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，認為兩種節(jié)流方式均可滿足水冷壁的安全運行。
1、兩種節(jié)流方式比較
1.1節(jié)流調節(jié)的必要性
    變壓運行垂直水冷壁各回路間的吸熱和結構特性相差較大，且低負荷時回路具有弱的自然循環(huán)特性，高負荷時卻呈強制循環(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行。
    產生大的熱力與溫度偏差也和不設中間混合集箱有關。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，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構差異引起的偏差，只能依靠水冷壁系統(tǒng)內裝設的節(jié)流孔圈來達到如下目的：
    保證各負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的干度小于許可干度或該點的局部熱負荷小于臨界熱負荷；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計中有二種節(jié)流孔圈的裝置方式，一種是CE公司復合循環(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不同孔徑的節(jié)流孔圈，并在水冷壁下集箱的進水導管（或分配球內）裝設大型的節(jié)流孔圈，每一孔圈負責數(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水導管（或分配球內）裝設上述的成組節(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荷分配和結構特點，共劃分成36個回路。水冷壁下集箱共有16根不同直徑的進水管，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、結果分析
    由上述計算結果可看出：
    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)流孔圈選擇的基準負荷：以57%負荷作為基準負荷能兼顧MCR和35%這兩工況，且水冷壁在近臨界區(qū)運行時，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%負荷作為選擇節(jié)流孔圈的基準是最合適的。
    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%負荷時為最小，35%負荷次之，而以MCR工況為最大，這當然是和以57%負荷作為選擇節(jié)流孔圈的基準負荷有關。有些文獻認為在最低直流工況（35%負荷）時壓力已降為超高壓，蒸汽比熱較小，將導致較高的出口汽溫偏差，但計算結果表明：最小直流工況的出口溫度偏差只是略高于57%負荷，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果。如果要進一步降低溫度偏差和最高出口溫度，就需要進一步增加節(jié)流孔圈阻力，導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)流方式結構較復雜，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驗及CE公司的看法，采用二級節(jié)流方式較為合適；
    35%負荷切換成控制循環(huán)后，根據(jù)水循環(huán)計算，鍋爐循環(huán)倍率為1. 25，水冷壁質量流速較直流I況的35%負荷時為大，所以此時水冷壁的總阻力也比35%負荷直流運行時大。因控制循環(huán)運行時水冷壁出口為雙相介質，沿爐膛四周介質出口溫度均為飽和溫度，不存在溫度偏差，此時水冷壁的質量流速達到760kg/m2 s，能保證水動力的穩(wěn)定性和水冷壁的安全性。
    考慮到一旦爐內熱負荷分配的實際值與設計值間的差異較大，以及管子供貨公差對小直徑內螺紋管內徑的影響，為進一步增加余度，也可以將水冷壁出口溫度自426℃降到415℃。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
5、結束語
    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量流速、近臨界工況高干度區(qū)的臨界熱負荷、超臨界MCR工況所采用的設計質量流速均是合理的，是建筑在國內外對內螺紋管大量試驗的基礎；
    大量計算表明，水冷壁在超臨界直流、亞臨界直流和低負荷控制循環(huán)3個運行階段中，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行。一級節(jié)流結構簡單，但二級節(jié)流增加了水冷壁管流量控制細調手段，可以在首臺超臨界鍋爐中采用。