（无锡蓝天燃机热电有限公司）
摘要：随着经济的快速发展，人们对能源节约和环境保护的意识也不断增强，从而使得高能节约、环保高效的燃气—蒸汽联合循环机组备受人们青睐。本文针对燃气—蒸汽联合循环组余热锅炉这一新型设备，分析了燃气—蒸汽联合循环机组余热锅炉的常见型式以及特点性能，对余热锅炉进行优化设计，进而实现提高联合循环电站的供电效率和能源利用率的目的。
关键词：联合循环机组 余热锅炉 设计优化
第一章 课题研究的背景和目的
处于21世纪的我们越来越重视保护环境，倡导采取新型节能高效的设备，减少烧煤所带来的空气污染，减少煤炭的勘测，保护我们赖以生存的地球。燃气—蒸汽联合循环余热锅炉这一燃用清洁燃料的新型设备，其高效、节能、环保被人们所广泛应用。对余热锅炉选型及优化设计能够进一步的提高设备的利用率，提高联合循环电站的供电效率，有效降低燃煤造成的空气污染。
第二章 燃气—蒸汽联合循环机组余热锅炉
1.余热锅炉的定义
余热锅炉（HRSG：Heat Recovery Steam Generator）是由汽包、蒸发器、省煤器、过热器和集箱等换热管簇和容器等组成的，将燃气轮机排出的烟气加热给水，给水变成过热蒸汽后送达到汽轮机中做功，实现热能回收的新型节能设备。
2.余热锅炉的分类
由于余热锅炉所属的分类依据不同，所以类型有很多种。
余热锅炉由于具有不同流动方向的烟气，所以可分为卧式和立式锅炉两种。立式锅炉，垂直方向流动的内部烟气与水平设置的冲刷受热面形成对流换热。卧式锅炉，水平方向流动的内部烟气与垂直设置的冲刷受热面形成对流换热。
余热锅炉由于整个水循环的推动动力不同，所以可分为自然循环和强制循环的余热锅炉。自然循环是利用水和汽水混合物本身的密度差，所以消耗的动力较低，水循环较为安全可靠。强制循环推动方式是利用循环泵供给的压头，其系统的效率较低。
余热锅炉根据燃料加入方式的不同,还分为补燃和不补燃的两种。对于高参数的大型燃气轮机联合循环装置，其透平排气参数已足够高，很少采用补燃的措施。
3.两种余热锅炉的选型
3.1卧式余热锅炉的优点
通过对卧式余热锅炉的结构进行分析，其采用悬吊型或自立支撑型方式，采用焊接技术固定支撑点，对于抗震具有很好的效果，更加便于工人对卧式余热锅炉进行维修和检查。
3.2立式余热锅炉的优点
立式余热锅炉的过热器设计与卧式余热锅炉不同，大大缩短了立式余热锅炉的运转启动时间，相比卧式余热锅炉，立式余热锅炉更适用于调峰运行。
立式余热锅炉的烟囱处于锅炉的顶端，所有的管子水平设计，所有在烟道中的受热面垂直布置，从而更大程度的缩小了占地面积，相比卧式余热锅炉，其布置更加灵活。
第三章 燃气—蒸汽联合循环余热锅炉的优化设计
1.余热锅炉性能优化的目的
余热锅炉在联合循环系统中起着承上启下的作用，既连接着蒸汽轮机，又连接着燃气轮机。由此可见，要提高整个联合循环的工作效率，就要提高蒸汽循环在整个系统中的效率，即优化余热锅炉的蒸汽参数，提高汽轮机内部的相对效率。
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2.余热锅炉性能参数的优化计算
2.1数学模型设计
本文以双压再热余热锅炉为例，通过研究其水和水蒸汽的压力和流量变化，进而达到最大的回收量。此模型的目标函数为回收量，变量为汽水侧的压力与流量。该数学模型：
max.E=f(Mh,M1,Ph,P1)
s.t. △Th>△Tmin
△T1>△Tmin
Tgout>Tgout,min
xc<0.2
其中△Tmin 为最小节点温差，Mh,M1,Ph,P1分别为高压、低压水蒸气流量和压力值，xc为汽轮机低压缸排气湿度。
2.2结果计算并分析
应用所建立的数学模型，当余热锅炉处于540℃—600℃范围的燃气温度，713t/h—2322t/h范围的燃气流量时，进行结果计算。分析得出回收值随着燃气流量值或燃气温度值的变大而变大，所以，在不突破限制条件的情况下，应尽量的提升余热锅炉的流量和压力。
2.3设计时合理选取性能参数
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，也就是说增大了过热器的传热面积，加大了金属耗量。大量计算表明，热端温差选择在30～60℃范围内，是比较合适的。
窄点温差的选择对蒸发量的影响较大，它反映了余热锅炉的热能利用程度。为了提高余热锅炉的热效率，窄点温差应取得小些。当窄点温差取得较小时，由于余热锅炉传热面积的增加幅度较大，锅炉的总投资费用就会增大很多。目前国内已投运的几个E级燃机机组所配的余热锅炉设计窄点温差在5.5~8.8℃之间。
对于结构已定的余热锅炉，进入的燃气温度会随机组负荷的减小或降低，接近点温差也会随之减小，易造成省煤器的汽化，因此要综合考虑选择合适的值。目前国内已投运的几个E级燃机机组所配的余热锅炉设计接近点温差在5~9.7℃之间。
为提高对流传热系数，减少传热面积，就要提高烟气流速，这就会使其烟气压力损失越大。燃气轮机背压升高，导致其输出功率和效率就减少，一般来说燃气轮机的背压每提高1%，机组的功率会下降0.5%左右，所以烟气压力损失要根据系统整体的经济性而加以确定。一般余热锅炉燃气侧阻力在1.37～2.45kPa左右。
余热锅炉的排烟温度与所选用的蒸汽循环型式、窄点温差以及燃料的含硫量有密切关系。余热锅炉出口的排烟温度越低其效率就越高，但为了防止余热锅炉尾部管束发生低温硫腐蚀，一般认为余热锅炉的排烟温度应比硫酸露点温度高10℃左右。当燃烧无硫燃料时，则以不在尾部管束上凝结水滴为原则。目前联合循环余热锅炉通过增设独立系统的尾部受热面进一步回收排烟的热量，实现能源梯度利用，排烟温度一般可达到70～85℃。
第四章 总结
从18世纪上中叶，锅炉就以不同的形式和名词被人们所广泛应用，随着科技的不断进步，锅炉以满足人们生产生活需要为目的而不断的被设计改造。现在新型设备燃气—蒸汽联合循环机组余热锅炉以高能、高效、环保的特性被大面积推广。余热锅炉的型式多种多样，存在许多优点的同时也伴随着些许的瑕疵。本文通过对联合循环余热锅炉的介绍，分析其不同类型的设计结构，并进行优化计算，总结出运行规律，进而提高其工作效率，更大程度上的节约资源，推动经济进步与保护环境齐头并进。
参考文献
[1]张玉东.燃气—蒸汽联合循环余热锅炉优化设计及动态特性研究.华北电力大学（北京）；2011年03期.
[2]常静华.燃气—蒸汽联合循环机组工况建模及其特性分析；昆明理工大学；2008年04期.
[3]丁会军.燃气蒸汽联合循环的技术探讨；企业技术开发；2012年01期.
作者简介
孔国红 男（1976- ），江苏太仓，无锡蓝天燃机热电有限公司，工程师，毕业于南京师范大学热能与动力工程专业。
论文作者:孔国红
论文发表刊物:《电力设备》2016年第2期
论文发表时间:2016/5/23
标签：余热论文; 锅炉论文; 蒸汽论文; 燃气论文; 温差论文; 机组论文; 卧式论文; 《电力设备》2016年第2期论文;