，超臨界壓力直流鍋爐水冷壁管圈有兩種基本形式：螺旋管圈和垂直管圈。

2.內(nèi)螺紋管

1）所謂內(nèi)螺紋管是指在管道內(nèi)壁上打開(kāi)單頭或多頭螺旋槽的管道。它可以改善傳熱，防止或延緩傳熱惡化的發(fā)生。當(dāng)傳熱惡化時(shí)，它還具有加強(qiáng)傳熱的功能，可以降低壁溫，減少傳熱惡化的后果

2)內(nèi)螺紋管改善傳熱機(jī)理

目前對(duì)內(nèi)螺紋管改善傳熱機(jī)制的研究還不是很徹底，但一般來(lái)說(shuō)，有三個(gè)可能的原因。考慮到管道中流體的流動(dòng)特性，可以分析兩個(gè)原因，即內(nèi)螺紋使管道內(nèi)壁產(chǎn)生的螺旋流和邊界層分離流。

螺旋流增加了流體和管壁的相對(duì)速度，可以減少層流底層的厚度。螺旋流產(chǎn)生的離心力可以將蒸汽中的液滴扔回墻上，從而延緩墻上的干燥。邊界層分離流的主要作用是攪拌邊界層，使流體傾向均勻混合。因此，當(dāng)?shù)谝环N傳熱惡化迅速發(fā)生時(shí)，可以攪拌流體，拖延蒸汽膜的產(chǎn)生，防止膜沸騰；

當(dāng)?shù)诙悅鳠嵫杆賽夯瘯r(shí)，它可以將蒸汽中夾帶的液滴扔回墻壁，延緩干燥。內(nèi)螺紋改善傳熱的第三個(gè)原因是傳熱面積的增加。一般來(lái)說(shuō)，內(nèi)螺紋管的表面積可比直徑相同的光管增加20%~25%。結(jié)合這些效果，內(nèi)螺紋管可以提高管道內(nèi)的流動(dòng)換熱系數(shù)，提高臨界熱流密度，延緩傳熱惡化的發(fā)生。即使傳熱惡化，也能保持改善傳熱特性，有效降低壁溫。

內(nèi)螺紋管改善傳熱示意圖

3.水冷壁傳熱惡化，防止

在亞臨界壓力下，主導(dǎo)傳熱機(jī)制是沸騰傳熱，加上一些強(qiáng)制對(duì)流效應(yīng)。當(dāng)對(duì)流沸騰傳熱惡化時(shí)，一般分為兩類：

一種是膜狀沸騰發(fā)生在欠熱區(qū)或低干度區(qū)，也稱偏離核狀沸騰(DNB)。

另一種是蒸汽干度高的液膜蒸干現(xiàn)象，稱為干燥(DryOut)。

影響汽水兩相流沸騰傳熱特性的主要因素有壓力、質(zhì)量流速、熱負(fù)荷和干燥。嚴(yán)格控制亞臨界壓力下的干燥點(diǎn)，避免燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷最高

。由于超臨界壓力下工質(zhì)的熱物理特性，擬臨界點(diǎn)約為2095kJ/kg，輻射區(qū)水冷壁出口的工作質(zhì)量溫度應(yīng)嚴(yán)格控制，工作質(zhì)量吸熱能力最強(qiáng)的大比熱區(qū)應(yīng)避開(kāi)熱負(fù)荷最高的螺旋管圈區(qū)域，并將其推至熱負(fù)荷較低的垂直管圈區(qū)域。下輻射區(qū)水冷壁出口的工作質(zhì)量溫度應(yīng)控制在不高于相應(yīng)壓力的臨界溫度，以避免膜狀沸騰。為了監(jiān)測(cè)蒸發(fā)熱表面出口的金屬溫度，在螺旋管水冷壁管出口設(shè)置了溫度測(cè)量元件。

在直流鍋爐系統(tǒng)中，需要考慮管道壁溫在臨界熱流密度下的升高。在高熱流密度區(qū)域使用內(nèi)螺紋管可以延遲或避免超臨界壓力下的膜沸騰和亞臨界壓力下的膜沸騰。鍋爐螺旋水冷壁管（除灰斗區(qū)域外）采用內(nèi)螺紋管。該管道可以降低爐安全運(yùn)行所需的最低質(zhì)量流量，然后降低爐的壓降，同時(shí)在工作質(zhì)量干度x=0.9點(diǎn)，傳熱一般不會(huì)惡化。內(nèi)螺紋管能改善傳熱，一般認(rèn)為有三個(gè)可能的原因:

1）內(nèi)螺紋使管道內(nèi)壁產(chǎn)生螺旋流。螺旋流增加了流體和管壁的相對(duì)速度，減少了層流底層的厚度。螺旋流產(chǎn)生的離心力可以將蒸汽中的液滴扔回墻上，從而延緩墻上的干燥。

2)內(nèi)螺紋使管道內(nèi)壁產(chǎn)生邊界層分離流。邊界層分離流的主要作用是攪拌邊界層，使流體傾向均勻混合。

3)內(nèi)螺紋增加了管道的傳熱面積。一般來(lái)說(shuō)，內(nèi)螺紋管可以比直徑相同的光管增加20%~25%的表面積。

簡(jiǎn)而言之，使用內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)流體后，當(dāng)?shù)谝活悅鳠釔夯焖侔l(fā)生時(shí)，可以攪拌流體，拖延蒸汽膜的產(chǎn)生，防止膜沸騰；當(dāng)?shù)诙悅鳠釔夯焖侔l(fā)生時(shí)，可以將蒸汽中的液滴扔回墻上，延緩干燥。內(nèi)螺紋管可以提高管道內(nèi)的流動(dòng)換熱系數(shù)，提高臨界熱流密度，延緩傳熱惡化的發(fā)生。即使傳熱惡化，也能改善傳熱特性，有效降低壁溫。

4.螺旋管圈水冷壁在變壓運(yùn)行過(guò)程中的工作特點(diǎn)

1)超臨界參數(shù)鍋爐變壓運(yùn)行時(shí)，工作壓力隨負(fù)荷變化。MCR當(dāng)負(fù)荷低于時(shí)，水冷壁在亞臨界壓力區(qū)工作。管道中的工作質(zhì)量是汽水混合物，比容量變化更大。此時(shí)，如果管外熱流密度過(guò)高，不僅容易引起膜沸騰，還會(huì)引起工作質(zhì)量的大熱膨脹。

2)超臨界壓力鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，下輻射區(qū)出口壓力相對(duì)較低，50%MCR負(fù)間壓力為13Mpa，此時(shí)飽和汽的比容是水的8.超過(guò)1倍，汽水比容差顯著增加.

3）低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，螺旋管圈進(jìn)口工質(zhì)溫度降低，工質(zhì)缺焓增加。當(dāng)部分水冷壁結(jié)渣或積灰或火焰偏移時(shí)，水冷壁管的沸點(diǎn)會(huì)不同步延遲。此時(shí)，雖然水冷壁的總流量保持不變，但各管內(nèi)工質(zhì)流量分布不均勻或流量大小，導(dǎo)致流量不穩(wěn)定。因此，應(yīng)特別注意低負(fù)荷下水動(dòng)力的不穩(wěn)定性。負(fù)荷越低，壓力越低，水動(dòng)力越不穩(wěn)定。

二.本工程鍋爐螺旋水冷壁

日立-巴布科克公司用于爐膛水冷壁(BHK)成熟的布局和結(jié)構(gòu)使其可靠性高，經(jīng)濟(jì)性好，對(duì)變壓運(yùn)行負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)。日立-巴布科克(BHK)為本工程提供的鍋爐方案爐膛水冷壁具有如下特點(diǎn)：

1)根據(jù)日立-巴布科克壁溫計(jì)算和應(yīng)力分析計(jì)算結(jié)果，采用加熱面管和膜扁鋼制成，并留有裕度；

2)爐下部采用螺旋盤(pán)繞水冷壁，上部采用垂直水冷壁，適用于變壓運(yùn)行和鍋爐調(diào)峰；

3）水冷壁均為膜結(jié)構(gòu)，采用微負(fù)壓爐設(shè)計(jì)，爐內(nèi)煙氣無(wú)泄漏；下螺旋盤(pán)繞水冷壁管均采用內(nèi)螺紋管，可防止水循環(huán)不穩(wěn)定，降低最低質(zhì)量流量，降低水冷壁流阻，獲得最低直流負(fù)荷；

4)下水冷壁與上水冷壁之間設(shè)有過(guò)渡段，混合分配容器，采用下螺旋繞組內(nèi)螺紋管，水冷壁出口溫度偏差小，靜態(tài)敏感性小；

5)采用不同的剛性梁支撐結(jié)構(gòu)，剛性梁與水冷壁可相對(duì)滑動(dòng)，自由膨脹，無(wú)附加熱應(yīng)力；

1.設(shè)計(jì)思想

在超臨界本生直流鍋爐的設(shè)計(jì)中，與其他爐類型最大的區(qū)別在于爐水冷壁的設(shè)計(jì)。爐水冷壁的實(shí)際吸熱量份額通常受煤類型、爐渣程度、燃燒器投入層數(shù)、變壓運(yùn)行負(fù)荷和切割高度的影響。由于低壓運(yùn)行時(shí)蒸汽比大，熱比小，當(dāng)水冷壁的吸熱偏差大于設(shè)計(jì)值時(shí)，會(huì)造成不良后果。爐水冷壁的設(shè)計(jì)主要考慮以下幾點(diǎn)：

1)隨著負(fù)荷的減少，在極其惡劣的水冷壁中，質(zhì)量流量也按比例下降。在直流模式下，工作質(zhì)量流量的穩(wěn)定性受到影響。為了防止流量的多值不穩(wěn)定，在最低直流運(yùn)行負(fù)荷下必須限制質(zhì)量流量。

2)進(jìn)入臨界壓力點(diǎn)以下低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，必須注意水冷壁管內(nèi)兩相流的傳熱和流動(dòng)，防止膜沸騰導(dǎo)致水冷壁管金屬超溫爆炸。

3)負(fù)荷降低后，爐水冷壁吸熱不均勻，應(yīng)注意防止水冷壁管圈吸熱不均勻?qū)е聹囟绕钤黾印?/p>

4)在整個(gè)變壓運(yùn)行中，蒸發(fā)點(diǎn)的變化會(huì)改變單相和兩相水冷壁的金屬溫度。應(yīng)注意水冷壁及其剛性梁系統(tǒng)的熱膨脹設(shè)計(jì)，防止壓力部件疲勞損壞。

5)由于減輕負(fù)荷后，省煤器段的吸熱量減少B-MCR工況設(shè)計(jì)布置的省煤器在低負(fù)荷下可能會(huì)出現(xiàn)出口蒸發(fā)，影響水冷壁流量分配，導(dǎo)致流動(dòng)工況惡化。

2.爐膛水冷壁的主要特點(diǎn)概述

爐內(nèi)高熱負(fù)荷區(qū)下部水冷壁采用螺旋纏繞水冷壁，以降低下部水冷壁的溫度偏差。起蒸汽水分離作用的啟動(dòng)分離器安裝在天花板進(jìn)口處，在最低直流負(fù)荷以下的循環(huán)模式下運(yùn)行。水冷壁出口進(jìn)入啟動(dòng)分離器的工作質(zhì)量具有一定的過(guò)熱性。爐內(nèi)水冷壁采用膜壁，保證爐內(nèi)煙氣密實(shí)無(wú)泄漏。扁鋼和管道的材料使相互熱膨脹一致。扁鋼的寬度可適用于變壓運(yùn)行，并保證鰭端溫度低于材料在任何運(yùn)行條件下的最高允許溫度。

出口工質(zhì)溫度偏差以不同的水冷壁形式進(jìn)行比較

由于同一管帶中的管道以相同的方式繞過(guò)爐的角落和中間部分，所有水冷壁管的流量和加熱均勻，確保爐周圍的吸熱基本相同，使水冷壁出口的介質(zhì)溫度和金屬溫度非常均勻，為機(jī)組峰值調(diào)整的安全可靠運(yùn)行提供了保證。上圖顯示了出口質(zhì)量溫度偏差的比較。

爐采用螺旋水冷壁結(jié)構(gòu)，使水冷壁管在各種條件下具有足夠的質(zhì)量流量，特別是在啟動(dòng)和低負(fù)荷條件下，管間吸熱均勻，防止在亞臨界壓力下偏離核沸騰（DNB），類核狀在超臨界壓力下沸騰（DNB），減小爐膛出口工質(zhì)溫度偏差，以及水動(dòng)力不穩(wěn)定等傳熱惡化工況。水冷壁具有足夠的動(dòng)壓頭，也可避免如停滯、倒流、流動(dòng)多值性等水循環(huán)不穩(wěn)定問(wèn)題的發(fā)生。這種布置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量小，即不需要變徑的節(jié)流圈或閥門(mén)，同時(shí)也不必在水冷壁進(jìn)口設(shè)專門(mén)給水流量平衡調(diào)節(jié)分配裝置。水冷壁采用內(nèi)螺紋管，當(dāng)流經(jīng)管子的水速較低時(shí)，可達(dá)到較高的管內(nèi)傳熱系數(shù)，若使用光管要達(dá)到同樣的傳熱系數(shù)，則須提高管內(nèi)水速，因此，采用內(nèi)螺紋管由于其管內(nèi)水速低可以降低水冷壁的壓降。

螺旋管圈的設(shè)計(jì)是減少直流爐負(fù)荷，不僅減少工作質(zhì)量流量，而且可以充分冷卻爐不同形式的水冷壁，出口工作質(zhì)量溫度偏差水冷壁，螺旋管圈爐的基本原理是減少爐水冷壁管的數(shù)量，保持高質(zhì)量流量，不增加管之間的距離，使管與肋金屬壁溫度在任何工作條件下安全，因此管沿爐周圍有一定的傾角。因此，螺旋管圈水冷壁的設(shè)計(jì)達(dá)到了以下兩個(gè)目的：

1)減少各管屏管道數(shù)量，提高管道質(zhì)量流量，避免管壁金屬過(guò)熱和超溫。

2)盡量減少管道之間的吸熱偏差，使每根管道通過(guò)爐的四面墻。

3.水冷壁的布置

對(duì)于大容量鍋爐的水冷壁，螺旋繞組管和垂直升降管都是可行的。在本工程設(shè)計(jì)中，爐由兩種不同的結(jié)構(gòu)組成：下螺旋繞組上升水冷壁和上垂直上升水冷壁，均采用膜結(jié)構(gòu)，由過(guò)渡水冷壁轉(zhuǎn)換連接。

本工程爐膛寬度為19419.2mm，深度為15456.8mm，高度為67000mm，整個(gè)爐膛周圍為全焊膜水冷壁。爐膛由兩種不同的結(jié)構(gòu)組成：下螺旋繞上升水冷壁和上垂直上升水冷壁。兩者之間由過(guò)渡水冷壁轉(zhuǎn)換連接。爐冷灰斗的傾斜角為55°，除渣口喉口寬度為1.2432米。

爐下水冷壁采用螺旋繞膜管圈，螺旋水冷壁管均采用六頭，上升角60°共456根內(nèi)螺紋管，管道規(guī)格Φ38.1×7.5，材料為SA-213T2.爐冷灰斗管的節(jié)距為50.8及49.827mm，冷灰斗外的中間螺旋繞管圈傾角為19.471°，管子節(jié)距50.8mm。冷灰斗管屏、螺旋管屏膜扁鋼厚度δ6.4，材料為15CrMo。

爐冷灰斗傾斜角

螺旋水冷壁前墻、兩側(cè)墻出口管全部抽出爐外，后墻出口管則是4抽1根管子直接上升成為垂直水冷壁后墻凝渣管，另3根抽出到爐外，抽出爐外的管子進(jìn)入24根螺旋水冷壁出口集箱（Φ190.7×43，SA106C），由22根連接管（Φ141.3×24/Φ127×22，SA335P12）引入位于鍋爐左右兩側(cè)的兩個(gè)混合集箱（Φ444.5×95，SA335P12）混合后，再引入到24根垂直水冷壁進(jìn)口集箱（Φ190.7×43，SA335P12），過(guò)渡段水冷壁管子規(guī)格Φ38.1×7.5內(nèi)螺紋管和Φ38.1×7.9光管，材料為SA-213T2。

垂直水冷壁進(jìn)口集箱引出光管形成垂直水冷壁管屏，垂直光管與螺旋管的管數(shù)比為3：1.，垂直管屏管子規(guī)格為Φ31.8×9.1，節(jié)距50.8m。爐膛水冷壁總體布置如下圖。

水冷壁總體布置圖

1）下部水冷壁經(jīng)省煤器加熱后的給水，通過(guò)下降管及下水連接管進(jìn)入爐膛水冷壁。爐膛下部水冷壁都采用螺旋盤(pán)繞膜式管圈，包括冷灰斗水冷壁，從水冷壁進(jìn)口到折焰角水冷壁下一定距離。冷灰斗的角度為55°，除渣口的喉口寬度約為1.24米，管子規(guī)格Φ38.1×7.5，管子節(jié)距50.8，材料為SA-213T2；膜式扁鋼厚δ6，材料為15CrMo。冷灰斗以外螺旋盤(pán)繞管圈，傾角大約19.5°，管子規(guī)格Φ38.1×7.5，管子節(jié)距50.8，材料為SA-213T2；膜式扁鋼厚δ6，材料為15CrMo。螺旋冷灰斗的結(jié)構(gòu)圖如下：

水冷壁總體布置圖

2)過(guò)渡段水冷壁

由于工程上的應(yīng)用，沒(méi)有必要把整個(gè)爐膛水冷壁均設(shè)計(jì)成螺旋盤(pán)繞式，爐膛上部已離開(kāi)高熱負(fù)荷區(qū)域，把上部水冷壁設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的垂直上升管式較為經(jīng)濟(jì)，故從傾斜布置的水冷壁轉(zhuǎn)換到垂直上升的水冷壁就需要過(guò)渡結(jié)構(gòu)，即過(guò)渡段水冷壁。另外，從降低水冷壁出口工質(zhì)溫度偏差上，過(guò)渡段水冷壁設(shè)置有中間集箱，可使螺旋水冷壁出口工質(zhì)混合均勻，減小工質(zhì)溫度偏差，同時(shí)還可以使上部垂直水冷壁的流量均勻分配。過(guò)渡水冷壁的連接形式，直接影響到熱偏差的積累、流量的分配、亞臨界壓力下兩相流體的分配，連接方式的選用不僅影響過(guò)渡區(qū)后的垂直水冷壁的水動(dòng)力特性，也會(huì)通過(guò)流動(dòng)阻力等方式影響到下部螺旋水冷壁的水動(dòng)力特性，包括水動(dòng)力的穩(wěn)定性。

過(guò)渡段水冷壁的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

螺旋水冷壁出口管引出到爐外，進(jìn)入螺旋水冷壁出口集箱，再由連接管引到混合集箱，充分混合后，由連接管引到垂直水冷壁進(jìn)口集箱，垂直水冷壁進(jìn)口集箱拉三倍螺旋管數(shù)量的管子進(jìn)入垂直水冷壁，螺旋管與垂直管的管數(shù)比為1：3（前墻和側(cè)墻），后墻的螺旋管與前墻、側(cè)墻有所不同，每三根螺旋管有一根直接上升為垂直水冷壁（吊掛用，共42根），這樣垂直水冷壁進(jìn)口集箱拉出的管子數(shù)與螺旋管數(shù)之比為2：1，總的比率垂直管/螺旋管仍為3：1。這種結(jié)構(gòu)的過(guò)渡段水冷壁可以把螺旋水冷壁的荷載平穩(wěn)地傳遞到上部水冷壁。過(guò)渡段水冷壁管子規(guī)格Φ38.1×7.5，材料為SA-213T2。

3)上部水冷壁上爐膛水冷壁與常規(guī)爐膛水冷壁沒(méi)有差異，采用結(jié)構(gòu)和制造較為簡(jiǎn)單的垂直管屏，垂直管屏管子規(guī)格為Φ31.8×9.1，節(jié)距50.8；膜式扁鋼厚δ6，材料為15CrMo。水冷壁出口工質(zhì)匯入上部水冷壁出口集箱，后由連接管引入水冷壁出口匯集集箱，再有連接管引入啟動(dòng)分離器。

4.爐膛支撐

包括垂直膜式壁和螺旋膜式壁的整個(gè)爐膛荷載由生根在水冷壁出口集箱上的吊桿懸吊到鍋爐頂板梁上，爐膛可向下自由膨脹。爐膛設(shè)計(jì)壓力大于5800Pa，瞬時(shí)不變形承載能力不低于±8700Pa。螺旋水冷壁幾乎是類似于水平管布置，其水平傾角為19.5°，與垂直管墻相比，螺旋水冷壁墻自身能支撐的垂直載荷就受到了限制，是非常小的。由于這個(gè)原因，螺旋水冷壁支撐的垂直載荷將會(huì)局限于管子的自重和爐膛壓力載荷。因此，針對(duì)上述原因，就設(shè)計(jì)了螺旋水冷壁的一種新型的支撐結(jié)構(gòu)垂直搭接板，任何其他附加載荷，如燃燒器，護(hù)板，剛性梁等均由垂直搭接板支撐，而不是作用到螺旋水冷壁上，垂直搭接板的最上末端焊接并固定到上部垂直水冷壁上。

灰斗墻及其他相關(guān)部件的載荷通常由垂直搭接板支撐。如果灰斗載荷不能被上升水冷壁支撐，則載荷將由恒力吊掛支撐并將載荷轉(zhuǎn)到鍋爐鋼結(jié)構(gòu)上。

綜上，螺旋水冷壁僅僅支撐其自重荷載和爐膛壓力荷載，自重荷載還將被傳遞到上部垂直水冷壁，最后傳給鍋爐吊桿至鍋爐頂板梁。

垂直搭接板和螺旋水冷壁之間相互不焊接，可以相對(duì)滑動(dòng)，這樣可防止附加熱應(yīng)力的產(chǎn)生，保證爐膛安全可靠運(yùn)行。

5.剛性梁結(jié)構(gòu)

剛性梁設(shè)置是用來(lái)保護(hù)爐膛水冷壁，不會(huì)因受到爐內(nèi)煙氣壓力的作用而發(fā)生變形。由爐膛壓力而傳遞到水平剛性梁上的載荷通過(guò)端部連桿被進(jìn)一步傳遞到角板，并再?gòu)闹感伟鍌鞯铰菪浔冢@樣就同來(lái)自于剛性梁另一側(cè)的作用力平衡。鍋爐剛性梁的整體布置如下圖所示。

剛性梁整體布置簡(jiǎn)圖

每面墻的每層剛性梁水平上均設(shè)有膨脹中心，以此為固定端，即導(dǎo)向點(diǎn)。上圖中“”表示為膨脹中心固定端，側(cè)墻固定端如上圖中所示，前后墻的固定端設(shè)定在鍋爐中心線上。剛性梁兩端與鍋爐水冷壁間設(shè)計(jì)成可相互安全滑動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不會(huì)因?yàn)殄仩t熱膨脹而在水冷壁管上產(chǎn)生額外熱應(yīng)力。

由于爐膛水冷壁由螺旋膜式水冷壁和垂直膜式水冷壁兩種不同結(jié)構(gòu)的水冷壁組成，因而在不同的水冷壁布置區(qū)域，剛性梁的結(jié)構(gòu)也明顯不同。垂直膜式壁區(qū)域主要由水平剛性梁支撐，而螺旋膜式壁區(qū)域則由水平剛性梁和垂直剛性梁的組合結(jié)構(gòu)支撐。下面闡述這兩種不同的剛性梁結(jié)構(gòu)。

1)垂直膜式壁管屏剛性梁結(jié)構(gòu)垂直膜式水冷壁區(qū)域的剛性梁結(jié)構(gòu)如下圖所示。剛性梁水平布置，由耳板、拉桿、張力扳、連接板、支撐耳板把剛性梁和膜式壁連接在一起，水平剛性梁的自重由垂直膜式壁管支撐。

水平剛性梁結(jié)構(gòu)圖

拉桿穿過(guò)焊在水冷壁上的耳板，從而固定不與水冷壁焊接的張力扳，只有剛性梁膨脹中心（導(dǎo)向點(diǎn)）處的拉桿與張力扳焊接固定（見(jiàn)上圖中A點(diǎn)），其余拉桿與張力扳之間均可滑動(dòng)，保證了張力扳與水冷壁間的相對(duì)滑動(dòng)。張力扳與連接板（包括固定端連接板和滑動(dòng)端連接板）相焊，膨脹中心附近的固定端連接板與水平剛性梁焊接固定（見(jiàn)上圖中B點(diǎn)），此點(diǎn)起膨脹導(dǎo)向作用，其余滑動(dòng)端連接板通過(guò)焊在其上的支撐耳板與水平剛性梁連接，支撐耳板承載水平剛性梁自重，同時(shí)支撐耳板形成膨脹導(dǎo)向滑槽，保證了水平剛性梁與張力扳之間的相對(duì)滑動(dòng)。由于水冷壁與張力扳、張力扳與水平剛性梁之間均存在溫差，上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以保證兩者之間除膨脹中心點(diǎn)外的各點(diǎn)向規(guī)定方向自由滑動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生額外熱應(yīng)力。爐內(nèi)煙氣壓力通過(guò)膜式水冷壁、張力扳、連接板，最終傳遞到水平剛性梁。

上面已經(jīng)提到了設(shè)計(jì)中設(shè)有一個(gè)熱膨脹基點(diǎn)，即膨脹中心，就是在張力扳沿長(zhǎng)度方向上設(shè)置了固定點(diǎn)。在此點(diǎn)，張力扳與拉桿，連接板與張力扳、水平剛性梁均焊接固定，形成整體結(jié)構(gòu)。

2)螺旋膜式水冷壁剛性梁結(jié)構(gòu)

螺旋水冷壁的剛性梁是由垂直剛性梁和水平剛性梁構(gòu)成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，剛性梁的自重荷載完全由垂直搭接板支撐，并最終傳遞到上部垂直水冷壁，因而荷載不會(huì)作用到螺旋膜式水冷壁上。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下所示。

螺旋水冷壁剛性梁結(jié)構(gòu)圖

垂直搭接板滑道耳板與螺旋膜式壁焊接，雙耳板間穿過(guò)銷桿，從而既可固定垂直搭接板，又可使其上下滑動(dòng)，保證垂直搭接板和螺旋水冷壁間相對(duì)滑動(dòng)，不發(fā)生附加溫差熱應(yīng)力。垂直搭接板與垂直剛性梁之間用大、小接頭連接，大、小接頭分別同焊在垂直搭接板和垂直剛性梁上的耳板用銷軸連接，大、小接頭與連接耳板間通過(guò)熱膨脹計(jì)算預(yù)留有間隙，大接頭預(yù)留間隙較小，作為上下固定導(dǎo)向端，小接頭預(yù)留間隙較大，作為上下自由滑動(dòng)端，保證了垂直剛性梁與垂直搭接板間的相對(duì)滑動(dòng)。在大接頭附近端的垂直剛性梁與該附近的水平剛性梁焊接固定，而垂直剛性梁另一端與遠(yuǎn)離大接頭的那層水平剛性梁之間，通過(guò)焊接在該遠(yuǎn)離層水平剛性梁上的滑動(dòng)導(dǎo)向槽連接，垂直剛性梁可在此槽內(nèi)滑動(dòng)，保證了垂直剛性梁與水平剛性梁間的相對(duì)滑動(dòng)。如上圖中的中間垂直剛性梁下端與下層水平剛性梁焊接，上端與上層水平剛性梁用滑槽連接。

垂直搭接板與垂直剛性梁相匹配，一一對(duì)應(yīng)，螺旋水冷壁、垂直搭接板和垂直剛性梁緊密連接，垂直搭接板與螺旋水冷壁間可在垂直方向上自由滑動(dòng)。垂直搭接板最上端與上部垂直水冷壁焊接固定，從而把下部全部荷載傳遞到上部水冷壁。

作用在水冷壁上的爐膛壓力被傳遞到垂直搭接板上，反作用力通過(guò)大、小接頭傳遞給垂直剛性梁，最后從垂直剛性梁的頂端和底端傳到水平剛性梁上。此外，剛性梁的自重通過(guò)大接頭傳遞給垂直搭接板。

6.爐墻結(jié)構(gòu)

整個(gè)爐膛水冷壁均采用膜式壁結(jié)構(gòu)，爐內(nèi)煙氣不會(huì)發(fā)生泄漏，因此爐墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上就較為簡(jiǎn)單。水冷壁與剛性梁之間以保溫材料填塞，以減少爐膛散熱損失。保溫材料以整塊的形式附著在水冷壁上，靠拉桿固定，保溫材料外表面省去承載外護(hù)板，而是在最外面以輕型梯形波紋金屬板覆蓋。上部垂直水冷壁和下部螺旋水冷壁的爐墻結(jié)構(gòu)如圖所示。

螺旋水冷壁爐墻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

三.本工程鍋爐汽水流程給水由爐前右側(cè)進(jìn)入省煤器，流經(jīng)省煤器后，進(jìn)入螺旋水冷壁、過(guò)度段、垂直水冷壁然后進(jìn)入入汽水分離器進(jìn)行汽水分離，從分離器分離出來(lái)的水進(jìn)入貯水罐排往冷凝器，蒸汽則依次經(jīng)頂棚管、后豎井/水平煙道包墻、低溫過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器。再熱器由位于后豎井，前煙道的低溫再熱器和水平煙道內(nèi)的高溫再熱器組成。汽水流程如圖所示：