（山东电力基本建设总公司 山东省 250014）
摘要：本文首先介绍了余热锅炉的基本原理、结构类型,结合实际工程经验总结了几种不同等级燃气轮机相匹配的余热锅炉的参数；并研究了余热锅炉性能设计的几大影响因素,对今后燃机联合循环发电机组余热锅炉的选型优化和设计提供了宝贵的技术支持。
关键词：燃机联合循环发电机组；余热锅炉；选型；燃气轮机；汽轮机
一、前言
近年来，随着各国人民对环境质量的重视，燃气-蒸汽联合循环发电机组以其较高的热效率、较省的投资、较短的建设周期、较少的占地用水、高度的自动化、灵活的运行方式、适应多种燃料、清洁的能源等优势，越来越受到世界各国的青睐。21世纪以来世界燃气轮机进入了一个大功率、高效率、低污染物排放的新发展时期。目前全世界每年新增的装机容量中，约l/3以上系采用燃气—蒸汽联合循环即燃机联合循环发电机组，而美国则接近l/2，日本燃机机组则占火电的43%。对于中东油气富有的国家，燃机联合循环发电机组更是发挥了主要作用。随着燃气轮机国产化率的提高，造价的降低，大型燃气—蒸汽联合循环发电机组，也将成为中国电力工业一个重要组成部分。
二、余热锅炉的基本原理和类型
余热锅炉（HRSG）是燃机联合循环发电机组的三大主机之一。燃料在燃气轮机内燃烧做功后成为高温烟气排出，进入到安装在燃气轮机排气烟道后的余热锅炉，余热锅炉吸收排气的热能加热给水，产生一定压力的过热蒸汽驱动蒸汽轮机带动发电机发电，或对外供汽供热。
1.余热锅炉的基本原理
高温烟气经烟道输送至余热锅炉入口，再流经过热器、蒸发器和省煤器，最后经烟囱排入大气，排烟温度一般为 80～180℃，烟气温度从高温降到排烟温度所释放出的热量用来使水变成蒸汽。进入余热锅炉的给水，其温度约为42～126℃左右，首先进入省煤器加热到接近饱和温度的水平，进入汽包后通过下降管送至蒸发器内受热汽化，在蒸发器中部分给水变成饱和蒸汽；从蒸发器出来的汽水混合物进入汽包后进行汽水分离，分离出来的水进入蒸发器再次循环受热汽化，分离出的饱和蒸汽进入过热器，在过热汽中饱和蒸汽继续加热成为过热蒸汽送往蒸汽轮机。对于无汽包的直流余热锅炉，靠给水泵的压头将给水一次通过各受热面变成过热蒸汽。余热锅炉产汽过程的三个阶段对应三个受热面，即省煤器、蒸发器和过热器，如果不需要过热蒸汽，只需要饱和蒸汽，可以不装过热器。当有再热蒸汽时，则可加设再热器。
2.余热锅炉的类型
余热锅炉的分类方式有很多，通常从工作介质、烟气侧热源、结构以及蒸汽参数等方面对余热锅炉进行分类，如：卧式余热锅炉和立式余热锅炉、汽包余热锅炉和直流余热锅炉、强制循环余热锅炉和自然循环余热锅炉、有补燃余热锅炉和无补燃余热锅炉，以及按产生的蒸汽压力等级可分为单压、双压、双压再热、三压、三压再热锅炉。
在实际工程中，余热锅炉的选型通常考虑施工周期、占地面积、燃料品种、补燃要求和成本等主要方面，在卧式余热锅炉和立式余热锅炉中进行优化选择。
卧式余热锅炉采用水平方向流动的烟气与垂直布置的受热面进行热量交换的方式来产生过热蒸汽，烟气流向与燃气轮机排气方向一致。烟囱在锅炉的尾部。目前，卧式余热锅炉比立式余热锅炉所占的市场份额较高，宜补燃、适用于热电联产；国内的几大锅炉厂家皆能设计制造卧式余热锅炉。
立式余热锅炉采用垂直方向流动的烟气与水平布置的受热面进行热量交换的方式来产生过热蒸汽。燃气轮机排气进入水平烟道，然后由转角烟道改变流动方向。立式余热锅炉的烟囱布置在最上面。立式余热锅炉具有占地面积小、施工周期短、易调峰、燃料适应性强等优势；但其结构不利于补燃。
三、不同等级燃机对应的余热锅炉的参数
对于火力发电厂,汽轮机进汽参数越高,则效率越高；但是不同国家和地区的电力需求、电网水平和燃料供应千差万别，因而通常需要根据当地具体情况进行量体裁衣式的设计和配置。表1是在国际项目实际经验中总结的不同等级燃气轮机配置的余热锅炉的性能参数。
由表1可见，低功率、低排气温度的燃气轮机联合循环，多采用双压余热锅炉，而大功率、高排气温度的燃气轮机联合循环多配置三压再热的余热锅炉。
四、余热锅炉设性能的影响因素
余热锅炉反映其性能的参数主要包括：蒸汽参数、余热锅炉效率、锅炉容量。余热锅炉的效率取决于燃气轮机的排气温度和锅炉的排烟温度。余热锅炉的效率和容量的高低并不能完全代表锅炉设计制造水平的高低。在燃气轮机参数以及匹配的汽轮机蒸汽温度和压力参数一定的情况下，余热锅炉的容量设计有最经济值，一旦超出此经济值，其性价比就会大大降低。
燃机联合发电机组的汽轮机具有低蒸汽压力和高蒸汽温度的特点，不能与常规燃煤发电机组的汽轮机相一致；而且由于余热锅炉和汽轮机的实际厂家不同，余热锅炉首次计算的蒸汽参数基本不能完全同汽轮机参数相一致，因而在实际工程设计时，通常要经过余热锅炉和汽轮机厂家的两三次反复配合计算才能设计出最匹配最优化的方案。余热锅炉首次计算参数取决于其配套的汽轮机成型参数，根据汽轮机厂家的成型经验参数，余热锅炉参数在较小范围内进行调整即可。
在实际工程实践中，影响余热锅炉性能的因素有下面几点。
1.燃气轮机对烟阻的要求
通常情况下,燃气轮机厂家提供其设计的单循环排气背压和联合循环排气背压,余热锅炉需要在联合循环排气背压下进行设计换热面的设计。若余热锅炉随意提高排气背压条件，将降低燃气轮机功率和效率，进而导致全厂保证出力和效率的不确定性。通常无脱硝装置的双压和三压余热锅炉的烟阻为3.0、3.3kPa。
3.燃气轮机与汽轮机的匹配
在燃机联合循环电站机组中，根据燃气轮机的总台数的不同，燃气轮机和汽轮机的数量匹配方式也是不同的，比如：一拖一、二拖一、三拖一、五拖一等。由于多拖一机组与一拖一机组的运行方式有很大区别，因而极大影响了余热锅炉部分管道设计，同时增大了余热锅炉的成本。
4.燃料成分
燃气轮机即可以燃烧天然气或合成煤气燃料，也可以燃烧轻油、原油、重油等液体燃料；但是所采用的燃料不同将直接影响余热锅炉排烟温度的设计。当余热锅炉尾部受热面的金属壁面温度低于硫酸蒸汽的凝结点，就会在其外表构成液态硫酸，进而导致腐蚀直至穿孔。因而对于含硫量较高的液体燃料燃气轮机的余热锅炉来说，目前对酸腐蚀还没有很有效的方法控制，通常采用提高锅炉排烟温度的方法来控制酸腐蚀。对于燃用含硫极小的气体燃料，排烟温度一般控制在80～90℃，对于燃用含硫较大的液体燃料,排烟温度一般控制在120～200℃。
五、结束语
综上所述，在燃机联合循环电站的余热锅炉选型中，综合燃气轮机功率、燃料成分、汽轮机成型参数、运行方式等特点要求，根据不同类型余热锅炉的特点，进行优化余热锅炉的选型和设计，降低电站的投资成本，提高电站的运行经济性。
参考文献：
[1] 董益成，冷冰，黄持胜，李永进.燃气轮机余热锅炉的优化设计.电力建设. 2003（24）：13-16.
论文作者:曲建丽
论文发表刊物:《电力设备》2016年第14期
论文发表时间:2016/10/10
标签：余热论文; 锅炉论文; 燃气轮机论文; 蒸汽论文; 汽轮机论文; 机组论文; 温度论文; 《电力设备》2016年第14期论文;