电站锅炉螺旋水冷壁结构简介
炉膛是锅炉中组织燃料燃烧的空间，也称燃烧室。是锅炉燃烧设备的重要组成部分。炉膛除了要把燃料的化学能转变成燃烧产物的热能外，还承担着组织炉膛换热的任务，因此它的结构应能保证燃料燃尽，并使烟气在炉膛出口处已被冷却到使其后面的对流受热面安全工作所允许的温度。
水冷壁是敷设在炉膛四周由多根并联管组成的蒸发受热面。其主要作用是：吸收炉膛中高温火焰及炉烟的辐射热量，使水冷壁内的水汽化，产生饱和水蒸汽；降低高温对炉墙的破坏作用，保护炉墙；强化传热，减少锅炉受热面面积，节省金属耗量；有效防止炉壁结渣；悬吊炉墙。直流锅炉水冷壁中工质的流动为强制流动，管屏的布置较为自由，最基本的有螺旋管圈、垂直上升管屏和回带管屏三种型式。
大型超超临界锅炉的水冷壁分为螺旋水冷壁和螺纹垂直水冷壁两种，随着锅炉高度和容积的增加，采用内螺纹的完全垂直水冷壁的安全运行越困难，其要求的设计水平和制造精度越高，所以炉型较高的塔式布置锅炉下部炉膛采用螺旋管圈水冷壁、上部炉膛采用垂直水冷壁的结构。如图1：塔式锅炉水冷壁布置示意图。
图1：塔式锅炉水冷壁布置示意图。
采用螺旋水冷壁具有以下优点：
1. 管径和管数选择灵活，不受炉膛周界尺寸的限制，解决了周界尺寸和质量流速之间的矛盾，只要改变螺旋管的升角，就可以改变工质的质量流速，以适应不同容量机组和煤种的需要。
2. 可以采用较粗的（直径38mm以上）的管子，因而对管子的制造公差引起的水动力偏差敏感较小，运行中不易堵塞。
3. 可以采用光管，不必有制造工艺复杂的内螺纹管，而可以实现锅炉的变压运行和带中间负荷的要求。不需要在水冷壁入口处和水冷壁下集箱进水管上装设节流圈以调节流量。MHI锅炉在后石和玉环均设计有节流圈，其采用的为小水冷壁下联箱结构，节流圈安装在水冷壁下联箱出口水冷壁管道内，根据水动力特性，节流圈的直径不一，最小的出现7mm的节流圈，已经多次节流圈堵塞导致爆管的现象。
4. 带有螺旋水冷壁的炉膛设计能保证在整个负荷范围内水冷壁管相同的吸热和充分的冷却。
即使是切向燃烧系统，有一个很均匀放热的炉膛，在某个垂直切面吸热也不会一致。炉膛横截面最高热流密度在炉墙中间上，最低的热流密度位于四角上（见图3）。
图2：水冷壁管道节流孔
图3：炉膛水冷壁水平面吸热图
螺旋水冷壁间的吸热偏差小，由于同一根管以相同的方式从下绕过炉膛的角隅部分和中间部分，吸热均匀，管间热偏差小，因此对燃烧偏斜或局部结焦而造成的热负荷不均匀，有很强的抗衡能力。在炉膛上部虽然用了垂直水冷壁，中间混合集箱布置在低负荷时螺旋管圈出口蒸汽干度在0.8以上的标高上，在这个蒸汽干度下中间混合集箱的汽水均匀分配已不成问题，垂直管屏的壁温容易控制在许可的温度偏差范围之内。在这个位置炉膛热负荷已明显降低，垂直管屏在较低的质量流速下能得到可靠的冷却。下部冷灰斗的管圈也是螺旋管圈，热偏差小，因而水冷壁出口温度沿炉膛周界的偏差值降到比较低的水平。
图4表示带有切向燃烧和不同吸收的水冷壁炉膛结构图。水冷壁倾斜管环绕圈数为1周，每根蒸发器管通过炉膛热和冷的区域，结果是水冷壁均匀吸热,不受火球位置影响（火球位于中心或转入一角）以及一个相同的水冷壁出口温度分布。
图4：吸热不均的炉膛塘和螺旋水冷壁
倾斜管环绕与切向燃烧方向相反（见图5）。这一样的设计能有效防止气流分层。
图5：环绕上升原理图
倾斜管压降受管子规格、长度以及质量流速的影响。管子规格取决于管子内部最小允许质量流速。管长度取决于管子上倾角以及螺旋圈数。带有最佳质量流速以及最佳螺旋圈数的螺旋水冷壁设计能减少水冷壁压降。
质量流速对水冷壁内部传热以及压降、受热面都有影响。水冷壁系统所有运行工况下主要的设计规范是确保管子材料能被充分冷却。BMCR工况质量流速（锅炉设计负荷）取决于最小的直流负荷。在此负荷下蒸发器管
质量流速最小。燃烧烟煤时蒸发器管壁充分冷却质量流密度值在最小直流负荷下定义为：
φmin≥680Kg/(㎡.s)
倾斜管最低高度和其他一样是依赖于螺旋圈数。由于不均匀受热的水冷壁，为了使所有管子均匀吸热, 螺旋圈数必须高于1（见图6）。但是螺旋圈数增加不会显著改善均匀吸热，只能对炉膛吸热不均匀进行补偿。
图6 螺旋管环绕一周图
1. 抗燃烧干扰能力强，当切圆燃烧的火焰中心发生大的偏斜时，各管的吸热偏差与出口温度偏差仍能保持较小值，与一次垂直上升的管屏相比，更有利。
2. 有良好的负荷适应性，即使在30%负荷以下，质量流速仍高于膜态沸腾的界限流速，能保持一定的壁温裕度。
但螺旋水冷壁也有以下缺点：
1. 水冷壁阻力大，给水泵功率与垂直屏水冷壁相比增加2%--3%；
2. 在亚临界区域，与内螺纹管相比较，在相同或稍高的质量流速下，光管工质侧的传热能力较差；
3. 负荷变动的时候，水冷壁和吊件之间存在温度偏差；
4. 螺旋水冷壁比垂直水冷壁更容易挂焦。
