余熱鍋爐基本原理

1、燃機(jī)余熱鍋爐基本原理介紹燃機(jī)余熱鍋爐，英文簡寫為HRSG(HeatRecoverySteamGenerator )，是燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的重要組成部分。其主要工作原理是通過布置大量的換熱管( 通常采用螺旋鰭片管 )來吸收燃機(jī)排氣的余熱，產(chǎn)生蒸汽供汽機(jī)發(fā)電或作為供 熱及其它工藝用汽。燃機(jī)余熱鍋爐發(fā)展至今，形成了各種結(jié)構(gòu)形式和布置方法，簡單介紹如下。 燃機(jī)余熱鍋爐按照其循環(huán)方式主要分為兩種形式：即受熱面水平布置的強(qiáng) 制循環(huán)余熱鍋爐和受熱面垂直布置的自然循環(huán)余熱鍋爐，兩者的主要區(qū)別是強(qiáng) 制循環(huán)鍋爐需配置循環(huán)泵依靠循環(huán)泵的壓頭實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器內(nèi)的水循環(huán)，而自然循 環(huán)則主要靠下降管和受熱的蒸發(fā)管束中工質(zhì)的密度差

2、來實(shí)現(xiàn)循環(huán)。強(qiáng)制循環(huán)就 國外而言主要在歐洲使用較多，國內(nèi)主要用于燃機(jī)燃用重油等含灰較多燃料、 受熱面需吹灰和清洗的情況，如我廠提供深圳南山電廠、月亮灣等電廠的 9E 級燃機(jī)余熱鍋爐及浙江金華、廣州明珠等 6B 級燃機(jī)余熱鍋爐。自然循環(huán)就國 外而言主要用于美國，國內(nèi)主要用于燃機(jī)燃用天然氣、輕油等清潔燃料的燃機(jī) 余熱鍋爐，如我廠提供的深圳金崗、天津?yàn)I海等的6B,江蘇無錫、海南南山的 FT-8 及海南洋浦燃機(jī)余熱鍋爐。強(qiáng)制循環(huán)和自然循環(huán)余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)形式見附圖 1 和附圖 2。 附圖 1 強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐附圖 2 自然循環(huán)余熱鍋爐燃機(jī)余熱鍋爐按照是否補(bǔ)燃分為補(bǔ)燃型余熱鍋爐和非補(bǔ)燃型余熱鍋爐， 除非是

3、用于熱電聯(lián)產(chǎn)或其它特殊工藝要求，一般應(yīng)選用非補(bǔ)燃型余熱鍋爐， 因?yàn)檠a(bǔ)燃會降低余熱鍋爐的效率。一般補(bǔ)燃采用煙道式燃燒器，布置在進(jìn)口煙道中，僅利用燃機(jī)排氣中的氧氣而不摻入補(bǔ)燃空氣，補(bǔ)燃后煙氣溫度控制在750C以下。煙道式補(bǔ)燃燃燒器的布置位置見附圖 3，其結(jié)構(gòu)見附圖 4。附圖 3 補(bǔ)燃位置 附圖 4 煙道式補(bǔ)燃燃燒器結(jié)構(gòu) 燃機(jī)余熱鍋爐按產(chǎn)生的蒸汽的壓力等級數(shù)分為單壓、雙壓、三壓等，一般 每個壓力等級由相應(yīng)的過熱器、蒸發(fā)器和省煤器組成（中、低壓系統(tǒng)有時不 布置過熱器或省煤器） ；燃機(jī)余熱鍋爐還可以按是否自身除氧分為帶整體式除氧器 和不帶整體式除氧器余熱鍋爐，按是否再熱分為再熱和非再熱余熱鍋爐。一般一

4、臺燃機(jī)余熱鍋爐根據(jù)需要由以上各個受熱面組 成，圖5 至圖 12 是各種不同的受 熱面組成的燃機(jī)余熱鍋爐的流程圖及溫度傳熱關(guān)系圖。圖 5 單壓鍋爐流程圖圖 6 單壓鍋爐溫度換熱關(guān)系圖圖 7 帶自身除氧雙壓鍋爐溫度換熱關(guān)系圖圖 8 低壓飽和蒸汽雙壓鍋爐溫度換熱關(guān)系圖圖 8 自身除氧三壓鍋爐溫度換熱關(guān)系圖圖 9 自身除氧三壓鍋爐流程圖圖 10 三壓鍋爐流程圖圖 11 三壓再熱鍋爐溫度換熱關(guān)系圖圖 12 三壓再熱鍋爐流程圖以上是燃機(jī)余熱鍋爐的各種形式，下面簡單介紹一些常 用概念。管束的意思是指位于煙道同一部位的一組管子。模塊的意思是指一組管束并外包有護(hù)板。管屏是指某一組具體的管子 , 例如”高壓過熱器

5、” , 注意一組管束中可能 有一個以上的管屏。右和左是指從燃?xì)廨?發(fā)電機(jī)(CTG)向煙囪方向看的右左，換句話說就是 沿燃機(jī)排氣煙氣(TEG)流向。前后是指HRSG的煙氣側(cè)，前指煙氣進(jìn)入管束的 位置，相反，煙氣從管束的后面出來。上游和下游是用來形容管側(cè)流向，指 的是蒸汽 / 水的流向。列指的是與煙氣流向垂直的管子，并按煙氣流向編號，或者沿機(jī)組的長 度方向。某一管束的第 1 列指的是管束最前面的一列，或者是最熱的一列。橫排指得是每列的管子數(shù)?；芈分傅氖墙橘|(zhì)在省煤器或過熱器內(nèi)的流通通道。某一管屏的回路數(shù)等 于流量均分的平行流通通道。全回路是某一管屏的回路數(shù)與橫排數(shù)相等，指 此管屏的每一列內(nèi)的所有介質(zhì)

6、都向同一方向流動。半回路是某一管屏的回路 數(shù)是橫排數(shù)的一半，指此管屏的每一列內(nèi)的介質(zhì)一半上流而另一半下流。雙回路是某一管屏的回路數(shù)是它橫排數(shù)的兩 倍。雙回路要有兩列平行的管子以使得一半的介質(zhì)通過第一列管子，另一半 的介質(zhì)通過第二列管子。管子的彎頭和集箱用于選擇管子與管子間的介質(zhì)流 向。集箱是收集一組管子的工作介質(zhì)，并標(biāo)明上或下集箱。 在蒸發(fā)器，介質(zhì)水通過下降管流向下集箱或汽包。產(chǎn)生的多余的水或蒸 汽則流向上汽包。汽水混合二相介質(zhì)則必須通過上升管流向汽包。汽包內(nèi)置 的一次分離器則可以分離汽水混合物，將分離后的水作再循環(huán)而把蒸汽送出 汽包。省煤器是用于將給水溫度提高到比汽包內(nèi)相應(yīng)飽和溫度低幾度。此

7、部件一般為鰭片 管，平均鰭片密度為 清潔燃料），燃燒非清潔氣體機(jī)組時鰭片密度一般較小為了使管子可 6dp（i 以清理。如果設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是可能發(fā)生冷端腐蝕，那么此部件要設(shè)計(jì)成再循環(huán)或 旁路，以保證管壁溫度高于然用氣體的酸露點(diǎn)。蒸發(fā)器產(chǎn)生所要求的蒸汽的管屏。典型小集箱蒸發(fā)器由汽包（汽包的一 次腹板式分離器分離水和蒸汽、二次 Chevron 式分離器）、下降管（將鍋爐 水通到蒸發(fā)器底部再到入口集箱） 、蒸發(fā)器管子（產(chǎn)生二相混合介質(zhì)） 、出口 集箱（用作為集汽管）和上升管（將二相混合介質(zhì)導(dǎo)入集箱）組成。典型的 汽包式蒸發(fā)器由汽包（汽包的一次腹板式分離器分離 水和蒸汽、二次 Chevron 式分離器）、下降

8、管（將鍋爐水導(dǎo)入蒸發(fā)器的泥漿汽包） 、蒸發(fā)器管子 （產(chǎn)生二相混合介質(zhì)）、一個收集汽包（收集蒸發(fā)器管屏內(nèi)產(chǎn)生的二相混合介 質(zhì)然后通過上升管通入汽包。在高溫燃燒設(shè)計(jì)中有時采用分開式的蒸發(fā)器部 件，可以用前一個部件在煙氣進(jìn)入煙道燃燒器前進(jìn)行冷卻或者是給 SCR/CO 提供足夠的運(yùn)行溫度范圍。此部件一般為鰭片管，平均鰭片密度為 6dpi （清 潔燃料），燃燒非清潔氣體機(jī)組時鰭片密度一般較小為了使管子可以清理。過熱器是將飽和蒸汽溫度提高到最終使用預(yù)定的限定溫度（即蒸汽輪機(jī) 和系統(tǒng)）。此管屏可以是一列一列采用不同的鰭片密度，可以在保持允許的管 壁溫度條件下使熱交換最大化，特別是在HRSG勺入口處。再熱器將蒸汽