1、燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉一、余热锅炉的原理、类型与特点1、余热锅炉及其作用 余热锅炉（heat recover steam generator,HRSG）是利用工业生产过程余热产生蒸汽的设备。燃气-蒸汽联合循环中的余热锅炉是联合循环电厂中的关键设备之一，它处于燃气循环和蒸汽循环的交接点上，接收燃气轮机的排气余热，产生汽轮机所需要的蒸汽；它与燃气轮机、汽轮机的联系密切，所以其性能受到这些设备的很大影响，同时也在很大程度上影响这些设备。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合
2、循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉一、余热锅炉的原理、类型与特点2、余热锅炉类型按汽水系统分：分为单压式、多压式、再热多压式按照锅内汽水流程的特点，分为汽包式和直流式；按照汽水循环方式的不同，分为自然循环式和强制循环式；按照炉内烟气的流动方向，分为卧式和立式；按照有无补燃装置，可分为补燃式和无补燃式。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉一、余热锅炉的原理、类型与特点3、余热锅炉类型燃气轮
3、机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力
4、学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉一、余热锅
5、炉的原理、类型与特点3、余热锅炉特点热力特性变化大。燃气温度低、流量大，传热方式以对流为主。炉内烟气的速度和温度分布很不均匀。汽水系统形式多样。变工况时烟气侧和蒸汽侧热力变化不协调。需要适应燃气轮机快速启动的要求。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉二、余热锅炉的热力参数1、余热锅炉的主要性舱参数1）效率 余热锅炉效率为输出的热量与输入的热量之比。目前一般在0.7-0.9之间燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学
6、院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉二、余热锅炉的热力参数1、余热锅炉的主要性能参数2）端差、节点温差和接近点温差进入余热锅炉的烟气的温度与流出余热锅炉的过热蒸汽的温度之差称为余热锅炉的端差，记为 :燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉二、余热锅炉的热力参数1、余热锅炉的主要性能参数2）端差、节点温差和接近点温差蒸发器起始点处燃气的温度与给水饱和温度之差称为余热锅炉的节点温差（有些书称之为窄点温差），记为 :燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循
7、环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉二、余热锅炉的热力参数1、余热锅炉的主要性能参数2）端差、节点温差和接近点温差锅炉汽包压力下饱和水的温度与省煤器出口处的给水温度之差称为余热锅炉的接近点温差（有些书称之为欠温），记为 :燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉二、余热锅炉的热力参数2、余热锅炉热力参数的选取1）锅炉排烟温度的选取排烟温度越低，余热锅炉的效率越高。要达到较低的排烟温度，余热锅炉就要有更多的换热面
8、积，这一方面会使制造费用上升,另一方面还会使烟气侧的流动阻力增大，从而导致燃气轮机功率和效率的下降。对排烟温度的选取还受到烟气酸露点温度的限制。在燃烧含有硫分的气体燃料或液体燃料的联合循环中排烟温度一般取为150-200 之间；在燃烧天然气的联合循环中，排烟温度一般取为100左右。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉二、余热锅炉的热力参数2、余热锅炉热力参数的选取2）主蒸汽温度的选取在经济上存在一个最佳主蒸汽温度。主蒸汽温度一般要在 的范围内，通过优化进行选取。对于多压余热锅
9、炉，中压蒸汽和低压蒸汽的温度则比它们各自所在的余热锅炉受热面上游的烟气温度低11左右。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉二、余热锅炉的热力参数2、余热锅炉热力参数的选取3）主蒸汽压力的选取选取主蒸汽压力 时，同样也要考虑经济和技术两方面的因素。主蒸汽压力提高，余热锅炉的排烟温度就要升高，效率下降，余热锅炉中产生的蒸汽就会因此而减少。但对蒸汽循环而言，由于工质在余热锅炉中的平均吸热温度升高，循环效率会因此而有所提高。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热
10、力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉二、余热锅炉的热力参数2、余热锅炉热力参数的选取4）节点温差的选取从经济上看，存在着最佳的节点温差。在其他条件不变时，增大节点温差，排烟温度就要升高，余热锅炉的效率就会因此而降低。减小节点温差，余热锅炉各换热面的传热温差都减小，换热面积就要增大，从而使锅炉造价升高；同时，烟气侧阻力增加，燃机效率下降。节点温差的最佳值一般在8一20之间。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉二、余热锅
11、炉的热力参数2、余热锅炉热力参数的选取5）接近点温差的选取余热锅炉设置一定的接近点温差，主要是为了防止低负荷工况下或机组启停期间给水在省煤器中汽化，导致省煤器管壁过热、振动等安全问题。从安全角度看，接近点温差应选取得稍大一些。接近点温差过大时，锅炉的循环倍率就要提高，蒸发器的换热面积会增大。所以，从安全性和设备造价两个因素综合考虑，较为合适的在5一20之间。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉二、余热锅炉的热力参数2、余热锅炉热力参数的选取6）烟气侧流速的选取在管束间的对流换
12、热过程当中，烟气侧流速的变化会对传热和流动都产生影响。烟气流速增大时，余热锅炉的换热系数会增大，但同时烟气侧的流动阻力也会增加。前者可使换热面积减小或增加传热量，有利于传热。后者则使燃机排气压力升高，导致燃机出力和效率下降。因此，对余热锅炉烟气流速也要按照整体经济性最优的要求来取值。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉三、余热锅炉的汽水系统1、汽水系统的压力分级1）多压原因按照最佳值选取蒸汽参数时，单压的余热锅炉的排烟温度只能降低到200 左右甚至更高。采用双压或三压蒸汽系统
13、来解决这个问题，即在余热锅炉中除了产生高压过热蒸汽外，还产生中压或低压过热蒸汽，补入汽轮机的中、低压缸中做功。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉三、余热锅炉的汽水系统1、汽水系统的压力分级2）多压原理双压余热锅炉将排烟温度降得更低，它相当于在第一台余热锅炉之后又串联了一台压力等级低一些的余热锅炉，后者以前者的排烟为热源，使烟气的温度降到更低后才排放。多压系统可把燃气轮机的排气温度降低到110-130的水平，对于燃烧硫分很少的天然气机组，排烟温度可降至80-85。三压联合循环
14、的效率比双压联合循环的效率大约可提高1%；双压和三压采用再热后，联合循环效率均能再提高0.8-0.9。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉三、余热锅炉的汽水系统2、蒸汽循环的除氧系统联合循环中常用的除氧方式有三种：一是在余热锅炉中进行除氧；二是在凝汽器中进行真空除氧；三是设置独立除氧器除氧。余热锅炉除氧是目前应用较多的一种除氧方式。除氧水箱通常也作为余热锅炉的低压汽包使用，称为整体式除氧器。将凝汽器兼用作真空除氧器除氧也是联合循环应用较多的一种除氧方式。也有一些机组仍然采用了
15、独立于余热锅炉和凝汽器之外的除氧器。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉三、余热锅炉的汽水系统3、典型汽水系统简介三压、再热、自然循环、带整体式除氧器、卧式布置余热锅炉的汽水系统。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉三、余热锅炉的汽水系统3、典型汽水系统简
16、介三压、无再热、强制循环、立式布置余热锅炉的汽水系统，除氧器独立设置。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉四、余热锅炉的结构1、总体结构卧式燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉四、余热锅炉的结构1、总体结构立式燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余
17、热锅炉四、余热锅炉的结构2、主要部件1）受热面包括过热器、再热器、蒸发器、省煤器、给水加热器等。余热锅炉的受热面比常规锅炉要大许多。使用小管径薄壁翅片管，管束采用错列布置。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉四、余热锅炉的结构2、主要部件2）汽包余热锅炉的蒸汽压力相对较低，汽包一般为卧式。立式余热锅炉的汽包一般设置于前（或后）侧的钢架上。卧式余热锅炉的汽包则多放置在蒸发器上
18、部。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉四、余热锅炉的结构2、主要部件3）集箱与翅片管的连接余热锅炉的集箱与管屏有单管排连接和多管排连接两种方式。多管排连接方式把两排、三排或更多排的翅片管与集箱直接相连，使受热面内的工质在集箱内混合后进入汽包。单管排连接方式，先将一排排翅
19、片管与一个个小集箱相连接，再将小集箱与直径较大的集箱相连，再进入下一组较大直径的集箱进行二次混合，最后进入汽包。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-1-1 联合循环的余热锅炉联合循环的余热锅炉四、余热锅炉的结构2、主要部件4）炉墙余热锅炉大多采用轻型炉墙，墙板一般由内护板、保温层和外护板构成。5）膨胀节联合循环系统中通常布置有两个非金属膨胀节，分别位于燃气轮机排气扩散段出口与余热锅炉进口烟道之间和余热锅炉出口与烟囱进口之间，其主要功能是吸收前后设备之间的膨胀位移。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其
20、他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-2 2 联合循环的汽轮机联合循环的汽轮机一、热力参数及系统上的特点 联合循环汽轮机与同功率等级的常规汽轮机在热力系统上的差别主要有：联合循环汽轮机的系统类型众多，彼此之间的参数有很大差别；联合循环汽轮机的主蒸汽压力一般低于同功率常规汽轮机的主蒸汽压力；联合循环汽轮机一般无回热抽汽，而常规汽轮机一般有回热抽汽。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-2 2 联合循环的汽轮机联合循环的汽轮机二、结构上的特点原因：汽轮机不再有回热抽汽，相反，在双压及三压系统中，还有蒸汽从中
21、途汇入。联合循环的汽轮机一般采用滑压运行方式。为了使联合循环机组能快速启停，联合循环中的汽轮机也应该有一些结构措施。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-2 2 联合循环的汽轮机联合循环的汽轮机二、结构上的特点特点：低压部分的结构相对更庞大，单缸汽轮机的“锥度”较大。一般采用全周进汽，无调节级。因无回热抽汽管道等，可能采用轴向或侧向排汽，以便于单层布置。结构尽可能对称，蒸汽导管、控制阀、关断阀、外围管道等也都设计成偶数并对称布置，以降低启动过程中的热应力。在不影响汽轮机效率的前提下，增大动静部件之间的间隙，以防止在快速启
22、动过程中由于动静部件膨胀不同步而发生碰磨。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-2 2 联合循环的汽轮机联合循环的汽轮机二、结构上的特点燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-2 2 联合循环的汽轮机联合循环的汽轮机二、结构上的特点燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-3 3 联合循环的主要辅助设备和系统联合循环的主要辅助设备和系统余热锅炉型联合循环需配备的辅助设备或系统一般有
23、：启动装置；润滑油系统；液压油系统；燃料系统；冷却水系统；进气系统；通流部分清洗设备；离合器等。其中，第、项与常规蒸汽动力电站的情况没有太大差别，第项则取决于燃料的类型。这里仅简要介绍第、第、第 和第项。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-3 3 联合循环的主要辅助设备和系统联合循环的主要辅助设备和系统一、启动装置燃气轮机的启动装置一般由启动机、变矩器（祸合器）、盘车机构和控制器等组成，其核心是启动机。联合循环燃气轮机所使用的启动机主要有柴油机、变频器加主发电机、汽轮机三种形式。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五
24、章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-3 3 联合循环的主要辅助设备和系统联合循环的主要辅助设备和系统二、进气系统空气过滤和降低噪声作用。进气冷却和进气加热。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-3 3 联合循环的主要辅助设备和系统联合循环的主要辅助设备和系统二、进气系统空气过滤和降低噪声作用。进气冷却和进气加热。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组
25、布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-3 3 联合循环的主要辅助设备和系统联合循环的主要辅助设备和系统三、通流部分清洗装置清洗装置有干式和湿式两种类型。干式清洗装置主要由盛装清洗介质的容器和将清洗介质送人压气机进气管的设施组成。湿式清洗装置主要由盛装清洗液的容器、清洗液输送泵等组成。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-3 3 联合循环的主要辅助设备和系统联合循环的主要辅助设备和系统四、同步自动离合器同步自动离合器(
26、Synchro-Self-Shifting Clutch，简称3S离合器）的设备，它是一种依靠自身机构自动实现啮合或脱离，从而使输入设备与输出设备联接或者分离开来的设备。功能：静态啮合。动态脱离。动态啮合。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-4 4 联合循环机组的布置方案联合循环机组的布置方案按照热力设备组合方案的不同，可将联合循环机组划分为“一拖一”方案和“多拖一”方案两种类型。按照机组中燃气轮机、汽轮机是否同轴布置，可将联合循环机组划分为单轴方案和多轴方案两种类型。单轴方案的机组按照燃气轮机、汽轮机、发电机三者之间
27、位置关系的不同又可以划分为汽轮机布置在燃气轮机和发电机之间（简称 CSG 方案）、发电机布置在燃气轮机和汽轮机之间（简称 CGS 方案）两种类型。燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-4 4 联合循环机组的布置方案
28、联合循环机组的布置方案燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-4 4 联合循环机组的布置方案联合循环机组的布置方案燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学
29、院燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-4 4 联合循环机组的布置方案联合循环机组的布置方案燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-4 4 联合循环机组的布置方案联合循环机组的布置方案燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-4 4 联合循环机组的布置方案联合循环机组的布置方案燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-4 4 联合循环机组的布置方案联合循环机组的布置方案燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-4 4 联合循环机组的布置方案联合循环机组的布置方案燃气轮机与联合循环燃气轮机与联合循环第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置能源与动力学院能源与动力学院5 5-4 4 联合循环机组的布置方案联合循环机组的布置方案
