鐘輝 煙臺(tái)現(xiàn)代冰輪重工有限公司

一、余熱鍋爐的特點(diǎn)

（一）余熱鍋爐的邊界條件

余熱鍋爐具有相對(duì)較多的邊界條件，因此與常規(guī)鍋爐相比在實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)需要受到更多條件的限制，這對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的順利開(kāi)展帶來(lái)一定難度。燃?xì)廨啓C(jī)余熱鍋爐熱源的主要來(lái)源，燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)所具備的共同特征就是定型以及標(biāo)準(zhǔn)。煙氣參數(shù)的輸出是燃?xì)廨啓C(jī)不可避免的一部分內(nèi)容，注意這一參數(shù)具備一定的確定性。溫度T，流量VG 和壓力PG 都可對(duì)其進(jìn)行直觀體現(xiàn)，煙氣特點(diǎn)是余熱鍋爐所必須適應(yīng)的一部分內(nèi)容。

需要注意的是余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)也由蒸汽輪機(jī)來(lái)接受，其中主要包括溫度t，流量D 和壓力P，這對(duì)余熱鍋爐有一定的制約作用。所以我們說(shuō)在實(shí)際對(duì)余熱鍋爐進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)兩端邊界條件都會(huì)對(duì)其造成一定的限制。

（二）高煙氣余熱利用率和工質(zhì)循環(huán)的高效率

余熱鍋爐設(shè)計(jì)中，既要求余熱鍋爐煙氣余熱利用的高效率，又要求余熱鍋爐工質(zhì)循環(huán)的高效率。余熱鍋爐中，沒(méi)有空氣預(yù)熱器；而常規(guī)鍋爐通常包括空氣預(yù)熱器，空氣預(yù)熱器加熱空氣的功能除了提高爐膛溫度和燃燒效率外，還能調(diào)整鍋爐的排煙溫度，使鍋爐有較高的給水溫度和較低的排煙溫度。線段ecfc 表示了空氣預(yù)熱器吸熱量，以降低排煙熱損失。空氣預(yù)熱器是常規(guī)鍋爐獲得較高效率和鍋爐與汽輪機(jī)系統(tǒng)工質(zhì)循環(huán)熱效率的不可缺少部件。余熱鍋爐中則沒(méi)有這樣的部件來(lái)調(diào)節(jié)總體性能，但卻要求達(dá)到余熱利用效率和工質(zhì)循環(huán)效率的優(yōu)化。這既是余熱鍋爐的特點(diǎn)，也是設(shè)計(jì)難點(diǎn)。

二、余熱鍋爐設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題

（一）余熱鍋爐熱力參數(shù)及系統(tǒng)選擇

無(wú)論采用自然循環(huán)還是強(qiáng)制循環(huán)，選用單壓系統(tǒng)還是多壓系統(tǒng)，余熱鍋爐設(shè)計(jì)首先要選定其技術(shù)參數(shù)，尤其是蒸汽壓力。蒸汽壓力的變化直接影響余熱的利用效率Gwb和汽機(jī)熱力系統(tǒng)的循環(huán)效率Gws。余熱鍋爐應(yīng)努力降低其排煙溫度，將煙氣焓轉(zhuǎn)化為工質(zhì)焓，獲得最大的轉(zhuǎn)化效率。余熱鍋爐汽包壓力的高低對(duì)其轉(zhuǎn)化效率會(huì)產(chǎn)生重要影響。

當(dāng)余熱鍋爐的蒸汽溫度、給水溫度不變時(shí)，隨著蒸汽壓力的下降，余熱利用的效率提高。蒸汽壓力從7MPa 減小到1MPa時(shí)，若采用單壓系統(tǒng)，余熱利用效率可增大10%左右。事實(shí)上，要防止低溫腐蝕，排煙溫度不可能無(wú)限制地降低，因此，余熱利用效率的增加量要稍低些。從汽機(jī)的熱力循環(huán)角度看，在其他條件相同時(shí)，若蒸汽壓力升高（或降低），工質(zhì)的循環(huán)效率將隨之提高（或降低）。但汽輪機(jī)是定型產(chǎn)品，蒸汽壓力的選取要滿足余熱鍋爐制造商與汽輪機(jī)制造商雙方的要求，達(dá)到壓力的優(yōu)化選擇。當(dāng)燃用油燃料時(shí)，通常油中含有一定量的硫，煙氣中過(guò)量空氣量較大，煙氣的酸露點(diǎn)溫度較高，為防止煙氣對(duì)低溫受熱面的腐蝕，受熱面的最低工質(zhì)溫度在露點(diǎn)附近。

因此，排煙溫度受酸露點(diǎn)影響而取較高值。當(dāng)燃用天然氣時(shí)，不存在酸低溫腐蝕，排煙溫度高于煙氣中水露點(diǎn)就能滿足要求。采用降低工質(zhì)工作壓力的辦法，可以獲得較低的排煙溫度，提高了余熱利用效率Gwb。但這有可能因工質(zhì)工作壓力太低，導(dǎo)致工質(zhì)循環(huán)熱效率下降。因此，可采用雙壓或三壓系統(tǒng)作為工質(zhì)的循環(huán)系統(tǒng)。

（二）余熱鍋爐的傳熱計(jì)算

余熱鍋爐的傳熱計(jì)算，可按對(duì)流傳熱理論進(jìn)行。在工程實(shí)踐中，各制造廠可按技術(shù)規(guī)范、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和制造工藝進(jìn)行。設(shè)計(jì)、計(jì)算結(jié)果有一定的差異是正常的，若差異很大，就存在參數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題。筆者曾比較過(guò)幾家鍋爐制造廠的同類型余熱鍋爐，在煙氣流量、煙氣溫度、工質(zhì)參數(shù)基本相近的條件下，蒸發(fā)器受熱面的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)差別較大。甲、乙2 家鍋爐制造廠的設(shè)備都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，它們的蒸發(fā)器熱交換器的放熱、吸熱介質(zhì)參數(shù)差異很小，傳熱量很接近。雖然計(jì)算中，因采用不同標(biāo)準(zhǔn)，安全裕度有一定差別，但都符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。但產(chǎn)品受熱面的重量相差1 倍，其受熱面面積相差更大。設(shè)計(jì)人員和鍋爐制造廠應(yīng)該重視標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范的選用，標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范影響余熱鍋爐的設(shè)計(jì)，選用不當(dāng)，可能因余熱鍋爐設(shè)計(jì)、制造技術(shù)缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力而被淘汰。

（三）余熱鍋爐優(yōu)化分類

作為聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的主要部分，余熱鍋爐是根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)規(guī)范、廠址條件和用戶需求，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)制造的主要設(shè)備。按照汽水循環(huán)方式，余熱鍋爐可分為以下3 種：

（1）自然循環(huán)。自然循環(huán)鍋爐的煙氣水平流過(guò)垂直的管束，下降管向蒸發(fā)器管束中灌水，部分水在蒸發(fā)器管束中吸熱轉(zhuǎn)化為蒸汽，水和蒸汽的混合物經(jīng)上升管進(jìn)入鍋筒，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。

（2）直流鍋爐。直流鍋爐的給水在蒸發(fā)器中沒(méi)有再循環(huán)，直接由省煤器進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)成飽和蒸汽后，進(jìn)入到過(guò)熱器進(jìn)行過(guò)熱。

（3）強(qiáng)制循環(huán)鍋爐。強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的煙氣是垂直流過(guò)水平管束，其優(yōu)點(diǎn)是熱慣性較小且占地面積少。

三、結(jié)語(yǔ)

余熱鍋爐熱力參數(shù)取決于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的諸多因素。熱力參數(shù)應(yīng)與汽輪機(jī)入口參數(shù)合理匹配，當(dāng)余熱鍋爐與汽輪機(jī)的熱力參數(shù)發(fā)生矛盾時(shí)，應(yīng)進(jìn)行比較，使煙氣的余熱利用效率和工質(zhì)循環(huán)效率疊加得到最大。余熱鍋爐蒸汽壓力、窄點(diǎn)溫差、排煙溫度及給水溫度的選定對(duì)其總體性能有重要影響，它們之間相互影響，不僅影響煙氣余熱利用效率，還影響設(shè)備的制造成本。在具體工程中，應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐膶?shí)際條件及用戶的特要求，進(jìn)行綜合分析、比較，決定各參數(shù)的取值。