CN108072026A - 一种新型超临界直流三压再热余热锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型超临界直流三压再热余热锅炉，本发明属于燃气‑蒸汽联合循环余热锅炉领域。本发明余热锅炉采用双层烟道卧式结构，燃气轮机排气流经下层烟道、烟气转向室和上层烟道。超临界直流蒸发管束跨双层烟道垂直上升布置，下部热水段布置在下层烟道，上部过热段布置在上层烟道，在烟气隔板处采用变径管，下层烟道内的管径小于上层烟道内的管径，以防止过热段管内工质流速过大，通过合理设计上、下层烟道的流通截面积，保证合理的烟气流速和管内工质质量流速。本发明使余热锅炉高压系统的蒸汽参数达到超临界状态，提高了底循环的蒸汽做功能力和循环效率，克服了高压直流蒸发器水动力不稳定性，提高了燃气‑蒸汽联合循环效率。

Description

一种新型超临界直流三压再热余热锅炉

技术领域

本发明属于余热锅炉技术领域，具体涉及一种燃气-蒸汽联合循环发电技术余热锅炉设计方法。

背景技术

余热锅炉是联合循环系统中三大主要设备之一，上游连接着燃气轮机，下游连接着蒸汽轮机，在系统中起着承上启下的作用，实现了能量的阶梯利用，因而余热锅炉是联合循环系统整体优化的一个关键设备，对联合循环系统的底循环效率起着决定性的影响。因此，对于如何更好地提高燃气蒸-汽联合循环系统的效率，是目前研究的重点。如何更好地提高余热锅炉的性能，提高联合底循环的效率，充分挖掘其余热回收的潜力，是国内外行业内所关注的一个重要问题。

随着燃气轮机技术水平的不断提高，对余热锅炉的要求也越来越高，从最初的低参数发展到现在的高参数，但是目前世界上余热锅炉都是在亚临界参数以下。为了适应燃气轮机排烟温度的上升，合理高效利用烟气余热。本发明设计了一种超临界三压再热余热锅炉，不仅有效的提高联合循环底循环效率，并且达到了提高整个联合循环效率的目的。

发明内容

为了提高燃气-蒸汽联合循环效率，本发明提出一种新型超临界直流三压再热余热锅炉，其中主要的设计思路使蒸汽由亚临界参数以下提高到超临界参数，增加做功能力，达到对所述燃气轮机排气余热能源的合理高效利用。本发明是这样实现的：

本发明采用的技术方案为：一种新型超临界直流三压再热余热锅炉，所述燃气轮机以天然气或合成气为燃料，带动发电机转动，使机械能转化为电能。同时产生的所述烟气具有一定的能量，此时所述烟气的温度大约为600℃以上，如何合理利用这部分烟气余热将变得十分重要。所述烟气通过所述进口烟道进入所述余热锅炉，在所述余热锅炉中依次横向冲刷各受热面，所述余热锅炉下层烟道的所述受热面依次为所述高压过热器、所述再热器、所述高压蒸发器下半部分；然后所述烟气通过所述烟气转向室到达所述余热锅炉上层烟道；所述余热锅炉上层的所述受热面依次为所述高压蒸发器上半部分、所述中压过热器、所述高压省煤器2、所述低压过热器、所述中压蒸发器、所述中压省煤器、所述高压省煤器1、所述低压蒸发器、所述低压省煤器。最后所述烟气流经所述烟囱排入大气环境。

所述高压蒸发器的超临界直流蒸发对流受热面采用垂直管段布置的直流蒸发器，所述对流管束垂直穿过所述烟道隔板；所述高压蒸发器管子采用开齿螺旋翅片管错列布置，上下两层烟道同一管子管径不同，下部为热水段，上部为过热段，下层烟道管径小于上层烟道管径，防止所述高压蒸发器过热段对流管束内工质流速过大，同时通过合理设计上层烟道和下层烟道的流通截面积，以保持合理的烟气流速和管内工质质量流速；所述高压蒸发器管子上下连通，在所述隔板烟道处实现管子内径的变换。

所述高压蒸发器的高压超临界直流蒸发对流受热面采用垂直布置方式，管内工质由下而上；其他对流受热面皆采用卧式布置方式。

所述烟气转向室布置在所述余热锅炉下层烟道和上层烟道的连接处，所述烟气转向室使所述余热锅炉内部形成足够高的垂直空间，实现所述高压蒸发器对流受热面的垂直布置；所述烟气通过所述烟气转向室实现从下层烟道流向上层烟道。

所述余热锅炉采用双层卧式结构，使所述烟气通过所述烟气转向室完成一次转弯，实现对所述高压蒸发器的分段冲刷，同时防止了水动力不稳定性，达到了提高整个燃气-蒸汽联合循环的效率。

本发明的有益效果为：

1.双层卧式布置的余热锅炉在高压系统采用垂直管段布置的直流蒸发器节省了材料，降低了投资成本。

2.余热锅炉高压系统采用直流蒸发器，能够更好地响应由燃气轮机工况变化引起的负荷变化。

3.采用垂直管段的直流蒸发器把蒸汽由亚临界参数以下提高到超临界参数，使蒸汽的做功能力大大增加，高效利用了燃气轮机的余热烟气。

4.垂直管段的直流蒸发器设计成上下两段管径不同的布置，有效的防止了水动力不稳定性的出现，提高了余热锅炉安全性能。

5.采用烟气转向室使余热锅炉内部有足够高的垂直空间，实现高压蒸发器对流受热面的垂直布置。

6.采用烟气转向室使烟气在阻力极小的情况下实现从余热锅炉下层流向上层，保证烟气具有一定的流速。

7.采用固定平台与烟道隔板的布置方式，将余热锅炉分为两层，实现烟气转弯，完成余热锅炉的双层卧式布置。

附图说明

图1为本发明所述设计方法的结构示意图。

图2为余热锅炉高压蒸发器管子结构示意图。

图中标号：

1-燃气轮机；2-进口烟道；3-高压过热器；4-再热器；5-高压蒸发器；6-中压过热器；7-高压省煤器2；8-低压过热器；9-中压蒸发器；10-中压汽包；11-中压省煤器；12-高压省煤器1；13-低压蒸发器；14-除氧器；15-低压汽包；16-低压省煤器；17-烟囱；18-固定平台；19-烟气转向室；20＝余热锅炉；21-烟道隔板；22-高压蒸发器管子

具体实施方式

本发明提供了一种新型超临界直流三压再热余热锅炉，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1、图2所示，一种新型超临界直流三压再热余热锅炉20分为上下两层，下层布置燃气轮机1、高压过热器2、再热器3以及高压蒸发器5的下半部分；上层布置高压蒸发器5的上半部分、中压过热器6，高压省煤器2(7)，低压过热器8，中压蒸发器9，中压省煤器11，高压省煤器1(12)，低压蒸发器13，低压省煤器16；在余热锅炉20上下两层的连接处设有烟气转向室19。

由燃气轮机1产生的余热烟气依次横向冲刷各受热面，通过烟气转向室19由余热锅炉20的下层烟道到达余热锅炉20的上层烟道，最后经过烟囱17排入大气环境。

燃气轮机1产生的余热烟气从燃气轮机1中排出流经进口烟道2进入余热锅炉20，首先冲刷余热锅炉20中的高压过热器3，高压过热器3使饱和蒸汽转变为具有做功能力的过热蒸汽，此时过热蒸汽的压力可以达到超临界压力。接着烟气冲刷余热锅炉20中再热器4。接着烟气冲刷余热锅炉20高压蒸发器5的下半部分，高压蒸发器5采用垂直管段的设计布置，对流管束垂直穿过烟道隔板21布置在余热锅里20下层烟道和上层烟道，上下两层烟道同一吸热管子采用不同的管子直径，高压蒸发器5下层管径小于高压蒸发器5上层管径，但是上下连通，高压蒸发器管子22通过烟道隔板21实现内径变换。烟气通过烟气转向室19实现转弯，到达余热锅炉20的上层烟道，烟气转向室19使余热锅炉20内部形成足够高的垂直空间，实现了高压蒸发器5对流受热面的垂直布置。接着烟气冲刷高压蒸发器5上半部分。接着烟气冲刷中压过热器6。接着烟气冲刷高压省煤器2(7)。接着烟气冲刷低压过热器8。接着烟气冲刷中压蒸发器9，中压蒸发器9采用汽包结构。接着烟气冲刷中压省煤器11，高压省煤器1(12)。接着烟气冲刷低压蒸发器13，低压蒸发器13采用汽包结构。接着烟气冲刷低压省煤器16，完成烟气与管内工质的热量交换。最后烟气流经烟囱17排到大气环境。

本发明的余热锅炉20高压蒸发器5对流受热面采用垂直布置的方式，而余热锅炉20的其他对流受热面都采用卧式布置的方式。

本发明设计方法提高了主蒸汽的参数，增加了主蒸汽的做功能力，提高了燃气-蒸汽联合循环的发电效率。

本发明主要通过燃气轮机、进口烟道、高压过热器、再热器、高压蒸发器、中压过热器、高压省煤器、低压过热器、中压蒸发器、中压汽包、中压省煤器、高压省煤器1、低压蒸发器、除氧器、低压汽包、低压省煤器、烟囱、固定平台、烟气转向室、烟道隔板等结构装置来实现。

Claims (9)

1.一种新型超临界直流三压再热余热锅炉，其特征在于，燃气-蒸汽联合循环发电系统中，余热锅炉(20)采用双层烟道卧式结构布置，燃气轮机(1)布置在下层烟道，燃气轮机(1)排出的高温烟气(600℃左右)先后横向冲刷下层烟道内的高压过热器(3)和再热器(4)，高压蒸发器(5)下半部分，然后经过烟气转向室(19)冲刷上层烟道内的高压蒸发器(5)上半部分，中压过热器(6)，高压省煤器2(7)，低压过热器(8)，中压蒸发器(9)，中压省煤器(11)，高压省煤器1(12)，低压蒸发器(13)，低压省煤器(16)，最后进入烟囱(17)排到大气环境中，完成余热锅炉(20)全部受热面的换热；所述余热锅炉(20)还包括除氧器(14)、低压汽包(15)、中压汽包(10)、固定平台(18)、烟道隔板(21)。

2.根据权利要求1所述的一种新型超临界直流三压再热余热锅炉，其特征在于，所述余热锅炉(20)高压蒸发器(5)的超临界直流蒸发受热面采用垂直对流管束的布置方式，对流管束既可以采用错列布置也可以采用顺列布置，既可以采用光管也可以采用扩展受热面以强化烟气侧对流换热，管内工质由下而上；而所述余热锅炉(20)的其他受热面均采用卧式布置方式。

3.根据权利要求1所述的一种新型超临界直流三压再热余热锅炉，其特征在于，所述余热锅炉(20)高压系统的高压蒸发器(5)采用直流式的垂直对流管束，而所述余热锅炉(20)中压蒸发器(9)、低压蒸发器(13)仍然采用自然循环汽包结构。

4.根据权利要求2所述的一种新型超临界直流三压再热余热锅炉，其特征在于，所述高压蒸发器(5)采用垂直管段的布置方式，分别布置在所述余热锅炉(20)上下两层烟道，下部为热水段，上部为过热段，但是所述垂直管段上下两层的管子是连通的。

5.根据权利要求2所述的一种新型超临界直流三压再热余热锅炉，其特征在于，所述垂直蒸发对流管束内由于工质状态的不同，所述烟道隔板(21)上部与所述烟道隔板(21)下部的同一受热管的直径大小不同，下部烟道管子直径小于上部烟道管子直径，防止高压蒸发器上部过热段管内工质流速过大，同时通过合理设计上层烟道和下层烟道的流通截面积，以保持合理的烟气流速和管内工质质量流速。

6.根据权利要求5所述的一种新型超临界直流三压再热余热锅炉，其特征在于，所述垂直对流蒸发管子在所述烟道隔板(21)处采用变径管完成管子内径的变换，同时实现上层管子和下层管子的连通；同时，所述烟道隔板(21)实现对高压蒸发器(5)所在垂直空间的分隔。

7.根据权利要求1所述的一种新型超临界直流三压再热余热锅炉，其特征在于，所述烟气转向室(19)布置在所属余热锅炉(20)上层烟道和下层烟道的连接处，使所述余热锅炉(20)内部形成了足够高的垂直空间，实现了高压蒸发器(5)超临界直流蒸发对流受热面的垂直布置。

8.根据权利要求3所述的一种新型超临界直流三压再热余热锅炉，其特征在于，所述余热锅炉(20)高压系统的高压蒸发器(5)采用直流式垂直对流蒸发受热面，适用于亚临界压力以上的蒸汽参数，适用范围较广。

9.根据权利要求1所述的一种新型三压再热超临界余热锅炉的设计方法，其特征在于，使所述烟气在所述烟气转向室(19)完成转弯，对所述高压蒸发器(5)的分段冲刷，同时防止了水动力不稳定性，达到了提高整个燃气-蒸汽联合循环的效率。