余热锅炉培训讲义

省煤器的作用 省煤器是利用烟气的热量来加热锅炉给水的热交换设备。 它装在锅炉垂直对流烟道的尾部，是锅炉水汽系统中受热面 金属温度最低的承压部件。 (1)吸收烟气热量以降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料 (因而得名省煤器)。 (2)给水在进入水冷壁之前先在省煤器中被加热，可以减少水 在蒸发受热面中的吸热量，因此省煤器取代了部分蒸发受热 面。 (3)提高了进入汽包的给水温度，减小了给水与汽包壁之间 的温差，从而使汽包热应力减小，工作条件得到改善。
二、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。 三、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
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。在省煤气中锅炉的给水 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.
第四节

余热锅炉的一些概念
过热器端差 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20～60℃范围内，是比较合理的。
卧式布置
立式布置
四、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： 水汽在循环换热过程中形成密度差，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： 采用强制循环泵进行循环换热，利用水泵压头和汽 水密度差推动工质流动； 3.强制循环余热锅炉： 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。
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、蒸汽引出管、连续排污管、事 故放水管、加药管、连接仪表和自动装置的管道等。 (称为 管座)，安装时只需将管子对焊在管座上即可。 汽包内部装有各种提高蒸汽品质的装置，如汽水分离装置、 蒸汽清洗装置、连续排污装置、加药装置、分段蒸发装置， 还有给水分配装置、事故放水管等。

逆流布置与顺流 在受热面管箱内，如果热流体（烟气）与冷流体 （水或汽）的流动方向相反，称为“逆流”，相应的传热 方式称为逆流传热；如果热流体和冷流体的方向相同，称 为“顺流”，相应的传热方式称为顺流传热。 逆流布置的受热面，两种流体的高温段位于受热面 的同一侧，冷流体的出口温度可能高于热流体的出口温度， 且沿受热面各处的温差比较一致，其数值大，在所需的传 热量一定的情况下，可减少传热面积，节省投资；但在强 制循环系统中，逆流传热不适合于被加热介质为汽液两相 的流体，容易形成汽塞，影响循环的安全性。
五、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，在燃机预选负荷排烟温度比较高 运行时需要一定的喷水量，以保证蒸汽温度不超温。
随着余热锅炉换热面积增加，余热锅炉烟气侧阻力将有 所提高， 即燃气轮机排气背压将有所提高， 这将引起燃气 轮机功率和效率有所下降。 计算表明1KPa 压降会使燃气轮 机功率和效率下降0.8%，因此在联合循环设计优化时要综 合考虑这一因素。
第二节 燃气轮机余热锅炉的分类
燃气一蒸汽联合循环的余热锅炉的型式通常可以按照以下几 种方法分类。 一、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。
三、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。
受热面管 联合循环余热锅炉由于其进 口烟气温度较低即传热温压 较低，为了获取相同的传热 量，其所需布置的受热面较 常规锅炉大许多，常使用鳍 片管使传热管小型化。
自然循环 传热面积 相同 强制循环 相同
可用率
燃机运行范围 的实用性 水循环平衡性 循环泵的设置 外部耗功 占地面积
99.95
广 有 无 无 较多
97.5
窄 有限 有 循环泵功耗 较少
钢结构和管道
基础及撑脚 安装所需要设 备 运行维护
轻而多
轻而多 轻 较简单
重而少
重而少 重 较难
第三节
余热锅炉组成及工作过程


窄点温差 窄点温差也叫节点温差，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。窄点越小，余热利用越充分，但成本相 应增加。一般8～10℃。 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。部分负荷下，接近点温度变小。 设计接近点温度一般5～20℃。
1、汽包的作用 （1）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。 （2）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。 （3）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。
六、联箱 除蒸发设备外，过热器、再热器、省煤器等受热面管束 端部上也有联箱，其作用是汇集、均衡分配各管束内工质。 现代锅炉都采用圆形联箱，实际上是直径较大、两端 封闭的圆管，可用来连接两部分相同或不同管数和管径的 管子，起汇集、混合和分配工质的作用。 联箱一般布置在炉外不受热，其材料常用20号碳钢。其 长度由所需连接的管数决定。联箱与管子的连接现在都采 用焊接。 卧式余热锅炉，水冷壁有上下联箱，下联箱通常都装 有定期排污装置和膨胀指示器，有的还装有锅炉启动时加 强水循环用的蒸汽加热装置即循环推动器。
四、汽包 在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，水回到汽包的水空间与省煤器的来水 混合后从新进入蒸发器，而蒸汽从汽包顶部引出。汽包的 尺寸要大到足以容纳必需的汽水分离器装置，并能适应锅 炉符合变化时所发生的水位变化，因此是很大的储水容器， 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。
三压自然循环卧式余热锅炉
三压强制循环立式余热锅炉
卧式与立式燃机余热锅炉对比
项目 水循 环 启 动 时 间 短 较 长 占地 结构 操作 运行 面积 厂用 燃料 电 适应 性 较多 强 少 较弱 初投 资
立 式 Βιβλιοθήκη Baidu 式
强制 自然
小
较复 较复 杂 杂
较高 低
较大 简单 简单
卧式与立式燃机余热锅炉对比
二、省煤器 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。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。还有些用户布置烟气旁路系统， 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。
在燃气- 蒸汽联合循环中,余热锅炉回收燃气轮机的排 气余热,借以产生推动汽轮机发电所需蒸汽的换热设备，是 整个联合循环系统中一个重要的有机组成部分。 与普通锅炉相比,联合循环中HRSG烟气流量更大，烟气 与蒸汽的质量比在4～10 之间(普通锅炉只在1～1. 2) ，且 燃气轮机排气是完全处于紊流状态， HRSG这种烟气大流量、 高流速和高紊流度的气动热力特性，常引起烟道、挡板及受 热面等部件变形，甚至振动。因此，在HRSG 构件特别是受 压部件的设计时要考虑到上述这些主要热力特性，采取一些 有效措施来缓解和消除反复交变的热应力影响，以及必要的 减振措施。
一、过热器 过热器是将饱和蒸汽过热到额定过热温度的热交换器，在发 电锅炉中是不可缺少的组成部分。采用过热器能够使饱和蒸 汽加热至所需要的温度，可以提高汽轮机的工作效率，减少 汽轮机的蒸汽消耗量，减少蒸汽输送过程中的凝结损失，消 除对汽轮机叶片的腐蚀。 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。

汽水分层 当汽水混合物在水平或微倾斜的管子中流动时， 由于汽水重度不同，水倾向于在下面流动，汽倾向于在上 部流动，严重时，汽水就会分开出现一个清晰的分界面， 这种现象就叫汽水分层。发生汽水分层后，管子上下管壁 会出现温差，产生热应力；同时还会产生交变应力，所以 应设法防止汽水分层现象的发生。 防止汽水分层现象的办法是尽可能避免布置水平或 倾斜度小于15度的沸腾管。如果不能保证安装要求，可以 通过提高管中汽水混合物的流速方法得到控制。
9E燃机余热锅炉基本原理介绍
运行部
1.燃气轮机余热锅炉的 发展现状及特点
2.燃气轮机余热锅炉的分类
3.余热锅炉组成及工作过程
4.余热锅炉的一些概念
5.我厂余热锅炉简介
第一节 燃气轮机余热锅炉的 发展现状及特点
燃气- 蒸汽联合循环发电,因其热效率高、启动速度快、 环保条件好、安装周期短、投资费用低等一系列优点,加上 近年来国内电力需求缺口比较大的情况及西气东输项目的 竣工及东海天然气的综合利用，沿海地区（广东、浙江、 江苏及上海等地）的燃气-蒸汽联合循环发电项目正在进一 步得到发展。 在全球范围内，大型余热锅炉的制造商较多，目前 在中国市场投用的制造商主要有比利时CMl公司、法国 ALSTOM公司、英国 JBE公司、荷兰NEM公司、美国 DELTAK公司、荷兰STANDARD公司、日本川畸重工等。 由于国内大型余热锅炉生产技术的不断成熟，我国大型 余热趋于国产化，主要有上海锅炉厂，哈尔滨锅炉厂， 杭州锅炉集团，东方锅炉厂等。