联合循环中使用的余热锅炉

单压余热锅炉外形
双压余热锅炉（镇海电厂300MW）
三压余热锅炉示意图 (带脱硝装置)
ຫໍສະໝຸດ Baidu
SCR——选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction）
SCR系统流程图
脱硝装置设备布置
脱硝装置设备布置
脱硝装置在锅炉内安装位置
三压余热锅炉示意图 (带再热器)
二、余热锅炉的形式与分类
3、蒸汽压力
Pa（g）与Pa（abs）区别： 1.表压指的是管道压力，指的是用压力表、真空表、U形管等仪器 测出来的压力，又叫相对压力，“表压力”以大气压力为起点，符号 为Pag。
2.直接作用于容器或物体表面的压力，称为“绝对压力”，绝对压力值绝对 真空作为起点，符号为PaABS。 3、 绝对压力其实就是指表压加上当地大气压（一般加一标准大气压即可 101.3Kpa） 4、表压=绝对压力—大气压力；真空度=大气压力—绝对压力
二、余热锅炉的形式与分类
5、按照有无锅筒装置分类： 直流式余热锅炉 锅筒式余热锅炉
直流式余热锅炉管簇布置示意图
直流式余热锅炉的特点
1、进一步提高燃气轮机效率 随着燃气轮机参数的增高，排气温度也越 来越高，超临界参数的蒸汽循环系统得以实现 ，直流式余热锅炉就为此而设计。 2、省煤器、蒸发器合二为一，不设循环泵 和锅体。 3、具有体积小、重量轻、快速启动、负荷 响应灵活的特性。 4、对水质要求高。
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。 联合循环中的余热锅炉在省煤器中通常不希望产生 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。
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。
汽包结构
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。
4、蒸汽温度 5、蒸汽量
四、燃机使用的余热锅炉
典型的余热锅炉断面图
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。
1、余热锅炉本体组成
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。
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。
联合循环中使用的余热锅炉
李健
奥运配套项目（北京太阳宫）－2×9F HRSG，带SCR，配GE 109FA燃机
浙江半山电厂3×9F HRSG 配GE 9F级燃机
月亮湾2×9E HRSG， 配PG9171E燃机 国产首套9E燃机余热锅炉
2006年宝钢9E HRSG 杭锅成为GE公司全球供应商
培训目的
当有再热蒸汽时，则可加设再热器。
二、余热锅炉的形式与分类
1、从燃气侧热源分：（1）无补燃余热锅炉 （2）有补燃余热锅炉 无补燃余热锅炉
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。
有补燃余热锅炉：
（1）部分补燃型： （2）完全补燃型
有补燃余热锅炉分类：
（1）部分补燃型：向余热锅炉内加喷有限燃料，燃烧消耗掉一部 分燃机透平排气中的氧气，使锅炉受热面的燃气温度提高到700— 1000℃。 特点： 1、余热锅炉结构简单（无需辐射换热，只需增加对流换热面） 2、蒸发量比无补燃余热锅炉增大一倍 （2）完全补燃型：向余热锅炉喷入大量的燃料，在余气系数1.1 的条件下把从燃机透平送来的高温燃气中的氧气几乎完全燃烧掉。 特点： 1、余热锅炉需要敷设辐射换热面 2、蒸汽量可以达到无补燃余热锅炉的6—7倍
4、从锅炉本体结构布置分类： 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
问题：卧式与立式余热锅炉施工哪个容易些？
卧式布置余热锅炉 ①一般采用自然循环 ②各受热面部件（省煤器、蒸发器、过热器）管簇直立布置， 烟气横向流过各级受热面 ③占地面积较大 ④锅炉成本较高 ⑤抗震性好 立式布置余热锅炉 ①大多采用强制循环 ②受热面部件（省煤器、蒸发器、过热器）管簇沿高度方向布 置，烟气自下而上流过各级受热面 ③占地面积小，烟囱较低，适用于狭窄场地
5、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。
6、汽包
汽包汇集省煤器给水和汇集从省煤器来的汽 、水混合物外，提供合格的饱和蒸汽进入过热器 或供给用户。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。
燃烧释放出来的高温烟气经烟道输送至余 热锅炉入口，再流经过热器、蒸发器和省煤器 ，最后经烟囱排入大气，排烟温度一般为 150 ～180℃甚至更低，烟气温度从高温降到排烟 温度所释放出的热量用来使水变成蒸汽。
余热锅炉工作：蒸汽产生过程
1、锅炉给水首先进入省煤器，水在省煤器内 吸收热量升温到略低于汽包压力下的饱和温度进 入锅筒。 2、进入锅筒的水与锅筒内的饱和水混合后， 沿锅筒下方的下降管进入蒸发器吸收热量开始产 汽。 通常是只用一部分水变成汽，所以在蒸发器 内流动的是汽水混合物。
为什么？
增大蒸汽量，提高蒸汽品质 增大发电功率
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。
二、余热锅炉的形式与分类
2、从蒸发器中汽/水工质的循环方式分： （1）强制循环余热锅炉 （2）自然循环余热锅炉
区别：有无循环水泵加压
强制循环余热锅炉原理示意图
了解分布式能源电厂余热锅炉的形式和分 类，为分布式能源余热锅炉的选型做准备。 了解余热锅炉的工作过程，掌握余热锅炉 的安装注意事项，掌握余热锅炉的维护保养。 熟悉余热锅炉的吊装过程，确保施工过程 的设备、人身安全。
一、余热锅炉HRSG
余热锅炉 heat recovery boiler 热回收蒸汽发生器Heat Recovery Steam Generators 废热锅炉waste heat boiler
省煤器——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； 蒸发器——给水相变成为饱和蒸汽； 过热器——饱和蒸汽被加热升温成为过热蒸汽； 再热器——再热蒸汽被加热升温到所设定的再热温度 汽包——汇集省煤器给水和汇集从省煤器来的汽、水 混合物，提供合格的饱和蒸汽进入过热器或供给用户。
2、省煤器
烟道式补燃燃烧器的结构
烟道式补燃燃烧器的布置位置
安装补燃燃烧器的优势
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。
余热锅炉工作：蒸汽产生过程
3、汽水混合物离开蒸发器进入上部锅筒， 通过汽水分离设备分离，水落到锅筒内水空间进 入下降管继续吸热产汽，而蒸汽从锅筒上部进入 过热器，吸收热量使饱和蒸汽变成过热蒸汽。
蒸汽产生过程
根据产汽过程的三个阶段对应三个受热面 ，即省煤器、蒸发器和过热器。 如果不需要过热蒸汽，只需要饱和蒸汽， 可以不装过热器。
利用各种工业过程中的废气、废料或废液 中的显热或(和)其可燃物质燃烧后产生的热量 的锅炉。或在燃油(或燃气)的联合循环机组中 ，利用从燃气轮机排出的高温烟气热量的锅炉
燃气—蒸汽联合循环的余热锅炉
燃料 蒸汽 轮机 2 燃烧室 3 c d
压气机
燃气 轮机
余热锅炉 5 b a
凝汽器
4 1 空气
水泵
余热锅炉工作：烟气路径
三、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，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。
三、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。
说明：《燃气轮机与燃气蒸汽联合循环装置》P511概念说成：蒸发器入口烟气 温度与被加热的饱和水汽温度之间的最小差。
节点温差的选择
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。 节点温差过小，还会增加余热锅炉的投资费用。 节点温差的选择从投资费用和联合循环效率最佳的角 度综合考虑
自然循环余热锅炉原理示意图
卧式自然循环的原理
布置在炉膛内的水冷壁受到高温烟气（或 火焰）辐射的热量加热后，管内水的温度迅速 升高，一部分水汽化，在管内形成汽水混合物 。布置在炉墙外侧下降管中的水，由于不受热 ，它的密度就大于汽水混合物的密度。 下降管一侧的压力大于水冷壁一侧的压力 ，二者之差为流动压头。在流动压头的作用下 ，水从下降管向水冷壁管（上升管）不断地循 环流动，这种现象称为自然循环
4、下降管
下降管的作用是将汽包中的水或将直接引入 下降管的给水连续不断地送至下联箱并供给水冷 壁，以维持正常的水循环。 下降管的一端与汽包连接，另一端直接或通 过分配支管与下联箱连接。为了保证水循环的可 靠性，下降管自汽包引出后都布置在炉外，不受 热，并加以保温以减少散热损失。 为了减小阻力，加强水循环，节约钢材，简 化布置，现在生产的高压以上大容量锅炉都采用 大直径集中下降管根数较少(一般为4～6根)的大 直径下降管，其下部是通过分配支管与水冷壁各 下联箱连接，以达到配水均匀之目的。
3、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。
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。
卧式自然循环的原理
卧式自然循环的原理
低温
高温
二、余热锅炉的形式与分类
3、从产生蒸汽压力等级分类： （1）单压余热锅炉 （2）双压或三压余热锅炉
①、前者只产生一种蒸汽压力供汽轮机使用，后者则 产生两种或三种不同压力的蒸汽供汽轮机使用。 ②、后者可以采用再热蒸汽循环的方式，提高联合循 环的效率 ③、双压或三压余热锅炉系统复杂、造价高，适用于 燃机透平排气温度较高、单机功率较大的机组