第二章 燃烧装置专 题 课 2 余热锅炉技术主要内容1 余热锅炉概述余热锅炉组成及工作过程2 3 余热锅炉参数 4 余热锅炉的分类1 余热锅炉概述 什么是余热锅炉？余热锅炉 HRSG（ HtR St G t ） ： （ Heat ecovery Steam enera or ） 热回收蒸汽发生器：Heat Recovery Steam Generator 余热： Waste Heat 余热锅炉是锅炉的一种 ，它主要是利用各种工业过程的废气 、 废料或废液中的余热或其可燃物质燃烧后产生的热量气 、把水加热到一定温度工质的锅炉。 热传导以对流换热为主 。1 余热锅炉概述 什么是余热锅炉？“ 余热锅炉 ” 通常是没有燃烧器的 如果需要高压高温的 ，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 能够产生高参数的蒸汽， 。 例如某余热锅炉不装燃烧器时，入口烟气温度为500，装设附加燃烧器后 可使入口烟气温度达到 756 蒸汽， 。的压力可以从4MPa升到10MPa，蒸汽的温度可以从450升到 510 ， 蒸汽可以供高温高压汽轮机用 ， 从而增加了， ，电功率输出。1 余热锅炉概述 废气、废料及废液工业废气 即载热气体 其洁净程度分为， ， “洁净”烟气 含尘量不大于 5g/Nm3不含腐蚀性或粘结性成分 如玻璃窑 燃气轮， 不含腐蚀性或粘结性成分 ， 如玻璃窑 、 燃气轮机及各种内燃机的排气。 带尘烟气 含尘量大于5g/Nm3，可能会对锅炉受热面产生磨损、积灰、堵灰或搭桥，如沸腾焙烧炉、水泥炉、干熄焦系统的烟气。 粘结性烟气 烟气中所携带的烟尘，升华或气化物质能， 在一定条件下可能粘结在锅炉受热面或其他部件上，如有色金属的冶炼炉的烟气。 腐蚀性烟气 含有氮氧化物、硫氧化物、硫化氢、氯气及氨气等成分 ，腐蚀锅炉受热面及相关部件 如硫铁矿焙烧炉等的烟气， 如硫铁矿焙烧炉等的烟气 。1 余热锅炉概述 废气、废料及废液废料 载热固体，如干熄焦系统的焦炭、钢钉钢坯、炼钢钢渣、高温锻件及煤矸石砖等 。废液 载热液体，如“发烟”硫酸，造纸厂的黑液等。1 余热锅炉概述 余热锅炉与常规锅炉的区别余热锅炉主要是利用工业生产排气作为热源 因此不需要 ，燃烧系统 (除非有补燃要求)。 余热锅炉可在多压状态下产生蒸汽，提高了热回收效率。 对流热交换而不是辐射热交换 。 余热锅炉不采用膜式水冷壁结构。 余热锅炉采用翅片管提高传热效率。1 余热锅炉概述 余热锅炉与常规锅炉的区别余热锅炉 常规电站锅炉2 余热锅炉组成及工作过程 通常余热锅炉由 省煤器 、 蒸发器 、 过热器 以及 联箱 和 汽包 等换热管组和容器等组成 在有再热器的蒸汽循环中 可以加， ， 可以加设再热器。 在省煤器中锅炉的给水完成预热的任务，使给水温度升高到接近饱和温度的水平 ； 在蒸发器中给水相变成为饱和蒸汽； 在过热器中饱和蒸汽被加热升温成为过热蒸汽；在再热器中再热蒸汽被加热升温到所设定的再热温度 。2 余热锅炉组成及工作过程 余热锅炉布置图(燃气轮机余热利用)3 余热锅炉主要特性参数 热端温差热端温差是指换热过程中过热器入口烟气与过热器出口过热 热端温差是指换热过程中过热器入口烟气与过热器出口过热蒸汽之间的温差。 降低热端温差，可以得到较高的过热度，从而提高过热蒸汽品质。但降低热端温差，同时也会使过热器的对数平均温差降低 也就是增大 过热器的传热面积 加大 金属耗量， 也就是增大 了 过热器的传热面积 ， 加大 了 金属耗量 。 大量计算表明，当热端温差选择在3060范围内，是比较合适的。3 余热锅炉主要特性参数 节点温差 节点温差也叫窄点温差 是换热过程中蒸发器出口烟气与被节点温差也叫窄点温差 ， 是换热过程中蒸发器出口烟气与被加热的饱和水汽之间的最小温差。 当节点温差减小时 ， 余热锅炉的排气温度会下降 ， 烟气余热， 余热锅炉的排气温度会下降 ， 烟气余热回收量会增大，蒸汽产量和汽轮机输出功都随之增加，即对应着高的余热锅炉热效率，但平均传热温差也随之减小，这必将增大余热锅炉的换热面积 显然 是不允许等于零的必将增大余热锅炉的换热面积 。 显然 ， 是不允许等于零的 ，否则，余热锅炉的换热面积将为无穷大，这是不现实的。此外 随着余热锅炉换热面积的增大 燃气侧的流动阻力损 ， 随着余热锅炉换热面积的增大 ， 燃气侧的流动阻力损失也将增大，有可能使燃气轮机的功率有所减小，导致联合循环的热效率有下降的趋势。 接近点温差 接 近 点 温差 是指余热锅炉省煤 器 出口 压 力下 饱 和水 温 度和出接 点 是指余热锅炉省煤 出口 力下 和水 度和出口水温之间的温差。4 余热锅炉的分类 4.1 按余热锅炉烟气侧热源分类 （以燃气轮机余热利用为例） 无补燃的余热锅炉 这种余热锅炉单纯回收燃气轮机排气的热量，产生一定压力和温度的蒸汽压力和温度的蒸汽 有补燃的余热锅炉 由于燃气轮机排气中含有 14 18 的氧 可在余热锅由于燃气轮机排气中含有 的氧 ， 可在余热锅炉的恰当位置安装补燃燃烧器，充天然气和燃油等燃料进行燃烧，提高烟气温度，还可保持蒸汽参数和负荷稳定，以相应提高蒸汽参数和产量，改善联合循环的变工况特性。般来说 采用无补燃的余热锅炉的联合循环效率相对较 一 ，高。目前，大型联合循环 大多采用无补燃的余热锅炉 。4 余热锅炉的分类 4.2 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、 双压 、 、 三压 、 三压再热等五大类的汽水系统。 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。 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 。4 余热锅炉的分类 1-低压蒸发器2 省煤器-省煤器3-高压蒸发器4-锅筒锅筒5-循环泵6-过热器7-蒸汽轮机8-发电机9-冷凝器10-凝结水泵11-除氧器12-低压给水泵单压余热锅炉汽水系统4 余热锅炉的分类 1-低压省煤器2 低压蒸发器-低压蒸发器3-输水泵4-高压省煤器高压省煤器5-低压过热器6-高压蒸发器7-高压过热器8-高压锅筒9-低压锅筒10-蒸汽轮机11-除氧式凝汽器12-发电机13 燃气轮机双压余热锅炉汽水系统-燃气轮机14-凝结水泵4 余热锅炉的分类 4.3 按受热面布置方式分类 卧式布置余热锅炉 立式布置余热锅炉4 余热锅炉的分类 4.4 按工质在蒸发受热面中的流动特点(工作原理)分类 自然循环余热锅炉 烟气是水平方向地流过垂直方向安装的管簇的。管簇中的水汽混合物与下降管中冷水的密度差 ， 是维持蒸发器的水汽混合物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。 强制循环余热锅炉 烟气通常总是垂直地流过水平方向布置的管簇的。通过循环泵来保证蒸发器内循环流量的恒定。 直流余热锅炉 直流余热锅炉靠给水泵的压头将给水一次通过各受热面变成过热蒸汽。在蒸发受热面中，工质的流动是由给水泵压头来实现。4 余热锅炉的分类 卧式布置余热锅炉4 余热锅炉的分类 卧式布置余热锅炉自然循环余热锅炉4 余热锅炉的分类 立式布置余热锅炉4 余热锅炉的分类 立式布置余热锅炉强制循环余热锅炉西门子 HRSG4 余热锅炉的分类 自然循环余热锅炉特点 优点 锅炉形式成熟、工作可靠，必须要高温锅水循环泵； 结构简单 制造容易 ；， 制造容易 ； 锅炉水量大，适应负荷变化能力强，自动控制要求相对不高； 锅炉重心低 ， 稳定性好 ， 抗风抗震性强 。， 稳定性好 ， 抗风抗震性强 缺点 蒸发受热面为立式水管，布置于卧式烟道，占地面积大，刚才耗量大； 锅炉水容量大，启停及变负荷速度慢。4 余热锅炉分类 强制循环余热锅炉特点 优点 热面布置灵活； 采用小管径受热面 重量轻 尺寸小 结构紧凑 ；， 重量轻 ， 尺寸小 ， 结构紧凑 ； 常布置于立式烟道，烟囱和锅炉合二为一，占地面积小； 锅炉水容量小 ， 启动快 ， 机动性好 ；， 启动快 ， 机动性好 ； 组装出厂，安装方便。 缺点 必须装设高温锅水循环泵，可靠性差，电耗和运行费用增加； 采用小弯头，制造工艺复杂； 锅炉重心高，稳定性差，不利抗风抗震。4 余热锅炉分类 立式与卧式HRSG的比较立式 HRSG (烟气流动方向垂直 ) 大多数采用强制循环占地面积小 布置灵活 ， 布置灵活 受热面容易维护 卧式 HRSG (烟气流动方向水平 ) 自然循环 占地面积较大 采用补燃时在布置上有一定的灵活性 高可用性 设备费用较低 只有一个主平台 设计为顶部或底部支承4 余热锅炉的分类 4.5 按余热锅炉布置形式分类 管壳式余热锅炉 烟道式余热锅炉管壳式余热锅炉4 余热锅炉的分类 烟道式余热锅炉4 余热锅炉的分类 46 按余热锅炉进口烟气含尘量和烟气特性分类 第 一 类余热锅炉类余热锅炉 烟气中含尘量不大于20g/Nm3的余热锅炉 第二类余热锅炉 烟气中含尘量大于20g/Nm3且不大于70g/Nm3的余热锅炉 第三类余热锅炉 烟气中含尘量大于70g/Nm3的余热锅炉 第四类余热锅炉 烟气中含有粘结性烟尘的余热锅炉 第五类余热锅炉 烟气中含有强腐蚀成分或具有有毒烟气的余热锅炉4 余热锅炉的分类 3.6 按照受热方式（传热管内流动的介质）分类 水管式余热锅炉烟气在管外对流冲刷加热管内的水 烟气在管外对流冲刷加热管内的水 。 烟管式余热锅炉 烟气在管内通过 加热管外的水， 加热管外的水 。4 余热锅炉的分类 3.6 按照受热方式（传热管内流动的介质）分类 水管式余热锅炉烟气在管外对流冲刷加热管内的水 烟气在管外对流冲刷加热管内的水 。 烟管式余热锅炉 烟气在管内通过 加热管外的水， 加热管外的水 。