
【化】 water cooled wall
水冷壁(Water Wall)是鍋爐系統中用于吸收爐膛輻射熱量的核心受熱面結構,其英文術語在工程領域多表述為"water-cooled wall"或"furnace waterwall"。該裝置由垂直布置的金屬管道組成閉合循環系統,管壁外側直接接觸燃燒室高溫火焰,内部通過強制循環的汽水混合物實現熱能傳導。
從熱力學角度分析,水冷壁遵循能量守恒定律:
$$
Q = k cdot A cdot Delta T
$$
其中Q代表傳熱量,k為綜合傳熱系數,A為有效受熱面積,ΔT為溫差。這種設計使鍋爐熱效率提升至90%以上(《ASME鍋爐與壓力容器規範》第IV卷)。
在材料科學領域,現代水冷壁普遍采用SA-210C低合金鋼,該材料在600℃工況下仍能保持≥300MPa的屈服強度(ASTM A210标準)。膜式水冷壁技術通過焊接鳍片将管排連成整體,使承壓能力提升40%(《熱力發電廠系統設計》第3版)。
國際能源署(IEA)報告顯示,超臨界機組水冷壁工作壓力已達25MPa以上,蒸汽溫度突破600℃阈值(IEA 2023年清潔煤技術年報)。中國特種設備檢測研究院案例庫記載,某1000MW機組通過優化水冷壁傾角設計,使煤粉燃盡率提高2.3個百分點(2024年電力安全通報第7期)。
水冷壁是鍋爐的核心受熱部件,其名稱源于其結構和工作原理。以下從定義、結構、功能、類型及材料等方面綜合解釋:
水冷壁是敷設在鍋爐爐膛内壁的管排系統,由多根并聯鋼管垂直或水平排列組成。内部流動水或汽水混合物,外部直接接觸爐膛火焰和高溫煙氣,通過輻射傳熱實現能量交換。
主要采用無縫鋼管,需耐受高溫(可達1600℃)和高壓(超臨界機組壓力超22MPa)。管壁厚度通常為5-6mm,材質包括碳鋼、合金鋼等。
水冷壁的性能直接影響鍋爐效率與安全性,現代大型鍋爐中其設計需平衡熱效率、防腐蝕及結構穩定性。
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