燃气-蒸汽联合循环技术原理及余热锅炉分类

燃气

[摘要]介绍了燃气-蒸汽联合循环发电技术的优点和原理，详细划分了余热锅炉的分类，并阐述了配备燃气-蒸汽联合循环的大型烟道式余热锅炉的整体结构和制造工艺特点以及余热锅炉在联合

循环中的地位，最后介绍了余热锅炉的维护及保养。

[关键词]余热锅炉；燃气-蒸汽联合循环；受热面；螺旋翅片管；维护；保养

中图分类号：tk229.929 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）09-0006-02

余热锅炉（hrsg）是利用工业生产中的余热来产生蒸汽的蒸汽发生设备。燃气-蒸汽联合循环余热锅炉是联合循环电厂中的关键设备之一，其热源为燃气轮机的排气，利用余热而产生蒸汽，提供给蒸汽轮机发电。

燃气-蒸汽联合循环电站具有如下几方面的优点：（1）能源利用率高，供电效率达到55% 57%；（2）占地面积少；（3）造价低、对环境污染极小；（4）调峰性能好，启停快捷；（5）建设周期短、运行和维修成本低。（6）耗水量少。简单循环只需火电厂2%—10%的用水量，联合循环也只有火电厂的1/3左右。[1]。

1 燃气-蒸汽联合循环技术原理及余热锅炉分类

1.1 gscc的原理

燃气—蒸汽联合循环电站主要由空气压缩机、燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机、发电机、凝汽器等部分组成。

叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料也喷入燃烧室与压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀做功，推动动力叶片高速旋转，带动发电机产生能。将燃气轮机排出的功后高温乏烟气送入余热锅炉，布置在余热锅炉中的受热面吸收烟气的热量并产生蒸汽，再将蒸汽注入蒸汽轮机，推动转子转动，带动发电机发电，见图1。由于这类电站将燃气轮机循环和蒸汽轮机循环结合到了一起，因此称这种电站为燃气-蒸汽联合循环电站[2]。

1.2 hrsg锅炉的分类

在联合循环的系统中，余热锅炉（hrsg）的作用是使燃气轮机排气的热能产生蒸汽，驱动汽轮机发电或对外供汽供热。余热锅炉的确切含义是热回收蒸汽发生器（heat recovery steam generators）。hrsg类型与有无附加燃烧设备、烟气的流通方向、结构特点和工质的循环方式密切相关，从而有相应的不同的类型。

通常按有无附加燃烧设备可分为不补燃型（图1a）和补燃型（图1b）hrsg锅炉；按蒸发系统的工质循环方式可分为自然循环、强制循环和直流锅炉；按烟气在hrsg 锅炉中的流通方向可分为卧式布置和立式布置hrsg锅炉。

通常自然循环hrsg 的烟气水平流过垂直的管束，下降管向蒸发器管束供水。给水进入省煤器吸热后，进入汽包。当水吸收烟气热量就有部份水变成蒸汽，由于蒸汽的密度比水的密度要小得多，所以直立管内汽和水混合物的平均密度要小于下降管中水的密度，两

者密度差形成了水的循环。此时进入蒸发器的水不是靠循环泵的动力，而是靠流体的密度差而流动，这种余热锅炉称为“自然循环余热锅炉”。其特点是：省去循环泵，使运行和维修简单。

控制循环hrsg的烟气是垂直地流过水平管束，从汽包下部出来的水经一台循环泵后，进入蒸发器，是靠循环泵产生的动力使水循环的，称为“强制循环余热锅炉”。其特点是；各受热面组件的管子是水平的，受热面之间是沿高度方向布置，可选用较小管径的管子，热惯性较小，结构紧凑，可节省占地面积，并使出口处的烟囱高度缩短。但在运行中需要循环泵，使运行复杂，增加维修费用。直流方式（通常是高压）的给水在蒸发器中没有再循环，而直接由省煤器进入蒸发器蒸发成饱和蒸汽后进入过热器过热。[3]

2 余热锅炉在联合循环中的地位

余热锅炉（hrsg）是燃气-蒸汽联合循环电站中的重要设备，它将高温热源（燃气）使用燃气轮机发电和低温热源（燃机排气）使用蒸汽轮机发电有机的结合起来，从而提高了机组的循环发电效率。

在联合循环的系统中，余热锅炉（hrsg）的作用是使燃气轮机排气的热能产生可用的过热蒸汽，驱动汽轮机带动发电机发电。它的结构、性能以及参数都极大地影响到系统中其它设备的性能。在联合循环电厂中，约有 65%的功率是由燃气轮机发电机组产生的，通过余热锅炉产生蒸汽能提供大约 35%的功率。

3 余热锅炉的维护保养

在hrsg运行的同时，运行人员应进行检查。另外，为了保证机组的安全、正常运行以及延长其使用寿命，对hrsg进行停炉检查也是很必要的。

对本锅炉及其辅助设备（包括给水泵，调节阀）的检修周期可参考以下建议：

大修：1次/5年；

小修：1次/1年（运行6000小时）；

安全阀为年检。

3.1 锅炉本体受热面的维护保养

锅炉本体受热面长期不用的保养方法：有干法和湿法两种。停炉一个月以上，应采用干保养法，停炉一个月以下可采用湿保养法。（1）干保养法：

锅炉停炉后放去锅水，将内部污垢彻底清除，冲洗干净。在炉膛内用微火烘干（注重不要用大火），然后将10-30 毫米块状的生石灰分盘装好，放置在锅筒内，不使生石灰与金属接触，生石灰的重量，以锅筒容积每立方米 8kg计算，然后将所有的人孔、手孔、管道阀门关闭，每三个月检查一次，如生石灰碎成粉状，须即更换，锅炉重新运行时应将生石灰和盘取出

（2）湿保养法：

锅炉停炉后待炉水冷却到70℃以下将炉水放尽，将内部污垢彻底清除，冲洗干净，所有的人孔、手孔、管道阀门等封闭严密，并用盲板与运行中的锅炉完全隔绝。然后重新注入已处理的软水至锅炉

最低安全水位，再将以配制好的碱性溶液注入锅炉，其成份为：氢氧化钠（烧碱），每吨炉水加8-10kg，假如选用碳酸钠（纯碱），则每吨炉水加 20kg，或磷酸二钠，每吨炉水加20kg。待碱性溶液全部加入后，再用软水注入锅炉，直至水从锅炉最高处冒出为止，关闭给水阀后，注重使锅炉内碱性溶液混合均匀。保养期内要定期微火烘炉、定期使水循环，使各处碱性溶液浓度一致。每五天还要取碱性溶液化验，如碱度小于5-12mmol/1 时应外加溶液。气候严寒的地方不可采用湿保养法，以免炉水结冻损坏锅炉。

3.2 其它辅机的维护保养

（1）每月清洁油（气）路中的过滤器1-3；

（2）每年清洁炉膛，烟管及烟道1-2次；

（3）定期润滑电机，水泵轴承；

（4）定期紧固烟道及机器螺栓；

3.3 锅炉的检验

（1）根据《蒸汽（热水）锅炉安全技术监察规程》的规定，锅炉如有下列情况之一时，就应对锅炉进行内外检查和水压试验；

①新装、改装和移装后；

②停止运行一年以上，需要恢复运行时；

③受压元件经重大修理后；

④根据锅炉运行情况，对设备状态有怀疑必须进行检验时；（2）检验前应使锅炉完全停炉，彻底清除水垢，烟灰。必要时尚须拆除炉墙外面包装和保温材料，内部检查重点如下：