余热锅炉与汽水系统课件

第6章余热锅炉与联合循环的汽水系统第6章余热锅炉与联合循环的汽水系统基本内容

6.1、余热锅炉的作用及设计要求

6.2、节点温差与接近点温差的选择

6.3、余热锅炉设计参数的选择

6.4、余热锅炉变工况特性

6.5、余热锅炉的汽水系统

6.6、余热锅炉设计时需要考虑的一些问题基本内容

6.1、余热锅炉的作用及设计要求

6.2、节点温差6.1、余热锅炉的作用及设计要求

一、余热锅炉的作用和分类

1、余热锅炉作用及设备组成

（1）余热锅炉的作用

在联合循环中，回收燃气轮机的排气余热，借以产生推动蒸汽轮机发电所需蒸汽。6.1、余热锅炉的作用及设计要求

一、余热锅炉的作用和分类

（2）余热锅炉的设备组成

余热锅炉由换热管簇和容器组成：

省煤器；

蒸发器；

过热器；

集箱；

锅筒等。（2）余热锅炉的设备组成

余热锅炉由换热管簇和容器组成：

省1-余热锅炉2-除氧器3-凝汽器4-蒸汽透平5-发电机6-燃气透平7-燃烧室8-压气机9-高压过热器10-高压蒸发器11-锅筒12-高压省煤器13-低压蒸发器余热锅炉的汽水系统1-余热锅炉余热锅炉的汽水系统2、余热锅炉的分类

（1）按汽水发生系统分类

单压余热锅炉

双压余热锅炉

三压余热锅炉

（2）按循环驱动力分类

自然循环余热锅炉—汽包炉

强制循环余热锅炉—直流炉2、余热锅炉的分类

（1）按汽水发生系统分类

3、自然循环与强制循环余热锅炉的比较自然循环方式的余热锅炉

1-膨胀节2-进口烟道3-内部保温材料4-锅筒5-烟囱6-出口烟道7-膨胀节8-省煤器段9-下降管10-蒸发器11-过热器段12-人孔13-整体结构钢14-上升管

3、自然循环与强制循环余热锅炉的比较自然循环方式的余热锅炉强制循环方式的余热锅炉

1-蒸发器和过热器2-省煤器3-上部过渡段4-烟囱5-锅筒6-钢架7-弯烟道(侧向进口)8-进口段强制循环方式的余热锅炉1-蒸发器和过热器表6－1两种循环方式对余热锅炉的影响关系

循环方式变量自然循环强制循环传热面积可用率(%)(约)在燃气轮机运行范围内的使用性水循环的自平衡性循环泵的设置外部耗功占地面积钢结构与管道基础和撑脚安装所需设备运行及维护相同99.95广有无无较多轻而多轻而多轻较易相同97.50窄有限有有泵的耗功较少重而少重而少重较难表6－1两种循环方式对余热锅炉的影响关系循环方式自然循环强需要说明的内容

（1）自然循环强制循环余热锅炉传热面积基本相等

强制循环与自然循环相比：

a水测↑，但a燃气测基本不变；

总换热系数主要取决于燃气测换热系数。需要说明的内容

（1）自然循环强制循环余热锅炉传热面积基本相需要说明的内容

（2）自然循环余热锅炉可用率高于强制循环余热锅炉

自然循环管簇垂直布置；

强制循环管簇水平向布置→易发生汽水分层现象、底部结垢比顶部少→沿管簇截面形成温度梯度、不同程度的传热和膨胀→容易发生腐蚀、烧坏、塑性变形和事故。

为避免出现这种现象→采用大循环倍率的循环泵→要额外地消耗能量、而且循环泵也可能发生故障需要说明的内容

（2）自然循环余热锅炉可用二、余热锅炉设计要求

1、尽可能高的当量效率2、适当减少燃气侧的压损3、快速启动3、变工况稳定性好4、尽量避免管束烧坏和腐蚀5、利于制造安装及检修二、余热锅炉设计要求1、尽可能高的当量效率6.2节点温差及接近点温差的选择一、节点温差、接近点温差的概念1、节点温差指余热锅炉小蒸发器入口处燃气的温度与饱和水温度之间的差值，即2、接近点温差指余热锅炉中省煤器出口的水温与相应压力下饱和水温之间的差值，即6.2节点温差及接近点温差的选择一、节点温差、接近点温差的在“单压汽水发生系统”的余热锅炉中

Q=f（T）的关系在“双压汽水发生系统”的余热锅炉中

Q=f（T）的关系

在“单压汽水发生系统”的余热锅炉中在“双压汽水发生系统”的余余热锅炉与汽水系统课件二、节点温差、接近点温差的选择1、问题的提出（1）节点温差节点温差↓，余热锅炉排烟温度↓，余热锅炉效率↑，蒸汽发电系统功率、效率↑，联合循环的热效率↑；节点温差↓，锅炉总换热面积（投资费用↑）↑，燃气侧的流阻损失↑（燃气轮机的功率↓→联合循环的热效率有下降的趋势

）。6.2节点温差及接近点温差的选择二、节点温差、接近点温差的选择6.2节点温差及接近点温差的二、节点温差、接近点温差的选择1、问题的提出（2）接近点温差接近点温差↑，总换热面积↑（省煤器面积↓、蒸发器面积↑）；如果接近点温差过小，易出现省煤器过热→受限。6.2节点温差及接近点温差的选择二、节点温差、接近点温差的选择6.2节点温差及接近点温差的二、节点温差、接近点温差的选择2、节点温差、接近点温差的影响因素分析及选择（1）接近点温差相对总换热面积；现对余热锅炉排气温度；相对蒸汽产量；锅炉当量效率节点温差↓，锅炉总换热面积↑，燃气侧的流阻损失↑综合考虑燃气侧流动阻力损失、换热面积与燃气轮机效率、功率的关系考虑锅炉当量效率与节点温差关系二、节点温差、接近点温差的选择综合考虑燃气侧流动阻力损失、换相对总投资费用和相对单位热回收费用随的变化关系相对总投资费用和相对单位热回收费用余热锅炉与汽水系统课件相对换热面积A相对燃气流阻燃气的流速↑，流阻损失↑，余热锅炉的总换热面积↓；但燃气轮机的功率就会降低。计算表明：1kPa的压降会使燃气轮机的功率和效率降低0.8％。相对换热面积A相对燃气流阻燃气的流速↑，流阻损失↑，余热锅炉二、节点温差、接近点温差的选择2、节点温差、接近点温差的影响因素分析及选择（２）接近点温差接近点温差↑，总换热面积↑（省煤器面积↓、蒸发器面积↑）；机组负荷↓，接近点温差↓。如果接近点温差过小，在部分负荷工况下→省煤器内就会发生部分给水蒸发汽化的问题，这会导致部分省煤器管壁发生过热现象，甚至出现故障

。二、节点温差、接近点温差的选择对的影响关系

对的影响关系二、节点温差、接近点温差的选择2、节点温差、接近点温差的影响因素分析及选择根据上述分析（1）节点温差（8~20度）（2）接近点温差（5~20度）二、节点温差、接近点温差的选择6.3余热锅炉设计参数的选择

一、主蒸汽参数，再热蒸汽参数1、与蒸汽轮机蒸汽参数比较考虑管道、阀门压损，管束散热损失主蒸汽压力大约要比蒸汽轮机入口处的蒸汽压力高3％左右，主蒸汽温度大约要高3－4℃；再热蒸汽的压力则要比从蒸汽轮机的再热蒸汽抽出口的压力低12％－14％左右。6.3余热锅炉设计参数的选择一、主蒸汽参数，再热蒸汽参6.3余热锅炉设计参数的选择

一、主蒸汽参数，再热蒸汽参数2、与燃气侧温度比较主蒸汽温度要比相应燃气侧值低25－40℃。中压蒸汽的温度和低压蒸汽的温度则比它们各自所在余热锅炉上游方向的燃气温度低11℃左右。6.3余热锅炉设计参数的选择一、主蒸汽参数，再热蒸汽参二、余热锅炉出口的排气温度与所选用的蒸汽循环型式、节点温差以及燃料中的硫含量有密切关系下降受到一定的限制如燃料含硫量较高，应比酸露点高10°C：110°C~130°C如燃料含硫量较低，应比露点高10°C：80°C~90°C余热锅炉设计参数的选择

二、余热锅炉出口的排气温度余热锅炉设计参数的选择燃料的硫含量的转化率X和过量空气系数对燃气酸露点的影响

燃料的硫含量的转化率X和过量空气系数对燃气酸露点的影响材料的腐蚀损失与排气温度、硫酸浓度的变化关系

材料的腐蚀损失与排气温度、硫酸浓度的变化关系6.4余热锅炉的变工况特性

滑压运行时蒸汽压力的变化滑压运行时蒸汽流量的变化6.4余热锅炉的变工况特性滑压运行时蒸汽压力的变化滑压运余热锅炉中当蒸汽压力恒定时过热蒸汽温度的变工况特性余热锅炉中接近点温差的变变工况特性余热锅炉中当蒸汽压力恒定时过热蒸汽温度的变工况特性余热锅时间min过热蒸汽温度过热蒸汽流量启动过程蒸汽流量和蒸汽温度随时间的变化关系时间min过热蒸汽温度过热蒸汽流量启动过程蒸汽流量联合循环装置中三大部件的典型冷态起动时间为：燃气轮机：10-20min；余热锅炉：30-90min

；蒸汽轮机：90-120min。联合循环装置中三大部件的典型冷态起动时间为：6.5余热锅炉的汽水系统1-省煤器2-蒸发器3-过热器4-锅筒单压无再热循环的余热锅炉之汽水系统6.5余热锅炉的汽水系统1-省煤器2-蒸发器3-过强制循环的余热锅炉中双压无再热循环的汽水系统1-高压过热器2-高压蒸发器3-高压省煤器4-低压蒸发器5-低压省煤器6-低压锅筒7-给水传送泵8-高压锅筒强制循环的余热锅炉中双压无再热循环的汽水系统强制循环的余热锅炉中双压有再热循环的汽水系统1-高压蒸发器2-低压过热气3-高压省煤器4-低压蒸发器5-低压省煤器6-低压锅筒7-给水传送泵8-高压锅筒9-高压过热器10-再热器强制循环的余1-冷凝水加热器2-整体除氧器3-低压蒸发器4-给水传送泵5-中压省煤器6-高压省煤器7-中压锅筒8-中压蒸发器9-高压省煤器10-中压过热器11-高压锅筒12-高压蒸发器13-高压过热器三压无再热但带整体除氧器的余热锅炉之汽水系统1-冷凝水加热器2-整体除氧器3-低压蒸发器4-给水传1-冷凝水加热器2-整体除氧器3-低压蒸发器4-给水泵5-中压省煤器6-高压省煤器(第1级)7-中压锅筒8-中压蒸发器9-高压省煤器(第2级)10-中压过热器11-高压锅筒12-高压蒸发器13-再热器14-温度控制器15-高压过热器三压有再热但带整体除氧器的余热锅炉之汽水系统1-冷凝水加热器2-整体除氧器3-低压蒸发器4-给水泵5-中l-压气机2-燃烧室3-燃气透平4-烟道旁通阀5-过热器6-蒸发器7-省煤器8-单压锅简9-蒸汽轮机10-高压旁通阀11-低压旁通阀12-凝汽器13-水泵14-除氧器15-高压给水泵16-加热回路的水泵17-低压锅筒18-低压给水泵19-加热回路的蒸发器20-余热锅炉设有低压蒸汽加热回路的单压汽水系统之余热锅炉l-压气机2-燃烧室3-燃气透平4-烟道旁通阀5-过热1-空气滤清器2-压气机3-燃烧室4-燃气透平5-发电机6-蒸汽轮机7-凝汽器8-余热锅炉9-除氧器LP-低压IP-中压HP-高压E-省煤器B-蒸发器S-过热器RH-再热器三压式再热循环的余热锅炉之汽水系统1-空气滤清器2-压气机3-燃烧室4-燃气透平5-发电机6-三压式再热循环的余热锅炉的Q=f(T)图三压式再热循环的余热锅炉的Q=f(T)图TapadadoOuteiro电站的三压式再热循环的余热锅炉之汽水系统TapadadoOuteiro电站的三压式再热循环的余热6.6余热锅炉设计时需要考虑的一些问题

整个系统应具有较低的热惯性，以满足快速起停的要求；蒸汽热力参数的稳定性；提高余热锅炉的当量效率；合理控制NOx排放；具有一定的在无水情况下“干烧”的能力；6.6余热锅炉设计时需要考虑的一些问题整个系统应具有较低第6章余热锅炉与联合循环的汽水系统第6章余热锅炉与联合循环的汽水系统基本内容

6.1、余热锅炉的作用及设计要求

6.2、节点温差与接近点温差的选择

6.3、余热锅炉设计参数的选择

6.4、余热锅炉变工况特性

6.5、余热锅炉的汽水系统

6.6、余热锅炉设计时需要考虑的一些问题基本内容

6.1、余热锅炉的作用及设计要求

6.2、节点温差6.1、余热锅炉的作用及设计要求

一、余热锅炉的作用和分类

1、余热锅炉作用及设备组成

（1）余热锅炉的作用

在联合循环中，回收燃气轮机的排气余热，借以产生推动蒸汽轮机发电所需蒸汽。6.1、余热锅炉的作用及设计要求

一、余热锅炉的作用和分类

（2）余热锅炉的设备组成

余热锅炉由换热管簇和容器组成：

省煤器；

蒸发器；

过热器；

集箱；

锅筒等。（2）余热锅炉的设备组成

余热锅炉由换热管簇和容器组成：

省1-余热锅炉2-除氧器3-凝汽器4-蒸汽透平5-发电机6-燃气透平7-燃烧室8-压气机9-高压过热器10-高压蒸发器11-锅筒12-高压省煤器13-低压蒸发器余热锅炉的汽水系统1-余热锅炉余热锅炉的汽水系统2、余热锅炉的分类

（1）按汽水发生系统分类

单压余热锅炉

双压余热锅炉

三压余热锅炉

（2）按循环驱动力分类

自然循环余热锅炉—汽包炉

强制循环余热锅炉—直流炉2、余热锅炉的分类

（1）按汽水发生系统分类

3、自然循环与强制循环余热锅炉的比较自然循环方式的余热锅炉

1-膨胀节2-进口烟道3-内部保温材料4-锅筒5-烟囱6-出口烟道7-膨胀节8-省煤器段9-下降管10-蒸发器11-过热器段12-人孔13-整体结构钢14-上升管

3、自然循环与强制循环余热锅炉的比较自然循环方式的余热锅炉强制循环方式的余热锅炉

1-蒸发器和过热器2-省煤器3-上部过渡段4-烟囱5-锅筒6-钢架7-弯烟道(侧向进口)8-进口段强制循环方式的余热锅炉1-蒸发器和过热器表6－1两种循环方式对余热锅炉的影响关系

循环方式变量自然循环强制循环传热面积可用率(%)(约)在燃气轮机运行范围内的使用性水循环的自平衡性循环泵的设置外部耗功占地面积钢结构与管道基础和撑脚安装所需设备运行及维护相同99.95广有无无较多轻而多轻而多轻较易相同97.50窄有限有有泵的耗功较少重而少重而少重较难表6－1两种循环方式对余热锅炉的影响关系循环方式自然循环强需要说明的内容

（1）自然循环强制循环余热锅炉传热面积基本相等

强制循环与自然循环相比：

a水测↑，但a燃气测基本不变；

总换热系数主要取决于燃气测换热系数。需要说明的内容

（1）自然循环强制循环余热锅炉传热面积基本相需要说明的内容

（2）自然循环余热锅炉可用率高于强制循环余热锅炉

自然循环管簇垂直布置；

强制循环管簇水平向布置→易发生汽水分层现象、底部结垢比顶部少→沿管簇截面形成温度梯度、不同程度的传热和膨胀→容易发生腐蚀、烧坏、塑性变形和事故。

为避免出现这种现象→采用大循环倍率的循环泵→要额外地消耗能量、而且循环泵也可能发生故障需要说明的内容

（2）自然循环余热锅炉可用二、余热锅炉设计要求

1、尽可能高的当量效率2、适当减少燃气侧的压损3、快速启动3、变工况稳定性好4、尽量避免管束烧坏和腐蚀5、利于制造安装及检修二、余热锅炉设计要求1、尽可能高的当量效率6.2节点温差及接近点温差的选择一、节点温差、接近点温差的概念1、节点温差指余热锅炉小蒸发器入口处燃气的温度与饱和水温度之间的差值，即2、接近点温差指余热锅炉中省煤器出口的水温与相应压力下饱和水温之间的差值，即6.2节点温差及接近点温差的选择一、节点温差、接近点温差的在“单压汽水发生系统”的余热锅炉中

Q=f（T）的关系在“双压汽水发生系统”的余热锅炉中

Q=f（T）的关系

在“单压汽水发生系统”的余热锅炉中在“双压汽水发生系统”的余余热锅炉与汽水系统课件二、节点温差、接近点温差的选择1、问题的提出（1）节点温差节点温差↓，余热锅炉排烟温度↓，余热锅炉效率↑，蒸汽发电系统功率、效率↑，联合循环的热效率↑；节点温差↓，锅炉总换热面积（投资费用↑）↑，燃气侧的流阻损失↑（燃气轮机的功率↓→联合循环的热效率有下降的趋势

）。6.2节点温差及接近点温差的选择二、节点温差、接近点温差的选择6.2节点温差及接近点温差的二、节点温差、接近点温差的选择1、问题的提出（2）接近点温差接近点温差↑，总换热面积↑（省煤器面积↓、蒸发器面积↑）；如果接近点温差过小，易出现省煤器过热→受限。6.2节点温差及接近点温差的选择二、节点温差、接近点温差的选择6.2节点温差及接近点温差的二、节点温差、接近点温差的选择2、节点温差、接近点温差的影响因素分析及选择（1）接近点温差相对总换热面积；现对余热锅炉排气温度；相对蒸汽产量；锅炉当量效率节点温差↓，锅炉总换热面积↑，燃气侧的流阻损失↑综合考虑燃气侧流动阻力损失、换热面积与燃气轮机效率、功率的关系考虑锅炉当量效率与节点温差关系二、节点温差、接近点温差的选择综合考虑燃气侧流动阻力损失、换相对总投资费用和相对单位热回收费用随的变化关系相对总投资费用和相对单位热回收费用余热锅炉与汽水系统课件相对换热面积A相对燃气流阻燃气的流速↑，流阻损失↑，余热锅炉的总换热面积↓；但燃气轮机的功率就会降低。计算表明：1kPa的压降会使燃气轮机的功率和效率降低0.8％。相对换热面积A相对燃气流阻燃气的流速↑，流阻损失↑，余热锅炉二、节点温差、接近点温差的选择2、节点温差、接近点温差的影响因素分析及选择（２）接近点温差接近点温差↑，总换热面积↑（省煤器面积↓、蒸发器面积↑）；机组负荷↓，接近点温差↓。如果接近点温差过小，在部分负荷工况下→省煤器内就会发生部分给水蒸发汽化的问题，这会导致部分省煤器管壁发生过热现象，甚至出现故障

。二、节点温差、接近点温差的选择对的影响关系

对的影响关系二、节点温差、接近点温差的选择2、节点温差、接近点温差的影响因素分析及选择根据上述分析（1）节点温差（8~20度）（2）接近点温差（5~20度）二、节点温差、接近点温差的选择6.3余热锅炉设计参数的选择

一、主蒸汽参数，再热蒸汽参数1、与蒸汽轮机蒸汽参数比较考虑管道、阀门压损，管束散热损失主蒸汽压力大约要比蒸汽轮机入口处的蒸汽压力高3％左右，主蒸汽温度大约要高3－4℃；再热蒸汽的压力则要比从蒸汽轮机的再热蒸汽抽出口的压力低12％－14％左右。6.3余热锅炉设计参数的选择一、主蒸汽参数，再热蒸汽参6.3余热锅炉设计参数的选择

一、主蒸汽参数，再热蒸汽参数2、与燃气侧温度比较主蒸汽温度要比相应燃气侧值低25－40℃。中压蒸汽的温度和低压蒸汽的温度则比它们各自所在余热锅炉上游方向的燃气温度低11℃左右。6.3余热锅炉设计参数的选择一、主蒸汽参数，再热蒸汽参二、余热锅炉出口的排气温度与所选用的蒸汽循环型式、节点温差以及燃料中的硫含量有密切关系下降受到一定的限制如燃料含硫量较高，应比酸露点高10°C：110°C~130°C如燃料含硫量较低，应比露点高10°C：80°C~90°C余热锅炉设计参数的选择

二、余热锅炉出口的排气温度余热锅炉设计参数的选择燃料的硫含量的转化率X和过量空气系数对燃气酸露点的影响

燃料的硫含量的转化率X和过量空气系数对燃气酸露点的影响材料的腐蚀损失与排气温度、硫酸浓度的变化关系

材料的腐蚀损失与排气温度、硫酸浓度的变化关系6.4余热锅炉的变工况特性

滑压运行时蒸汽压力的变化滑压运行时蒸汽流量的变化6.4余热锅炉的变工况特性滑压运行时蒸汽压力的变化滑压运余热锅炉中当蒸汽压力恒定时过热蒸汽温度的变工况特性余热锅炉中接近点温差的变变工况特性余热锅炉中当蒸汽压力恒定时过热蒸汽温度的变工况特性余热锅时间min过热蒸汽温度过热蒸汽流量启动过程蒸汽流量和蒸汽温度随时间的变化关系时间min过热蒸汽温度过热蒸汽流量启动过程蒸汽流量联合循环装置中三大部件的典型冷态起动时间为：燃气轮机：10-20min；余热锅炉：30-90min

；蒸汽轮机：90-120min。联合循环装置中三大部件的典型冷态起动时间为：6.5余热锅炉的汽水系统1-省煤器2-蒸发器3-过热器4-锅筒单压无再热循环的余热锅炉之汽水系统6.5余热锅炉的汽水系统1-省煤器2-蒸发器3-过强制循环的余热锅炉中双压无再热循环的汽水系统1-高压过热器2-高压蒸发器3-高压省煤器4-低压蒸发器5-低压省煤器6-低压锅筒7-给水传送泵8-高压锅筒强制循环的余热锅炉中双压无再热循环的汽水系统强制循环的余热锅炉中双压有再热循环的汽水系统1-高压蒸发器2-低压过热气3-高压省煤器4-低压蒸发器5-低压省煤器6-低压锅筒7-给水传送泵8-高压锅筒9-高压过热器