燃氣蒸汽聯合循環余熱鍋爐簡述

晉能電力集團有限公司嘉節燃氣熱電分公司 韓小安

該文介紹了余熱鍋爐汽水系統和煙氣系統，并對項目主要特點進行詳細分析。

山西太原嘉節燃氣熱電聯產項目由2臺F級燃氣輪機（2×298MW）、2臺余熱鍋爐、1臺蒸汽輪機（1×264MW）及三臺發電機組成，總裝機容量860MW。

該項目余熱鍋爐為東方菱日鍋爐有限公司生產的三壓、一次再熱、臥式、無補燃、自然循環BHDB-M701F4-Q1型余熱鍋爐，主要由進口煙道、換熱室及各級受熱面模塊、高中低壓汽包、除氧器、出口煙道、煙囪以及高中壓給水泵、低壓省煤器再循環泵、排污擴容器等輔機以及管道、平臺扶梯等部件組成。鍋爐本體受熱面采用模塊結構設計，由垂直布置的順列和錯列螺旋鰭片管和進出口集箱組成。以下就該機組汽水系統、煙氣系統及項目主要特點等進行介紹：

1 汽水系統

鍋爐汽水系統分為：高壓、中壓（再熱）、低壓系統含除氧器系統，各系統的參數見表1。

表1 余熱鍋爐技術規范

1.1 低壓系統

凝結水（給水）進入凝結水加熱器，凝結水加熱器出口的水經低壓給水調節閥后進入除氧器。除氧器與低壓鍋筒采用一體化設計，即低壓鍋筒同時作為除氧器的水箱，除氧后的水直接進入低壓鍋筒。低壓鍋筒內的飽和水由下降管引入低壓蒸發器，蒸發器出口的汽水混合物回到低壓鍋筒形成自然循環；低壓鍋筒的飽和蒸汽，進入低壓過熱器，然后進入汽輪機低壓缸。

為防止凝結水加熱器的低溫煙氣腐蝕，鍋爐還設置凝結水加熱器再循環管路，以提高凝結水加熱器的進口水溫，把入口水溫控制在酸露點溫度以上，避免該受熱面低溫腐蝕。

余熱鍋爐配置除氧器，低壓鍋筒作為除氧器的水箱，啟動時使用輔助蒸汽供汽，正常運行時除氧用汽取自余熱鍋爐低壓蒸發器供汽。

1.2 中壓系統

來自中壓給水泵的水流經中壓省煤器、中壓給水調節閥進入中壓鍋筒。中壓省煤器出口留去燃料性能加熱器接口，中壓鍋筒內的飽和水由下降管引入中壓蒸發器，蒸發器出口的汽水混合物回到中壓鍋筒形成自然循環；中壓鍋筒內的飽和蒸汽進入中壓過熱器，然后進入冷再管路，與高壓缸排汽混合后進入再熱器，最后進入汽輪機中壓缸。在一、二級再熱器之間設置噴水減溫器，以控制再熱蒸汽溫度。

1.3 高壓系統.

再熱器系統設有一級噴水減溫器，用來調節再熱蒸汽溫度。減溫器布置在一級再熱器出口集箱至二級再熱器進口集箱之間的連接管道上。高壓系統來自高壓給水泵的水經高壓給水調節閥、高壓一、二、三省煤器進入高壓鍋筒，為了防止高壓省煤器汽化，高壓省煤器還設置旁路系統以控制高壓省煤器出口溫度；同時高壓系統預留啟動上水管路接口。高壓鍋筒內的飽和水由下降管引入高壓蒸發器，蒸發器出口的汽水混合物回到高壓鍋筒形成自然循環；高壓鍋筒內的飽和蒸汽先后進入高壓一、二級過熱器，高壓過熱蒸汽進入汽輪機高壓缸。在一、二級過熱器之間設置噴水減溫器，以控制高壓過熱蒸汽溫度。

過熱器系統設有一級噴水減溫器，用來調節過熱蒸汽溫度。減溫器布置在高壓一級過熱器高溫段出口集箱至高壓二級過熱器進口集箱之間的連接管道上。

2 煙氣系統

燃氣輪機排氣→余熱鍋爐入口煙道→二級再熱器→高壓二級過熱器→一級再熱器→高壓一級過熱器→高壓蒸發器→高壓三級省煤器→中壓過熱器→中壓蒸發器→低壓過熱器→高壓二級省煤器→中壓省煤器→高壓一級省煤器→低壓蒸發器→凝結水加熱器→出口煙道→煙囪→排向大氣。

余熱鍋爐受熱面沿煙氣方向分6個模塊，沿鍋爐寬度方向分3個模塊，具體劃分如表2所示。

表2 余熱鍋爐模塊

每個模塊由若干個管屏組成，每個管屏由上、下集箱與螺旋齒型翅片管組成。管屏附件如管夾、垂直防振隔板、水平煙氣阻隔板、垂直煙氣阻隔板等在廠內組裝成中型模塊出廠。

管夾：每組管屏的上、下集箱之間，沿垂直方向設有10～12道蜂窩狀管夾，可有效地防止管子與管子之間水平錯動。

垂直防振隔板：每組管束的上、下集箱之間，沿爐深方向各設有1道垂直防振隔板，可有效地防止氣室振動。

水平煙氣阻隔板：每組管束的上部光管段設有1道水平煙氣阻隔板；

垂直煙氣阻隔板：每組管束的兩側各設有1道垂直煙氣阻隔板，防止煙氣走廊；

下部煙氣阻隔板：每模塊的下集箱的前部設有1道煙氣阻隔板；

通過設置以上煙氣阻隔板，可有效地防止煙氣走廊的形成避免影響傳熱效果。

頂部吊掛裝置：吊掛裝置由吊桿、耳套、吊籃組成，吊掛裝置與爐頂梁的連接，每個上集箱設有兩個吊點；

集箱固定裝置：上、下集箱上分別設置了防震耳板，在工地通過拉桿與鋼結構連為一體以傳遞由于地震產生的水平力；

3 項目主要特點

3.1 熱網回水加熱器與凝結水加熱器合二為一

將原來的凝結水加熱器和煙氣熱網水加熱器合并為一個受熱面，稱之為煙氣熱網水加熱器，該受熱面同時兼顧了原有凝結水加熱器的作用。純冷凝工況時，所有冷凝水經過煙氣熱網水加熱器后全部進入低壓汽包，通過煙氣熱網水加熱器旁路控制出口工質的溫度，以防止煙氣熱網水加熱器內汽化；通過煙氣熱網水加熱器再循環系統控制煙氣熱網水加熱器進口給水溫度，使其高于露點溫度，從而防止低溫腐蝕。在冬季供熱工況時，鍋爐給水溫度提高到80℃左右，不存在低溫腐蝕問題，冷凝水經過煙氣熱網水加熱器后一部分進入低壓汽包，作為鍋爐給水，另一部分熱水通過切換進入外置熱網水加熱器，通過外置熱網水加熱器內水水熱交換后回到煙氣熱網水加熱器再循環系統，最后回到余熱鍋爐入口。冬季供熱工況同樣利用了原先為防止凝結水加熱器低溫腐蝕所設置的再循環系統。

采用優化后的煙氣熱網水加熱器系統，從純冷凝工況改變到供熱工況，不會因為余熱鍋爐進口給水溫度的較大改變而影響其它余熱鍋爐受熱面進出口邊界條件的劇烈變化，從而使余熱鍋爐的蒸汽參數在這兩種工況下沒有產品較大變化，保證運行工況的穩定性。

另外，流經煙氣熱網水加熱器的水同為滿足鍋爐給水品質標準的除鹽水，使工質對煙氣熱網水加熱器受熱面的腐蝕降低到最低，大大降低了維護成本，避免了在壽命期內大面積地更換受熱面。

3.2 預留脫硝模塊場地

本項目采用燃機采用DLN燃燒系統技術，NOX排放濃度可控制在24ppm（49.2mg/Nm3）以下，完全滿足國家排放標準。為了滿足日益嚴格的國家排放標準，本項目預留脫硝工藝采用SCR法脫硝場地，脫硝催化劑空間預留在高壓蒸發器和高壓三級省煤器之間；在余熱鍋爐右側，預留脫硝設備間。

3.3 高中壓合泵

高壓給水泵和中壓給水泵采用合泵，中壓給水從中間抽頭抽出。有效降低占地空間和維護成本。高中壓給水泵電動機采用一拖二變頻裝置，凝結水再循環泵電動機采用一拖一變頻裝置。

3.4 熱膨脹系統

3.4.1 膨脹零點

煙囪以底部中心為膨脹零點自由向上膨脹。鍋爐本體膨脹零點設在第5柱中心線與爐殼底部中心線交點。運行時以該點為零點向上、前后、左右自由膨脹。

3.4.2 上下方向

集箱和受熱面管束等受壓件以本體上面頂板為零點向下膨脹，本體內部設備也均自由膨脹，而不受本體護板、隔煙板的約束。

3.4.3 前后方向

在進出口煙道接口一端設置膨脹節。

3.4.4 左右方向

受熱管束和上、下集箱以鍋爐中心為零點，向左右方向自由膨脹。

汽包中心部位由限位件固定，以鍋爐中心為零點向左右方向（汽包長度方向）自由膨脹。

3.5 保溫

在余熱鍋爐進口煙道、爐殼和出口煙道（非金屬膨脹節前）內側設置保溫層與內護板。內保溫由55mm厚硅酸鋁纖維毯交錯搭接，用彈性壓板和不銹鋼網絲或鍍鋅鐵絲固定；保溫的結構設計中充分考慮到適應鍋爐啟停迅速及降低鍋爐噪聲。內保溫采用優質硅酸鋁纖維，保溫層厚度設計合理保溫性能良好。高、中低溫區的保溫厚度分別為280mm，200mm和100mm；內護板型式為鱗片式搭接，有效地吸收熱膨脹。內護板在不同煙溫區采用不同的鋼板，余熱鍋爐進口煙道、高溫段（包括側墻、頂部、底部）內護板采用SUS304不銹鋼板，中、低溫段底部采用SUH409L，中、低溫段側墻和頂部采用碳鋼；每塊鱗片均由相應的緊固件固定，將其與保溫材料以及最外層爐殼組合成一體。這種內護板結構具有保溫性能好、熱膨脹性能好、結構合理、牢固耐用、施工方便等優點，以確保爐殼外表溫度不大于50℃（在環境溫度27℃下）。出口煙道非金屬膨脹節出口和煙囪（煙囪擋板以下）均采用外保溫結構。

環境溫度高于27℃時，保溫結構外表面溫度可比環境溫度高25℃。

3.6 采用整體封閉，與廠外環境相一致

整臺鍋爐采用封閉布置。余熱鍋爐本體封閉高度與煙囪齊平，高度為60米，余熱鍋爐本體屋面高度約45米。在余熱鍋爐右側，布置有燃機前置模塊、預留脫硝設備間，右側設備間鋼架高度為21米，采用四周封閉頂部敞開結構。余熱鍋爐左側布置有輔助間，輔助間分0米層、8米層、13米層，輔助間鋼架高度為21米，屋面高度20米。