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1、第6章 余热锅炉与联合循环的汽水系统 基本内容基本内容6.1、余热锅炉的作用及设计要求、余热锅炉的作用及设计要求6.2、节点温差与接近点温差的选择、节点温差与接近点温差的选择6.3、余热锅炉设计参数的选择、余热锅炉设计参数的选择6.4、余热锅炉变工况特性、余热锅炉变工况特性6.5、余热锅炉的汽水系统、余热锅炉的汽水系统6.6、余热锅炉设计时需要考虑的一些问题、余热锅炉设计时需要考虑的一些问题6.1、余热锅炉的作用及设计要求、余热锅炉的作用及设计要求一、余热锅炉的作用和分类一、余热锅炉的作用和分类1、余热锅炉作用及设备组成、余热锅炉作用及设备组成（1）余热锅炉的作用）余热锅炉的作用 在联合循环中
2、，回收燃气轮机的排气余热，借以产生在联合循环中，回收燃气轮机的排气余热，借以产生在联合循环中，回收燃气轮机的排气余热，借以产生在联合循环中，回收燃气轮机的排气余热，借以产生推动蒸汽轮机发电所需蒸汽。推动蒸汽轮机发电所需蒸汽。推动蒸汽轮机发电所需蒸汽。推动蒸汽轮机发电所需蒸汽。（2）余热锅炉的设备组成）余热锅炉的设备组成余热锅炉由余热锅炉由换热管簇换热管簇和和容器容器组成：组成：省煤器；省煤器；省煤器；省煤器；蒸发器；蒸发器；蒸发器；蒸发器；过热器；过热器；过热器；过热器；集箱；集箱；集箱；集箱；锅筒等。锅筒等。锅筒等。锅筒等。1-余热锅炉 2-除氧器3-凝汽器 4-蒸汽透平5-发电机 6-燃气
3、透平 7-燃烧室 8-压气机9-高压过热器 10-高压蒸发器 11-锅筒12-高压省煤器 13-低压蒸发器余热锅炉的汽水系统余热锅炉的汽水系统2、余热锅炉的分类、余热锅炉的分类（1）按汽水发生系统分类）按汽水发生系统分类 单压余热锅炉单压余热锅炉单压余热锅炉单压余热锅炉 双压余热锅炉双压余热锅炉双压余热锅炉双压余热锅炉 三压余热锅炉三压余热锅炉三压余热锅炉三压余热锅炉（2）按循环驱动力分类）按循环驱动力分类 自然循环余热锅炉自然循环余热锅炉自然循环余热锅炉自然循环余热锅炉 汽包炉汽包炉汽包炉汽包炉 强制循环余热锅炉强制循环余热锅炉强制循环余热锅炉强制循环余热锅炉 直流炉直流炉直流炉直流炉3、自
4、然循环与强制循环余热锅炉的比较、自然循环与强制循环余热锅炉的比较自然循环方式的余热锅炉自然循环方式的余热锅炉自然循环方式的余热锅炉自然循环方式的余热锅炉 1- 膨胀节膨胀节2-进口烟道进口烟道3-内部保温材料内部保温材料4-锅筒锅筒5-烟囱烟囱6-出口烟道出口烟道 7-膨胀节膨胀节8-省煤器段省煤器段9-下降管下降管10-蒸发器蒸发器11-过热器段过热器段 12-人孔人孔 13-整体结构钢整体结构钢 14-上升管上升管 强制循环方式的余热锅炉 1-蒸发器和过热器蒸发器和过热器2-省煤器省煤器 3-上部过渡段上部过渡段4-烟囱烟囱 5-锅筒锅筒 6-钢架钢架 7-弯烟道弯烟道(侧向进口侧向进口)
5、8-进口段进口段 表61两种循环方式对余热锅炉的影响关系 循环方式循环方式变量变量自然循环自然循环强制循环强制循环传热面积传热面积可用率可用率(%)(约约)在燃气轮机运行范围内的使用性在燃气轮机运行范围内的使用性水循环的自平衡性水循环的自平衡性循环泵的设置循环泵的设置外部耗功外部耗功占地面积占地面积钢结构与管道钢结构与管道基础和撑脚基础和撑脚安装所需设备安装所需设备运行及维护运行及维护相同相同99.95广广有有无无无无较多较多轻而多轻而多轻而多轻而多轻轻较易较易相同相同97.50窄窄有限有限有有有泵的耗功有泵的耗功较少较少重而少重而少重而少重而少重重较难较难需要说明的内容需要说明的内容（1 1
6、）自然循环强制循环余热锅炉传热面积基本相等）自然循环强制循环余热锅炉传热面积基本相等）自然循环强制循环余热锅炉传热面积基本相等）自然循环强制循环余热锅炉传热面积基本相等 强制循环与自然循环相比：强制循环与自然循环相比：强制循环与自然循环相比：强制循环与自然循环相比：a水测水测水测水测，但但但但a燃气测燃气测燃气测燃气测基本不变；基本不变；基本不变；基本不变；总换热系数主要取决于燃气测换热系数。总换热系数主要取决于燃气测换热系数。总换热系数主要取决于燃气测换热系数。总换热系数主要取决于燃气测换热系数。需要说明的内容需要说明的内容 （2 2）自然循环余热锅炉可用率高于强制循环余热锅炉）自然循环余热
7、锅炉可用率高于强制循环余热锅炉）自然循环余热锅炉可用率高于强制循环余热锅炉）自然循环余热锅炉可用率高于强制循环余热锅炉自然循环管簇垂直布置；自然循环管簇垂直布置；自然循环管簇垂直布置；自然循环管簇垂直布置；强制循环管簇水平向布置强制循环管簇水平向布置强制循环管簇水平向布置强制循环管簇水平向布置易发生汽水分层现象、底部易发生汽水分层现象、底部易发生汽水分层现象、底部易发生汽水分层现象、底部结垢比顶部少结垢比顶部少结垢比顶部少结垢比顶部少沿管簇截面形成温度梯度、不同程度的沿管簇截面形成温度梯度、不同程度的沿管簇截面形成温度梯度、不同程度的沿管簇截面形成温度梯度、不同程度的传热和膨胀传热和膨胀传热和
8、膨胀传热和膨胀容易发生腐蚀、烧坏、塑性变形和事故。容易发生腐蚀、烧坏、塑性变形和事故。容易发生腐蚀、烧坏、塑性变形和事故。容易发生腐蚀、烧坏、塑性变形和事故。为避免出现这种现象为避免出现这种现象为避免出现这种现象为避免出现这种现象采用大循环倍率的循环泵采用大循环倍率的循环泵采用大循环倍率的循环泵采用大循环倍率的循环泵要额要额要额要额外地消耗能量、而且循环泵也可能发生故障外地消耗能量、而且循环泵也可能发生故障外地消耗能量、而且循环泵也可能发生故障外地消耗能量、而且循环泵也可能发生故障二、余热锅炉设计要求 1、尽可能高的当量效率2、适当减少燃气侧的压损3、快速启动3、变工况稳定性好4、尽量避免管束
9、烧坏和腐蚀5、利于制造安装及检修6.2 节点温差及接近点温差的选择一、节点温差、接近点温差的概念1、节点温差指余热锅炉小蒸发器入口处燃气的温度 与饱和水温度 之间的差值，即2、接近点温差指余热锅炉中省煤器出口的水温 与相应压力下饱和水温 之间的差值，即 在“单压汽水发生系统”的余热锅炉中Q=f（T）的关系 n n在在“ “双压汽水发生系双压汽水发生系统统” ”的余热锅炉中的余热锅炉中Q=fQ=f（T T）的关系）的关系 二、节点温差、接近点温差的选择1 1、问题的提出、问题的提出（1 1）节点温差）节点温差节点温差节点温差 ，余热锅炉排烟温度，余热锅炉排烟温度 ，余热锅炉效率，余热锅炉效率 ，
10、蒸汽发，蒸汽发电系统功率、效率电系统功率、效率 ，联合循环的热效率，联合循环的热效率 ；节点温差节点温差 ，锅炉总换热面积（投资费用，锅炉总换热面积（投资费用 ） ，燃气侧的流，燃气侧的流阻损失阻损失 （燃气轮机的功率（燃气轮机的功率联合循环的热效率有下降的趋联合循环的热效率有下降的趋势势 ） 。6.2 节点温差及接近点温差的选择节点温差及接近点温差的选择二、节点温差、接近点温差的选择1 1、问题的提出、问题的提出（2 2）接近点温差）接近点温差接近点温差接近点温差 ，总换热面积，总换热面积 （省煤器面积（省煤器面积 、蒸发器面、蒸发器面积积 ）；）；如果接近点温差过小，易出现省煤器过热如果接
11、近点温差过小，易出现省煤器过热受限。受限。6.2 节点温差及接近点温差的选择节点温差及接近点温差的选择二、节点温差、接近点温差的选择2 2、节点温差、接近点温差的影响因素分析及选择、节点温差、接近点温差的影响因素分析及选择（1 1）接近点温差）接近点温差相对总换热面积；相对总换热面积；现对余热锅炉排气温度；现对余热锅炉排气温度；相对蒸汽产量；相对蒸汽产量；锅炉当量效率锅炉当量效率节点温差节点温差 ，锅炉总换热面积锅炉总换热面积 ，燃气侧的流阻损失燃气侧的流阻损失 综合考虑燃气侧流动阻力损失、换热面积与燃气轮机效率、功率的关系考虑锅炉当量效率与节点温差关系相对总投资费用和相对单位热回收费用相对总
12、投资费用和相对单位热回收费用随随 的变化关系的变化关系相相对对换换热热面面积积A相对燃气流阻相对燃气流阻燃气的流速，流阻损失，余热锅炉的总换热面积；但燃气轮机的功率就会降低。计算表明：1kPa的压降会使燃气轮机的功率和效率降低0.8。 二、节点温差、接近点温差的选择2 2、节点温差、接近点温差的影响因素分析及选择、节点温差、接近点温差的影响因素分析及选择（）接近点温差（）接近点温差接近点温差接近点温差 ，总换热面积，总换热面积 （省煤器面积（省煤器面积 、蒸发器面、蒸发器面积积 ）；）；机组负荷机组负荷 ，接近点温差，接近点温差 。如果接近点温差过小，在。如果接近点温差过小，在部分负荷工况下部
13、分负荷工况下 省煤器内就会发生部分给水蒸发汽省煤器内就会发生部分给水蒸发汽化的问题，这会导致部分省煤器管壁发生过热现象，化的问题，这会导致部分省煤器管壁发生过热现象，甚至出现故障甚至出现故障 。对对 的影响关系的影响关系 二、节点温差、接近点温差的选择2 2、节点温差、接近点温差的影响因素分析及选择、节点温差、接近点温差的影响因素分析及选择根据上述分析根据上述分析（1 1）节点温差（）节点温差（820820度）度）（2 2）接近点温差（）接近点温差（520520度）度）6.3 余热锅炉设计参数的选择 一、主蒸汽参数，再热蒸汽参数1、与蒸汽轮机蒸汽参数比较考虑管道、阀门压损，管束散热损失主蒸汽压
14、力大约要比蒸汽轮机入口处的蒸汽压力高高3左右，主蒸汽温度大约要高34；再热蒸汽的压力则要比从蒸汽轮机的再热蒸汽抽出口的压力低低1214左右 。6.3 余热锅炉设计参数的选择余热锅炉设计参数的选择 一、主蒸汽参数，再热蒸汽参数2 2、与燃气侧温度比较、与燃气侧温度比较n n主蒸汽温度要比相应燃气侧值低主蒸汽温度要比相应燃气侧值低25254040。中压蒸汽。中压蒸汽的温度和低压蒸汽的温度则比它们各自所在余热锅炉的温度和低压蒸汽的温度则比它们各自所在余热锅炉上游方向的燃气温度低上游方向的燃气温度低1111左右左右 。二、余热锅炉出口的排气温度二、余热锅炉出口的排气温度 与所选用的与所选用的蒸汽循环型
15、式蒸汽循环型式、节点温差节点温差以及燃料中的以及燃料中的硫硫含量含量有密切关系有密切关系 下降受到一定的限制下降受到一定的限制如燃料含硫量较高，应比酸露点高如燃料含硫量较高，应比酸露点高如燃料含硫量较高，应比酸露点高如燃料含硫量较高，应比酸露点高10C 10C ：110C130C110C130C如燃料含硫量较低，应比露点高如燃料含硫量较低，应比露点高如燃料含硫量较低，应比露点高如燃料含硫量较低，应比露点高10C10C：80C90C80C90C余热锅炉设计参数的选择余热锅炉设计参数的选择 燃料的硫含量的转燃料的硫含量的转化率化率X和过量空气和过量空气系数对燃气酸露点系数对燃气酸露点的影响的影响
16、材料的腐蚀损失与排气温度、硫酸浓度的变化关系 6.4 余热锅炉的变工况特性 滑压运行时滑压运行时蒸汽压力蒸汽压力的变化的变化滑压运行时滑压运行时蒸汽流量蒸汽流量的变化的变化余热锅炉中当蒸汽压力恒定时余热锅炉中当蒸汽压力恒定时 过热过热蒸汽温度蒸汽温度的变工况特性的变工况特性 余热锅炉中余热锅炉中接近点温差接近点温差的变的变变工况特性变工况特性 时时间间 min过热蒸汽温度过热蒸汽温度过热蒸汽流量过热蒸汽流量启动过程启动过程蒸汽流量和蒸汽温度蒸汽流量和蒸汽温度随时间的变化关系随时间的变化关系联合循环装置中三大部件的典型冷态起动时间为：燃气轮机：10-20 min；余热锅炉： 30-90 min
17、；蒸汽轮机： 90-120 min 。 6.5 余热锅炉的汽水系统 1-省煤器 2-蒸发器 3-过热器 4-锅筒单压无再热循环的余热锅炉之汽水系统单压无再热循环的余热锅炉之汽水系统强制循环的强制循环的余热锅炉中双余热锅炉中双压无再热循环压无再热循环的汽水系统的汽水系统1-高压过热器2-高压蒸发器3- 高压省煤器4-低压蒸发器 5-低压省煤器6-低压锅筒7-给水传送泵8-高压锅筒强制循环的余强制循环的余热锅炉中双压有热锅炉中双压有再热循环的汽水再热循环的汽水系统系统1-高压蒸发器2-低压过热气3-高压省煤器4-低压蒸发器5-低压省煤器6-低压锅筒7 -给水传送泵 8-高压锅筒 9-高压过热器10
18、-再热器1-冷凝水加热器 2-整体除氧器 3-低压蒸发器 4-给水传送泵 5-中压省煤器 6-高压省煤器 7-中压锅筒 8-中压蒸发器 9-高压省煤器 10-中压过热器 11-高压锅筒 12-高压蒸发器 13-高压过热器三压无再热但带整体除氧器的余热锅炉之汽水系统三压无再热但带整体除氧器的余热锅炉之汽水系统1-冷凝水加热器2-整体除氧器3-低压蒸发器4-给水泵5-中压省煤器6-高压省煤器(第1级) 7-中压锅筒8-中压蒸发器9-高压省煤器(第2级) 10-中压过热器 11-高压锅筒 12-高压蒸发器 13-再热器14-温度控制器15-高压过热器三压有再热但带整体除氧器的余热锅炉之汽水系统三压有
19、再热但带整体除氧器的余热锅炉之汽水系统l-压气机 2-燃烧室 3-燃气透平4-烟道旁通阀 5-过热器6-蒸发器 7-省煤器8-单压锅简 9-蒸汽轮机 10-高压旁通阀11-低压旁通阀 12-凝汽器 13-水泵14-除氧器15-高压给水泵16-加热回路的水泵 17-低压锅筒 18-低压给水泵 19-加热回路的蒸发器 20-余热锅炉设有低压蒸汽加热回路的单压汽水系统之余热锅炉设有低压蒸汽加热回路的单压汽水系统之余热锅炉1-空气滤清器2-压气机3-燃烧室4-燃气透平5-发电机6-蒸汽轮机7-凝汽器8-余热锅炉9-除氧器 LP-低压 IP-中压 HP-高压 E-省煤器B-蒸发器S-过热器RH-再热器三压式再热循环的余热锅炉之汽水系统三压式再热循环的余热锅炉之汽水系统三压式再热循环的余热锅炉的三压式再热循环的余热锅炉的Q=f(T)图图Tapada do Outeiro电站的三压式再热循环的余热锅炉之汽水系统电站的三压式再热循环的余热锅炉之汽水系统6.6 余热锅炉设计时需要考虑的一些问题 整个系统应具有较低的热惯性 ，以满足快速起停的要求；蒸汽热力参数的稳定性 ；提高余热锅炉的当量效率；合理控制NOx排放；具有一定的在无水情况下“干烧”的能力 ；
