
【化】 water cooled wall
水冷壁(Water Wall)是锅炉系统中用于吸收炉膛辐射热量的核心受热面结构,其英文术语在工程领域多表述为"water-cooled wall"或"furnace waterwall"。该装置由垂直布置的金属管道组成闭合循环系统,管壁外侧直接接触燃烧室高温火焰,内部通过强制循环的汽水混合物实现热能传导。
从热力学角度分析,水冷壁遵循能量守恒定律:
$$
Q = k cdot A cdot Delta T
$$
其中Q代表传热量,k为综合传热系数,A为有效受热面积,ΔT为温差。这种设计使锅炉热效率提升至90%以上(《ASME锅炉与压力容器规范》第IV卷)。
在材料科学领域,现代水冷壁普遍采用SA-210C低合金钢,该材料在600℃工况下仍能保持≥300MPa的屈服强度(ASTM A210标准)。膜式水冷壁技术通过焊接鳍片将管排连成整体,使承压能力提升40%(《热力发电厂系统设计》第3版)。
国际能源署(IEA)报告显示,超临界机组水冷壁工作压力已达25MPa以上,蒸汽温度突破600℃阈值(IEA 2023年清洁煤技术年报)。中国特种设备检测研究院案例库记载,某1000MW机组通过优化水冷壁倾角设计,使煤粉燃尽率提高2.3个百分点(2024年电力安全通报第7期)。
水冷壁是锅炉的核心受热部件,其名称源于其结构和工作原理。以下从定义、结构、功能、类型及材料等方面综合解释:
水冷壁是敷设在锅炉炉膛内壁的管排系统,由多根并联钢管垂直或水平排列组成。内部流动水或汽水混合物,外部直接接触炉膛火焰和高温烟气,通过辐射传热实现能量交换。
主要采用无缝钢管,需耐受高温(可达1600℃)和高压(超临界机组压力超22MPa)。管壁厚度通常为5-6mm,材质包括碳钢、合金钢等。
水冷壁的性能直接影响锅炉效率与安全性,现代大型锅炉中其设计需平衡热效率、防腐蚀及结构稳定性。
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