文档介绍：余热锅炉系统
§1概论
一、简述
在燃气轮机内做功后排出的燃气,仍具有比较高的温度,一般在540℃左右,利用这部分气体的热能,可以提高整个装置的热效率。通常是利用此热量加热水,使水变成蒸汽。蒸汽可以用来推动蒸汽轮机一发电机,也可用于生产过程的加热或供生活取暖用。对于稠油的油田可以用蒸汽直接注入油井中,以提高采油量。根据不同的蒸汽用途,要求有相应的蒸汽压力和蒸汽温度,也就需要不同参数的产汽设备。利用燃气轮机排气的热量来产汽的设备,称为“热回收蒸汽发生器”,表明回收了排气的热量,用英文字母HRSG来表示。我国习惯上称为“余热锅炉,本文也采用“余热锅炉”的名称,并把燃气轮机的排气简称为“烟气”。
“余热锅炉”通常是没有燃烧器的,如果需要高压高温的蒸汽,可以在“余热锅炉”内装一个附加燃烧器。通过燃料的燃烧使整个烟气温度升高,能够产生高参数的蒸汽。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。目前我国油田进口的余热锅炉的蒸汽参数有:4MPa配450℃℃(饱和蒸汽)。前者供给中压汽轮机来发电,后者可以供生产或供生活取暖用。
注:关于多种余热锅炉,余热锅炉利用燃气轮机排气的方式,补燃问题。
二、余热锅炉的组成
(一)蒸汽的生产过程
图19-1是一台余热锅炉的结构示意图,从图中可以看出产汽的过程。
图19-1强制循环余热锅炉
(注意蒸发器为顺流布置,即管束流向自下而上,以免上下弯头处积汽。)
从燃气轮机出口的烟气,经烟道到余热锅炉入口,烟气自下而上流动,流经过热器、两组蒸发器和省煤器,最后排入烟囱。排烟温度约为150-180℃,烟气温度从540℃降到排烟温度,所放出的热量用来使水变成蒸汽。进入余热锅炉的给水,其温度约为105℃左右,先进入上部的省煤器,水在省煤器内吸收热量使水温上升,水温升到略低于汽包压力下的饱和温度,就离开省煤器进入汽包。进入汽包的水与汽包内的饱和水混合后,沿汽包下方的下降管到循环泵,水在循环泵中压力升高,分别进入两组蒸发器,在蒸发器内的水吸热开始产汽,通常是只有一部份水变成汽,所以在蒸发器管内流动的是汽水混合物。汽水混合物离开蒸发器进入汽包上部。在汽包内装有汽水分离设备,可以把汽和水分开,水落到汽包内水空间,而蒸汽从汽包顶部出来到过热器。在过热器内吸收热量,使饱和蒸汽变成过热蒸汽。根据产汽过程有三个阶段,对应的应该要有三个受热面,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。
(二)余热锅炉的型式
1、强制循环余热锅炉
图19-1所示的余热锅炉就是强制循环余热锅炉。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,可节省地面的面积,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。目前油田进口的余热锅炉,多数采用此种型式。

图19-2是一自然循环余热锅炉,全部受热面组件的管子是垂直的。给水进入省煤器吸热后,进入汽包。汽包有下降管与蒸发部的下联箱相连,下降管位于烟道外面,不吸收烟气的热量。汽包还与蒸发器的上联箱相连。直立管簇吸收烟气的热量。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。也就是说:不吸热的下降管内的水比较重,向下流动。直立管内的汽水混合物向上流动,形成连续产汽过程。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。但各受热面是沿水平方向布置,占地面积大,在排烟处所需烟囱的高度要高。
图2 自然循环余热锅炉
本文主要介绍“强制循环余热锅炉”。
(注:一般来说,余热锅炉的循环方式有5种:单压,双压无再热,双压再热,三压无再热,三压再热。)
(三)余热锅炉的布置
图19-3是强制循环余热锅炉的布置图,包括余热锅炉本体受热面及烟道系统,其特点如下:
图19-3余热锅炉布置图

从燃气轮机出来的高温烟气有两路出口,一路进人余热锅炉,从主烟囱排人大气,另一路进入旁路烟囱排人大气。每路烟道上都装有挡板,共有三个挡板,主烟道上的挡板称“主挡板”,旁路烟道上的档板称“旁路档板”,主烟囱处的档板称“烟囱挡板”,各挡板是配合使用的。燃气轮机工作而余热锅炉不工作,要开启旁路挡板,关闭主