余热锅炉设计说明书

目录

1. 概述 (3)

1.1 气象 (3)

1.2 工程地质和地震 (3)

1.3机组/余热锅炉年运行方式 (3)

2. 设备系统布置 (4)

2.1工艺流程 (4)

2.1.1 余热锅炉的烟气流程 (4)

2.1.2 余热锅炉的汽水流程 (4)

2.2. 布置 (5)

3. 余热锅炉描述 (5)

3.1. 自然循环 (5)

3.2 受热面 (5)

3.2.1 高压系统各受热面的结构参数 (6)

3.2.2 中压系统各受热面的结构参数 (6)

3.2.3再热器系统各受热面的结构参数 (7)

3.2.4低压系统各受热面的结构参数 (7)

3.3. 汽包 (7)

3.4 护板 (9)

3.5 烟道 (9)

3.5.a 进口烟道 (9)

3.5.b 出口烟道 (9)

3.6 锅炉烟囱 (9)

3.7 管道系统 (10)

3.7.a 内部管道 (10)

3.7.b 疏水和放气 (10)

3.7.c 外部管道 (10)

3.8保温 (10)

3.8.a 烟囱（外部保温） (10)

3.8.b 烟道和护板（内部保温） (10)

3.8.c 管道和压力容器 (10)

3.9 钢结构和平台 (10)

3.10 安装 (11)

3.11 噪音控制 (11)

4 辅助设备 (11)

4.1 给水泵 (11)

4.2 气候挡板 (12)

4.3 阀门、管件和安全阀 (12)

4.3.a 阀门和管件 (12)

4.3.b. 安全阀 (12)

4.4 仪表 (12)

4.5. 脱硝装置 (12)

5. 保证 (12)

5.1性能 (12)

5.2. 噪音水平 (13)

6. 余热锅炉的运行 (13)

6.1 运行 (13)

6.1.a滑压模式下余热锅炉的运行 (13)

6.1.b 启动顺序 (14)

6.1.b.1总则 (14)

6.1.b.2冷态启动 (14)

6.1.b.3 第二台锅炉启动 (15)

6.2控制系统要求 (15)

6.2.a. 控制回路原则 (15)

6.2.a.1锅炉汽包水位 (15)

6.2.a.2低压省煤器 (15)

6.2.a.3高压和热再热蒸汽温度 (15)

6.2.b 保护 (16)

6.2.c 启动联锁 (16)

6.3 锅炉的保养 (16)

6.4 蒸汽品质 (17)

7. 水质要求 (17)

1. 概述

本联合循环电站包括2台燃气轮机、2台燃气轮发电机、1台蒸汽轮机、1台蒸汽轮发电机、两台余热锅炉和有关的辅助系统和设备。燃气轮机的燃料为天然气。本说明书主要是介绍联合循环系统中的余热锅炉，即由CMI公司作为技术支持方协同无锡华光锅炉股份有限公司共同设计的、专门为适应此种联合循环发电而开发的余热锅炉。

1.1 气象

气温

年平均气温 12℃

极端最低气温 -21.7℃

极端最高气温 42.2℃

风

五十年一遇10m高10min平均最大风速为 26.8m/s

大气压力

全年平均大气压力 1010.7hPa

夏季最热月份平均大气压力 997.4hPa

1.2 工程地质和地震

地震基本烈度：设防烈度：8度,设计地震分组为第一组

设计基本地震加速度值：0.2g

场地类型：Ⅱ类

1.3机组/余热锅炉年运行方式

2. 设备系统布置

2.1工艺流程

本项目的烟气和工质流程请参照 P&I D图(2FR-7)。

2.1.1 余热锅炉的烟气流程

烟气从燃气轮机排出，进入进口烟道。在入口烟道中烟气由水平流动转向垂直向上流动，然后进入锅炉本体，依次冲刷第五层模块、第四层模块、SCR模块、第三层模块、第二层模块和第一层模块，最后经出口烟道及烟囱向上排入大气。

第五层模块包括：高压过热器3级（SHP3）、再热器2级（RHT2）、高压过热器2级（SHP2）、再热器1级（RHT1）、高压过热器1级（SHP1）。

第四层模块包括：高压蒸发器（VHP）。

第三层模块包括：高压省煤器3级（EHP3）、中压过热器（SMP）、高压省煤器2级（EHP2）、中压蒸发器（VMP）。

第二层模块包括：低压过热器（SLP）、高压省煤器1级（EHP1）、中压省煤器（EMP）、低压蒸发器（VLP）、低压省煤器（ELP）。

第一层模块包括：低压省煤器（ELP）。

2.1.2 余热锅炉的汽水流程

余热锅炉工质侧可分为三个压力等级，各级压力汽水流程如下：

高压系统：高压给水泵把来自低压汽包的部分给水送入高压省煤器1级（EHP1）、高压省煤器2级（EHP2）和高压省煤器3级（EHP3）加热后，进入高压汽包。进入高压汽包的给水，由高压蒸发器下降管引入高压蒸发器（VHP），蒸发吸热后经上升管进入高压汽包进行汽水分离，分离后饱和水回下降管。高压饱和蒸汽则由高压汽包上部的高压饱和蒸汽引出管引出，进入高压过热器1级（SHP1）和高压过热器2级（SHP2），经过减温器后，进入高压过热器3级（SHP3），最后高压过热蒸汽被送到汽轮机的高压缸去做功。

中压系统：中压给水泵把来自低压汽包的部分给水送入中压省煤器（EMP）加热后，进入中压汽包。进入中压汽包的给水，由中压蒸发器下降管引入中压蒸发器（VMP），蒸发吸热后经上升管进入中压汽包进行汽水分离，分离后饱和水回下降管。中压饱和蒸汽由中压汽包上部的中压饱和蒸汽引出管引出，进入中压过热器（SMP）吸热后成为中压过热蒸汽。中压过热蒸汽与汽轮机高压缸做功排出的冷再热蒸汽相混合，然后进入再热器1级（RHT1），经过一级减温器后，进入再热器2级（RHT2），最后作为再热蒸汽被送到汽轮机的中压缸去做功。

低压系统：来自冷凝器的冷凝水经过低压省煤器（ELP）加热后，一部分被送到热网加热系统，其它部分被送到低压汽包。进入低压汽包的给水，一部分作为高压给水和

中压给水分别进入高压给水泵和中压给水泵，另一部分由低压下降管进入低压蒸发器（VLP），蒸发吸热后上升进入低压汽包内进行汽水分离，分离后饱和水回下降管。低压饱和蒸汽由低压汽包上部的低压饱和蒸汽引出管引出，进入低压过热器（SLP），最后产生低压过热蒸汽。

2.2. 布置

余热锅炉及其辅助设备为全封闭型式，具体布置请参照总体布置（2FR-0）。锅炉钢结构主要采用全钢高强螺栓连接结构。除汽包和集箱外，锅炉所有的受压元件均采用了悬吊式结构，悬挂于锅炉钢结构上。

余热锅炉采用模块结构，由水平布置的错列螺旋鳍片管和两个集箱组成受热面，各级受热面尺寸基本相似。立式余热锅炉特征为水平管道，可以通过在鳍片管上行走，进行内部检查，而不需要使用脚手架，这是立式余热锅炉的独有特点。

模块由多个受热面组成。每个受热面有一个进口集箱和一个出口集箱，集箱之间带有一排或多排管子。进口集箱或出口集箱可以放在炉前或炉后，管子错列处置，便于充分吸收烟气热量。在锅炉左右方向，每层模块又分为三组（左、中、右）模块。

模块由具有不同功能、甚至不同压力等级的受热面组成。在锅炉前后方向模块每隔一定长度，采用管板来加固整个模块的刚性，；同时在锅炉左右方向，模块每隔一定宽度，在鳍片管管列之间布置有防震隔板，可以有效减少模块在运行中的振荡。

立式余热锅炉热交换器具有灵活的蛇形管布置特点，而不是将管子限制在阻碍管子各自膨胀的两头联箱内。在炉墙内部，换热器可以允许管子的自由热膨胀：管板上钻有孔，其直径略大于实际的鳍片管外径，允许管子长度方向上的膨胀。管板本身也是悬挂式结构，因而允许整个锅炉能向下膨胀。

3. 余热锅炉描述

3.1. 自然循环

由于CMI公司的持续技术创新，已成功实现了在立式余热锅炉蒸发系统中采用自然循环结构，蒸发器的水循环是由热虹吸效应保证的。

3.2 受热面

模块化的受热面是由平行的管束与管板组成的。这些管束与位于烟道外侧的集箱焊接在一起。鳍片管是将螺旋的锯齿状的钢条焊接在钢管上制成的。钢条的宽度一般为15毫米，这样管道的外径可以达到68毫米。

每米长度上鳍片数量根据运行时烟气的状况来计算得出。最主要的标准是燃机所燃用的燃料。鳍片的焊接既要获得最大的受热面积，又要使烟气流动时不受任何限制。

每个集箱都设有一个手孔以便进行内部检查。手孔通常位于中间模块的集箱上。

受热面的高压、中压和低压回路均由省煤器、蒸发器和过热器组成。这些受热面的功能如下：

?省煤器用来回收蒸发器出口的烟气中所含的剩余热量来加热给水。

?蒸发器通过与汽包连接的回路产生蒸汽。

?过热器将汽包压力的饱和蒸汽加热到所需的蒸汽参数。

3.2.1 高压系统各受热面的结构参数

3.2.2 中压系统各受热面的结构参数

3.2.3再热器系统各受热面的结构参数

3.2.4低压系统各受热面的结构参数

3.3. 汽包

余热锅炉中汽包的作用在于：

?保证给水和炉水之间良好的混合；

?构成系统水循环所需要的水储备；

?允许启动时的水膨胀；

?保证汽水分离。

汽水分离由两级组成，第一级为孔板分离器，第二级为钢丝网除雾器。由于汽包位于锅炉护板的外侧，所以不受热烟气影响。

汽包和受热面间的管道通过焊接连接，可以保证管道的膨胀而不会对汽包产生不适当的应力。为保证汽包水位在启动时处于报警水位以内，在燃机启动之前必须将余热锅炉的水位降低到略高于低水位的启动水位。汽包内还装有必要的附件：

?钢丝网除雾器；

?一级汽水分离装置；

?给水分配集箱；

?带防涡流装置的下降管管接头；

高压汽包的材料为SA302B，内径Φ2500mm，壁厚135mm；中压汽包的材料为

SA516 Gr70，内径Φ2400mm，壁厚46mm；低压汽包的材料为SA516 Gr70，内径

Φ3200mm，壁厚20mm。

3.4 护板

所有的受热面、集箱和管板都位于一个由钢板焊接制成的密闭壳体之中，即锅炉的护板。（护板是内保温的）

此外，护板上还装有检查孔，以便进入到锅炉内部的模块之间的自由空间进行检查。

3.5 烟道

进口烟道和出口烟道是为了将燃机的排气传输到锅炉并排放到大气中。

烟道由钢板制成，能够承受内部烟气的压力。板材等级根据实际的金属温度来选取。进出口烟道都采用内部保温结构。

与锅炉的护板一样，烟道也配有适当的加强筋以承受内部烟气的压力。

此外，进口烟道还装有检查孔，以便进入进口烟道的底部。出口烟道也装有检查孔，以便进入到烟道消音器或最后一级受热面顶部。

3.5.a 进口烟道

锅炉进口烟道的作用是将燃气轮机出口烟道与余热锅炉连接起来，并将烟气均匀的分配到锅炉的各个受热面上。锅炉入口转角烟道前设有一个非金属柔性膨胀节，用以吸收锅炉热态运行时所产生的向下及向前的双向位移量，同时具有吸收膨胀量大、隔震、减噪等优点。

3.5.b 出口烟道

锅炉出口烟道起着排放烟气的功能，锅炉出口断面在烟气流动方向上缩口以增加烟气的流动速度，同时也促进热烟气向烟囱上方的流动。

3.6 锅炉烟囱

锅炉烟囱是安装在锅炉钢结构上，烟囱由以下部件构成：

?碳钢钢板，承受所有由烟囱重量及地震载荷所产生的所有应力。

?在钢板外，烟囱覆有保温层，保温层厚度的设计考虑对烟囱进行维护的操作人员的安全和使烟囱内部钢板温度达到酸露点以上。

?保温层外设有外护板起到保护作用。

烟囱的高度、直径和操作平台见锅炉总图。

3.7 管道系统

3.7.a 内部管道

内部管道用来将水和蒸汽从一个受热面传递到另一个受热面、汽包、泵或者出口连接管。

管道通过适当的吊架悬挂在锅炉钢结构上。

3.7.b 疏水和放气

余热锅炉配备所有必要的放气和疏水装置来保证安全可靠的运行。锅炉的集箱和管道都是100%可放空的。在正常启动和停机过程中要操作的阀门都是电

动的。

3.7.c 外部管道

外部管道是指连接锅炉给水或蒸汽用户的管道，其供货界限如 PID 所示。

3.8保温

3.8.a 烟囱（外部保温）

余热锅炉的烟囱是按传统的外保温结构设计。

保温材料由外护板包覆，外护板由波形板制成。

3.8.b 烟道和护板（内部保温）

余热锅炉烟道和护板为冷护板结构，采用内保温设计。

护板由碳钢钢板制成。

内部保温是将硅酸铝纤维棉做成毯状，通过焊接在护板上的不锈钢锚钉来固定，再用不锈钢内衬板或碳钢钢板内衬板进行保护，内衬板厚度一般为2mm。此外，内保温可以允许在烟道内对其进行维护和更换。

3.8.c 管道和压力容器

管道和压力容器的保温材料是采用带铁丝网的硅酸铝纤维板结构，外表面包覆一层铝皮进行保护。

3.9 钢结构和平台

余热锅炉的钢架是为了支撑在各种负荷条件下的余热锅炉荷载。

锅炉钢架采用全钢、扭剪型高强螺栓连接结构，钢架由柱、梁、热梁、加固钢架及垂直支撑构成一个立体桁架体系。

热梁与模块区的柱子用螺栓连接，以形成一个个“Π”形柱，热梁用于吊挂模块，受热面模块的荷载通过热梁传递到锅炉钢柱上。集箱区的钢柱用于集箱的固定和出口烟

道、烟囱等的支撑。锅炉钢架除承受锅炉本体荷载外，还能承受锅炉范围内的各汽水管道，烟道、平台载荷等。

汽包四周和人孔的前方设有平台，通过扶梯可由地面到达各层平台。

走道设计方便运行和维护诸如阀门、仪表、汽包、检查孔、气候挡板、航空警示灯等。

3.10 安装

余热锅炉模块是经过特殊设计的，可以减少受热面上现场焊接的处数，适合现场安装和运输。具体安装请参见2FR-SM7“锅炉安装说明书”。

如果将相邻1、 2 或 3个受热面看成一组, 一个模块就是车间内预制好的这个一组的一部分。根据运输条件的要求，每一组受热面在宽度方向上由3个模块组成。

车间内完成每一个模块后都要进行水压试验，试验完成后，将模块内的水放空，在集箱上装上密封盖。

锅炉的安装过程可以简单叙述如下：

?安装锅炉主要钢结构

?起吊和先安装带内保温的侧护板

?起吊和安装构成锅炉最上部受热面的模块

?整体起吊和定位模块

?安装出口烟道和锅炉烟囱

?起吊和安装其它护板

?起吊和安装进口烟道

?管道安装

?安装控制设备、变送器等

?保温

3.11 噪音控制

为满足烟囱噪音要求，通过计算在锅炉出口烟道内安装有消音器。

噪音计算考虑到了护板厚度以及通过换热器的声音衰减。在过热器和汽包的安全阀上安装有消音器，在锅炉上部装设有烟道消音器。

在排污扩容器排汽管上设有消音器。

4 辅助设备

4.1 给水泵

每台锅炉高压和中压都设有给水泵，并配备有最小流量再循环阀。

4.2 气候挡板

在锅炉的顶部，烟囱的下方，有两个水平的翼状挡板。它的作用是：

?停运时防止雨水进入锅炉；

?在锅炉停炉时阻止烟气流动，尽可能保持锅炉内烟气温度。这个完全由碳钢制成的挡板由电力驱动；带有所有的必要设施防止锅炉运行时关闭；还有带有雨水排放系统。

类型：双翼

4.3 阀门、管件和安全阀

4.3.a 阀门和管件

锅炉的所有的阀门和管件都要求安全可靠的运行，在P&I D 图中所示也可以从中看出阀门的驱动类型。

在锅炉启动和停机时需操作的阀门均为电动的。

4.3.b. 安全阀

根据相关的规范确定安全阀的数量、安装位置和排放量。安全阀为弹簧型的，在车间内进行测试和设定。

汽包和过热器的蒸汽部分和省煤器的水侧部分装有安全阀。

4.4 仪表

根据 P&I D 图提供就地和远传仪表。

4.5. 脱硝装置

本装置包括催化剂、喷氨格栅、烟道及支撑钢架等，原理是通过使用氨水作为反应物来减少烟气中的NO

的生成。

X

5. 保证

5.1 性能

以上保证条件在实际试验条件中引起的偏差需要根据测量值进行修正。锅炉的性能测试应根据ASME PTC 4.4进行。

5.2. 噪音水平

在各种正常运行工况条件下，锅炉及其辅助设备、阀门的噪音在距设备外壳1m、地面或维修平台上方1.5m处不大于85dB（A）。

6. 余热锅炉的运行

6.1 运行

6.1.a滑压模式下余热锅炉的运行

滑压模式是指蒸汽压力随着蒸汽流量的变化而波动: 在通常运行情况下, 锅炉运行时, 蒸汽轮机的主节流阀始终时全开的。

这种运行方式将锅炉在部分负荷下回收热量的能力最大化，如果蒸汽流量降低了，蒸汽压力也随着降低，饱和温度也降低，从而回收的热量增加。整个联合循环机组的效率同定压方式相比有所提高。

联合循环通常运行在滑压模式下：蒸汽压力不受控制，蒸汽轮机的主阀全开，压力取决于蒸汽的流量，并符合以下公式：

P = K x G x N x SQRT (T)

式中：

K =流量常数系数

P =汽轮机进口压力

G =每台余热锅炉所产生的蒸汽流量

T =汽轮机进口的蒸汽温度（绝对温度）

N =蒸汽轮机所对应的运行锅炉数量。

6.1.b 启动顺序

6.1.b.1总则

启动余热锅炉指导原则是：

?低压、中压和高压汽包的水位设定在启动水位，由单冲量控制回路（汽包水位控制）控制。

?启动水位比正常运行水位低，以保证在启动过程中蒸发器回路排出的水能储存在汽包中而不需要排掉。

?进入锅炉的热量通过控制燃气轮机的负荷来控制。

?当每级回路中的给水量达到约20%时，锅炉水位控制点可以切换到正常水位控制，这个切换的延迟是为了防止汽包中出现波动或过冷。当这个切换进行的同时，控制切换到三冲量控制。

6.1.b.2冷态启动

余热锅炉的压力通过调节蒸汽旁路系统逐步提高。

因此，从5bar开始，需要调节高压和中压旁路调节阀来控制压力梯度的变化。

达到设定压力后，停止升压并将压力控制在固定压力值上。

低压系统的压力随燃机的负荷而增加。旁路调节阀的压力设定点调整到一个恒定压力，与低压回路的最小允许压力相同。

当蒸汽轮机加载时，由于旁路系统设定在恒定压力上，所以旁路阀渐渐被关掉。当每个旁路阀都完全关闭时，汽机启动过程完成。然后，旁路控制阀设定到设定点控制，与主蒸汽的实时压力控制器一起连续运行。

6.1.b.3 第二台锅炉启动

按照与第一台锅炉的相同启动程序通过汽机旁路搞高第二台锅炉内蒸汽压力。

当锅炉的各级压力与运行的锅炉相同时，为保持两台锅炉相同的压力，将旁路调节阀设定到恒定压力。

当主汽温与另一台运行锅炉接近时（最大允许温差50°C），打开主汽阀。

这样第二台锅炉可以向汽机供汽，此时可以提高蒸汽旁路的设定值以控制升压梯度，至此就完成了从汽机旁路到汽机的切换。

6.2控制系统要求

6.2.a. 控制回路原则

6.2.a.1锅炉汽包水位

?被控制量：给水流量

?参数：给水流量，蒸汽流量和汽包水位

?系统：三冲量控制回路：

将给水流量与蒸汽流量相比较，蒸汽流量的变化会通过给水调节阀使给水流量产生相应的变化。

因为给水流量不受负荷或压力变化时汽包中水位变化的影响，因此控制回路通过整体作用将其调整到正常水位。

当锅炉的蒸汽流量介于满负荷水流量的0-20%时，给水流量会由一个单冲量回路系统来控制，其参数为汽包水位。

由于水和蒸汽的参数根据电厂负荷而变化，蒸汽流量需与温度和压力一起测量，以便在任何时候都能获得更准确的流量。

从单冲量到三冲量回路控制的切换必须避免不稳定、震动、冲击等等。

6.2.a.2低压省煤器

?被控制量：低压省煤器再循环流量

低压省煤器旁路

?参数：低压省煤器进口与再循环水混合处下游水温度

低压省煤器出口与旁路水混合处下游水温度

?系统：为低压省煤器的进口水温度控制在酸露点之上，该功能通过低压省煤器出口到进口的再循环水及低压省煤器旁路来实现。

6.2.a.3高压和热再热蒸汽温度

?被控制量：高压和中压减温水量

?参数：高压和热再热蒸汽温度

?系统：高压和中压给水通过减温器调节阀喷入到蒸汽中

6.2.b 保护

6.2.c 启动联锁

在高压、中压或低压汽包水位不能满足启动条件的情况下，不能启动锅炉。

如果不能保证高压、中压或凝泵中至少各有一台在运行，则不能启动锅炉。

6.3 锅炉的保养

受压件的内部覆盖着Fe

3O

4

可保护锅炉不受腐蚀，其厚度很薄，要求运行和停炉时

保持正确的炉水化学特性才能维护好。

保养方法和原则

锅炉保养方法的选择取决于锅炉停机时间的长短，对任何一种干法保养法而言，炉水在疏光以前必须都是除盐水。

对于不同的情况可以采用不同的保养原则：

?只停机一夜，可将锅炉维持在蒸汽压力下。

?长期停机时采用充氮保护。

? 向锅炉内充入处理过的水，覆盖氮气 (水 + 50 ppm NH 3 + 50 ppm N 2H 4 或 水 + 300 ppm NH 3)。

? 使锅炉处在干空气中(相对湿度< 30 %). 这样可以对锅炉内部进行维护。 6.4 蒸汽品质

7. 水质要求

水质是锅炉安全可靠长期运行的一个非常关键的因素，必须严格控制。

锅炉水侧接触面必须无油、无脂、无垢、无杂质或任何其他可造成起泡、夹带、腐蚀或影响传热的化学物质。

在所有的情况下，给水和炉水都必须清洁、无色、没有悬浮物。为了避免腐蚀，锅炉给水和炉水的处理是必要的。

连续排污率是给水品质的函数。下述要求是低压省煤器进口水质的最低要求，在启动

和部分负荷时也一样。

外观： 清洁，无色

20 °C 时的pH 值： 9.0到9.6

有过多的还原剂的溶解氧： <10ppb

总铁量： <10ppb

总铜量： <3ppb

油脂： <0.1ppm

有机物： <4ppmKMnO

4

硬度：检测不到

碳酸盐：检测不到

重碳酸盐：检测不到

导电率： <3～11μs/cm

酸导电率： <0.2μs/cm 低压省煤器进口和出口水中的O

、pH 和导电率必须连续记录。

2

汽包中的pH 值和导电率也必须连续记录。