首页 理论教育 余热锅炉的分类及安全问题解析

余热锅炉的分类及安全问题解析

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:目前,大型联合循环大多采用无补燃的余热锅炉。(二)按余热锅炉产生的蒸汽的压力等级分类目前,余热锅炉采用单压、双压、双压再热、三压、三压再热五大类的汽水系统。强制循环余热锅炉通过循环泵来保证蒸发器内循环流量的恒定。这种沿管子周围结垢的差异会造成温度梯度及不同程度的传热和膨胀,其结果将使强制循环的余热锅炉容易发生腐蚀、烧坏、塑性形变和事故。

余热锅炉的分类及安全问题解析

(一)按余热锅炉烟气侧热源分类

1.无补燃的余热锅炉

这种余热锅炉单纯回收燃气轮机排气的热量,产生一定压力和温度的蒸汽。

2.有补燃的余热锅炉

由于燃气轮机排气中含有14%~18%(体积百分比)的氧,可在余热锅炉的恰当位置安装补燃燃烧器,让天然气和燃油等燃料进行充分燃烧,提高烟气温度;还可保持蒸汽参数和负荷稳定,以相应提高蒸汽参数和产量,改善联合循环的变工况特性。如果这部分氧气全部利用,蒸汽循环所占的发电份额将上升为联合循环总功率的70%左右。

一般来说,采用无补燃的余热锅炉的联合循环效率相对较高。目前,大型联合循环大多采用无补燃的余热锅炉。

(二)按余热锅炉产生的蒸汽的压力等级分类

目前,余热锅炉采用单压、双压、双压再热、三压、三压再热五大类的汽水系统。

1.单压级余热锅炉

此类余热锅炉只生产一种压力的蒸汽供给蒸汽轮机。

2.双压或多压级余热锅炉

此类余热锅炉能生产两种不同压力或多种不同压力的蒸汽供给蒸汽轮机。

(三)按受热面布置方式分类

1.卧式布置余热锅炉

图5-2所示的余热锅炉是卧式布置的,各级受热面部件的管子是垂直的,烟气横向流过各级受热面。

2.立式布置余热锅炉

图5-3所示的余热锅炉是立式布置的,各级受热面部件的管子是水平的,各级受热面部件是沿高度方向布置,烟气自下而上流过各级受热面。

(四)按工质在蒸发受热面中的流动特点分类

1.自然循环余热锅炉

图5-2给出了自然循环方式的余热锅炉的模块式结构示意图,它是卧式布置的。通常,自然循环余热锅炉中蒸发受热面中的传热管束为垂直布置,而烟气是水平方向地流过垂直方向安装的管簇的。下降管向蒸发器管簇供水,其中一部分水将在蒸发器管簇中吸收烟气热量而转变成为饱和蒸汽,水与蒸汽的混合物经上升管进入汽包。管簇中的水汽混合物与下降管中冷水的密度差,是维持蒸发器中汽水混合物自然循环的动力。也就是说,下降管内的水比较重向下流动,直立管束内的汽水混合物比较轻向上流动,形成连续产汽过程。

978-7-111-42338-6-Chapter05-2.jpg

图5-2 卧式自然循环余热锅炉

978-7-111-42338-6-Chapter05-3.jpg

图5-3 立式强制循环余热锅炉

自然循环余热锅炉具有如下优点:

1)锅炉重心低,稳定性好,抗风、抗振性强;

2)垂直管束结垢情况比水平管束均匀,不易造成塑性形变和故障,同时也缓解了结垢量而使锅炉性能下降的问题等;

3)锅炉水容量大,有较大的蓄热能力,适应负荷变化能力强,热流量不易超过临界值,对燃气轮机排气热力波动的适应性和自平衡能力都很强;

4)自动控制要求相对不高。(www.xing528.com)

自然循环余热锅炉具有如下缺点:

1)蒸发受热面为立式水管,常布置于卧式烟道,因此占地面积大;

2)锅炉水容量大,启停及变负荷速度慢;

3)自然循环余热锅炉有时不能采用烟气直通,而需要加一些挡板,因而会增加燃气的流动阻力,对燃气轮机的工作不利。

2.强制循环余热锅炉

强制循环余热锅炉是在自然循环锅炉基础上发展起来的。图5-3中给出了强制循环方式的余热锅炉的模块式结构示意图,它是立式布置的。传热管束为水平布置,吊装在钢架上,汽包直接吊装在锅炉上。强制循环余热锅炉中的烟气通常总是垂直地流过水平方向布置的管簇的。从汽包下部引出的水借助于强制循环泵压入蒸发器的管簇,水在蒸发器内吸收烟气热量,部分水变成蒸汽,然后蒸发器内的汽水混合物经导管流入汽包。强制循环余热锅炉通过循环泵来保证蒸发器内循环流量的恒定。

强制循环余热锅炉具有如下优点:

1)采用小管径,重量轻,尺寸小,结构紧凑;

2)常布置于立式烟道,烟囱与锅炉合二为一省空间,占地面积小;

3)蒸发受热面中循环倍率A=3~5,工质靠强制循环进行流动,可以采用较小的汽包直径,以及上升和下降管管径;

4)因为在启动或低负荷时可用强制循环的工质来使各承压部件得到均匀加热,锅炉水容量小,升温、升压速率高,启动快,机动性好,负荷调节范围大,适应调峰运行。冷态启动的时间约为20~25min,它比自然循环余热锅炉(25~30min)略短些;

5)燃气的阻力容易控制;

6)利用炉水循环泵能快速和彻底地进行水冷壁酸洗,周期短、费用低;

7)结构上便于采用标准化元件和大型模块组件,制造成本和安装费用都较低。

强制循环余热锅炉具有如下缺点:

1)必须装设高温锅水循环泵,增加了电耗,提高了运行费用,且可靠性差(97.5%),而自然循环可靠性为99.95%;

2)锅炉重心较高,稳定性较差,不利于抗风抗振;

3)强制循环余热锅炉必须支承较重的设备,它的基础很重,需要耗费更多的结构支承钢。为了便于维护和修理,它需要多层平台(自然循环方式余热锅炉一般只需要一层平台),阀门和辅件必需布置在不同的标高上,致使操作和维护都很困难;

4)由于在强制循环的余热锅炉中,管簇不像自然循环那样垂直布置,而改为水平布置,因而容易发生汽水分层现象,而且沉结在水平管子底部的结垢要比含有蒸汽的管子顶部少。这种沿管子周围结垢的差异会造成温度梯度及不同程度的传热和膨胀,其结果将使强制循环的余热锅炉容易发生腐蚀、烧坏、塑性形变和事故。为了避免出现这种现象,就需要采用大循环倍率的循环泵;

5)为了避免在水平管簇中发生汽水分层现象,流体的最小临界流速约为2.1~3.0m/s;

6)采用小弯头,制造工艺复杂。

另外,采用强制循环虽能加速管簇内的水流速度,对改善水侧的换热系数是有利的,但是锅炉的传热系数主要取决于烟气侧对管壁的表面传热系数,因而在烟气流动情况相似的情况下,相对于同样的换热负荷,强制循环与自然循环余热锅炉的换热面积是很接近的。

3.直流余热锅炉

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。由于没有汽包,在蒸发和过热受热面之间无固定分界点。在蒸发受热面中,工质的流动不像自然循环那样靠密度差来推动,而是由给水泵压头来实现,可以认为循环倍率为1,即是一次经过的强制流动。其主要优点是蒸发受热面布置自由,加工制造较方便,金属耗量较少。由于热容量小,故调节反应快、负荷适应性强、启停迅速,最低负荷一般可比汽包锅炉低。缺点是对给水品质和自动调节要求高,给水泵耗电量大,并且要用高级合金(如Alloy800等),成本较高,经济性方面不一定有利。另外,还需注意以下几点:要避免在水冷壁内发生膜态沸腾或类膜态沸腾;要防止水动力特性不稳定及热偏差过大;要设置专门的启动旁路系统,减少热损失和工质损失。

随着燃气轮机单机功率的增大,联合循环装置的蒸汽初参数逐步提高。当蒸汽压力增至16MPa以上时,选用直流余热锅炉可以有效提高联合循环装置的热效率

综上所述,大多数联合循环余热锅炉既可以是自然循环方式的,也可以是强制循环方式的。而直流循环方式主要应用在与大型燃气轮机配套的亚临界、超临界压力余热锅炉中,而且是超临界压力锅炉的唯一形式。在设计余热锅炉时应根据总体特性的要求,如负荷的性质、机组起停的周期特点、经济性和安全性要求等因素、合理地选择余热锅炉的循环方式。通常认为,当燃气轮机的负荷变化较大或者启停比较频繁时,采用强制循环是比较合理的。当今,美国各电站联合循环系统更多地采用自然循环,而欧洲各电站则倾向于强制循环。

在某些特定的情况下,尤其是在多压系统中,也采用自然循环、强制循环和直流循环中两种兼有的复合循环方式。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈