余热锅炉基本原理

燃机余热锅炉基本原理介绍

燃机余热锅炉，英文简写为HRSG（HeatRecoverySteamGenerator），是燃气－蒸汽联合循环的重要组成部分。其主要工作原理是通过布置大量的换热管（通常采用螺旋鳍片管）来吸收燃机排气的余热，产生蒸汽供汽机发电或作为供热及其它工艺用汽。

燃机余热锅炉发展至今，形成了各种结构形式和布置方法，简单介绍如下。

燃机余热锅炉按照其循环方式主要分为两种形式：即受热面水平布置的强制循环余热锅炉和受热面垂直布置的自然循环余热锅炉，两者的主要区别是强制循环锅炉需配置循环泵依靠循环泵的压头实现蒸发器内的水循环，而自然循环则主要靠下降管和受热的蒸发管束中工质的密度差来实现循环。强制循环就国外而言主要在欧洲使用较多，国内主要用于燃机燃用重油等含灰较多燃料、受热面需吹灰和清洗的情况，如我厂提供深圳南山电厂、月亮湾等电厂的9E 级燃机余热锅炉及浙江金华、广州明珠等6B 级燃机余热锅炉。自然循环就国外而言主要用于美国，国内主要用于燃机燃用天然气、轻油等清洁燃料的燃机余热锅炉，如我厂提供的深圳金岗、天津滨海等的6B，江苏无锡、海南南山的FT-8 及海南洋浦V94.2 燃机余热锅炉。

强制循环和自然循环余热锅炉的结构形式见附图1 和附图2。

附图1 强制循环余热锅炉

1

附图2 自然循环余热锅炉

燃机余热锅炉按照是否补燃分为补燃型余热锅炉和非补燃型余热锅炉，除非是用于热电联产或其它特殊工艺要求，一般应选用非补燃型余热锅炉，因为补燃会降低余热锅炉的效率。

一般补燃采用烟道式燃烧器，布置在进口烟道中，仅利用燃机排气中的氧气而不掺入补燃空气，补燃后烟气温度控制在750℃以下。

烟道式补燃燃烧器的布置位置见附图3，其结构见附图4。

2

附图3 补燃位置

附图4 烟道式补燃燃烧器结构

燃机余热锅炉按产生的蒸汽的压力等级数分为单压、双压、三压等，一般每个压力等级由相应的过热器、蒸发器和省煤器组成（中、低压系统有时不布置过热器或省煤器）；燃机余热锅炉还可以按是否自身除氧分为带整体式除氧器和不带整体式除氧器余热锅炉，按是否再热分为再热和非再热余热锅炉。一般一台燃机余热锅炉根据需要由以上各个受热面组成，图5至图12是各

种不同的受热面组成的燃机余热锅炉的流程图及温度－传热关系图。

3

图5 单压锅炉流程图

图6 单压锅炉温度－换热关系图

4

图7 带自身除氧双压锅炉温度－换热关系图

图8 低压饱和蒸汽双压锅炉温度－换热关系图

5

图8 自身除氧三压锅炉温度－换热关系图

图9 自身除氧三压锅炉流程图

6

图10 三压锅炉流程图

图11 三压再热锅炉温度－换热关系图

7

图12 三压再热锅炉流程图

以上是燃机余热锅炉的各种形式，下面简单介绍一些常用概念。

管束的意思是指位于烟道同一部位的一组管子。

模块的意思是指一组管束并外包有护板。

管屏是指某一组具体的管子, 例如”高压过热器”, 注意一组管束中可能有一个以上的管屏。

右和左是指从燃气轮/发电机(CTG)向烟囱方向看的右左，换句话说就是沿燃机排气烟气(TEG)流向。前后是指HRSG 的烟气侧，前指烟气进入管束的位置，相反，烟气从管束的后面出来。上游和下游是用来形容管侧流向，指的是蒸汽/水的流向。

列指的是与烟气流向垂直的管子，并按烟气流向编号，或者沿机组的长度方向。某一管束的第1 列指的是管束最前面的一列，或者是最热的一列。横排指得是每列的管子数。

回路指的是介质在省煤器或过热器内的流通通道。某一管屏的回路数等于流量均分的平行流通通道。全回路是某一管屏的回路数与横排数相等，指此管屏的每一列内的所有介质都向同一方向流动。半回路是某一管屏的回路数是横排数的一半，指此管屏的每一列内

8

的介质一半上流而另一半下流。双回路是某一管屏的回路数是它横排数的两倍。双回路要有两列平行的管子以使得一半的介质通过第一列管子，另一半的介质通过第二列管子。管子的弯头和集箱用于选择管子与管子间的介质流向。

集箱是收集一组管子的工作介质，并标明上或下集箱。

在蒸发器，介质水通过下降管流向下集箱或汽包。产生的多余的水或蒸汽则流向上汽包。汽水混合二相介质则必须通过上升管流向汽包。汽包内置的一次分离器则可以分离汽水混合物，将分离后的水作再循环而把蒸汽送出汽包。

省煤器是用于将给水温度提高到比汽包内相应饱和温度低几度。此部件一般为鳍片管，i清洁燃料），燃烧非清洁气体机组时鳍片密度一般较小为了使管子可

平均鳍片密度为6d p（

以清理。如果设计标准是可能发生冷端腐蚀，那么此部件要设计成再循环或旁路，以保证管壁温度高于然用气体的酸露点。

蒸发器产生所要求的蒸汽的管屏。典型小集箱蒸发器由汽包（汽包的一次腹板式分离器分离水和蒸汽、二次Chevron 式分离器）、下降管（将锅炉水通到蒸发器底部再到入口集箱）、蒸发器管子（产生二相混合介质）、出口集箱（用作为集汽管）和上升管（将二相混合介质导入集箱）组成。典型的汽包式蒸发器由汽包（汽包的一次腹板式分离器分离水和蒸汽、二次Chevron 式分离器）、下降管（将锅炉水导入蒸发器的泥浆汽包）、蒸发器管子（产生二相混合介质）、一个收集汽包（收集蒸发器管屏内产生的二相混合介质然后通过上升管通入汽包。在高温燃烧设计中有时采用分开式的蒸发器部件，可以用前一个部件在烟气进入烟道燃烧器前进行冷却或者是给SCR/CO 提供足够的运行温度范围。此部件一般为鳍片管，平均鳍片密度为6dpi（清洁燃料），燃烧非清洁气体机组时鳍片密度一般较小为了使管子可以清理。

过热器是将饱和蒸汽温度提高到最终使用预定的限定温度（即蒸汽轮机和系统）。此管屏可以是一列一列采用不同的鳍片密度，可以在保持允许的管壁温度条件下使热交换最大化，特别是在HRSG 的入口处。

再热器将蒸汽轮机排除的高压蒸汽温度重新加热至预定的温度值。经过再热的蒸汽一般再进入蒸汽轮机的中压缸。这是提高整个联合循环效率的一种方法。

窄点（pinch）、欠温（sub－cool）、接近点（approach）的含义见下图。

9

图13 窄点、欠温及接近点

10