3余热锅炉资料 - 图文(3)

图15 GE公司STAG207FA联合循环的平面布置图

5． 余热锅炉的热力特点

与常规蒸汽电站锅炉相比，余热锅炉有以下特点： 5.l 变温显热源

加入联合循环系统的燃料化学能转化为热能被逐级利用，高温段通过燃气轮机转换为机械功输出，燃气轮机排气的显热在余热锅炉中被回收，产生蒸汽用于驱动汽轮机。燃气轮机排气的温度一般在500—600℃左右，因此余热锅炉中传热主要是对流传热方式，为有效回收烟气的热量，余热锅炉汽水侧一般被设计成多压或多压再热方式。

而常规蒸汽电站的锅炉中，蒸发受热面的传热以辐射传热方式为主，在省煤器的下游可以设置空气预热器，用来进一步降低锅炉的排烟温度，因此常规蒸汽电站锅护的汽水系统采用一个压力等级。

5.2中温大流量气侧工质

随着燃气轮机技术的发展，用于联合循环余热锅炉热源载体的进口温度越来越高，流量越来越大。烟气进口温度可达到500－610℃，可以用于生产超高参数以上汽轮机的蒸汽，但与常规蒸汽电站的锅炉中的烟气温度相比仍是中等温度。在烟气流量上与蒸汽电站锅炉相比，联合循环中余热锅炉烟气流量更大，烟气与蒸汽的质量比在4－10之间，而蒸汽电站锅炉这一比值仅为1－1.2。余热锅炉中烟气侧工质流量大，决定了在T－Q图上省煤器内水升温段斜率大于对应的烟气放热降温段斜率，所以节点（T－Q图上烟气与汽水工质温差最小的点）发生在省煤器的热端，如图5所示。而在常规蒸汽电站锅炉中，给水热容量远大于烟气热容量（尽管给水流量与烟气流量接近），从而决定了节点温差在省煤器的冷端。

余热锅炉中节点温差在省煤器的热端，这一特点使得其蒸汽产量并不取决于省煤器的入口水温度即给水温度，相反，常规蒸汽电站锅炉的蒸汽产量与给水温度密切相关。因此常规蒸汽电站锅炉的新蒸汽产量可以通过提高给水温度获得增加。

由于余热锅炉烟气侧流量大，使得燃气轮机排气是完全发展的素流，当燃气轮机排气与余热锅炉烟道方向不一致时，烟气流动方向被改变，使流速和温度都很不均匀，在余热锅炉进口截面上，烟气流速变化有时为?400％，温度不均度达?55℃。余热锅炉中烟气大流量、高流速和高紊流度的气动热力特点对传热是有利的，但也会引起一些其它问题：如烟道挡板和传热构件的振劝，烟气偏流和传热不均，烟道及挡板等热部件的磨损、热变形等。因此，

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为了使余热锅炉进口流场均匀和保证达到预定的设计性能，有时需要加装整流装置，并进行烟道流动模化试验，完善结构设计。当燃气轮机轴向排气时，情况就有利得多。 5.3负荷变化时气／汽测温度变化不协调

燃气侧热源变动大，蒸汽侧要求热力参数相对稳定。燃气轮机负荷总在不断变动，又常运行在温度变化范围很大（－20—45℃）的大气环境中，因此燃气轮机排气温度和流量都会发生很大的变化。这样余热锅炉热力特性也随之变动，其产汽量、蒸汽温度和压力等都会发生变化。而蒸汽侧的热力参数通常要求比较稳定，即使是滑压运行，变动量也不是很大的，并且还有许多工程上和热力学上的约束，如省煤器不能出现汽化现象，排烟温度不能低于露点等。起停过程燃气侧热力变化也很大。这样，变工况过程余热锅炉燃气和蒸汽两侧热力变化不协调就构成它的又一个热力特点。同时，值得注意的是与结构特性相关的热力特性：热源头（燃气轮机）热惯性比较小，而余热锅炉的热惯性相对大得多。

因此，联合循环中余热锅炉变工况特性是很重要的，在系统控制、余热锅炉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。近年来，许多联合循环装置设计中考虑上述特点，其燃气轮机压气机采用进口可转导叶，以尽量减小余热锅炉的进口烟气温度变化幅度。

5.4 一般不采用从蒸汽轮机抽汽加热给水

为了充分利用燃气轮机排气的余热，即尽可能降低余热锅炉的排烟温度，实现多发电，联合循环中的蒸汽系统一般不设置抽汽回热加热装置。其凝结水的加热和除氧大多在余热锅炉的给水加热部分中完成。

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由E型燃气轮机组成的联合循环的性能参数

生产厂家 型号 第1台使用年份 CC功率（MW） GT功率PGT（MW） ST功率PST（MW） PGT/PST 热效率LHV（％） 厂用电率 燃气轮机配置 频率 余热锅炉配置 比投资费用$/kW

由F型燃气轮机组成的联合循环的性能参数 生产厂家 型号 第1台使用年份 CC功率（MW） GT功率PGT（MW） ST功率PST（MW） PGT/PST 热效率LHV（％） 厂用电率 燃气轮机配置 频率 余热锅炉配置 比投资费用$/kW

GE公司建议的单压和双压循环系统的蒸汽参数规范 项目 蒸气轮机功率MW 主蒸汽压力MPa 主蒸汽温度℃ 再热蒸汽压力MPa 再热蒸汽温度℃ 二次蒸汽压力MPa 二次蒸汽温度℃

GE公司 S109E 1979 189.2 121.6 70.4 1.727 52.0 0.0146 1+1 1×9001（E） 50 双压无再热 476 S209E 1979 383.7 243.2 146.1 1.665 52.7 0.0144 2+1 2×9001（E） 50 双压无再热 三菱重工 MPCP1（M701D） 1981 212.5 142.1 70.4 2.018 51.4 1+1 1×M701D 50 双压无再热 470 MPCP2（M701D） 1981 426.6 284.2 142.4 1.996 51.6 2+1 2×M701D 50 双压无再热 380 GE公司 S109FA 1994 390.8 254.1 141.8 1.792 56.7 0.0129 S209FA 1994 786.9 508.2 289.2 1.757 57.1 0.0132 三菱重工 MPCP1（M701F） 1992 397.7 266.1 131.6 2.022 57.0 1＋1 1×M701F 50 三压再热 350 MPCP2（M701F） 1992 799.6 532.2 267.4 1.990 57.3 2＋1 2×M701F 50 三压再热 296 1＋1 2＋1 1×9001（FA） 2×9001（FA） 50 三压再热 356 50 三压再热 308 单压无再热 全部 4.13 538 ?40 5.64 538 0.55 双压无再热 40～60 6.61 538 0.55 ?60 8.26 538 0.55 双压再热 >60 9.98 538 2.06-2.75 538 0.55 305 比过热器前的燃气温度低11℃ 13

注：若燃气轮机的排气温度低于568℃，主蒸汽温度应比排气温度低30℃。

GE公司建议的三压循环系统的蒸汽参数规范 项目 蒸气轮机功率MW 主蒸汽压力MPa 主蒸汽温度℃ 再热蒸汽压力MPa 再热蒸汽温度℃ 中压蒸汽压力MPa 中压蒸汽温度℃ 低压蒸汽压力MPa 低压蒸汽温度℃ ?40 5.85 538 0.69 270 0.17 160 三压无再热 40～60 6.88 538 0.83 280 0.17 170 ?60 8.60 538 1.07 300 0.17 180 三压再热 >60 9.98 538 2.06-2.75 538 2.06-2.75 305 0.28 260

当联合循环由单压无再热改为三压再热的汽水循环时，机组热效率增加3个百分点，机组功率增加6个百分点。当联合循环由单压无再热改为双压无再热的汽水循环时，机组热效率增加1.7个百分点，由双压无再热改为三压无再热的汽水循环时，机组热效率只能增加0.6个百分点。由无再热改为有再热的汽水循环时，机组热效率也只能提高0.6到0.7个百分点。由此可见合理选择汽水循环系统对改善联合循环热效率和功率输出的重要性。

在改善汽水循环系统的同时，汽轮机的效率也得到改善，余热锅炉的排气温度下降，余热锅炉的效率也得到提高。

注意余热锅炉的最低排气温度受到排气的酸露点和水露点的限制。当燃用含硫燃料时，余热锅炉的排气温度应比燃气的酸露点高10℃左右。

余热锅炉的蒸汽参数是根据余热锅炉和蒸汽轮机设计最优化的原则制定的，优化目标是使余热锅炉的当量效率与蒸汽轮机的有效循环效率的乘积最大。上面的表中示出了GE公司建议的参数选择。

在三压有再热的循环中，中压蒸汽的压力与再热蒸汽（即高压缸的排汽）的压力取的相同，这两股蒸汽混合后进行再热，然后进入汽轮机的中压缸。

联合循环中主蒸汽压力一般不太高，介于高压或次高压范围。在选择主蒸汽压力时要考虑以下四方面的因素：对整个联合循环性能的影响；对汽轮机效率的影响；对汽轮机功率的影响（主要是通过对主蒸汽流量和二次蒸汽流量的影响来体现）；对汽轮机排汽湿度的影响。

一般来说，燃气轮机排气温度低于538℃时不宜采用再热，但是可以采用单压、双压或三压。目前燃气轮机排气温度达到593℃的一般都采用三压有再热的循环方式。

通常主蒸汽温度和再热蒸汽温度应比燃气轮机排气温度低30℃左右。采用再热循环时主蒸汽的压力一般可以高于无再热循环的主蒸汽压力，这是因为采用再热减少了汽轮机排汽湿度，并使汽轮机内效率有所提高。

目前联合循环中主蒸汽的压力最高只达到超高压范围（13.5MPa），当燃气轮机排气温度进一步增加以及蒸汽轮机功率进一步增大时，有必要将主蒸汽的压力提高到亚临界参数。

根据统计资料，采用三压的联合循环比投资费用比双压高4％，比单压高6％。

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联合循环中蒸汽轮机的特点

1． 不采用回热，并且在双压和三压系统中还有向中压缸、低压缸的进汽，排汽流量大。 2． 必须适应快速启动的要求。 3． 蒸气轮机采用滑压运行方式。通常在100％至45％额定功率范围蒸汽压力线性下降，

此后蒸汽压力保持不变。采用滑压运行方式可以使汽轮机多发出一些功率，这是因为压力降低时余热锅炉产汽量增加。同时在滑压运行时，在部分负荷下汽轮机排汽温度变化不大，蒸汽湿度不至于过大。

国外主要余热锅炉制造厂家产品特点

一、ALSTOM公司

ALSTOM是世界三大跨国电力制造公司（GE、SIEMENS）之一，并且是三大公司中唯一既生产燃气轮机、汽轮机，又生产余热锅炉的公司。公司及其许可证产品占世界余热锅炉市场的最大份额（2001年已占25％）。公司生产的余热锅炉产品品种最多，并领先开发直流余热锅炉。

公司经几次重组后，其中开发与制造与燃气轮机相配的余热锅炉的厂家主要有5个公司： 美国的ALSTOM Power，Inc.，公司内设有余热锅炉部，是ALSTOM公司余热锅炉研发设计的总部。

澳大利亚ALSTOM Power，Ltd，同时负责亚洲业务。ALSTOM向中国转让余热锅炉技术就由该公司负责。

意大利ALSTOM Power Boilers S.P.A，负责欧洲。

印度尼西亚PT ALSTOM Power Boilers，是ALSTOM 在亚洲的锅炉准则基地。 葡萄牙ALSTOM Power Portugal SA。 1．强化换热，降低余热锅炉准则成本。

·采用齿形翅片管，提高换热强度，减少烟气阻力。 ·讲究螺旋翅片管束布置和鳍片结构参数的优化选择。 ·高频焊翅片管品质优良。

2．充分适应联合循环机组调峰要求。

·管束上下集箱间采用单管排联结，相应的采用小直径集箱，翅片管无弯头，集箱内无中间隔板等，可减少热应力60％。

·强化汽水系统的疏水布置。

·采用高蠕变强度材料，可承受启动过程中的干烧条件。

·余热锅炉顶部采用汽冷吊挂，管间柔性连接，降低附加应力。 ·锅筒容积大，水位表量程宽。

·应力分析软件可按不同启动过程要求对锅炉低周疲劳和寿命折损进行定量控制。 3．提高工厂组装率，缩短安装周期。

二、CMI公司

CMI公司，即科克里尔机械工业公司（COCKERILL MECHANICAL INDUSTRIE），是比利时历史最悠久的工程和制造公司之一。

余热锅炉主要采用立式烟道技术。 ·可配所有容量的燃气轮机。

·单级、两级或三级余热锅炉，带或不带再热。

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