68余热锅炉

余热锅炉锅炉的热力过程一.锅炉的传热导热对流换热辐射换热传热方程式Q＝K·t·AJ/s或WQ一传热量；K一传热系数，W/(m2℃)；t一平均温差，℃；A一管子的传热面积，m2。锅炉的热力过程二.锅炉热量转换的过程在发电锅炉的热量传递过程中，前面所述的导热、对流、辐射三种传热方式同时存在，只是在锅炉不同的部位，以一种传递方式为主。例如：锅炉炉膛水冷壁的传热是以辐射为主，尾部省煤器、空气预热器是以对流传热为主，而炉膛出口的过热器受热面，有以辐射传热为主的辐射过热器，也有以对流传热为主的对流过热器。什么是余热锅炉？HRSG是余热锅炉的缩写。余热锅炉是锅炉的一种，它主要是利用燃气轮机排气的余热产生蒸汽。产生蒸汽余热锅炉燃气轮机燃气轮机排气燃料空气给水在燃气轮机内做功后排出的燃气，仍具有比较高的温度，一般在540℃左右，利用这部分气体的热能，可以提高整个装置的热效率。通常是利用此热量加热水，使水变成蒸汽。蒸汽可以用来推动蒸汽轮机一发电机，也可用于生产过程的加热或供生活取暖用。利用燃气轮机排气的热量来产汽的设备，称为“热回收蒸汽发生器”，表明回收了排气的热量。我国习惯上称为“余热锅炉，并把燃气轮机的排气简称为“烟气”。“余热锅炉”通常是没有燃烧器的，如果需要高压高温的蒸汽，可以在“余热锅炉”内装一个附加燃烧器。通过燃料的燃烧使整个烟气温度升高，能够产生高参数的蒸汽。例如某余热锅炉不装燃烧器时，入口烟气温度为500℃，装设附加燃烧器后，可使入口烟气温度达到756℃。蒸汽的压力可以从4MPa升到10MPa，蒸汽的温度可以从450℃升到510℃，蒸汽可以供高温高压汽轮机用，从而增加了电功率输出。余热锅炉应用余热锅炉应用领域:热电联产为工厂提供工艺用汽；联合循环电厂为蒸汽轮机提供蒸汽。余热锅炉与常规锅炉的区别：余热锅炉主要是利用燃气轮机排气作为热源，因此不需要燃烧系统(除非有补燃要求)。余热锅炉不用风机(通风来自于燃气轮机的排气)。余热锅炉可在多压状态下产生蒸汽提高了热回收效率。对流热交换而不是辐射热交换。余热锅炉不采用膜式水冷壁结构。余热锅炉采用翅片管提高传热效率。余热锅炉与常规锅炉的区别余热锅炉常规电站锅炉典型的余热锅炉断面图余热锅炉组成及工作过程通常余热锅炉由省煤器、蒸发器、过热器以及联箱和汽包等换热管组和容器等组成，在有再热器的蒸汽循环中，可以加设再热器。在省煤器中锅炉的给水完成预热的任务，使给水温度升高到接近饱和温度的水平；在蒸发器中给水相变成为饱和蒸汽；在过热器中饱和蒸汽被加热升温成为过热蒸汽；在再热器中再热蒸汽被加热升温到所设定的再热温度。余热锅炉布置图烟气系统从燃气轮机出来的高温烟气有两路出口，一路进入余热锅炉，从主烟囱排入大气，另一路进入旁路烟囱排入大气。每路烟道上都装有挡板，共有三个挡板，主烟道上的挡板称“主挡板”，旁路烟道上的档板称“旁路档板”，主烟囱处的档板称“烟囱挡板”，各挡板是配合使用的。燃气轮机工作而余热锅炉不工作，要开启旁路挡板，关闭主挡板。燃气轮机与余热锅炉同时工作，要关闭旁路挡板，开启主挡板。另一方面为调节余热锅炉的产汽量，主挡板和旁路挡板可以部份开启或部份关闭。余热锅炉工作时，应该开启烟囱挡板。当余热锅炉短时间停炉，可以关闭烟囱挡板，以防止余热锅炉内的热量损失。因为余热锅炉内温度比较高，周围冷空气可以进入余热锅炉，形成自然对流将热量带走，关闭烟囱挡板就能防止外界气流进入余热锅炉，以保存热量，准备随时起动余热锅炉。如果余热锅炉要停炉检修，希望冷却速度快些，可以开启烟囱挡板。过热器过热器的作用是将蒸汽从饱和温度加热到一定的过热温度。它位于温度最高的烟气区，而管内工质为蒸汽，受热面的冷却条件较差，从而在余热锅炉各部件中最高的金属管壁温度。省煤器省煤器的作用是利用尾部低温烟气的热量来加热余热锅炉给水，从而降低排气温度，提高余热锅炉以及联合循环的效率，节约燃料消耗量。常规锅炉的省煤器分为沸腾式和非沸腾式两种，前者允许产生蒸汽而后者不允许产生蒸汽。通常不希望联合循环中的余热锅炉在省煤器中产生蒸汽，因为蒸汽可能导致水击或局部过热，在机组刚起动以及低负荷时，省煤器管内工质流动速度很低，此时较容易产生蒸汽。采用省煤器再循环壁可以增加省煤器中水的质量流量，从而解决这个问题。另外可以布置烟气旁路系统，在部分负荷时将部分省煤器退出运行，这样也可以增加省煤器的工质流速。蒸发器在蒸发器内，水吸热产生蒸汽。通常情况下只有部分水变成蒸汽，所以管内流动的是汽水混合物。汽水混合物在蒸发器中向上流动，进入对应压力的汽包。汽包自然循环和强制循环的余热锅炉中，汽包是必不可少的重要部件。汽包除了汇集省煤器给水和汇集从省煤器来的汽、水混合物外，还要提供合格的饱和蒸汽进入过热器或供给用户。汽包内装有汽水分离设备，来自蒸发器的汽水混合物进行分离。是很大的储水容器，从而具有较大的水容量和较多热惯性，对负荷变化不敏感。汽包通常不受热，因为在接近饱和温度下运行时抗拉和屈服强度是关键的。减温器减温器通常位于过热器或再热器出口管组的进口处，比如一、二级过热器之间。减温水一般来自锅炉给水泵，为了能够正常的工作，它的压力要比蒸汽压力高2.76Mpa左右。减温水通过喷口雾化后喷入湍流强烈的蒸汽中，蒸汽的速度和雾化的水滴尺寸是确定减温效果的两个最重要因素。一个好的过热器或再热器设计，在额定负荷稳定运行时需要很少的喷水量。余热锅炉主要特性参数最大连续蒸发量额定蒸汽出口压力额定蒸汽出口温度276.7t/h10.22MPa（g）540℃1.高压部分最大连续蒸发量额定蒸汽出口压力额定蒸汽出口温度冷再热蒸汽流量冷再热蒸汽压力冷再热蒸汽温度307.4t/h3.34MPa（g）568.0℃265.2t/h3.52MPa（g）395.9℃2.再热部分NG-901FA-R型余热锅炉设计参数如下所示：最大连续蒸发量额定蒸汽出口压力额定蒸汽出口温度48.9t/h0.37MPa（g）248℃最大连续蒸发量额定蒸汽出口压力额定蒸汽出口温度41.7t/h3.48MPa（g）276.2℃凝结水温度低压省煤器1入口温度低压省煤器1再循环量39.9℃60℃254.3t/h3.低压部分4.中压部分5.其他部分参数余热锅炉主要特性参数1.热端温差热端温差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。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30～60℃范围内，是比较合适的。余热锅炉主要特性参数2．节点温差节点温差也叫窄点温差，是换热过程中蒸发器出口烟气与被加热的饱和水汽之间的最小温差。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。显然，是不允许等于零的，否则，余热锅炉的换热面积将为无穷大，这是不现实的。此外，随着余热锅炉换热面积的增大，燃气侧的流阻损失也将增大，有可能使燃气轮机的功率有所减小，导致联合循环的热效率有下降的趋势。余热锅炉主要特性参数3．接近点温差接近点温差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。余热锅炉的分类按余热锅炉烟气侧热源分类1．无补燃的余热锅炉这种余热锅炉单纯回收燃气轮机排气的热量，产生一定压力和温度的蒸汽。2．有补燃的余热锅炉由于燃气轮机排气中含有14％～18％的氧，可在余热锅炉的恰当位置安装补燃燃烧器，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，改善联合循环的变工况特性。一般来说，采用无补燃的余热锅炉的联合循环效率相对较高。目前，大型联合循环大多采用无补燃的余热锅炉。余热锅炉的分类按余热锅炉产生的蒸汽的压力等级分类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。1．单压级余热锅炉余热锅炉只生产一种压力的蒸汽供给汽轮机。2．双压或多压级余热锅炉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。余热锅炉的分类按受热面布置方式分类1．卧式布置余热锅炉2．立式布置余热锅炉卧式布置余热锅炉立式布置余热锅炉余热锅炉的分类按工质在蒸发受热面中的流动特点(工作原理)分类1．自然循环余热锅炉烟气是水平方向地流过垂直方向安装的管簇的。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。2．强制循环余热锅炉烟气通常总是垂直地流过水平方向布置的管簇的。通过循环泵来保证蒸发器内循环流量的恒定。3．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。在蒸发受热面中，工质的流动是由给水泵压头来实现。卧式与立式燃机余热锅炉对比项目水循环启动时间占地面积结构操作运行厂用电燃料适应性初投资立式强制短小较复杂较复杂较多强较高卧式自然较长较大简单简单少较弱低卧式与立式燃机余热锅炉对比自然循环强制循环传热面积相同相同可用率99.9597.5燃机运行范围的实用性广窄水循环平衡性有有限循环泵的设置无有外部耗功无循环泵功耗占地面积较多较少钢结构和管道轻而多重而少基础及撑脚轻而多重而少安装所需要设备轻重运行维护较简单较难余热锅炉的结构通常，大型余热锅炉采用模块结构，这种经过工厂试验的各模块，便于装运，可缩短安装工期，降低建造费用。NG-901FA-R型余热锅炉为三压、再热、卧式、无补燃、自然循环燃机余热锅炉，主要由进口烟道、锅炉本体（本体受热面和钢架护板）、出口烟道、主烟囱、高中低压锅筒、管道、平台扶梯等部件以及给水泵、排污扩容器等辅机组成。锅炉本体受热面采用N/E标准设计模块结构，由垂直布置的顺列螺旋鳍片管和进出口集箱组成，以获得最佳的传热效果和最低的烟气压降。燃机排出的烟气通过进口烟道进入锅炉本体，依次水平横向冲刷各受热面模块，再经出口烟道由主烟囱排出。沿锅炉宽度方向各受热面模块均分成三个单元，各受热面模块内的热面组成见下表锅炉从入口法兰至尾部总长为50.6m，宽度约为18m（包括平台宽度），高压锅筒中心标高为28.1m，中压锅筒中心标高为27.71m，低压锅筒中心标高为28.275m，烟囱顶部标高为80m。蒸发设备锅炉受热面中用以吸收炉内高温火焰或烟气的热量来加热水产生饱和蒸汽的受热面称为蒸发受热面。蒸发受热面及与它直接相配合工作的设备称为蒸发设备，蒸发设备组成了锅炉的蒸发系统。蒸发设备的作用及组成蒸发设备是锅炉的重要组成部分，其作用就是吸收燃料燃烧放出的热量，使水受热汽化变成饱和蒸汽。自然循环锅炉的蒸发设备是由汽包、下降管、水冷壁、联箱及一些连接管道所组成。汽包→下降管→下联箱→水冷壁→上联箱→再回到汽包，就形成了一个闭合的流动回路，称为锅炉蒸发设备的水循环回路。汽包汽包是锅炉蒸发设备中的主要部件，是一个汇集锅水和饱和蒸汽的圆筒形容器。1．汽包的作用汽包与下降管、联箱、水冷壁管等共同组成锅炉的水循环回路：它接受省煤器来的给水，并向过热器输送饱和蒸汽。所以，汽包是生产过热蒸汽的过程中加热、蒸发、过热这三个阶段的连接枢纽或大致分界点。汽包中储存有一定的汽量、水量，因而汽包具有一定的储热能力。在运行工况变化时，可以减缓汽压变化的速度，对锅炉运行调节有利。汽包中装有各种装置，能进行汽水分离，清洗蒸汽中的溶盐，排污，以及进行锅内水处理等，从而可以改善蒸汽品质。2．汽包的结构汽包本体是一个圆筒形的钢质受压容器，由筒身(圆筒部分)和两端的封头组成。筒身由钢板卷制焊接而成，凸形封头用钢板冲压而成，然后两者焊接成一体。封头上开有人孔，以便进行安装和检修，同时起通风作用。人孔盖一般由汽包里面向外关紧，封头为了保证其强度，常制成椭球形的结构，或制成半球形的结构。汽包外面有许多管座，用以连接各种管道，如给水管、下降管、汽水混合物引入管、