联合循环电厂立式和卧式余热锅炉技术特点分析

发布时间：2023-04-13 02:39:32 来源：文档文库

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联合循环电厂立式和卧式余热锅炉技术特点分析摘要：燃气-蒸汽联合循环发电效率由于较以往逐步提高，而且安全可靠、低排放等特点，已成为经济发达地区以及世界电力行业的首选，被国内外发达地区热电联产行业普遍采用。本文简单介绍了立式和卧式余热锅炉的技术特点。关键词：余热锅炉立式卧式特点引言随着燃气轮机技术的日益成熟，燃机单机容量及效率的逐步提高，燃气轮机做功后排出的烟气，仍具有比较高的温度，一般在400～600℃左右，且烟气工质流量也非常大，以及国内外人们对环境保护要求及意识的提高，燃气轮机及其联合循环已经成为发达地区及世界各地热电负荷的一个重要组成部分。余热锅炉做为联合循环的重要组成部分，安装在燃气轮机排气烟道的后部，其利用这部分烟气的热能加热给水，使水变成蒸汽。蒸汽可以用来发电、供热或作为其它工艺用汽。多出来的这部分蒸汽，不仅能提高燃料化学能与机械能之间的转化效率，而且配合采用SCR等减排技术，更加环保，也受到热电联产行业普遍重视。1余热锅炉简介及应用领域：余热锅炉又称废热锅炉，英文简写为HRSG，即HeatRecoverySteamGenerator的简称，直译成中文为热回收蒸汽发生器，我国习惯上称为“余热锅炉”。余热锅炉是燃气－蒸汽联合循环发电的主设备之一，用于回收燃气轮机的烟气余热，产生合格的蒸汽来推动汽轮机做功。根据联合循环的装机方案，一般燃气-蒸汽联合循环发电机组有四大主机，分别是燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机和发电机，其配置一般为两台燃气轮机与两台余热锅炉以及一台蒸汽轮机（2+2+1）或者一台燃气轮机与一台余热锅炉以
及一台蒸汽轮机（1+1+1）组成。其工作原理是燃气轮机高温排气通往余热锅炉，通过热交换产生不同压力的过热蒸汽进入汽轮发电机组做功。由于余热锅炉布置在燃气轮机和蒸汽轮机的中间位置，作为热交换设备，它是将燃气轮机的排气余热转换为蒸汽轮机的热能，从而实现余热回收利用的设备，因此余热锅炉可靠性及安全性等各项指标均对整个电厂效率产生很大的影响。余热锅炉主要应用领域：热电联产为工厂提供工业用汽或为其它热用户提供热源；联合循环电厂为蒸汽轮机提供蒸汽，进行发电。2余热锅炉种类2.1余热锅炉主要是利用废气作为热源，因此不需要燃烧系统(除非另有补燃要求，通常是没有燃烧器的，如果需要更高参数的蒸汽，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，从而能够产生更高参数的蒸汽，称为补燃型余热锅炉。2.2按余热锅炉产生的蒸汽的压力等级分类目前余热锅炉采用有单压、双压、双压再热、三压、三压再热等五大类的汽水系统。a.单压级余热锅炉：余热锅炉只生产一种压力的蒸汽供给汽轮机。b.双压或多压级余热锅炉：余热锅炉能生产两种不同压力或多种不同压力的蒸汽供给汽轮机。2.3按受热面布置方式分类a.立式余热锅炉（图1）：烟气通常是垂直流过水平方向布置的受热面管排（模块），通过出口烟道连接安装在余热锅炉顶部的烟囱。b.卧式余热锅炉（图2）：烟气是水平方向流过垂直方向安装的受热面管排（模块），通过连接烟道连接布置在余热锅炉后部的烟囱。
2.4按工质在受热面管排中的流动特点分类a.自然循环余热锅炉：受热面中的水汽混合物利用与下降管中冷水的密度差，是维持蒸发器中汽水混合物自然循环的动力。b.强制循环余热锅炉：对于受热面管排（模块）横向水平布置的立式余热锅炉，为弥补循环动力的不足，通常采用在下降管进入蒸发器前增加循环泵的方式确保水循环动力的稳定，构成立式强制循环余热锅炉。但随着技术的不断发展，立式余热锅炉也可采用提高汽包安装高度的方式来增加水循环稳定性的，采用自然循环。3余热锅炉组成及系统流程3.1余热锅炉组成余热锅炉通常由锅炉本体及配套的汽水系统、辅助系统构成。余热锅炉本体部分通常由进口烟道、锅炉体构架、炉墙、汽包、出口烟道、烟囱、膨胀节、过热器、蒸发器、省煤器、联箱、阀门、平台、楼梯以及管道容器等组成（见图3和图4），在有再热器的蒸汽循环中，可以加设再热器。
3.2典型余热锅炉系统流程锅炉给水在省煤器中通过加热进行预热，使给水温度升高到接近饱和温度的水平，然后通过连接管道进入蒸发器，给水在蒸发器中再加热成为饱和蒸汽，最后饱和蒸汽通过连接管道进入过热器，在过热器中被加热升温成为过热蒸汽，过热蒸汽通过主蒸汽管道进入蒸汽轮机（如图5所示）。带有再热系统的余热锅炉，低温再热蒸汽通过连接管道进入余热锅炉再热器，在再热器中被加热，温度升高到所需要的再热蒸汽温度，最终过热蒸汽及再热蒸汽通过连接管道进入蒸汽轮机。4立式和卧式余热锅炉技术特点余热锅炉按总体布置分类：根据受热面模块布置及烟气的流动方向，余热锅炉可以分为卧式和立式余热锅炉。两种形式的特点及优缺点如下:项目立式卧式水循环强制或自然自然烟气流向垂直水平启动时间短较长
占地面积小较大结构较复杂简单工厂内模块化程度高低燃料适应性强较弱适用燃料天热气、柴油、重油、原油天然气、柴油4.1布置型式的不同立式余热锅炉受热面管排（模块）沿高度方向水平布置，烟气自下而上流过各级受热面。近年来由于大多数电厂采用清洁的LNG作为燃料，余热锅炉受热面结垢近似于零，且立式的余热锅炉占地面积小，启动时间相对卧式较短；另一方面，随着技术的进步，立式余热锅炉采用自然循环，增强了可靠性和经济性，特别是在一些用地比较紧张的城市，立式自然循环余热锅炉被采用。立式布置的余热锅炉受热面吊挂在顶部钢架上，便于受热面向下自由膨胀，受热面和结构件的膨胀方向一致可降低热应力。立式布置因为受热面在高度方向布置，占地较少。其最大的优点是:由于水容量较少，具热惰性也较小，因此能够适应负荷多变的运行工况。卧式余热锅炉的烟气流动主要为水平方向，锅炉受热面管排（模块）为垂直布置。由于蒸发受热面为垂直方向，汽、水混合物的流动可以依靠汽、水的密度差来实现，因此主要采用自然循环。卧式余热锅炉的优点是烟气流动损失小、管
簇容易布置、易于配置脱销装置和补燃系统、钢结构少、易于满足高地震地区的要求；缺点是占地面积大，且因部件尺寸大对运输和安装有较高的要求。4.2循环方式的不同根据余热锅炉蒸发器中汽、水循环的方式考虑，余热锅炉可分为自然循环或强制循环。早期由美国余热锅炉厂家提供联合循环技术多采用自然循环，由欧洲余热锅炉厂家提供的联合循环技术则多采用强制循环，近年来也逐渐开始倾向于发展自然循环余热锅炉技术。通常卧式余热锅炉的传热管簇为垂直布置，而烟气是水平方向地流过垂直方向安装的管簇，依靠汽水密度差推动工质流动。汽包布置在管簇模块的上方，汽水循环多采用自然循环方式，其工作流程图如图5所示。早期立式余热锅炉多采用强制循环，采用强制循环的立式余热锅炉通过强制循环泵来帮助工质形成循环动力，使汽水混合物流入汽包从而产生饱和蒸汽。这种方式的缺点是：随着锅炉蒸汽参数水平不断提高，其饱和温度也随之提高，系统中强制循环泵的运行环境进一步恶化，故障率随之上升而影响余热锅炉可靠率；另一方面增加了厂用电。近年来随着科学技术的不断发展，余热锅炉技术水平的提高，也可采用提高汽包安装高度的方式来增加水循环的稳定性，立式余热锅炉也开始采用自然循环，如图6所示。
4.3立式和卧式余热锅炉除了烟气流向、受热面管排布置、循环方式不同外，进出口烟道布置具有以下不同点：立式余热锅炉里的烟气流向为垂直方向，燃气轮机排出的烟气进入水平烟道，然后由转角烟道改变流动方向，从图1中可看出烟道形状及烟气流向变化。由于多了转角烟道，相对于卧式余热锅炉，立式锅炉的进口烟道形状较复杂，且转角烟道在机组工况变化时遭受较大热冲击和热应力，是故障的频发区。卧式余热锅炉里的烟气流向为水平方向，与燃气轮机排气方向一致，常规做法是将进口烟道设计成沿余热锅炉高度方向加速扩张，这样既可以节省占地，又能节省成本，但需要确保烟气流动均匀。余热锅炉出口烟道的作用是将换热后的烟气均匀导入烟囱排向大气，对于卧式余热锅炉来说，出口烟道的前端是矩形截面，通过膨胀节与本体相连，后端与出口烟囱管壁焊接。主烟囱从下至上是等截面圆柱结构，直径、高度尺寸需要考虑烟气流速、阻力及环保的因素，烟囱底部与地面基础采用地脚螺栓连接。立式余热锅炉出口烟道和主烟囱的结构与卧式余热锅炉的型式截然不同，由于烟气已经在向上流动，因此直接在炉顶通过天圆地方形的连接烟道将烟气导入主烟囱便可，主烟囱本身的高度可以大大减少。5结语：综上所述，立式和卧式余热锅炉各有各的优点和缺点，项目建设前期可以根据工程本身的特点进行充分的调查、研究与论证，从经济性和适用性进行综合对比分析，选择适合其工程特点的余热锅炉及配套设备。
参考文献：哈锅大型燃气--蒸汽联合循环余热锅炉技术介绍上海电气联合循环余热锅炉介绍无锡华光立式余热锅炉技术介绍F级燃气－蒸汽联合循环发电技术培训教材丛书-余热锅炉分册-中国电机工程学会燃气轮机发电专业委员会、深圳能源集团月亮湾燃机电厂、深圳能源集团东部燃机电厂

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