1、20:29:471第八章余热锅炉汽轮机的原理和结构20:29:472余热锅炉汽轮机的原理和结构1.概述2.余热锅炉的型式3.联合循环中的蒸汽循环方案4.余热锅炉一汽轮机的热力参数5.余热锅炉的结构特点6.联合循环汽轮机的结构特点20:29:4838.1 概述n在联合循环中，余热锅炉回收燃气轮机排气余热，产生蒸汽推动汽轮机发电。20:29:4848.1 概述n与常规电站锅炉相比较，余热锅炉没有燃料输送、煤粉制备和燃烧设备，仅有汽水系统。n余热锅炉的汽水系统与电站锅炉基本相似，通常是由汽包、省煤器、蒸发器、过热器以及集箱等换热管簇和容器等组成的，构成了由水变过热蒸汽的三个阶段，即水的加热、饱和水的
2、蒸发、饱和汽的过热。n在有再热的蒸汽循环中则可以加设再热器。20:29:4858.1 概述n中温、大流量工质是余热锅炉一个显著的热力特点。（500-610 ，120-600kg/s）n燃气轮机排气是完全发展的紊流，流速和温度都很不均匀（烟气流速变化可达400%，温度不均匀度55）n当燃气轮机轴向排气时，情况就有利得多。n余热锅炉内的换热过程属于低温换热范畴，辐射换热效应可以忽略。它几乎全部依靠对流换热的作用。20:29:4868.1 概述n联合循环中的汽轮机也不同于常规的汽轮机:n在联合循环的蒸汽轮机系统中一般均取消了回热抽汽。n在联合循环中由汽轮机的低压缸排向凝汽器的蒸汽流量要比常规的汽轮机
3、多。n因而相同容量的机组在相同背压下，末级叶片的长度和凝汽器面积都比常规机组高一个等级。20:29:4878.1 概述n余热锅炉一汽轮机的设计要求：n整个系统具有较低的热惯性。由于多数联合循环电站担负调峰任务，启、停频繁。燃气轮机启动很快，从点火到满负荷最快只需要几分钟，在汽轮机启动及带满负荷前，余热锅炉产生的蒸汽通过旁路排到凝汽器或燃气轮机的排气直接通旁通大气，影响电厂的经济性。因此，要求余热锅炉和汽轮机必须具备快速启动的特性，在结构设计方面必须采取相应措施，适应快速启停要求。为适应调峰的需要，机组应具有相当高的抗高周、抗低周疲劳性能。20:29:4888.1 概述n余热锅炉一汽轮机的设计要
4、求：n联合循环中变工况特性是很重要的，在系统控制、热力和结构设计以及联合循环系统构成设计等过程中都要很好考虑。要求由余热锅炉提供的蒸汽热力参数不会因燃气轮机负荷的变化而较大幅度地偏离各负荷工况下的设定值，以防影响汽轮机的安全性和经济性。n余热锅炉一汽轮机一般采用滑压运行，这不但对变工况运行有利，且可同时提高联合循环设计工况和部分负荷时的效率。近来，许多联合循环装置考虑上述特点，其燃气轮机压气机采用进口可调导叶，以尽量减小余热锅炉的进口烟气温度变化幅度。20:29:4898.1 概述n余热锅炉一汽轮机的设计要求：n余热锅炉应具有一定的在无水情况下“干烧”的能力，以避免当烟道旁通阀等元件故障时烧毁
5、余热锅炉，一般“干烧”时的烟气温度应不高于475。n控制最大许用的热流量，保证余热锅炉中水循环的安全性20:29:48108.1 概述n余热锅炉一汽轮机的设计要求：n当配置选择性催化反应器（SCR）来控制NOx排放时，必须精心地确定SCR的布置位置，以确保SCR能在一定温度范围内工作，否则无法控制NOx的排放量。20:29:4811余热锅炉汽轮机的原理和结构1.概述2.余热锅炉的型式3.联合循环中的蒸汽循环方案4.余热锅炉一汽轮机的热力参数5.余热锅炉的结构特点6.联合循环汽轮机的结构特点20:29:48128.1 余热锅炉的型式一、按余热锅炉烟气侧热源分类余热锅炉余热锅炉无补燃的余热锅炉：无
6、补燃的余热锅炉：这种余热锅炉单这种余热锅炉单纯回收燃气轮机排气的热量，纯回收燃气轮机排气的热量，产生一定压力和温度的蒸汽。产生一定压力和温度的蒸汽。有补燃的余热锅炉：有补燃的余热锅炉：由于燃气轮机排气中由于燃气轮机排气中含有含有1418的氧，可在余热的氧，可在余热锅炉的恰当位置安装补燃燃烧器，锅炉的恰当位置安装补燃燃烧器，补充天然气和燃油等燃料进行燃补充天然气和燃油等燃料进行燃烧，提高烟气温度，还可保持蒸烧，提高烟气温度，还可保持蒸汽参数和负荷稳定，以相应提高汽参数和负荷稳定，以相应提高蒸汽参数和产量，改善联合循环蒸汽参数和产量，改善联合循环的变工况特性。的变工况特性。20:29:48138.
7、1 余热锅炉的型式二、按余热锅炉产生的蒸汽的压力等级分类二、按余热锅炉产生的蒸汽的压力等级分类n目前余热锅炉采用有单压、双压、双压再热、三压、三压再热等五大类的汽水系统。n单压级余热锅炉只生产一种压力的蒸汽供 给汽轮机。n双压或多压级余热锅炉能生产两种不同压力或多种不同压力的蒸汽供给汽轮机。20:29:4914三、按受热面布置方式分类 1卧式布置余热锅炉 各级受热面部件的管子是垂直的，烟气横向流过各级受热面。20:29:4915三、按受热面布置方式分类 2立式布置余热锅炉 各级受热面部件的管子是水平的，各级受热面部件是沿高度方向布置，烟气自下而上流过各级受热面。20:29:4916 2立式布置
8、余热锅炉 1卧式布置余热锅炉 20:29:4917四、按工质工作原理分类 1自然循环余热锅炉 20:29:4918四、按工质工作原理分类 1自然循环余热锅炉 管簇中的水汽混合物与下降管中冷水的密度差，是维持蒸发器中汽水混合物自然循环的动力。20:29:49191自然循环余热锅炉自然循环余热锅炉具有如下优点：锅炉重心低，稳定性好，抗风抗震性强；垂直管束结垢情况比水平管束均匀，不易造成塑性形变和故障，同时也减缓了结垢量而使锅炉性能下降的问题等；锅炉水容量大，有较大的蓄热能力，适应负荷变化能力强，热流量不易超过临界值，对燃气轮机排气热力波动的适应性和自平衡能力都强；自动控制要求相对不高。20:29:
9、49201自然循环余热锅炉自然循环余热锅炉的缺点如下：蒸发受热面为立式水管，常布置于卧式烟道，因此占地面积大；锅炉水容量大，启停及变负荷速度慢；自然循环有时不能采用直通烟道，而需要加一些挡板，因而会增加燃气的流动阻力，对燃气轮机的工作不利。20:29:49212强制循环余热锅炉 强制循环余热锅炉中的烟气通常总是垂直地流过水平方向布置的管簇的。从汽包下部引出的水借助于强制循环泵压入蒸发器的管簇，水在蒸发器内吸收烟气热量，部分水变成蒸汽，然后蒸发器内的汽水混合物经导管流入汽包。20:29:4922 2强制循环余热锅炉 1卧式布置余热锅炉 20:29:49232强制循环余热锅炉 强制循环余热锅炉具有
10、如下优点：采用小管径，重量轻，尺寸小，结构紧凑。常布置于立式烟道，烟囱与锅炉合二为一省空间，占地面积小。蒸发受热面中循环倍率A35，工质靠强制循环进行流动，可以采用较小的汽包直径，以及上升和下降管管径。因为在启动或低负荷时可用强制循环的工质来使各承压部件得到均匀加热，锅炉水容量小，升温、升压速率高，启动快，机动性好，负荷调节范围大，适应调峰运行。它比自然循环余热锅炉略短些。燃气的阻力容易控制。利用炉水循环泵能快速和彻底地进行水冷壁酸洗，周期短、费用低。结构上便于采用标准化元件和大型模块组件，制造成本和安装费用都较低。20:29:49242强制循环余热锅炉强制循环余热锅炉的缺点如下：必须装设高温
11、锅水循环泵，增加电耗，提高运行费用，且可靠性差。锅炉重心较高，稳定性较差，不利抗风抗震。强制循环余热锅炉必须支撑较重的设备，它的基础很重，需要耗费更多的结构支撑钢。阀门和辅件必需布置在不同的标高上，致使操作和维护都很困难。容易发生汽水分层现象，而且沉结在水平管子底部的结垢要比含有蒸汽的管子顶部要少，这种沿管子周围结垢的差异会造成温度梯度、不同程度的传热和膨胀，其结果将使强制循环的余热锅炉容易发生腐蚀、烧坏、塑性变形和事故。为了避免在水平管簇中发生汽水分层现象，流体的最小临界流速约为2.13.0ms。采用小弯头，制造工艺复杂。20:29:49252强制循环余热锅炉 采用强制循环虽能加速管簇内的水
12、流速度，对改善水侧的换热系数是有利的，但是锅炉的传热系数主要取决于烟气侧对管壁的表面传热系数，因而在烟气流动情况相似的情况下，相对于同样的换热负荷，强制循环与自然循环余热锅炉的换热面积是很接近的。20:29:49263直流余热锅炉 直流余热锅炉靠给水泵的压头将给水一次通过各受热面变成过热蒸汽。由于没有汽包，在蒸发和过热受热面之间无固定分界点。20:29:49273直流余热锅炉 优点是蒸发受热面布置自由，加工制造较方便，金属耗量较少。由于热容量小，故调节反应快，负荷适应性强，启停迅速，最低负荷一般可比汽包锅炉低。20:29:49283直流余热锅炉n缺点是给水品质和自动调节要求高，给水泵电耗大，并
13、且要用高级合金，成本较高，经济性不一定有利。n还需注意以下几点：n避免在水冷壁内发生膜态沸腾或类膜态沸腾；n防止水动力特性不稳定及热偏差过大；n设置专门的启动旁路系统，减少热损失和工质损失。膜态沸腾膜态沸腾：蒸发管内随着汽、水两相流中含汽率的增大，附壁水膜逐：蒸发管内随着汽、水两相流中含汽率的增大，附壁水膜逐渐减薄，当水膜被撕破且汽流核心夹带的散状水滴几乎又不回落到管渐减薄，当水膜被撕破且汽流核心夹带的散状水滴几乎又不回落到管壁时，管壁便被一层过热蒸汽覆盖，导致管壁对工质放热系数急剧下壁时，管壁便被一层过热蒸汽覆盖，导致管壁对工质放热系数急剧下降，壁温急剧上升的管内传热模式降，壁温急剧上升的管
14、内传热模式 20:29:49293直流余热锅炉n随着燃气轮机单机功率的增大，联合循环装置的蒸汽初参数逐步提高，当蒸汽压力增至16MPa以上时，选用直流余热锅炉可以有效的提高联合循环装置的热效率。20:29:4930余热锅炉的型式n直流循环方式主要应用在与大型燃气轮机配套的亚临界、超临界压力余热锅炉中，而且是超临界压力锅炉的唯一形式。n在设计余热锅炉时应根据总体特性的要求，如负荷的性质、机组起停的周期特点、经济性和安全性要求等因素，合理地选择余热锅炉的循环方式。n通常认为，当燃气轮机的负荷变化较大，或者启停比较频繁时，采用强制循环比较合理。20:29:4931余热锅炉的型式n在某些特定的情况下，
15、尤其是在多压系统中，也采用自然循环、强制循环和直流循环中两种兼有的复合循环方式。20:29:4932余热锅炉汽轮机的原理和结构1.概述2.余热锅炉的型式3.联合循环中的蒸汽循环方案4.余热锅炉一汽轮机的热力参数5.余热锅炉的结构特点6.联合循环汽轮机的结构特点20:29:49338.3 联合循环中的蒸汽循环方案n在燃气-蒸汽联合循环中，蒸汽循环系统方案对于联合循环效率、结构的复杂程度，乃至投资费用都有明显的影响。20:29:49348.3 联合循环中的蒸汽循环方案一、单压蒸汽循环20:29:4935一、单压蒸汽循环n单压的余热锅炉汽轮机虽然设备费用低，但热效率也低。n单压系统的优化主要是饱和蒸
16、汽压力等级。对蒸汽循环来说，高的蒸汽初压就意味着高的比功。而对于余热锅炉来说，当饱和压力提高时，蒸汽流量将随之减小，因而致使排烟温度明显上升；与此同时，蒸汽或水与烟气之间的平均传热温差也减小，对于相同的传热量所需的传热面积也就增加，余热锅炉成本也要增高。n通常，单压汽水系统仅适合于低排气温度的燃气轮机。20:29:4936 二、多压蒸汽循环n当燃气轮机的排气流量大于120 kg/s、排气温度高于510时，如果采用单压蒸汽循环，余热锅炉的排烟温度就过高，排烟损失太大，合理的解决办法是采用多压系统。通常可以采用双压或三压的汽水系统，以便提高余热锅炉的热效率。20:29:4937 二、多压蒸汽循环n
17、 双压三压蒸汽循环系统是指余热锅炉中产生两种（高压和低压）三种（高压、中压和低压）不同压力等级的蒸汽，高压蒸汽即汽轮机入口的压力蒸汽，中压低压蒸汽进入汽轮机的中间压力相当的级中做功。20:29:4938 1、双压无再热蒸汽循环1-1-高压过热器高压过热器2-2-高压蒸发器高压蒸发器3-3-高压省煤器高压省煤器4-4-低压蒸发器低压蒸发器5-5-低压省煤器低压省煤器6-6-低压汽包低压汽包7-7-低压循环水泵低压循环水泵8-8-给水泵给水泵9-9-高压汽包高压汽包10-10-高压循环水泵高压循环水泵20:29:4939 2简化的双压无再热联合循环n在省煤器后，增设一套在省煤器后，增设一套低压蒸汽
18、加热回路，利低压蒸汽加热回路，利用它来产生除氧器所需用它来产生除氧器所需要的饱和蒸汽（要的饱和蒸汽（0.31MPa0.31MPa135135）。这样可以降）。这样可以降低余热锅炉的排气温度，低余热锅炉的排气温度，提高余热锅炉的当量效提高余热锅炉的当量效率。通过这个方法，烟率。通过这个方法，烟气温度可降低到气温度可降低到150150左左右，除氧器就不再需要右，除氧器就不再需要从汽轮机中抽取低压蒸从汽轮机中抽取低压蒸汽来加热给水，由此增汽来加热给水，由此增大了汽轮机的作功量，大了汽轮机的作功量，并可以使联合循环的总并可以使联合循环的总效率增加效率增加2.52.5。20:29:4940 3、三压无再
19、热蒸汽循环20:29:4941二、多压蒸汽循环n采用双压或三压汽水发生系统是提高余热锅炉热效率的重要措施。计算表明，当燃气轮机排烟温度在530580范围时，若采用双压系统来代替单压系统，可以使余热锅炉的排气温度降低3560，则可使传热能量损失降低一半，相当于余热锅炉的效率提高约3。这时再改为三压系统，余热回收效率还会提高一点，但幅度已大为下降，而投资成本增加很多，不一定有利。如果把在余热锅炉低压汽水系统中产生的低压蒸汽供到汽轮机的低压部分去发电，汽轮机的功率大约可以增加6左右，即联合循环的热效率大致能提高1.52左右。20:29:4942三、多压再热蒸汽循环n余热锅炉型的联合循环，只有在燃气轮
20、机排气温度在600以上采用高压蒸汽初参数时才可能采用蒸汽再热。对于新一代高温、高性能燃气轮机，排气温度很高（580），余热锅炉采用更加完善的三压再热汽水系统更为合适，因为不仅能采用高的蒸汽参数，而且能使排烟温度比较低，平均传热温差小，余热回收非常充分。20:29:4943三压再热循环三压再热的概念是汽轮机除了高压进汽及低压补汽外，汽轮机高压缸排汽与余热锅炉的中压供汽相混合，在进入余热锅炉的再热器吸热，以提高汽轮机中压进汽（再热）的温度，这就形成了三压再热蒸汽循环。20:29:4944 1，双压再热蒸汽循环20:29:49452.三压再热蒸汽循环太阳宫电厂采用20:29:494620:29:49
21、47联合循环中的蒸汽循环方案n综上所述，联合循环中蒸汽循环的类型主要有以下几种：单压无再热的蒸汽循环系统；双压无再热的蒸汽循环系统；双压有再热的蒸汽循环系统；三压无再热的蒸汽循环系统；三压有再热的蒸汽循环系统。20:29:4948联合循环中的蒸汽循环方案20:29:4949联合循环中的蒸汽循环方案n显然，在改变蒸汽的循环系统时，汽轮机的循环效率在不断地发生着变化，从而影响到联合循环效率的改变。实际上，由单压蒸汽循环系统向双压和三压蒸汽循环系统发展时，余热锅炉的排气温度就会有进一步降低的可能，即能提高余热锅炉的当量效率，它同时有增大联合循环效率的作用。20:29:4950余热锅炉汽轮机的原理和结
22、构1.概述2.余热锅炉的型式3.联合循环中的蒸汽循环方案4.余热锅炉一汽轮机的热力参数5.余热锅炉的结构特点6.联合循环汽轮机的结构特点20:29:49518.4余热锅炉汽轮机的热力参数n余热锅炉回收排气热量的程度对联合循环的效率影响很大，而影响余热锅炉回收热量的因素，除汽水系统的配置方式、换热元件传热效果的优劣外，主要与蒸汽压力、余热锅炉节点温差和露点等热力参数有关。20:29:49528.4余热锅炉汽轮机的热力参数一、余热锅炉汽轮机的蒸汽参数 而余热锅炉可以设计成在相当大的压力范围内产生蒸汽，因此蒸汽压力通常取决于汽轮机的功率大小，当功率较小时，压力偏高则进汽的容积流量较小，通流部分的喷嘴
23、和动叶高度较短，内效率较低，故汽压要低一些，反之，当汽机功率大则汽压要高，且宜采用再热，以降低汽轮机低压部分的蒸汽湿度，提高机组效率和末级动叶工作寿命。20:29:5053一、余热锅炉汽轮机的蒸汽参数1.对应某一TFW（锅炉给水温度）存在最佳ps2.qCC随ps的变化很缓慢，即ps偏离最佳状况不多时对qcc的影响很小。这就为选用ps值带来了方便。20:29:5054一、余热锅炉汽轮机的蒸汽参数 对于常规电站汽轮机蒸汽循环来说，采用抽汽回热循环来加热锅炉给水，可有效地提高蒸汽循环效率。但对联合循环来说，这样做并不都能提高循环效率，有的反而使循环效率下降。这是因为，余热锅炉型联合循环当采用抽汽回热
24、循环后，锅炉给水温度大大提高，使余热锅炉的排烟温度明显提高，锅炉中回收的热量减少，结果使循环效率降低，因此，在联合循环的蒸汽轮机系统中一般均取消了回热抽汽。20:29:5055一、余热锅炉汽轮机的蒸汽参数 对双压循环也存在着参数优化的问题。20:29:5056一、余热锅炉汽轮机的蒸汽20:29:5057一、余热锅炉汽轮机的蒸汽20:29:5058一、余热锅炉汽轮机的蒸汽n从以上可以发现，在联合循环中使用的汽轮机之主蒸汽压力一般不是很高的，通常都介于高压或次高压的范围内。这是由于在选择主蒸汽压力时，需要综合考虑以下几方面影响的缘故，即：对整个联合循环性能的影响；对汽轮机效率的影响；对汽轮机作功量
25、的影响（它主要是通过对主蒸汽流量和二次蒸汽流量的影响来体现的）；对汽轮机排汽湿度的影响。20:29:5059一、余热锅炉汽轮机的蒸汽n增加压力级别就会升高压力以及承压件的厚度。总的来说，压力越高启动时间越长，启动速度也会降低，运行灵活性差。对投资费用而言，增加压力和扩充压力系统就要相应地增加泵、汽包和维修量，从而增加成本，而且增加幅度完全不与可回收的能量成正比。维护费用会增加。20:29:5060一、余热锅炉汽轮机的蒸汽n随着燃气轮机进气温度的增大，机组功率相应增大，汽机的进汽参数也有相应提高，可达16MPa，甚至采用超临界蒸汽参数。如GE MS7001H9001H燃机组成的联合循环，汽机进汽
26、参数为16.5MPa566566。20:29:5061二、余热锅炉的热端温差、接点温差和接近点温差n在余热锅炉的热力系统中存在一个热端温差Ts节点温差Tp接近点温差Ta20:29:50621、热端温差n热端温差TS是指换热过程中过热器入口烟气与过热器出口过热蒸汽之间的温差。n降低热端温差，可以得到较高的过热度，从而提高过热蒸汽品质。但降低热端温差，同时也会使过热器的对数平均温差降低，也就是增大了过热器的传热面积，加大了金属耗量。大量计算表明，当热端温差选择在3060范围内，是比较合适的。20:29:50632、节点温差n节点温差TP也叫窄点温差，是换热过程中蒸发器出口烟气与被加热的饱和水汽之间
27、的最小温差，通常是图12余热锅炉TQ图中最窄的部位。20:29:50642、节点温差n当节点温差减小时，余热锅炉的排气温度会下降，烟气余热回收量会增大，蒸汽产量和汽轮机输出功都随之增加，即对应着高的余热锅炉热效率，但平均传热温差也随之减小，这必将增大余热锅炉的换热面积。20:29:50652、节点温差n图14中给出了“单压汽水发生系统”的余热锅炉的热效率与节点温差 Tp以及相对总换热面积之间的变化关系。由图可知，当节点温差减小时，由于余热锅炉换热面积的增加幅度较大，锅炉的投资费用就会增大很多。但当节点温差取得比设计点值大时，总投资费用和单位热回收费用的减小程度却要缓和一些。pT20:29:50
28、662、节点温差n对于多压或多压再热系统，还存在多个Tp优化及其组合的问题。n由图可见，双压余热锅炉的两个Tp最佳分配是相等或低压系统的稍高。20:29:50672、节点温差n从投资费用以及联合循环最佳效率的角度方面考虑，必然存在一个如何合理地选择余热锅炉节点温差的问题。目前Tp的一般范围为1020，最低的达7。20:29:50683、接近点温差n接近点温差Ta是指余热锅炉省煤器出口压力下饱和水温度和出口水温之间的温差。20:29:50693、接近点温差n由图中可以看出，接近点温差增大时，余热锅炉的总换热面积会增加。这是由于省煤器的对数平均温差虽略有增大，致使其换热面积有所减小，但蒸发器的对数
29、平均温差却会减小较多，致使蒸发器的换热面积会增太甚多的缘故。当然，那时过热器的换热面积是保持不变的，结果是余热锅炉的总换热面积要增大。由此可知，当节点温差选定后，减小接近点温差有利于减小余热锅炉的总换热面积和投资费用。20:29:50703、接近点温差n当进入的燃气温度随着机组负荷的减小而降低时，由于余热锅炉滑压运行，T5下降，接近点温差是会随之减小的。显然，如果设计时接近点温差取得过小，那么在部分负荷工况下或启动过程中，省煤器内就会发生部分给水蒸发汽化的问题，将导致部分省煤器管壁过热现象，对于自然循环余热锅炉则可能导致水动力循环破坏，而对于强制循环余热锅炉则可能导致强制循环泵产生汽蚀。20:
30、29:50713、接近点温差n省煤器设计要保证在最低的外界环境温度下运行时，Ta不出现零值和负值，否则要采用烟气侧或水侧旁通办法来避免汽化。由图16所示曲线的斜率变化趋势中可以看到，接近点温差取在5 20范围内是合适的。n在设计余热锅炉时，应该权衡各种因素，按照使联合循环效率或投资费用最优化的设计原则，来考虑节点温差、接近点温差对换热面积的影响关系。20:29:5072 三、余热锅炉的排烟温度n对于余热锅炉来说，降低排烟温度就意味着排烟热量损失减小，也就是燃气轮机排气余热被回收得充分，即余热锅炉的当量效率高。n但余热锅炉出口的排气温度常常不是独立的热力变量，而与所选的蒸汽循环型式、节点温差以及
31、燃料中的硫含量有密切关系。20:29:5073 三、余热锅炉的排烟温度n当节点温差选很较小时，余热锅炉出口的排烟温度就能降低。n当采用双压或三压蒸汽循环时，T5*可以比单压式蒸汽循环降低很多。例如，单压系统排烟温度就比较高，为150180，双压系统为100 150，三压系统的排烟温度最低，可达80100。n降低排烟温度还要受到露点温度（排烟中水蒸汽开始凝结的温度）的制约，因为当燃气轮机燃用含硫较高的燃料时，排气中含有较多的S02，水蒸汽凝结时它就变为亚硫酸而腐蚀金属壁面，所以余热锅炉的排烟温度应高于露点。20:29:5074 四、烟气侧压损系数的优化n当余热锅炉采用减小节点温差和多压汽水系统来
32、提高热力性能时，由于余热锅炉传热面积的增加致使烟气侧流阻增大，从而导致燃气轮机背压上升，功率和效率下降。n一般来说，燃气轮机背压每增加1kPa，其功率下降0.6-0.7，热耗率会增大0.6-0.7。20:29:5075余热锅炉汽轮机的原理和结构1.概述2.余热锅炉的型式3.联合循环中的蒸汽循环方案4.余热锅炉一汽轮机的热力参数5.余热锅炉的结构特点6.联合循环汽轮机的结构特点20:29:50768.5 余热锅炉的结构特点一、余热锅炉的本体结构余热锅炉本体包括入口过渡段烟道、过热器和箱体、蒸发器和箱体、省煤器和箱体、汽包、出口过渡段烟道、构架和平台楼梯等组件，20:29:5077一、余热锅炉的本
33、体结构 20:29:5078一、余热锅炉的本体结构 1卧式布置余热锅炉 20:29:5079一、余热锅炉的本体结构（一）入口、出口过渡段烟道 入口、出口过渡段烟道由内壁耐热不锈钢钢板、中间保温层和箱体钢板、外壁铝合金护板组成。内壁耐热不锈钢钢板之间的接缝处，必须考虑膨胀和密封的要求。为了保证烟气均匀地流入过热器段，入口过渡段烟道内常常装有导流板。20:29:5080一、余热锅炉的本体结构（二）受热面组件 受热面组件指的是各压力等级的过热器、蒸发器、省煤器和给水加热器等。各组件由管束、联箱、支吊架（或固定架）等组成。20:29:5081一、余热锅炉的本体结构（二）受热面组件（二）受热面组件 各箱
34、体构成了各箱体构成了布置有相应受热面组布置有相应受热面组件的烟道。箱体壁是件的烟道。箱体壁是由由内壁衬板、中间保内壁衬板、中间保温层和箱体钢板、外温层和箱体钢板、外壁铝合金护板壁铝合金护板组成，组成，位于高温烟气区域的位于高温烟气区域的箱体钢板采用耐热不箱体钢板采用耐热不锈钢钢板，位于低温锈钢钢板，位于低温烟气区域的箱体钢板，烟气区域的箱体钢板，有的余热锅炉采用碳有的余热锅炉采用碳钢钢板。钢钢板。20:29:5082一、余热锅炉的本体结构（二）受热面组件（二）受热面组件 各受热面组件位于烟道内的管段采用鳍片各受热面组件位于烟道内的管段采用鳍片管。由于采用螺旋鳍片管取代光管传热元件，其传管。由于
35、采用螺旋鳍片管取代光管传热元件，其传热面积是光管传热面的热面积是光管传热面的5 51010倍，可把传热系数提倍，可把传热系数提高高2.52.5倍以上。因此，采用鳍片管可以使余热锅炉倍以上。因此，采用鳍片管可以使余热锅炉体积小，结构更为紧凑。体积小，结构更为紧凑。20:29:5083（二）受热面组件n通常，螺旋鳍片管的受热面由两部分组成，通常，螺旋鳍片管的受热面由两部分组成，即即鳍片本身鳍片本身和和鳍片间的光管外表面鳍片间的光管外表面。在同。在同样的烟气介质，烟气温度和烟气速度之下，样的烟气介质，烟气温度和烟气速度之下，管径愈小，鳍片愈高，节距愈密，则传热管径愈小，鳍片愈高，节距愈密，则传热效果
36、愈佳效果愈佳。提高鳍片高度，降低鳍片节距，。提高鳍片高度，降低鳍片节距，使传热系数下降而受热面迅速上升。由于使传热系数下降而受热面迅速上升。由于受热面的影响更大，传热量增加，故总体受热面的影响更大，传热量增加，故总体传热效果提高。而鳍片厚度的大小对传热传热效果提高。而鳍片厚度的大小对传热系数影响不大。系数影响不大。20:29:5084（二）受热面组件n针对不同燃料种类，鳍片的结构参数会有所区别。针对不同燃料种类，鳍片的结构参数会有所区别。对燃用重油的燃气轮机，其排气中含对燃用重油的燃气轮机，其排气中含SOSO2 2 和灰份较和灰份较多，受热面易污染，一般选用节距较大的螺旋鳍片多，受热面易污染，
37、一般选用节距较大的螺旋鳍片管组；而燃用轻油或天然气时，其排气相对较清洁，管组；而燃用轻油或天然气时，其排气相对较清洁，则节距可小一些。为进一步提高传热效率，近年来则节距可小一些。为进一步提高传热效率，近年来还出现了采用锯齿形鳍片管的受热面。还出现了采用锯齿形鳍片管的受热面。20:29:5085（二）受热面组件n管束的排列有错列与顺列两种，错列管束管束的排列有错列与顺列两种，错列管束的传热优于顺列管束约的传热优于顺列管束约2020，但其烟气阻，但其烟气阻力大，管间支撑定位装置的设计比较困难，力大，管间支撑定位装置的设计比较困难，对于烧重质燃料的联合循环机组不利于吹对于烧重质燃料的联合循环机组不利
38、于吹灰。灰。n管子弯头采用光管，处在高温烟道以外，管子弯头采用光管，处在高温烟道以外，使鳍片管和弯头（光管）之间焊缝不和高使鳍片管和弯头（光管）之间焊缝不和高温烟气接触。至于管簇的热膨胀问题则可温烟气接触。至于管簇的热膨胀问题则可以用吊装管簇的方法来解决。以用吊装管簇的方法来解决。20:29:5086（二）受热面组件n余热锅炉的过热器有疏水型和不可疏水型余热锅炉的过热器有疏水型和不可疏水型两种。两种。水平布置蛇形管或带下联箱垂直布水平布置蛇形管或带下联箱垂直布置的管柬属于疏水型置的管柬属于疏水型；垂直布置蛇形管组；垂直布置蛇形管组属于不可疏水型。不可疏水型过热器有启属于不可疏水型。不可疏水型过
39、热器有启动时积水不易带走的缺点，热应力大，因动时积水不易带走的缺点，热应力大，因此较少采用。过热器区段的烟气温度水平此较少采用。过热器区段的烟气温度水平相对较高，因此管束的横向节距通常比其相对较高，因此管束的横向节距通常比其他受热面大或者鳍片节距较大，以防在过他受热面大或者鳍片节距较大，以防在过热段烟气侧形成较大的压力损失。热段烟气侧形成较大的压力损失。省煤器省煤器的结构与过热器基本一致。的结构与过热器基本一致。20:29:5087（二）受热面组件n自然循环余热锅炉的蒸发器传热管束通常自然循环余热锅炉的蒸发器传热管束通常是是2 23 3排一组并联焊接在上下（或前后）排一组并联焊接在上下（或前后
40、）的混合联箱上，上联箱由汽水导出管与汽的混合联箱上，上联箱由汽水导出管与汽包连接，汽水混合物在汽包中进行汽水分包连接，汽水混合物在汽包中进行汽水分离，水经下降管返回下联箱，蒸汽进入过离，水经下降管返回下联箱，蒸汽进入过热器过热。强制循环的蒸发器依靠循环水热器过热。强制循环的蒸发器依靠循环水泵建立汽水的循环流动，通常采用较小直泵建立汽水的循环流动，通常采用较小直径的管子，因而使结构紧凑，同时也减少径的管子，因而使结构紧凑，同时也减少了锅炉的水容积和运行热惯性，有利于实了锅炉的水容积和运行热惯性，有利于实现快速启动和负荷迅速变动的要求。现快速启动和负荷迅速变动的要求。20:29:5088（二）受热
41、面组件n过热器和省煤器通常为逆流布置，蒸过热器和省煤器通常为逆流布置，蒸发器为顺流布置发器为顺流布置，目的是减少蒸发器，目的是减少蒸发器工质的流动阻力，降低循环泵的功耗。工质的流动阻力，降低循环泵的功耗。但也有对强制循环余热锅炉的高压蒸但也有对强制循环余热锅炉的高压蒸发器采用逆流布置，以增加节点温差，发器采用逆流布置，以增加节点温差，减少受热面积。减少受热面积。20:29:5089（三）汽包n联合循环余热锅炉是蒸汽压力相对较低的循环锅炉，带有卧式汽包。对立式余热锅炉，汽包设置于前（或后）侧的钢架上，通常采用悬吊方式固定在构架的梁上，并采用挠性支架，以减少各连接管受热膨胀对汽包产生的附加应力。卧
42、式余热锅炉的汽包则多设置于蒸发器上部。20:29:5090（三）汽包n余热锅炉汽包内部装置与常规锅炉类似。蒸发器出口的汽水混合物经导管引入汽包，在多孔分离折流板进行汽水分离，分离出的水下落到水空间，汽向上流动，经洗涤器和钢丝网除雾器进一步分离水，然后蒸汽经蒸汽出口管通往过热器。汽包下部有下降管，在下降管入口处装有旋涡破坏器，防止蒸汽带入下降管。20:29:5091（三）汽包n 汽包内还有来自省煤器的进水管、连续和定期排污管、加药管等。对于卧式布置的余热锅炉，定期排污管位于蒸发器下部联箱底部。由于给水温度比汽包壁温度低，汽包直接与给水管接头连接会产生较大热应力，一般采用双套管结构来减少热应力。n
43、因为余热锅炉在启动过程和升负荷过程中的增速主要受限于汽包的热膨胀，故汽包的壁面应尽可能地薄。20:29:5092（四）整体式除氧器n可将除氧装置简化成两种换热器的组合，即由一表面式换热器（低压蒸发器）和混和式加热器（除氧器和水箱）构成。它不仅具有除氧贮水功能，还有余热锅炉低压汽包的汽水分离功能，所以通常称之为“整体压力式除氧器”。20:29:5093（四）整体式除氧器n在联合循环中，进入除氧器需要加热的凝结水温度约40，补给水25左右，为了利用低品位热能只能采用微正压。根据余热锅炉系统本身单压、双压、三压或多压的要求，可将除氧器设计成压力式、大气式或真空式。通常，三压或多压余热锅炉系统配置大气
44、式或真空式除氧器，而单压、双压的余热锅炉系统通常配置压力式除氧器。20:29:5094（四）整体式除氧器n这种整体式除氧器具有“自生蒸汽”的不可调节性，但具有自平性，以保证除氧效果。n整体式除氧装置由分离器、除氧器、除氧水箱（低压汽包）组成。20:29:5095（1）分离器 外置分离器采用离心式结构，由内外筒、上下封头构成，立置于除氧水箱上，来自低压蒸发器的汽水混和物先经切向口进入夹套内高速旋转，水经分离沿壁流下，最后经节流孔板进入水箱，分离出的蒸汽进入内筒进下步旋转分离，再经稳流板通过管道进入除氧器，作一、二次加热蒸汽用。20:29:5096（2）除氧器 除氧器采用立式双封头结构，内设配水箱
45、、喷嘴、金属矩鞍环填料等。主凝结水与补水进入配水箱后，经24只喷嘴，喷洒成雾状水滴，该段有足够的空间，布置足够的加热面积和汽水接触加热时间，下设的填料足以完成深度除氧传热传质需要。从分离器来的蒸汽通过分配管分成一、二次蒸汽分别进入喷雾和填料区，蒸汽管道设计要使喷雾和填料区蒸汽分配合理。20:29:5097（3）除氧水箱（低压汽包）除氧水箱为卧式、双鞍座结构。满是连续供给锅炉15min以上的给水需要。余热锅炉启动时，低压受热面产生的蒸汽量不能立即满足除氧器用汽量，在系统设置需考虑外接汽源。将中压（或高压）汽包引出一根蒸汽管，经过减压节流等措施接入除氧水箱，待低压受热面产汽量达到除氧器设计要求用汽
46、量时，即可关闭外接汽源。20:29:5098（五）支撑、构架、平台楼梯n 余热锅炉本体的支撑根据容量和型式的不同，可采用自立支撑型和钢架悬吊型。立式布置的锅炉通常采用钢结构式的悬吊方式，允许受热面向下膨胀；卧式布置的余热锅炉可采用自立支撑型或悬吊型，即在高度方向的中间部位增加支撑点、支撑点全部采用焊接固定，以利于抗震和维修。20:29:5099（五）支撑、构架、平台楼梯n为了具有快速启动和跟踪负荷的能力，余热锅炉都采用柔性结构的承载支柱，可缓冲锅炉本体由热膨胀而产生的伸缩。构架是用优质碳素钢组成的框架结构。为了不使锅炉本体、传热管、管夹等受到不必要的应力影响，应限制支撑梁的挠度，以确保与本体的
47、适当间隔。此外，应采取防震措施。20:29:51100（五）支撑、构架、平台楼梯n锅炉受热管束的支撑同本体一样有着两种支撑方式。卧式锅炉的传热管屏垂直布置，可采用自立式底部支撑结构和上梁悬吊支撑结构。立式锅炉受热管束水平布置，通常采用上梁悬吊支撑结构。不论哪一种方式都应根据传热管规格、管屏结构以及安装和地理条仲的不同来选择。20:29:51101（五）支撑、构架、平台楼梯n为了检查和维修需要，余热锅炉周围布置有几层固定在构架上的平台楼梯，通往各级受热面的检修门和汽包等处。20:29:51102(六）轻型护板炉墙和保温n联合循环余热锅炉烟道内通过的为高温烟气，整个烟道系统为受热元件。余热锅炉大都
48、采用轻型炉墙，由支撑架、护板、耐火层、绝热层组成。在锅炉本体内部或外部敷设绝热材料降低散热损失。经过对护板、烟道的保温，外表面温度降至60左右，达到设计规范的规定要求。20:29:51103(六）轻型护板炉墙和保温n绝热材料敷设于内部，其炉墙在外部，炉墙的温度被抑制得较低，是冷炉墙，即使在烟气温度较高的上游侧也可用碳钢材料，而且本体的热膨胀也可以得到有效抑制，有利于支撑结构的简化。但是，将保温层布置于炉内，这时烟气的湍流很容易损害内保温层蒙皮，造成烟气进入保温层而滞留于冷炉墙造成酸腐蚀的现象。20:29:51104(六）轻型护板炉墙和保温n在炉墙外表面敷设绝热材料，炉墙直接与热烟气接触，保持高
49、温，因此可有效避免露点现象，不会产生酸腐蚀现象。在余热锅炉停炉时，可以用碱性水直接冲洗受热面，而不会对锅炉造成任何损伤，并可使外部保温，施工简单，但必须考虑热膨胀问题。20:29:51105二、余热锅炉的辅助系统（一）烟气系统 在多数联合循环装置中，都在燃气轮机与余热锅炉之间设置旁通烟道，以避免余热锅炉检修或故障时影响燃气轮机正常运行。从燃气轮机排出的高温烟气有两路出口：一路进入余热锅炉，流过各级受热面，从主烟囱排入大气；另一路进入旁通烟囱，排入大气。每路烟道上装有百叶窗式的挡板，余热锅炉入口烟道上装的挡板称“入口挡板”或“隔离挡板”，旁通烟道上装的挡板称“旁通挡板”，见图24。有些余热锅炉上
50、，把入口挡板和旁通挡板合二为一，称为“转向器挡板”或“切换挡板”.20:29:51106（一）烟气系统20:29:51107（一）烟气系统n 燃气轮机工作而余热锅炉不工作时，旁通挡板开启，入口挡板关闭。燃气轮机和余热锅炉同时工作时，旁通挡板关闭，入口挡板开启。n 有的余热锅炉，在余热锅炉入口烟道处还装有截断插板，在燃气轮机工作而余热锅炉较长时期不工作情况下，把插板插入烟道，燃气轮机和余热锅炉完全隔离。n 在立式布置的余热锅炉中，通常在锅炉出口主烟囱处装有百叶窗式的挡板，称“防雨挡板”。对于启停频繁的余热锅炉，在停炉时关闭防雨挡板，能保存热量，以便随时快速热启动余热锅炉。另外，当锅炉停运时，还可
