燃气

王少颖

余热锅炉是联合循环系统中三大主要设备之一，上游连接着燃气轮机，下游连接着蒸汽轮机，在系统中起着承上启下的作用，实现了能量的阶梯利用，因而余热锅炉是联合循环系统整体优化的一个关键设备，对联合循环系统的效率有重要影响。因此，对于如何更好地提高燃气蒸一汽联合循坏系统的效率，是目前研究的重点。如何更好地提高余热锅炉的性能，充分挖掘其余热回收的潜力，是国内外行业内所关注的一个重要问题。

1 燃气.蒸汽联合循环余热锅炉特点

1、排气温度较高，流量较大

随着燃气轮机技术的不断发展，其参数和流量不断增大，这使得进入余热锅炉的燃气轮机排气温度也越来越高，流量越来越大。燃气轮机排气温度在余热锅炉无补燃时为500～610℃，在余热锅炉有补燃时比无补燃是要高lOO℃左右；流量也发生了很大变化。但是相应而来的是燃气轮机背压也逐渐升高，效率有所降低。这是因为烟气流量增大、流速增高，使得烟气侧流动阻力增加。由于燃气轮机排气量的增加，不管余热锅炉入口段还是出口段，其烟气流量增大，容易造成在流通截面上产生较大的速度梯度和温度梯度。

2、换热强度变化明显

整个系统的烟气流程为：高温高压的烟气在燃气轮机中膨胀做功，烟气温度降低之后排入余热锅炉，进而在余热锅炉中与换热器进行热量交换，将低温给水加热生成蒸汽和热水，之后蒸汽在蒸汽轮机中膨胀做工，烟气最后排出进入大气。烟气在余热锅炉内进行热量交换，其在锅炉进口烟温度较低，但是由于烟气与受热面之间的传热是以对流传热为主，随着换热过程的进行，燃气显热减少，温度逐渐降低，换热能力也逐渐下降。

因此，为了更多的回收余热，需要对余热锅炉的换热面进行强化。余热锅炉多采用螺旋翅片换热管束不仅强化传热，而且降低流动阻力，减少金属耗量并使受热面布置紧凑，提高设备的经济性和运行的可靠性。

3、运行工况易变

对于燃气轮机具有优良的负荷调节特性，伴随工况的变化或负荷的调整，燃气轮机排气流量、温度将发生较大变化，短时间就可以适应。但是，蒸汽轮机调节特性较差，因此运行过程中参数要求蒸汽稳定，变工况条件下，参数不能变化太大、太快。处于燃气轮机和蒸汽轮机之间的余热锅炉，就必须要同时满足两者的需要才能保证整个系统的稳定和安全，这就对余热锅炉不仅是在结构设计，还是在自动控制理论方面都有了极高的要求。

2 燃气.蒸汽联合循环余热锅炉性能影响因素

余热锅炉作为燃气.蒸汽联合循环系统中的一个重要设备，在联合循环中起着桥梁作用，合理正确的提高余热锅炉的性能，进而提高其效率，将对整个循环系统的效率的提高有着重要的影响。但是余热锅炉性能效率的提高也将受到其他因素的影响，因为这些因素在整个系统中，相互影响，相互制约。

1、节点温差、接近点温差和热端温差

节点温差指余热锅炉中蒸发器出口处烟气与饱和蒸汽之间的最小温差。节点温差与整个系统联合循环效率有着密切的关系。这是由于减小节点温差，就意味着余热锅炉排烟温度降低，其吸热量增加，联合循环效率提高。然而，节点温差减少，就意味着需要更多的换热面积来吸收热量，使得整个余热锅炉成本增加，造价提高。由此说明，节点温差的选取是否合理将会对整个联合循环余热锅炉的运行性能、投资费用、运行效益以及制造成本等各个方面产生影响。

接近点温差指余热锅炉省煤器出口压力下的饱和温度与出口水温之间的温差。在蒸汽流量以及排烟温度不变的情况下，适当地减少接近点温差会使系统总的传热面积减少，这样有利于降低成本。但是，接近点温差不能太小，这是由于省煤器会在为在启动或者低负荷情况下出现汽化现象，为了防止这一现象的产生，所以设计余热锅炉是总是要求省煤器的出口水温要略低于响应下的饱和水温。

热端温差是指过热器出口处烟气与蒸汽的温度差值。适当地降低热端温差，可提高过热度，进而提高过热蒸汽品质，提高循环效率，同时这样会使得蒸汽的流量减少。过热器和蒸发器的对数平均温差也相应降低，传热面积需要增大，盒属耗量增加，热端温差的选取其实更取决于联合循环系统的优化考虑。

2、汽水系统的布置形式

联合循环余热锅炉随着燃气轮机的发展，其压力等级也有所发展，从单压到双压的发展，进一步降低了排烟温度，后来从双压发展到三压以及再热系统的发展，使得系统设计又向前迈进一步。目前应用较多的多压系统有双压、双压再热、三压以及三压再热系统。

单压系统布置简单，优化设计时主要考虑蒸汽的压力等级。当蒸汽压力升高时，会使得余热锅炉的排烟温度增加。这是由于蒸汽压力的升高，使得单位质量蒸汽所含的焓值增加，即焓降增加，做工能力增加。此情况下，蒸汽流量将会减少。在保持节点温差不变的情况下，烟气与省煤器的传热温差增大，而烟气与蒸发器、过热器的传热温差下降，最终所需要的传热面积增加。通常单压余热锅炉的排烟温度在160～200℃左右。

为了降低排烟温度，从烟气中回收更多的热量，进而使得联合循环效率提高，通常情况下多采用多压系统，但这样增加了系统的复杂性，包括锅炉本身，还包括占地面积以及运行维护费用，使得投资增加。可以看出，随着蒸汽轮机系统参数的提高及系统的复杂化（由双压变为三压，由不再热向再热过渡），联合循环的效率会有一定程度的提高。目前多压系统可以使得余热锅炉出口排烟温度降低到llO～120℃，对于燃烧含硫量极少的天然气的机组，余热锅炉出口排烟温度可降至80～85℃左右。在具体的工程应用中采取哪种汽水系统，应该要将系统效率和经济性结合在一起考虑，即要考虑电站装置费用、燃料价格、电站的符合性质和运行维护费用等因素。

3、补燃

联合循环采用补燃技术有以下几个用途：1）增大联合循环的功率；2）提高汽轮机的初参数，进而提高汽轮机系统的效率，在一定条件下增高联合循环的效率；3）改善联合循环的变工况特性，使得效率随负荷的降低而逐渐减小的趋势平缓。

在燃气.蒸汽联合循环中，无补燃时余热锅炉蒸汽参数容易受到燃气轮机排气的影响，而且余热锅炉所产生的蒸汽量有限，使得蒸汽轮机的功率不可能很大，一股只有燃气轮机功率的一半左右：有补燃时，余热锅炉蒸汽参数受到燃气轮机排气的影响较小，蒸汽的温度可以高于燃气轮机排气，进而可以使得蒸汽量大幅度增加，蒸汽轮机系统相应的根据实际需要可以采用较高参数，从而使得蒸汽輪机的功率和燃气轮机的功率有一个很好的匹配，使得整个联合循坏功率达到提高。

随着燃气轮机技术的发展，燃气轮机进口参数和燃气轮机效率大幅度提高，在这种情况下，可提高系统效率的最大补燃量不断减小。由于汽轮机效率的提高已变得比较困难，补燃已逐渐失去提高联合循环系统效率的作用，在目前燃气轮机较高参数条件下，有补燃的联合循环效率不如无补燃的。余热锅炉如果补燃就需要额外配备补燃的燃烧系统，整个循环系统将变得比较复杂。如果希望余热锅炉能够独立于燃气轮机运行，还需要配备风机、旁通风道等设备。不过补燃可以使用煤或其它劣质燃料。

3 结束语

余热锅炉作为联合循环中一个承上启下的关键设备，在研究余热锅炉性能时要兼顾其它设备，从而使整个联合循环系统效率达到最优。