一.螺旋管圈水冷壁和內(nèi)螺紋管介紹

由分析超臨界壓力變壓運行直流鍋爐爐膛水冷壁水動力特性可知，超臨界壓力直流鍋爐的蒸發(fā)受熱面，尤其是啟動及變壓運行時（運行于亞臨界壓力下），帶內(nèi)置式啟動系統(tǒng)的直流鍋爐的蒸發(fā)受熱面(即水冷壁)，都可能存在著流動不穩(wěn)定性、工質(zhì)沸騰傳熱惡化、熱偏差和脈動等水動力安全問題。

為此，隨著高參數(shù)大容量超臨界鍋爐技術(shù)的開發(fā)和發(fā)展，各國專家在尋求提高水冷壁傳熱效率和避免傳熱惡化發(fā)生的辦法中提出和應(yīng)用了螺旋管圈水冷壁和內(nèi)螺紋管技術(shù)。

1.螺旋管圈水冷壁螺旋式水冷壁管屏是西德、瑞士等國家為適應(yīng)變負荷運行的需要而發(fā)展起來的。水冷壁四面傾斜上升，由于水平管圈承受荷重的能力差，因此有的鍋爐在其上部使用垂直上升管屏，就可以采用全懸吊結(jié)構(gòu)。由于爐膛上部的熱負荷已經(jīng)降低，管壁之間溫差已經(jīng)不大，采用垂直管屏也不會造成膜式水冷壁的破壞。

1)螺旋圍繞上升管屏的優(yōu)點：

a.由于水冷壁四面傾斜上升，水平管屏吸熱比較均勻，因此可以不設(shè)置中間混合聯(lián)箱，在滑壓運行時，沒有汽水混合物分配不均的問題，所以能夠變壓運行，快速啟停，能適應(yīng)電網(wǎng)負荷的頻繁變化，調(diào)頻性能好。

b.螺旋管圈熱偏差小，適用于采用膜式水冷壁，工質(zhì)流速高，水動力特性比較穩(wěn)定，不易出現(xiàn)膜態(tài)沸騰，又可防止產(chǎn)生偏高的金屬壁溫。

c.管系簡單，流程總長度短，汽水系統(tǒng)水阻力小。

d.蒸發(fā)受熱面采用螺旋管圈時，管子數(shù)目可按設(shè)計要求而選取，不受爐膛大小的影響，可選取較粗管徑以增加水冷壁的剛度。

e.螺旋管圈對燃料的適應(yīng)范圍比較大，可燃用揮發(fā)份低、灰份高的煤。

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

3)國內(nèi)應(yīng)用情況：

這種水冷壁形式是目前比較流行的一種形式，也是超臨界壓力鍋爐水冷壁形式的一個發(fā)展方向，國內(nèi)超臨界機組采用較多，我國引進的第一臺超臨界壓力機組華能石洞口發(fā)電廠的鍋爐就是采用的這種形式，也可以說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爐膛水冷壁管圈有兩種基本形式：垂直上升管圈和爐膛下部是螺旋管圈而上部是垂直管圈。

2.內(nèi)螺紋管

1)所謂內(nèi)螺紋管，就是在管內(nèi)壁上開出單頭或者多頭螺旋形槽道的管子。它可以改善傳熱，并且防止或者推遲傳熱惡化的發(fā)生。當發(fā)生傳熱惡化時，它也具有強化傳熱的功能，能夠降低壁溫以及減輕發(fā)生傳熱惡化的后果

2)內(nèi)螺紋管改善傳熱的機理

有關(guān)內(nèi)螺紋管能夠改善傳熱的機理目前的研究并不是非常徹底，但是一般來說，一共有三個可能的原因。考慮流體在管子中的流動特性，可以分析出其中的兩個原因，那就是內(nèi)螺紋使管子的內(nèi)壁產(chǎn)生的螺旋流和邊界層分離流。

螺旋流使流體與管壁的相對速度增加，能夠減薄層流底層的厚度。螺旋流產(chǎn)生的離心力能夠?qū)⒄羝袏A帶的液滴甩回壁面，從而推遲壁面干涸的出現(xiàn)。邊界層分離流的主要作用是攪動邊界層，使該處流體傾向混合均勻。因此，采用這樣的結(jié)構(gòu)使流體旋轉(zhuǎn)之后，在快發(fā)生第一類傳熱惡化的時候，它可以攪動流體拖延汽膜的生成，防止膜態(tài)沸騰；

在快發(fā)生第二類傳熱惡化的時候，它能夠?qū)⒄羝袏A帶的液滴甩回壁面，推遲干涸的出現(xiàn)。內(nèi)螺紋可以改善傳熱的第三個原因是傳熱面積增大，一般來說，內(nèi)螺紋管比相同直徑的光管可以增大表面積20％～25％。綜合這些效應(yīng)，內(nèi)螺紋管因此可以提高管內(nèi)的流動換熱系數(shù)，提高臨界熱流密度，延緩傳熱惡化的發(fā)生。并且即使發(fā)生了傳熱惡化，它也能夠保持改善傳熱的特性，有效地降低壁溫。

內(nèi)螺紋管改善傳熱示意圖

3.水冷壁傳熱惡化與預(yù)防

在亞臨界壓力下，占主導地位的傳熱機理是沸騰傳熱，再加上一些強制對流效應(yīng)。發(fā)生對流沸騰傳熱惡化時，一般分兩種類型：

一類是在欠熱區(qū)或者低干度區(qū)發(fā)生的膜態(tài)沸騰，也稱為偏離核態(tài)沸騰(DNB)。

另一類是蒸汽干度較高情況下的液膜蒸干現(xiàn)象，稱為干涸(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、熱負荷以及干度。應(yīng)嚴格控制亞臨界壓力下的干涸點，避開熱負荷最高的燃燒器區(qū)域

。由于超臨界壓力下工質(zhì)的熱物理特性，存在擬臨界點，其焓值約為2095kJ/kg，應(yīng)嚴格控制下輻射區(qū)水冷壁出口的工質(zhì)溫度，將工質(zhì)吸熱能力最強的大比熱區(qū)避開熱負荷最高的螺旋管圈區(qū)域，推移到熱負荷較低的垂直管圈區(qū)域。下輻射區(qū)水冷壁出口的工質(zhì)溫度應(yīng)控制在不高于相應(yīng)壓力的擬臨界溫度，以免發(fā)生類膜態(tài)沸騰。為監(jiān)視蒸發(fā)受熱面出口金屬溫度，在螺旋管水冷壁管出口處設(shè)有測溫元件。

在直流鍋爐系統(tǒng)中，需要考慮臨界熱流密度下管子壁溫的飛升。在高熱流密度區(qū)采用內(nèi)螺紋管可以推遲或避免超臨界壓力下類膜態(tài)沸騰和亞臨界壓力下膜態(tài)沸騰發(fā)生。本鍋爐螺旋水冷壁管（除灰斗區(qū)域以外）采用了內(nèi)螺紋管。這種管材可以降低爐膛安全運行所需的最低質(zhì)量流速，進而減小爐膛的壓降，同時，在工質(zhì)干度x=0.9時，一般不會發(fā)生傳熱惡化。內(nèi)螺紋管可以改善傳熱，一般認為有三個可能的原因：

1)內(nèi)螺紋使管子的內(nèi)壁產(chǎn)生的螺旋流。螺旋流使流體與管壁的相對速度增加，能夠減薄層流底層的厚度。螺旋流產(chǎn)生的離心力能夠?qū)⒄羝袏A帶的液滴甩回壁面，從而推遲壁面干涸的出現(xiàn)。

2)內(nèi)螺紋使管子的內(nèi)壁產(chǎn)生邊界層分離流。邊界層分離流的主要作用是攪動邊界層，使該處流體傾向混合均勻。

3)內(nèi)螺紋使管子的傳熱面積增大。一般來說，內(nèi)螺紋管比相同直徑的光管可以增大表面積20％～25％。

總之，采用內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)使流體旋轉(zhuǎn)之后，在快發(fā)生第一類傳熱惡化的時候，它可以攪動流體拖延汽膜的生成，防止膜態(tài)沸騰；在快發(fā)生第二類傳熱惡化的時候，它能夠?qū)⒄羝袏A帶的液滴甩回壁面，推遲干涸的出現(xiàn)。內(nèi)螺紋管可以提高管內(nèi)的流動換熱系數(shù)，提高臨界熱流密度，延緩傳熱惡化的發(fā)生。并且即使發(fā)生了傳熱惡化，它也能夠改善傳熱的特性，有效地降低壁溫。

4.變壓運行時螺旋管圈水冷壁的工作特點

1)超臨界參數(shù)鍋爐變壓運行時，工作壓力隨負荷變化。在75%MCR負荷以下時，水冷壁在亞臨界壓力區(qū)工作，管內(nèi)工質(zhì)是汽水混合物，比容變化較大。此時如果管外熱流密度過高，不僅容易引起膜態(tài)沸騰，還會引起較大的工質(zhì)熱膨脹。

2)超臨界壓力鍋爐在低負荷運行時，下輻射區(qū)出口的壓力比較低，50%MCR負荷時的中間壓力為13Mpa，這時飽和汽的比容是水的比容的8.1倍以上,汽水的比容差顯著增大.

3)低負荷運行時,螺旋管圈進口工質(zhì)溫度降低,工質(zhì)欠焓增大,當部分水冷壁結(jié)渣或積灰或火焰偏移時,將使各水冷壁管的沸騰點不同步地推遲,此時盡管水冷壁的總流量不變,但是各管內(nèi)工質(zhì)流量分配不均或流量時大時小,從而出現(xiàn)流動不穩(wěn)定現(xiàn)象。因此應(yīng)特別注意低負荷下的水動力不穩(wěn)定性。負荷越低，壓力越低，越容易出現(xiàn)水動力不穩(wěn)定性。

二.本工程鍋爐螺旋水冷壁

爐膛水冷壁采用日立-巴布科克公司(BHK)成熟的布置方式和結(jié)構(gòu)形式，使其可靠性高、經(jīng)濟性好和對變壓運行負荷適應(yīng)性強。日立-巴布科克公司(BHK)為本工程提供的鍋爐方案爐膛水冷壁具有如下特點：

1)按日立-巴布科克壁溫計算、應(yīng)力分析計算結(jié)果選用受熱面管及膜式扁鋼材質(zhì)并留有裕度；

2)包括冷灰斗在內(nèi)的爐膛下部采用螺旋盤繞水冷壁，上部采用垂直水冷壁，適于變壓運行及鍋爐調(diào)峰；

3)水冷壁全為膜式結(jié)構(gòu)，并采用微負壓爐膛設(shè)計，爐內(nèi)煙氣不泄漏；下部螺旋盤繞水冷壁管全部采用內(nèi)螺紋管，可防止水循環(huán)不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生，降低最低質(zhì)量流速，減小水冷壁流動阻力，可得到更低的最小直流負荷；

4)下部水冷壁與上部水冷壁之間設(shè)有過渡段，并設(shè)有混合和分配集箱，以及下部螺旋盤繞內(nèi)螺紋管的采用，水冷壁出口工質(zhì)溫度偏差小，靜態(tài)敏感性??；

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滑動，自由膨脹，不會產(chǎn)生附加熱應(yīng)力；

1.設(shè)計思想

在超臨界本生型直流鍋爐的設(shè)計中，與其它爐型差異最大之處就在于爐膛水冷壁的設(shè)計。爐膛水冷壁實際吸熱量份額的大小往往受煤種、爐膛結(jié)渣程度、燃燒器投入層數(shù)、變壓運行負荷以及切高加等因素的影響。由于低壓運行時蒸汽比容大，比熱小，因此當水冷壁吸熱量偏差較設(shè)計值大時，更會造成不良后果。爐膛水冷壁的設(shè)計主要考慮以下幾點：

1)隨著負荷降低，工作條件極為惡劣的水冷壁中，質(zhì)量流速也按比例下降。在直流方式下，工質(zhì)流動的穩(wěn)定性受到影響，為了防止出現(xiàn)流動的多值性不穩(wěn)定現(xiàn)象，須限定最低直流運行負荷時的質(zhì)量流速。

2)在進入臨界壓力點以下低負荷運行時，與亞臨界機組一樣，必須重視水冷壁管內(nèi)兩相流的傳熱和流動，要防止發(fā)生膜態(tài)沸騰導致水冷壁管金屬超溫爆管。

3)負荷降低后，爐膛水冷壁的吸熱不均將加大，須注意防止它引起水冷壁管圈吸熱不均導致溫度偏差增大。

4)在整個變壓運行中，蒸發(fā)點的變化，使單相和兩相區(qū)水冷壁金屬溫度將變化，須注意水冷壁及其剛性梁體系的熱膨脹設(shè)計，并防止頻繁變化引起承壓件上出現(xiàn)疲勞破壞。

5)由于降低負荷后，省煤器段的吸熱量減少，按B-MCR工況設(shè)計布置的省煤器在低負荷時有可能出現(xiàn)出口處汽化，它將影響水冷壁流量分配，導致流動工況惡化。

2.爐膛水冷壁主要特點概述

處于爐膛高熱負荷區(qū)域的下部水冷壁，采用螺旋盤繞水冷壁，以減少下部水冷壁的溫度偏差。起汽水分離作用的啟動分離器裝設(shè)在頂棚進口，其在最低直流負荷以下的循環(huán)模式時運行，水冷壁出口進入啟動分離器的工質(zhì)具有一定的過熱度。爐膛水冷壁采用膜式壁以確保爐膛煙氣的嚴密不泄漏性。扁鋼和管子的材質(zhì)使相互間熱膨脹一致。扁鋼的寬度能適用于變壓運行，并可確保在任何運行工況下，鰭端溫度低于材料的最高允許溫度。

不同水冷壁形式下，出口工質(zhì)溫度偏差比較

由于同一管帶中管子以相同方式繞過爐膛的角隅部份和中間部份，因此所有水冷壁管的流量和受熱均勻，保證沿爐膛四周的吸熱基本相同，使得水冷壁出口的介質(zhì)溫度和金屬溫度非常均勻，為機組調(diào)峰安全可靠地運行提供了保證。上圖為采用不同的水冷壁形式下，出口工質(zhì)溫度偏差比較。

爐膛采用螺旋盤繞的水冷壁結(jié)構(gòu)，使其在各種工況特別是啟動和低負荷工況下讓各水冷壁管內(nèi)具有足夠的質(zhì)量流速，管間吸熱均勻，防止亞臨界壓力下出現(xiàn)偏離核態(tài)沸騰（DNB），超臨界壓力下出現(xiàn)類核態(tài)沸騰（DNB），減小爐膛出口工質(zhì)溫度偏差，以及水動力不穩(wěn)定等傳熱惡化工況。水冷壁具有足夠的動壓頭，也可避免如停滯、倒流、流動多值性等水循環(huán)不穩(wěn)定問題的發(fā)生。這種布置結(jié)構(gòu)簡單，維護工作量小，即不需要變徑的節(jié)流圈或閥門，同時也不必在水冷壁進口設(shè)專門給水流量平衡調(diào)節(jié)分配裝置。水冷壁采用內(nèi)螺紋管，當流經(jīng)管子的水速較低時，可達到較高的管內(nèi)傳熱系數(shù)，若使用光管要達到同樣的傳熱系數(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，是為了在直流爐中負荷減少時，既減少了工質(zhì)流量又能充分冷卻爐膛不同的水冷壁形式下，出口工質(zhì)溫度偏差比較水冷壁，螺旋管圈爐膛的基本原理就是減少組成爐膛水冷壁管子的數(shù)量，保持較高的質(zhì)量流速，又不加大管子之間的節(jié)距，使管子和肋片的金屬壁溫在任何工況下都安全，于是將管子以一定傾角沿爐膛四周向上盤繞就能做到這一點。因此螺旋管圈水冷壁設(shè)計達到這樣兩個目的：

1)減少各管屏的管子數(shù)量，提高管內(nèi)質(zhì)量流速，避免管壁金屬發(fā)生過熱和超溫。

2)使每根管子都經(jīng)過爐膛的四面墻就可把管子間的吸熱偏差減至最小程度。

3.水冷壁的布置

對大容量鍋爐水冷壁，螺旋盤繞管和垂直上升管兩種布置都是可行的。在本工程設(shè)計中，爐膛由下部螺旋盤繞上升水冷壁和上部垂直上升水冷壁兩個不同的結(jié)構(gòu)組成，都采用膜式結(jié)構(gòu)，兩者間由過渡水冷壁轉(zhuǎn)換連接。

本工程爐膛寬為19419.2mm，深度為15456.8mm，高度為67000mm，整個爐膛四周為全焊式膜式水冷壁，爐膛由下部螺旋盤繞上升水冷壁和上部垂直上升水冷壁兩個不同的結(jié)構(gòu)組成，兩者間由過渡水冷壁轉(zhuǎn)換連接。爐膛冷灰斗的傾斜角度為55°，除渣口的喉口寬度為1.2432米。

爐膛下部水冷壁采用螺旋盤繞膜式管圈，螺旋水冷壁管全部采用六頭、上升角60°的內(nèi)螺紋管，共456根，管子規(guī)格Φ38.1×7.5，材料為SA-213T2。爐膛冷灰斗處管子節(jié)距為50.8及49.827mm，冷灰斗以外的中部螺旋盤繞管圈，傾角為19.471°，管子節(jié)距50.8mm。冷灰斗管屏、螺旋管屏膜式扁鋼厚δ6.4，材料為15CrMo。

爐膛冷灰斗的傾斜角

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)的兩個混合集箱（Φ444.5×95，SA335P12）混合后，再引入到24根垂直水冷壁進口集箱（Φ190.7×43，SA335P12），過渡段水冷壁管子規(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，通過下降管及下水連接管進入爐膛水冷壁。爐膛下部水冷壁都采用螺旋盤繞膜式管圈，包括冷灰斗水冷壁，從水冷壁進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)過渡段水冷壁

由于工程上的應(yīng)用，沒有必要把整個爐膛水冷壁均設(shè)計成螺旋盤繞式，爐膛上部已離開高熱負荷區(qū)域，把上部水冷壁設(shè)計成結(jié)構(gòu)較為簡單的垂直上升管式較為經(jīng)濟，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渡結(jié)構(gòu)，即過渡段水冷壁。另外，從降低水冷壁出口工質(zhì)溫度偏差上，過渡段水冷壁設(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，同時還可以使上部垂直水冷壁的流量均勻分配。過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渡區(qū)后的垂直水冷壁的水動力特性，也會通過流動阻力等方式影響到下部螺旋水冷壁的水動力特性，包括水動力的穩(wěn)定性。

過渡段水冷壁的結(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口集箱，垂直水冷壁進口集箱拉三倍螺旋管數(shù)量的管子進入垂直水冷壁，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)爐膛水冷壁沒有差異，采用結(jié)構(gòu)和制造較為簡單的垂直管屏，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分離器。

4.爐膛支撐

包括垂直膜式壁和螺旋膜式壁的整個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)計壓力大于5800Pa，瞬時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。由于這個原因，螺旋水冷壁支撐的垂直載荷將會局限于管子的自重和爐膛壓力載荷。因此，針對上述原因，就設(shè)計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，可以相對滑動，這樣可防止附加熱應(yīng)力的產(chǎn)生，保證爐膛安全可靠運行。

5.剛性梁結(jié)構(gòu)

剛性梁設(shè)置是用來保護爐膛水冷壁，不會因受到爐內(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端部連桿被進一步傳遞到角板，并再從指形板傳到螺旋水冷壁，這樣就同來自于剛性梁另一側(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，即導向點。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)計成可相互安全滑動，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計，不會因為鍋爐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（導向點）處的拉桿與張力扳焊接固定（見上圖中A點），其余拉桿與張力扳之間均可滑動，保證了張力扳與水冷壁間的相對滑動。張力扳與連接板（包括固定端連接板和滑動端連接板）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（見上圖中B點），此點起膨脹導向作用，其余滑動端連接板通過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，同時支撐耳板形成膨脹導向滑槽，保證了水平剛性梁與張力扳之間的相對滑動。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)計可以保證兩者之間除膨脹中心點外的各點向規(guī)定方向自由滑動，不會產(chǎn)生額外熱應(yīng)力。爐內(nèi)煙氣壓力通過膜式水冷壁、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)計中設(shè)有一個熱膨脹基點，即膨脹中心，就是在張力扳沿長度方向上設(shè)置了固定點。在此點，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，因而荷載不會作用到螺旋膜式水冷壁上。結(jié)構(gòu)簡圖如下所示。

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，雙耳板間穿過銷桿，從而既可固定垂直搭接板，又可使其上下滑動，保證垂直搭接板和螺旋水冷壁間相對滑動，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熱膨脹計算預(yù)留有間隙，大接頭預(yù)留間隙較小，作為上下固定導向端，小接頭預(yù)留間隙較大，作為上下自由滑動端，保證了垂直剛性梁與垂直搭接板間的相對滑動。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離大接頭的那層水平剛性梁之間，通過焊接在該遠離層水平剛性梁上的滑動導向槽連接，垂直剛性梁可在此槽內(nèi)滑動，保證了垂直剛性梁與水平剛性梁間的相對滑動。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。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，剛性梁的自重通過大接頭傳遞給垂直搭接板。

6.爐墻結(jié)構(gòu)

整個爐膛水冷壁均采用膜式壁結(jié)構(gòu)，爐內(nèi)煙氣不會發(fā)生泄漏，因此爐墻結(jié)構(gòu)設(shè)計上就較為簡單。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)簡圖

三.本工程鍋爐汽水流程給水由爐前右側(cè)進入省煤器，流經(jīng)省煤器后，進入螺旋水冷壁、過度段、垂直水冷壁然后進入入汽水分離器進行汽水分離，從分離器分離出來的水進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、低溫過熱器、屏式過熱器和高溫過熱器。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：