杭州锅炉集团股份有限公司 浙江杭州 310023
摘要：余热锅炉，顾名思义是利用余热来进行再次利用的锅炉。现代经济社会的发展也带了很多工业化问题，工业生产中的废气、废物对环境产生了很大的污染。这个时候余热锅炉对这些不利于环境保护的工业污染物质进行了废利用，把这些工业污染物质中的余热利用起来对水进行加热，其实简单来说就是对一些物质的余热的回收，余热锅炉余热利用的方法在一定程度上起到了节能的作用。余热锅炉热力的利用范围比较广泛，像发电机、空调等都有用到其原理，然而对于余热锅炉热力的计算方法仍需要进一步探讨。
关键词：联合循环；余热锅炉；特性及影响因素
1、联合循环的定义
联合循环就是将燃气轮机排出的“废气”引入余热锅炉，加热水产生高温高压的蒸汽，再推动汽轮机
做功。相当于将燃气轮机的布雷顿循环和汽轮机的朗肯循环联合起来，形成能源梯级利用的总能系统，达到极高的热效率（约60%）。
2、余热锅炉的特点
余热锅炉与常规锅炉最大的差别在于余热锅炉缺少相应的燃烧装置，其载热介质以及来源并没有统一的要求，因而在材料以及受热面布置上与工业锅炉具有较为显著的差别。余热锅炉多作用于某一工业生产工艺过程的各个部位中，处于较为复杂的环境，因而对于余热锅炉的安全性以及稳定性要求较高。同时，工业废气具有高温、高压的特点，有些工业废气也具有一定的易爆性与腐蚀性，这对于余热锅炉的结构与材料具有特殊的要求，如余热锅炉需要具有高度的严密性，并且应该具有较强的耐腐蚀以及耐高温的特性。同时，余热锅炉的入口处也会受到较强的冷热冲击性，因而对于余热锅炉的结构设计应具有一定特点。下面将会对余热锅炉的主要结构部件进行分析。
2.1 余热锅炉的过热器结构研究。余热锅炉的过热器一般是由蛇形盘管、分配集箱集、流集箱以及其他组件等组成。在余热锅炉中，过热器多布置在冷却室的顶棚，有时也会将过热器作为烟道个请或者侧墙。根据过热蒸汽温度的高低不同，可以设置一级或二级过热器，同时根据过热器布置处的温度区间，可以分为辐射式过热器和对流式过热器。一般来说，余热锅炉采用立式过热器，以应对烟气及烟尘条件恶劣的情况。但是对于在烟气及烟尘条件极其恶劣的有色冶炼炉余热锅炉中，由于烟气的粘结性较强，且具有较强的腐蚀性，常常不设置过热器。
2.2 余热锅炉省煤器。省煤器位于余热锅炉的尾部，是锅炉尾部的重要受热面，锅炉给水能够从省煤器上获得一部分热量以后在进入锅炉，进而有效的减少了烟气所携带的热量，实现了能源的高效利用。另外锅炉给水经过预热后进入汽包，有效的降低了汽包本身所承受的热应力，在一定程度上保证了汽包的可靠性。为了防止低温腐蚀，提高余热锅炉的寿命周期，有些余热锅炉不会设置省煤器，但是这就会导致排烟温度较高（一般在80℃左右）。
3、联合循环余热锅炉的热力特性及影响因素
在正常工作时，余热锅炉有着大流量、小温差、低阻力等特征。余热锅炉的热交换是靠温差来进行的。当换热进行时，温差会逐渐减小，会直接增大对流换热的难度。当今主要采用螺旋翅片管来强化传热。例如：某锅炉厂的余热锅炉受热面管子采用螺旋鳍片管，鳍片为开齿型，底部连接，用高频焊接成型，最大的鳍片密度为每米256 片。
能有效改善传热效率。同时锅炉受热面的过热器和再热器采用顺列布置，其余受热面采用错列布置，可以在规定的烟气压降范围内提供最优化的热交换，并提供了有效的清理空间。
要想使得余热锅炉的效率达到最佳效果，除了要提高自身的性能外，还能关注其他的一些影响因素。
（1）燃气轮机向余热锅炉排放的气体逐渐增多而且气体的温度也逐渐增大，这一方面有利于余热锅炉回收热量，提高效率，但同时也会增加烟气偏流和传热不均匀。
（2）合理选用节点温差。节点温差是蒸发器出口烟气温度与蒸发器内汽水温度之差。节点温差越小，能回收更多的热量，余热锅炉的效率就越高。但是，会增加锅炉换热面积进而将增加烟气流动的阻力，增加了燃气轮机排气的背压，减少了燃气轮机的出力，这将导致联合循环整体效率的下降。
（3）控制接近点温差。接近点温差是余热锅炉汽包压力对应的饱和温度与省煤器出口亦即汽包进水温度之间的差值。接近点温差过小， 则在部分负荷条件下，接近点温差将减少为0，省煤器内部分水可能变成蒸汽，造成管壁过热，产生故障；接近点温差太大，省煤器所少吸收的热量势必转嫁给蒸发器，这将导致蒸发器换热面积的增加，而且这个增加量远大于省煤器面积的减少，总体来说换热面积增加，投资增加。
（4）合理控制余热锅炉的进气速度，可以提高换流热量、提高转换效率和提高燃气轮机的功率。
4、联合循环中的余热锅炉的发展
当前我国面临环境压力越来越大，因此对清洁发电的联合循环电站的需求也是越来越大。我国对余热锅炉的研究正处于快速发展时期，随着联合循环技术的进步，该技术正向着大容量、高参数的方向发展。余热锅炉作为联合循环的重要部件，也从最初的结构简单、低参数的单压系统，逐渐发展到双压、双压在热，以至于到目前的三压、三压在热系统。在我国，燃气-蒸汽联合循环发电机组的使用时间不是很长，但是在20世纪70年代时期就开始研究此项技术。最初杭州锅炉厂先后研发出双锅筒自然循环，单锅筒强制循环和单锅自然循环的燃气轮机余热锅炉。参数也从最初的8t/h\2.75MPa发展到目前的65t/h\3.82MPa。与此同时一批余热锅炉的研究所以及相应的科研设备如大型的传热风洞试验台也建立起来，上锅、东锅等国内厂家成功试制了螺旋翅片管等技术含量较高的部件，这些工作都为我国的余热锅炉的发展奠定了坚实的基础。在2000年以后我国已经可以自行开发并成功运行E级燃机余热锅炉，说明我国距离世界先进水平也越来越近了。
5、结束语
余热锅炉是很多钢铁厂不可缺少的设备之一，它不但可以回收高温烟气中的二次能源，降低烟气温度，更重要的是捕集高温烟气中的烟尘，回收贵重金属，降低烟气的含尘量，保证工艺系统的畅通，为尾部工艺创造有利条件。对于我国这样一个处在发展中的资源短缺的能源需求大国来说，余热锅炉的研究与推广使用有更为重要的意义。
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论文作者:何亮,李艳春
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/13
标签：余热论文; 锅炉论文; 烟气论文; 省煤器论文; 温差论文; 燃气轮机论文; 汽包论文; 《建筑学研究前沿》2017年第30期论文;