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强制循环余热锅炉系统

§1概论

一、简述

在燃气轮机内做功后排出的燃气，仍具有比较高的温度，一般在540℃左右，利用这部分气体的热能，可以提高整个装置的热效率。通常是利用此热量加热水，使水变成蒸汽。蒸汽可以用来推动蒸汽轮机一发电机，也可用于生产过程的加热或供生活取暖用。对于稠油的油田可以用蒸汽直接注入油井中，以提高采油量。根据不同的蒸汽用途，要求有相应的蒸汽压力和蒸汽温度，也就需要不同参数的产汽设备。利用燃气轮机排气的热量来产汽的设备，称为“热回收蒸汽发生器”，表明回收了排气的热量，用英文字母HRSG来表示。我国习惯上称为“余热锅炉，本文也采用“余热锅炉”的名称，并把燃气轮机的排气简称为“烟气”。

“余热锅炉”通常是没有燃烧器的，如果需要高压高温的蒸汽，可以在“余热锅炉”内装一个附加燃烧器。通过燃料的燃烧使整个烟气温度升高，能够产生高参数的蒸汽。例如某余热锅炉不装燃烧器时，入口烟气温度为500℃，装设附加燃烧器后，可使入口烟气温度达到756℃。蒸汽的压力可以从4MPa升到10MPa，蒸汽的温度可以从450℃升到510℃，蒸汽可以供高温高压汽轮机用，从而增加了电功率输出。目前我国油田进口的余热锅炉的蒸汽参数有：4MPa配450℃及1.4MPa配195℃（饱和蒸汽）。前者供给中压汽轮机来发电，后者可以供生产或供生活取暖用。

注：关于多种余热锅炉，余热锅炉利用燃气轮机排气的方式，补燃问题。

二、余热锅炉的组成

（一）蒸汽的生产过程

图19－1是一台余热锅炉的结构示意图，从图中可以看出产汽的过程。

图19－1强制循环余热锅炉

（注意蒸发器为顺流布置，即管束流向自下而上，以免上下弯头处积汽。）

从燃气轮机出口的烟气，经烟道到余热锅炉入口，烟气自下而上流动，流经过热器、两组蒸发器和省煤器，最后排入烟囱。排烟温度约为150－180℃，烟气温度从540℃降到排烟温度，所放出的热量用来使水变成蒸汽。进入余热锅炉的给水，其温度约为105℃左右，先进入上部的省煤器，水在省煤器内吸收热量使水温上升，水温升到略低于汽包压力下的饱和温度，就离开省煤器进入汽包。进入汽包的水与汽包内的饱和水混合后，沿汽包下方的下降管到循环泵，水在循环泵中压力升高，分别进入两组蒸发器，在蒸发器内的水吸热开始产汽，通常是只有一部份水变成汽，所以在蒸发器管内流动的是汽水混合物。汽水混合物离开蒸发器进入汽包上部。在汽包内装有汽水分离设备，可以把汽和水分开，水落到汽包内水空间，而蒸汽从汽包顶部出来到过热器。在过热器内吸收热量，使饱和蒸汽变成过热蒸汽。根据产汽过程有三个阶段，对应的应该要有三个受热面，即省煤器、蒸发器和过热器。如果不需要过热蒸汽，只需要饱和蒸汽，可以不装过热器。

（二）余热锅炉的型式

1、强制循环余热锅炉

图19－1所示的余热锅炉就是强制循环余热锅炉。从汽包下部出来的水经一台循环泵后，进入蒸发器，是靠循环泵产生的动力使水循环的，称为“强制循环余热锅炉”。其特点是；各受热面组件的管子是水平的，受热面之间是沿高度方向布置，可节省地面的面积，并使出口处的烟囱高度缩短。但在运行中需要循环泵，使运行复杂，增加维修费用。目前油田进口的余热锅炉，多数采用此种型式。

2．自然循环余热锅炉

图19－2是一自然循环余热锅炉，全部受热面组件的管子是垂直的。给水进入省煤器吸热后，进入汽包。汽包有下降管与蒸发部的下联箱相连，下降管位于烟道外面，不吸收烟气的热量。汽包还与蒸发器的上联箱相连。直立管簇吸收烟气的热量。当水吸收烟气热量就有部份水变成蒸汽，由于蒸汽的密度比水的密度要小得多，所以直立管内汽和水混合物的平均密度要小于下降管中水的密度，两者密度差形成了水的循环。也就是说：不吸热的下降管内的水比较重，向下流动。直立管内的汽水混合物向上流动，形成连续产汽过程。此时进入蒸发器的水不是靠循环泵的动力，而是靠流体的密度差而流动，这种余热锅炉称为“自然循环余热锅炉”。其特点是：省去循环泵，使运行和维修简单。但各受热面是沿水平方向布置，占地面积大，在排烟处所需烟囱的高度要高。

图2 自然循环余热锅炉

本文主要介绍“强制循环余热锅炉”。

（注：一般来说，余热锅炉的循环方式有5种：单压，双压无再热，双压再热，三压无再热，

三压再热。）

（三）余热锅炉的布置

图19－3是强制循环余热锅炉的布置图，包括余热锅炉本体受热面及烟道系统，其特点如下：

图19－3余热锅炉布置图

1．烟气系统

从燃气轮机出来的高温烟气有两路出口，一路进人余热锅炉，从主烟囱排人大气，另一路进入旁路烟囱排人大气。每路烟道上都装有挡板，共有三个挡板，主烟道上的挡板称“主挡板”，旁路烟道上的档板称“旁路档板”，主烟囱处的档板称“烟囱挡板”，各挡板是配合使用的。燃气轮机工作而余热锅炉不工作，要开启旁路挡板，关闭主挡板。燃气轮机与余热锅炉同时工作，要关闭旁路挡板，开启主挡板。另一方面为调节余热锅炉的产汽量，主挡板和旁路挡板可以部份开启或部份关闭，挡板调节的内容见后。余热锅炉工作时，应该开启烟囱挡板。当余热锅炉短时间停炉，可以关闭烟囱挡板，以防止余热锅炉内的热量损失。因为余热锅炉内温度比较高，周围冷空气可以进入余热锅炉，形成自然对流将热量带走，关闭烟囱挡板就能防止外界气流进入余热锅炉，以保存热量，准备随时起动余热锅炉。如果余热锅炉要停炉检修，希望冷却速度快些，可以开启烟囱挡板。水平烟道经过一个90?转弯接头与余热锅炉相连，这个转弯接头是经制造厂试验研究后确定的，其形状尺寸必须要保证转弯后的气流分布均匀，均匀的气流能够使得烟气放热也均匀，管内水或汽的吸热也均匀，否则会使一些管子吸热多而另一些管子吸热少，这对余热锅炉的安全运行是不利的。

主烟道和旁路烟道都装有膨胀节，这是由于烟道受热后要伸长，会对烟道的支架产生热应力。采用膨胀节能吸收烟道的伸长量，可以减小热应力。

2．汽包

汽包是用悬吊的方式来固定，悬吊在伸出的悬臂框架上，悬臂框架与省煤器的框架相接。采用悬吊方式可以使汽包有足够的挠性，因汽包下部有下降管，上部有省煤器进水管、蒸发器的汽水混合物引入管以及饱和蒸汽引出管等，当这些连接管受热膨胀时，都会对设备产生附加应力，现在汽包用挠性支架，能减少对设备产生附加应力。

3．组件的装配

整个余热锅炉分成几个大组件，每个大组件在制造厂组装好后装运。在现场直接安装，这样大大缩短安装工期。这些增加有：烟囱，膨胀节，90?转弯段，支承框架，汽包，烟道，

挡板，烟囱缩口，过热器，蒸发器I 和II ，省煤器，旁路烟道及其挡

板和膨胀节等。

有热烟气流过的组件均装有管箱板，管箱板上有法兰。图19－4

示出了上下拉杆组件管箱板的连接方式。考虑到减少散热损失，保证

运行人员安全，管箱板由金属板与保温层组成。与高温烟气接触的内

壁采用耐热合金钢板，外壁采用碳钢板。两金属那边之间是矿物纤维

保温层，外壁和内壁用螺栓连接，螺栓预先焊在外壁钢板的内侧，在

内壁相应位置处预先冲孔眼，孔的直径要比螺栓直径大，多余的孔隙

量可以允许内壁和外壁有相对移动。

这是因为内壁和外壁的温度不同，材料不同，受热后的膨胀伸长量也不同，所以两壁之间会有相对移动。外壁上焊有加强框架，可保证管箱板的强度和刚度，外壁的两端焊有法兰，可以用来连接组件。图19－4

烟气在余热锅炉中自下而上流动，烟温逐渐降低，所以管箱板的保温层厚度也可减薄，省煤器出口的烟气温度不超过200℃，可以直接用碳钢的钢板制造烟道，来代替管箱板。

（四）受热面组件的特点

受热面组件指的是省煤器、蒸发器和过热器，分别组成四个组件，其结构型式基本上是相同的。只有管子直径及有关尺寸略有不问，各组件由管组、联箱、管箱板和支吊架组成，现分别叙述之。

1．管组

图5 受热面组件装配

A 准备管子，锉坡口

B 焊接弯头及连接直管

C 装支吊架

D 支吊架装顶板和底板

每个受热面组件的管组包括几十根管子，管子是带肋片的，组成水平蛇行管，见图19－1 内壁 2 外壁 3 保温层 4 连接螺栓

5 法兰

6 法兰螺栓

5。肋片管是用一定厚度（1mm）和一定宽度（12－20mm）的薄钢带绕在光管外壁上，绕的型式采用螺旋线。薄钢带是用电阻焊与光管外壁相接的，使钢带与管外壁紧密结合，保证传热效果好。

图19－5表示了整个受热面组件的装配过程，二根直的助片管用一个180 弯头连接，连接方式采用焊接，最后组成一根水平蛇行管，几十根并联的蛇行管可以组成一个管组。

2．支吊架

采用“蜂窝状”吊架，用两块凸凹板可以组成一个“蜂窝状”吊架，凸凹的形状是一个等六边形，像蜂窝的形状，所以称“蜂窝状”吊架。图19－5C中表示出一根水平蛇行管的吊架，如果管子沿水平方向很长，需要多装吊架，大约每隔一米需一个吊架。如果并联的管子数目是30根，在同一距离上就有30个吊架，采用吊架顶板和底板可以将此30个吊架组合起来，最后如图19－5D中表示的一个大的坚固的管组。

顶板用13～19mm厚的碳钢钢板制造，能够承受管组的重量。

管子的肋片部份和支架板接触，肋片外形是圆的，而支架板形状是六角形，除了接触点以外，两者之间有足够的空隙，吊架本身又有挠性，可以微微移动。所以当管子受热而膨胀时，不易被吊架卡住，同时管壁不会被磨损。这种型式的吊架对于联箱也是有好处的，因为管组的进口联箱和出口联箱都是固定不动的，采用这种吊架，管子膨胀伸长是自由的，能减少膨胀热应力作用到联箱上。

3．联箱

在整个管组和吊架装配后，最后安装联箱，省煤器和过热器的进出口联箱型式是相同的。而蒸发器的联箱的型式常常是不同的。进口联箱的直径要小于出口联箱的直径，这是因为蒸发器入口是水而出口是汽水混合物。

4．特点

组成的水平蛇行管的两端可以自由伸长。从图19－1中可以看到全部弯头都在高温烟道以外，表明焊缝不和高温烟气接触。这种受热面结构对快速起动有利。所以余热锅炉能够随着燃气轮机快速起动。受热面的管子采用肋片管，可以增加传热量，反过来说，在传热量相同的情况下，可以减小受热面，使余热锅炉体积小，布置紧凑。所以目前不论是水平蛇行管或直立式管都趋向于采用肋片管。例如：省煤器中每公斤水需吸收热量314KJ。如果采用光管，需0.497米长的管子，如果采用同管径的肋片管。只需0.05米的管子；显然后者可以缩小尺寸。

从传热的观点来分析，要提高传热量，就要减小传热的总热阻。余热锅炉管子外面流的是烟气，管内流的是水或汽或汽水混合物，前者的热阻远远大于后者，相差几十倍～几百倍，所以就要从管外侧想办法来改善传热，最有效的措施就是增加管外侧表面积，也就是采用管外加肋片的肋片管。

§2 受热面的设计计算

余热锅炉的产汽过程是通过省煤器、蒸发器及过热器来实现的。也就是通过管子把管外烟气的热量传给管内的流体（水或汽）。

在运行中，如果省煤器和蒸发器传过的热量少，那么蒸汽产量少，蒸汽压力低。如果过热器传过热量少，“就使蒸汽出口温度低。另外，受热面处在高温烟气下工作，管内流体的流动情况会影响管子金属温度，也就是影响管子强度，由此可见，这三个受热面直接影响余热锅炉运行的安全性和经济性。从事锅炉运行的人员要了解产汽过程特点及传热的基本知识，才能分析运行中出现的事故以及蒸汽参数调节的问题。

本节重点介绍传热及汽水两相流问题。

一、热量计算公式

每个受热面有三个热量计算公式，一个是烟气放出的热量、一个是管内流体吸收的热量，一个是传过去的热量。这三个热量是相等的，人们用热平衡方程式来表示前二个热量，用传热方程式来表示后一个热量，现分别叙述之。

（一）热平衡方程式

烟气经过某受热面所放出的热量，扣除散到周围的散热量，就是烟气的有效放热量，公式如下：

Q p= ?V(I’－I’’) J/s或W （1）

式中：Q p一烟气有效放热量；

?一保热系数，考虑散热量的影响，通常取0．98～0．99；

V一烟气流量kg／s；

I’一烟气进口焓，J／kg；

I’’一烟气出口焓，J／kg。

管内流体在某受热面所吸收的热量，用下式表示：

Q w＝G(i’’一i’) J／s或W （2）

式中：Q w一管内流体吸热量；

G一管内流体流量kg／s；

i’’一流体出口焓，J／kg；

i’一流体进口焓，J／kg。

热平衡方程式就是：Q p ＝Q w

通常写成?V(I’－I’’) = G(i’’一i’) （3）

分析（3）式，可以看到烟气侧改变任何一个物理量的大小，都影响管内流体的吸热量，也就是影响管内流体的物理量的大小。例如：燃气轮机降负荷，烟气量V减少，如果烟气的进口和出口焓不变，整个烟气放热量减少。此时管内流体吸热量要减少，如果流体的流量G 不变，进口流体焓i’不变，那么流体的出口焓i’’就要减小。同样的理由，改变烟气焓也会影响流体的出口焓。对于省煤器和过热器来看，管内水或汽的流量G不随烟气放热量而变，只改变水或汽的出口焓，也就是改变流体的出口温度，而对蒸发器则不同，烟气放热量的变化会使蒸汽产量发生变化以及蒸汽压力发生变化，这些都是运行中需要重视的参数。

公式（3）中，烟气流量是随燃气轮机负荷而改变，烟气进口焓也与燃气轮机负荷有关，烟气的出口焓则与传热量大小有关，所以只有热平衡方程式还不能确定烟气放热量，还需要通过传热方程式来计算传热量，最后确定烟气放热量。上面已提到，放热量和吸热量和传热量三者是相等的，如果传的热量少，烟气的放热量和流体吸热量都会随之减少，这说明传热量是很重要的，计算传热量采用传热方程式。

图6 肋片管的尺寸符号图7 受热面的温度分布（a）逆流（b）顺流

（二）传热方程式。

从“传热学”中知道传热方程式的基本形式是：

Q＝K·?t·A J/s或W （4）

式中：Q 一传热量；

K 一传热系数，W/(m 2?℃)；

?t 一平均温差，℃；

A 一管子的传热面积，m 2。

传热系数K 的计算复杂，见（四）节内容介绍。

1．肋片管子的传热面积计算

肋片管子的尺寸符号见图6。管外壁的总传热面积包括肋片的表面积和无肋片区的管外壁面积。令A f 为肋片表面积，A Wb 为无肋片区的管外壁面积，每米管长的总面积A 0＝A f ＋A Wb ，m 2/m 。（5）（6）

式中：n 一每米长度上肋片的数目。（注：假定肋片端部绝热。）

2．平均温差?t 的计算

受热面都是由多排的水平管圈组成，沿着管子长度各点的流体温度是逐渐变化的，同时对应的各点的烟气温度也是逐渐变化的，因此只能求出整个受热面的平均温差。图7表示三种受热面烟气和管内流体的温度分布情况。进入受热面的烟气温度为T 1，经过放热后的烟气温度降到T 2。进入受热面的水（或汽）的温度为t 1，吸热后温度升高，离开受热面时温度为t 2。图7中表示出（a ）、（b ）、（c ）三种情形。

（a ）表示热流体（烟气）与冷流体（水或汽）的流动方向是相反的，称为“逆流”。两种流体的高温段位于受热面同一侧，低温段也位于受热面的另一侧。从（a ）上可以看到，被加热的冷流体的出口温度t 2可以高于热流体的出口温度T 2，此时，沿受热面的各处温度差（T —t ）比较一致，其数值比较大。这就是“逆流”布置的一个优点。现在余热锅炉的省煤器和过热器是采用“逆流”布置，热烟气自下而上流动，水（或汽）自上而下流动。

（b ）表示热流体与冷流体的流动方向是相同的，称为“顺流”，可以看到，冷流体的出口温度t 2不能与热流体的出口温度T 2相同，至少要保持一个差值即（T 2－t 2）＞0。同时沿受热面的温差（T －t ）的变化大，开始温差大，后逐渐减小，整个受热面的温差的平均值比较小。

（c ）表示冷流体温度没有变化，这种受热面就是蒸发器。因为当水变成蒸汽的过程中，饱和温度是不变的。不论采用“逆流”布置或“顺流”布置，其温差的数值是相同的。所以余热锅炉的蒸发器可采用”“顺流”布置。

管子的平均温差用下列公式计算

（7）

式中：?t d 一热、冷流体温差的最大值；

?t x 一热、冷流体温差的最小值。

上述符号的意义表示在图7上。

公式（7）称为“对数平均温差”，是根据理想条件下推导出的。理想条件包括：单管、流体比热不变、对流换热系数不变。而实际受热面是多管的，流体比热随温度而变化，对流换热系数也是在变化的，所以实际使用时，用修正系数进行修正，得到实际受热面的对数平均温差是ψ?t 。

余热锅炉各受热面的蛇行管的弯曲数都超过四流程，所以修正系数ψ接近1。 ()()

n Y S D A n D D A f w wb w f f ?-=?-=ππ2422x d x d t t t t t ???-?=?ln

例题1：已知省煤器进口水温是110℃，出口水温是180℃，烟气进口温度是230℃，出口温度降到185℃，试计算逆流及顺流布置时的对数平均温差。

解：顺流布置时，?t d ＝230－110＝120，?t x ＝185－180＝5

于是，

逆流布置时，?t x ＝230－180＝50， ?t d ＝185－110＝75

于是，例题一的答案表明，顺流布置时，对数平均温差要小。如果传过同样的热量，从公式（4）可以看出，需要的受热面的面积大，需增大72％左右，所以余热锅炉中采用逆流布置。

（三）肋片管的传热过程

1．清洁管壁面的传热过程

图8表示了肋片管的传热，假定金属壁面是清洁的，没有污垢层，可以认为传热有三个阶段，现分别叙述如下：

图8 肋片管的传热

图9 肋片效率E f

（1）第一个阶段：烟气对金属壁的传热。烟气的温度是T ，分别与肋片壁与管外壁接触，管外壁的温度是t wb ，肋片壁的温度是t x 。可以根据公式（4）的形式，分别写出传热量公式，Q 1是传给助片壁的热量，Q 2是传给管外壁的热量。

（8）

（9） 6.615075ln 50

75=-=?t 2.365

120ln 5120=-=?t ()()W

W 1211wb wb x f t T A Q t T A Q -=-=αα

烟气总传热量

（10）上式中的肋片壁温t x 是一个平均温度值，距离管外壁近的肋片根部的温度接近管外壁温t wb ，而在肋片顶端处的温度要比管外壁温t wb 高，所以采用平均值。t x 的数值与以下物理量有关：管外壁温度、管子尺寸、肋片尺寸、金属壁的导热系数、烟气的换热系数等。经数字推导并加整理，得到助片效率E f 和系数B 。

（11）

（12）

两者的关系E f = f （B ）示于图9中。

式中：λb —金属壁的导热系数，W/(m ·℃)

α1—烟气对壁的换热系数W ／（m 2·℃）。

其余符号见图6及图8所示。

肋片效率E f 的物理意义表明金属本身的热阻的影响。从公式（11）中可以看到，当金属有热阻时，t x 大于t wb ，E f 是一个小于1的数值。在理想情况下，金属没有热阻，t x 等于t wb ，肋片效率E f = 1。将（11）公式中的（T —t x ）代人公式（10）中，得到第一阶段传热量为：

（13）

（2）第二个阶段：从管外壁到管内壁的传热量为：

（14）式中：b —管壁厚度，m ；

t nb —管内壁温度，℃；

A b ——用平均直径计算的管子平均面积，m 2。

（3）第三个阶段：从管内壁到管内流体的传热量为：

（15）

式中：α2 —管内流体的换热系数，W/（m 2·℃）；

A nb －管内壁面积，m 2

t ——管内流体的平均温度，℃。

在稳定传热过程中，上述的三个阶段的传热量是相等的，得到Q ＝Q I ＝Q I ＝Q III ，将各Q 值代入后，加以整理，得到

根据

得到 wb x f t T t T E --=()5.01221???? ??-=Y D D B b w f λα()W b nb wb b II A t t b Q -=λ()W 2nb nb III A t t Q -=α()()W 1wb wb f f I t T A E A Q -+=α()

()()()nb nb b nb wb b wb wb f f A t t A t t b t T A E A Q -=-=-+=21αλα()()()t T t t t t t T nb nb wb wb -=-+-+-()()[]W 1wb wb x f I t T A t T A Q -+-=α

（16）

可以写成公式（4）的通用形式，

（17）式中：A 0—肋片、管外壁总面积，A 0＝A f ＋A wb ；

?t —对数平均温差，℃

K —总传热系数，W/（m 2·℃）。

其计算见（四）节内容

2．壁面有污垢的传热过程

图（10）表示有污垢时的传热，由于污垢层的热阻大，使

管外壁温t wb 降低，依此类推，最终使冷流体的温度降低，达

不到预定的加热温度。当余热锅炉受热面存有污垢时，就有此

现象产生，污垢厚度越厚，此现象越严重。

污垢层的传热量可按照公式（14）的形式

工程上直接用污垢系数来表示污垢层的热阻。R w 表示外壁的污垢系数，R w ＝b rw /λrw ；R n 表示内壁的污垢系数，R n ＝b rn /λrn 。

考虑到污垢层比较薄，近似认为A ww ＝A 0，A nw ＝A nb ，九得到：

（18）

（19）

将以上两式与其他三项传热量合并后，得到：

（20）

比较公式（16）与公式（20），可以看出，由于等号左边增加了两项，使数值变大，等号右边的（T －t ）的差值也变大，表示冷流体被加热的温度要降低，即余热锅炉产汽量或蒸汽出口温度均要降低，这说明受热面结垢对运行是不利的。

（四）肋片管的传热系数计算

将公式（20）写成通用形式：

得到传热系数：

()t T A Q A b Q A E A Q nb b b wb f f -=+++21αλαW 0t KA Q ?=t KA Q ?=0()()W W nw nbw nb rn rn ww nb wbw rw rw A t t b Q A t t b Q -=-=λλ()()W 1W 10nb nbw nb n nb wbw w A t t R Q A t t R Q -=-=()

t T A R Q A Q A b Q A R Q A E A Q nb n nb b b w wb f f -=+++++11201αλα

（21）

上式第一项是烟气换热的热阻，第二项是烟气侧壁面的污垢热阻，第三项是金属管壁热阻，第四项是管内壁污垢热阻和管内流体换热的热阻。计算传热系数K ，首先要计算α1、α2、以及R w 、R n 、λb 。现分别叙述如下。

1．金属管壁导热系数λb 。

对于碳钢的管材，当温度为20℃时，λb ＝46W/（m ·℃），随着温度升高而略有降低，当温度在100℃～200℃之间，λb ＝40W/（m ·℃）。

对于含铬钢管，当温度在400℃时，导热系数λb ＝38W/（m ·℃），过热器常采用铬钢来制造。

2．管外壁和管内壁的污垢系数

管外壁的污垢包括氧化膜及积灰，其污垢系数R w 随燃料气的性质而定，燃用天然气时，R w 可取0.00035m 2·℃／W ，燃用油时，R w 可取0.0008m 2·℃／W

管内壁的污垢包括氧化膜及水垢，采用水处理的软化水作为锅炉给水时，污垢系数R n 可取0.0001～0.0002m 2·℃／W 。当软化水质量不合格，水垢层厚度会变厚，使污垢系数随运行时间增加而增加。所以要保证锅炉给水的质量。

3．烟气换热系数α1

肋片管采用正三角形错列布置时，换热系数α1可用布里格斯的实验公式。

（22）式中：S f ，Y ，D f ，D w 结构尺寸见图6；

Re －雷诺数，

Pr －普朗特数，

w －烟气在最小通流截面处的流速，m/s

ρ－烟气密度，kg/m 3

μ－烟气粘度（粘性系数），Pa ?s

c p －烟气定压比热，J/kg ?℃

λ－烟气导热系数，W/m ?℃

当肋片管的结构尺寸确定后，其余物理量都与烟气温度有关，其中烟气流速还与烟气流量有关。

通常烟气的换热系数α1 的数值范围是几十，所以其热阻大，是决定传热系数的主要因素，余热锅炉运行时的负荷变化也取决于烟气换热系数，例如，当烟气流量增加，烟气流速就增大，雷诺数Re 增大，换热系数α1就加大，传热系数K 也变大，传热量增加，使余热锅炉的产汽量增加。反之，烟气流量减少，换热系数也减小，传热量就少，产汽量也少。

注：关于一般的传热计算，传热系数K ，热阻，热阻中的关键项－烟气侧对流换热系数。例题2：已知某处烟气流速17m/s ，温度375℃，当烟气（质量）流量不变，温度升高到()()C m /W 1o 2102010????? ?????? ??+++++=-wb n b b w wb f

f A A R A A b R A E A A K αλα()()

C m /W 5.0Pr Re 1378.0o 2296.0333.0718.01?????????--=w w f f

D D D Y S λαμρw wD =Re λ

μp c =Pr

450℃时，分析换热系数α1的变化。

温度℃λPr μ / ρw Re

375 0.0489 0.702 57.4×10－6 17 296167D w 450 0.0538 0.706 69.14×10－6 19 274391D w 450 375

注：质量流量不变，通流面积不变，烟气的体积与绝对温度成正比，流速也就与绝对温度成正比，从而得到450℃时的速度。

λ，μ，或ν＝μ / ρ等一般可从工程手册上查到。雷诺数和普朗特数可根据定义式计算，其中定压比热一般也可查到。在℃变化不大的情况下，定压比热可以认为是常数。另外，密度ρ可以根据状态方程求得。在本例情况下，压力不变，密度与绝对温度成反比。

由本例得，换热系数增加了4.3％。通常情况下，温度变化1℃，换热系数变化0.057％。

4．管内流体换热系数

（1）单相流体换热系数α2的计算，如在省煤器内和过热器内的情况，可用公式：

（23）

式中，λ－管内流体的导热系数，w/(m?℃)；

D n－管内径，m。

（2）两相流体的换热系数计算，如在蒸发器内的情况，比较复杂，为汽水两相流动，又是沸腾过程。推荐使用下述公式计算蒸发器内有沸腾的两相流换热系数：

α2＝SαF＋αdl（24）式中，αF－沸腾换热系数；

αdl－强迫对流换热系数；

S－修正系数，与汽水两相参数F有关，与雷诺数Re’有关，可从图11查得。F 的计算公式为公式27。

可见换热系数由两部分加权迭加而得，一部分考虑沸腾换热，一部分考虑强迫对流换热。

a．沸腾换热系数αF ：

（24）式中，C－与压力有关的系数，查图12；

q－管内壁热负荷，W/m2，q＝Q/A n；

图11 修正系数S 图12 系数C与压力的关系

()C

023

.0o

8.0

7.0

b．两相强迫对流时的换热系数αdl ：

（25）式中：α2*－假定管内全是饱和水时的对流换热系数，用（23）式计算；

F－存在蒸汽的修正系数，

F＝3.5(X t t)－0.5（26）X t t是考虑水中有汽水共存时的两相参数：

（27）

式中，ρ’’/ρ’－饱和汽与饱和水的密度比；

μ’/μ’’－饱和水与饱和汽的粘性系数比；

x－平均质量含汽率，

（28）D－出口处蒸汽流量；

G－入口处水的流量。

三、在运行条件下受热面传热量的变化

一台余热锅炉的产汽量与吸收的热量有关，也就是与传热量有关。在运行条件下，各种因素都会影响到余热锅炉的产汽量，现分析如下。

（一）烟气流量变化

已知A余热锅炉的进口烟气量为135.5kg/s，现烟气量降为97.2kg/s；假走进口烟气温度不变，此时蒸发器产汽量将如何变化？

图13 产汽量与烟气参数的关系

烟气量下降为原值的71.7％，烟气的换热系数下降为原值的78.8％，假定其它各项热阻不变，总热阻增加1.23倍，传热系数下降为原值的81.6％。由于传热系数下降的幅度小于烟

α?

1.0

5.0

9.0

x5.0

气量的下降幅度，表明蒸发器出口处的烟气温度也要下降，最终平衡在一个新的位置上，经试算后，传热量为原值的73％时是合适的。此时烟气量下降为71.7％，产汽量下降为73％，离开蒸发器的烟气温度比原设计值下降5℃，考虑到进入省煤器的烟气温度降低，省煤器的平均温差下降得多，可以认为生产饱和蒸汽的A 余热锅炉的产汽量与烟气量成比例，图13示出了产汽量与烟气量的线性关系。

（二）烟气温度变化

烟气温度的变化影响平均温差，同时也影响传热系数。例题二的数据说明温度对传热系数的影响不大，主要是影响平均温差。现在仍然用A 炉中的蒸发器为例说明影响传热量的大小（即产汽量的大小）。

在烟气流量不变的条件下，假定进口烟气温度下降到400℃，先假定离开蒸发器的烟气温度不变时，得到烟气有效放热量降为原值的56％，平均温差降为原值的69％，传热系数降为原值的96.7％，传热量降为原值的66.7％，显然，此热量与烟气放热量不同，表明传热能力大，使离开蒸发器的烟气温度必然会下降。经试算后，得到离开蒸发器的烟气温度为207℃，此时烟气有效放热量为28840kW ，传热量为28822kW ，两者相符。热量为原值的58％，即产汽量为51400kg/h 。选用多种烟气流量数值和烟气温度数值，可以算出各个平衡点，平衡点组成的曲线示于图13中。当烟气量不变时，温度与产汽量也是直线关系。

图13是根据A 余热锅炉制定的，可供运行人员参考，（该图由厂方提供）。

应该说明，对于具有过热器的余热锅炉，因蒸汽出口温度与产汽量有关，计算比较复杂，但基本原理是相同的，此处就不叙述。

四、烟气流阻

烟气从燃气轮机出口，经烟道、各受热面直到烟囱出口，是靠自身具有的排气压力，也就是说燃气轮机出口的排气压力要能够克服全部流动阻力。根据流体力学的基本公式，流动阻力可以写成

（30）

式中：w 一烟气平均流速，m/s ；

ρ一烟气密度kg/m 3 ；

T 一烟气平均温度，℃；

p 一烟气平均压力，可取p ＝P O ；

P 。一标准气压；

ρ0一标准情况下烟气的密度，kg/Nm 3；

A 一系数，根据具体条件而定。

当流经三角形错列布置的肋片管时，用公式（31）来计算A 值：

（31）

式中：N 一沿烟气流动方向的纵向管排数；

S 1一管子横向间距，m ；

S 2’一管子斜向间距，m 。

Pa 22

w A p ρ=?00273273p p T +=ρρN S S D S A w ??????? ?????? ??=--515.0'21927.01316.0Re 86.37

在正三角形布置时，S1＝S2’。

在运行条件下，烟气流量和烟气温度的变化都会影响流阻的大小，从公式30和31可以推导其间的关系：

?p ∝ (273＋t)0.684

?p ∝ V1.684

GE公司提供的余热锅炉采用立式布置，烟气向上流动时，会产生自生引力，自生引力可用下式计算：

?p zs＝gh(ρl－ρr)

式中，h－余热锅炉出口高度；

ρl－外界冷风密度；

ρr－平均温度下的烟气密度。

自生引力与烟气温度有关，烟气温度越高，则自生引力也越大。

烟气的流动阻力由烟气压力降及自生引力来平衡。

制造厂提供了烟气压力降与烟气流量、烟气温度的曲线图，示于图15中，该图适用于A 余热锅炉。

图14 肋片管错列布置

图15 烟气压力损失

§3 蒸发器的工作特性及其系统

蒸发器系统包括：两组蒸发器、循环泵及汽包三种主要设备。在此系统内是水吸收热量变成蒸汽，即沸腾过程。由于水平管组内的沸腾过程会影响设备的安全性，所以本节主要叙述沸腾过程的特点，以及各主要设备的安全性。l表示三种主要设备的连接。从省煤器出来的水进入汽包的水空间，与汽包内的水均匀混合后，从汽包底部的一根下降管到循环泵入口，水在循环泵内升压后，进入蒸发器。蒸发器有两组，是并联的，部分水在蒸发器内汽化成汽，汽水混合物离开蒸发器进入汽包，在汽包内使汽水分离，蒸汽从汽包顶部管子引出，去用户或去过热器。水留在空间，再进入下降管依次循环。

一、蒸发器的热力特性

水的沸腾过程是一个复杂的换热过程，烟气加热肋片及管壁，管壁温度升高，使紧邻内壁的水温升高，当温度高于饱和温度一定值时，壁面上会有汽泡产生，长大，然后脱离壁面与水流一同流动，汽与水的流动型式是多种多样的，不同的流型具有不同的热力特性。（一）受热时水平管内汽水两相流的流型

图16是一根水平管受热时的典型图，此图适用于余热锅炉，因其热负荷不大。现分析图中各区域的特点。

I 泡状流II 塞状流III 弹状流IV 波浪状流V 环状流VI 分层流a 间歇干燥区b 长期干燥区

图16 水平蒸发管中的流动形式

I区：壁面上形成的汽泡进入水中，汽泡较小。当水流速低时，由于汽与水的密度不同，在重力影响下，使汽泡趋于管道的上半部，因汽泡小而数量多，称为“泡状流”。沿管内壁均有水，使管壁得到冷却，安全性好。当水流速增大后，水的动能可带动汽泡趋于管中间，使汽泡均匀分布。

II区：随着汽泡数量增多，汽泡聚合而成大汽泡，在水流中流动，好像是个汽塞，称为“塞状流”。此大汽泡也是趋于沿管上半部流动。

III区：在塞状流的基础上，汽泡又变大，变长，形状像子弹，称为“弹状流”。在弹状汽泡四周仍有水层，可以冷却管壁。

IV区：蒸汽连成一片。蒸汽的速度增大，使汽水分界面掀起扰动的波浪称为“波浪状流”，此波浪被甩到管壁上部，使上部管壁经常有水冷却。形成间歇干燥区。

V区：当蒸汽速度很高，汽流就位于管道中心流动，形成汽核，在汽核周围有一层水膜，通常是下部水膜厚，上部水膜薄。水膜沿管内壁呈环状，故称为“环状流”。如果上部失去水膜，形成长期干燥区，将使管壁得不到冷却而超温损坏。

VI区：管内水流速和蒸汽流速都很低时，由于重力的影响，使蒸汽沿管道上部流动，水沿管道下部流动，在蒸汽上部边界没有水膜，汽与水的分界面很光滑，称为“分层流”。

以上六种流动型式的热力（传热）和水力（流阻）特性是不同的。从安全性的角度来看，只有“分层流”是不好的，所以蒸发器在运行中，不允许出现“分层流”。下面将逐步解释此问题。

（二）水沸腾的传热过程

沸腾的定义是：在水的内部（而不是水的表面）产生汽泡的汽化过程。例如管内是饱和水，吸热后，在管壁上就会形成汽泡，这就叫沸腾。

沸腾过程可分两种，一种是大空间沸腾，水是依靠自然对流作上下运动的，例如家庭用水壶烧开水、壶底的水吸热后上升，周围的水下降吸热，最后使壶内之水温都升高。另一种是对流沸腾，即水在管内流动而沸腾，余热锅炉的蒸发器内的水就属于对流沸腾。

由于蒸发器内水温的不同，又可将沸腾分为过冷沸腾和饱和沸腾，现分别叙述之。

1．过冷沸腾

过冷的意义与本章第二节中提到的欠温是相同的，即水温低于饱和温度。

过冷沸腾指的是：整个水温低于饱和温度，但在局部区域沸腾产汽。

例如：进入蒸发器的水温通常是汽包压力对应的饱和水温，而进入蒸发器的水的压力要大于汽包压力，这是因为经循环泵后水压升高，此时的水温对应于水压而言，是过冷的。如果汽包压力是4MPa，对应的饱和水温是250.3℃，当水压升到4.2MPa时，对应的饱和水温应该是253.2℃，表明过冷度约为3”C。

具有过冷度的水进入蒸发管，管外有高温烟气加热，使管壁温度升高，当壁温高于饱和温度时，使紧贴着管壁的水层温度也能略高于饱和温度，在此水层内的水会汽化（即沸腾）。汽泡的产生、长大和脱离将会强烈地扰动水层，使换热加强，即换热系数增大，这就叫做“过冷沸腾”。例题三A余热锅炉的蒸发器I中，进入蒸发器的水沿最下排管内流动，此时最下排管子与540℃的高温烟气接触，有可能发生过冷沸腾。一般来说，由于管内的水温低于饱和温度，当这些汽泡脱离壁面进入主水流中，就会发生凝结现象，此时的过冷沸腾能够稳定进行。如果水流速低，管壁上部产生之汽泡不能脱离壁面，将会在管壁上形成汽膜，使管壁不能冷却，因壁温升高使强度下降而损坏，所以对于过冷沸腾也要注意其破坏性。

2．饱和沸腾

水不断被加热，直至全部水温达到饱和温度以后，就发生饱和沸腾。此时蒸汽不会再凝结，蒸发器的大部份管内都进行着饱和沸腾。为了计算传热量，需要了解饱和沸腾时的换热系数的计算。饱和沸腾的传热随流动型式而不同，通常可以分为二类，一类是图16中的泡状流、塞状流、弹状流，其特点是汽泡周围都有水层存在，汽泡在水流中流动，称为“饱和泡态沸腾”。另一类是图16中的环状流，水在四周流动，汽在中心区流动，各自有流通截面和流速，称为“两相强迫对流”，这两种沸腾的产汽方式也是不同的。

（1）饱和泡态沸腾：汽泡常在管壁上产生、长大、再脱离。从管壁上带走热量有两种方式。一种是汽泡生成需要热量，汽泡脱离就带走热量。另一种是靠壁面内的水层的换热来带走热量，两者都起作用，综合后使传热增强，所以换热系数很大。

（2）两相强迫对流：管内壁处有水层，水层的水温比饱和温度大的数值不足以在管壁上形成汽泡。也就是说水温的过热度不够。此时只能靠水层内水的流动所形成的对流换热，把管壁的热量转移到水层，使水层与蒸汽的分界面上有水蒸发成蒸汽，连续的蒸发过程就把热量带走。这种“环状流”的水和汽流速高，水层的对流换热强，所以水层的温度难以升高到有足够的过热度，对于这种在汽水表面产汽的过程，通常不叫“沸腾”，而命名为“两相强迫对流”。

在实际工程中可以根据热负荷、质量含汽率等参数来确定沸腾的形式，作为计算传热系数，两者差别不大，同时考虑到沿管段的热负荷和质量含汽率都是在变化的，也难以精确分开，所以不再分别叙述其传热计算。

国外学者认为；饱和泡态沸腾和两相强迫对流的汽化过程中，都存在泡态沸腾和对流两种传热机理。例如从管壁上产汽，出现小汽泡，这是泡态沸腾。不产汽泡的区域有水层流动，这是对流传热，同样，在两相强迫对流过程中，水层表面形成的蒸发过程，也扰乱了水层，其作用与泡态沸腾相同。

3．传热过程：

水沸腾时的换热系数是很大的。从例题三的计算中，可以看到两相对流的换热系数为单相对流的3.9倍，即3.9×5024＝19593.6W/(m2℃)，泡态沸腾时的换热系数为（19130.2，误）6923.7W/(m2℃)。最后的沸腾换热系数为（38724，误）20286W/(m2℃)。

下面将对上节计算公式加以说明。

沸腾时换热系数达到五位数字，这是因为汽泡的产生，长大和脱离严重地扰乱了水的边界层，使水分子活跃，增加了紊流度，使换热增强。

关于附面层问题，层流底层。

下面的内容需要简单讲解流体的粘性、粘性系数，气体和液体粘性系数随℃的变化等。蒸发器管内的水的沸腾过程包括“泡态沸腾和两相对流“的传热过程，所以采用公式（24）的计算型式。

（1）αdl 是两相流强制对流换热系数，在管内流动时，可以写成通用型式：

式中的导热系数λ、雷诺数Re 和普朗特数Pr ，都是汽和水两相流的物理量，实际中难以确定。所以按照单相饱和水在管内流动时的各物理量来计算换热系数，然后用试验方法，找出修正

系数F ，经多次试验结果，得到有汽存在时的修正系数F ＝3.5（X tt ）－0.5。

当含汽量增加，意味着汽泡多，其扰动加剧使换热加强，从公式（28）也可以看出含汽率X 增加，两相参数X tt 值减少，系数F 增加。

随着压力增加，蒸汽的密度增加，水的密度降低(解释：饱和状态的温度和压力是一一对应的，压力增加意味着温度增加，因此水的密度下降)。水的粘度减小，而汽的粘度略增，汽与水的物性差别减小，说明汽泡之作用减弱，使换热减弱，从公式（28）也可以看出压力增加使汽水密度比增加，使X tt 值增加，尽管水汽粘度比减小，但其占的比重小。综合后仍使X tt 值增加，系数F 减小。

（2）S αF 是管内沸腾时的换热系数

αF 是考虑沸腾时汽泡的作用而具有的换热系数，通常是按照大容积沸腾换热来计算的，经过许多学者试验总结，大容积沸腾换热系数与热负荷0.7次方成比例，还与汽和水的物性有关，例如：导热系数、密度、粘度、表面张力、比热等等。在饱和状态下，这些物性都与压力有关，所以用物性系数C 来表示，整理为αF ＝C ·q 0.7，即公式（25），C 可从图12中查得。

由于管内流动条件下的沸腾与大容积沸腾有差别，所以用修正系数S 来修正，此修正系数是按照试验结果而整理的。当水流的雷诺数大，表明偏离大容积沸腾的程度大，S 值就小，当水流中含汽量大，蒸汽存在的形式会以弹状、环状为主，此时考虑蒸汽存在的系数F 增加，也表明远离大容积沸腾，此时S 值也减小。反之，含汽量少，汽以泡态形式存在，接近大容积沸腾，S 值就大，从例题三的计算中，蒸发器内的水沸腾换热系数是大容积沸腾换热系数的10％，即S 值为0.1，尽管S 值小，仍保证沸腾换热系数达到一万以上。

以上讨论的传热过程都是正常流型下的换热，总的换热系数大，是安全的。现用例题三的计算数据来说明其安全性。

利用公式（15）及考虑污垢的公式（19），得到

已知Q ＝49714×103W ，α2＝（38724误）20286 W/(m 2℃)

得到t nb 一t ＝15.64℃ （12.5℃，误）

已知水温为195.4℃，则管壁温度t nb 为211.04℃（208℃误），碳钢管材可以在400℃下4.08.0Pr Re 023.0D dl λα=()()nb n nb nb nb n A R Q t t A t t R Q /11212???

? ??+=--???? ??+=-αα()6.779668.101828145.0000196.00002453.012=???==+nb n A R 误α

长期工作，所以是安全的。

（三）汽水分层

汽水分层即是图16中的分层流，下部是水沸腾流动，上部是汽流动。

1．分层流的传热

分层流是在水流速很低时出现的流动型式，此时蒸汽流速也很低。管内有水的区域，仍能有较好的传热效果。水速低，接近大容积沸腾，其换热系数仍很大，使管壁温度为正常值。在蒸汽区域，没有水，因蒸汽的导热系数只是水导热系数的5.5％，所以其换热系数小。再加上蒸汽流速低，更不利于换热。当蒸汽流速为2m/s 时，压力参数与例题三相同，此时蒸汽的换热系数α2为140W/(m 2℃)，将此数值用来计算管壁温度。

℃

此时管壁温度为661.4℃，很显然，这个温度超出了碳钢承受的温度，使管材的强度大大下降而导致管子破坏。换句话说，在上述情况下，因蒸汽的换热系数小，不能把蒸汽侧的管壁的热量带走，故使壁温上升。

注：这只是一个孤立的计算。实际上，由于燃机排气温度只有500～600℃，管壁温度不可能升高到如此高的温度。

2．分界面的疲劳应力

汽水分层的界面常常会上下变化，使得这部分管壁交替地与汽、水接触，与汽接触时则壁温上升，与水接触时壁温下降。由于壁温的交替变化，使材料产生疲劳热应力，减弱其工作的安全性。

综合以上两点，对水平式蒸发器而言，必须防止汽水分层的产生，这是设计者和运行者都需要注意的事项。

3．引起汽水分层的因素

前面已提到分层是在水速和汽速都很低的条件下产生的。除此以外，还与压力、质量含汽率x 、管子内径、热负荷q 有关。

(1)流速的影响

在蒸发管内水连续汽化，各个管截面处的两相混合物的流速也随之而变化，很难用混合物的实际流速来表示流速的大小。人们常用“质量流速”来表示通常的“流速”大小。其定义是：单位截面上单位时间内流过的质量，单位为kg/s ?m 2。对管子而言，管径不变则其流通截面不变。根据质量不灭定律，管内流体的质量也不变，所以管子各个截面处的质量流速都是相同的数值，使用起来十分方便。可以用入口处的质量流速来表示整根管子的流速。用G （kg/s ）表示质量流量，f 表示面积，整理后得到：（所谓质量流速即“密流”。）

式中，ρ－入口处水的密度；

w 0－入口处水的流速，此流速又称为“循环流速”，是常用的参数。

当管径、压力、质量含汽率都不变的条件下，两相流的流型随质量流速ρw 0的变化而改变。质量流速低时，流型是分层流。若质量流速增大，流型会转为塞状流、泡状流。这是因为流速高，动能大，扰动强，水流可以带汽泡一同流动。汽泡垂直上升的运动被高速水流阻碍，不能集中到管子上部，分层流就被破坏了。国外学者根据试验结果得出了一些数据，说明质量流速与分层流的关系，示于图17及图18中。

（2）压力的影响（饱和压力与饱和温度一一对应，压力增加，温度必然增加。）压力对分层流的影响是比较复杂的，以压力增高为例进行分析，压力增高有两方面不同46600017.014016.77910497143=??? ??+?=-t t nb 01w V f

f G ρρ===质量流速

的效果，一方面是水的表面张力减小，汽泡直径小，从水中上升的阻力变小，有利于分层。另一方面是汽与水的密度差变小，即重力影响减小（浮升力减小），不利于分层。根据试验结果，压力的影响表示在图17及图18中，图17中下面二条曲线显示了压力的双重作用，随着压力增加，容易出现分层流，对应的质量流速也增大，当压力达到12MPa 后。随着压力增加，分层流的范围减小，对应的质量流速又减小。

（3）质量含汽率的影响

质量含汽率x 的定义已在管内沸腾换热系数中介绍过，对一根连续受热的管子可以用平均质量合汽率来表示，质量合汽率的倒数是循环倍率K ，

两个指标都是经常被采用的。

一台锅炉的产汽量D 是确定的数值，而进入蒸发器的水量则与其它条件有关。

对于图2所示的自然循环余热锅炉，进入蒸发器内的水量取决于汽包高度、下降管直径、上升管管径、管子根数以及传热量大小。其循环倍率比较大，约为15～30，对应的质量含汽率比较小，约为0.03～0.07。

对于本余热锅炉的进水量G 则可以任意选定，因为水量由循环泵供给的，根据所需要的流量G 选择对应的循环泵，就能满足要求。但进水量G 的大小与安全性和经济性有关。要综合考虑来确定进水量G 。如果选择进水量多，循环泵输送的流量要多，泵的尺寸就大。水量多使得蒸发器的水流速高，流阻增加，泵的扬程也要高，这样的循环泵制造要复杂些，运行中耗电也多，显然是不经济性的。如果选择进水量少，质量流速要减小，质量含汽率增加，容易出现分层流，对安全性不利。

根据研究资料，循环倍率最好不小于5，小于5时容易出现不安全现象，所以A 锅炉选用的循环倍率K 为5～6，选用循环泵的流量为160dm 3/s ，在工作压力条件下的质量流量G 为139kg/s ，产汽量D 为24.6kg/s ，循环倍率K ＝5·7；对应的x ＝0.175，平均质量合汽率为0.088。图17中四条曲线是根据不同含汽率作出的。质量含汽率大，对应的质量流速也增加。

图17 出现分层流的质量流速

图18 消除分层流的最小循环流速

（4）管子内径与热负荷的影响 D

G x K ==1

自然循环热水锅炉水动力计算

自然循环热水锅炉水动力计算例题 A1 锅炉规范额定供热量Q sup：7.0MW 额定工作压力P： 1.0MPa 回水温度t bac.w：70℃ 供水温度t hot.w：115℃ 锅炉为双锅筒、横置式链条炉，回水进入锅筒后分别进入前墙、后墙、两侧墙和对流管束回路中，两侧水冷壁对称布置，前墙和后墙水冷壁在3.2m标高下覆盖有耐火涂料层，如图A -1所示。图 A-1 锅炉简图 A2 锅炉结构特性计算 A2.1 前墙回路上升管划分为三个区段，第Ⅰ区段为覆盖有耐火涂料层的水冷壁管，第Ⅱ区段为未覆盖有耐火涂料层的水冷壁管，第Ⅲ区段为炉顶水冷壁(图 A-2) A2.2 后墙回路上升管划分为二个区段，第Ⅰ区段为覆盖有耐火涂料层的水冷壁管，剩下的受热面作为第Ⅱ区段(图A-3)。

A2.3 侧墙水冷壁回路上升管不分段(图A-4) A2.4 对流管束回路不分段，循环高度取为对流管束回路的平均循环高度，并设对流管束高温区为上升区域(共7排)，低温区为下降区(共6排)。对流管束共有347根，相应的上升管区域根数为191根，下降管区域根数为156根(图A-5)。对流管束总的流通截面积A o 为： A o =347×0.785×0.0442 = 0.5274 m 2 下降管区域流通截面积A dc 为： A dc =156×0.785×0.0442 = 0.2371 m 2 下降管区域流通截面积与对流管束总的流通截面积比A dc / A o 为： 4500=5274 02371 0=...o dc A A 其值在推荐值(0.44—0.48)的范围内。图A-2 前墙水冷壁回路图A-3 后墙水冷壁回路

余热锅炉简单介绍

余热锅炉简单介绍一、什么是余热锅炉余热锅炉是综合利用工业炉余热的一种辅助设备，一般安装在烟道里面，吸收排放烟气的余热（或叫废热）产生蒸汽，并使烟气温度降低。若不装引风机，放置余热锅炉时，其总阻力要小于烟囱抽力。若有引风机，则因为引风机只能承受250℃以下的温度，烟气温度应降至250℃以下，一定要设置余热锅炉，才能保证整个加热炉系统的安全运行。若余热锅炉在运行时发生故障，又没有旁通烟道，则会影响加热炉的正常运行。余热锅炉与一般锅炉的区别就在于，余热锅炉是不需用燃料，而是利用烟气余热来产生蒸汽的锅炉，因此虽然一次投资较大，但若蒸汽能充分的利用时，则其投资最多在4～6个月内就能回收。相对一般锅炉来讲，因余热炉烟气温度低，故要求的受热面积要比一般锅炉大很多。余热锅炉还有如下特点： 1. 热负荷不稳定，会随着生产的周期而变化。 2. 烟气中含尘量大。 3. 烟气有腐蚀性。 4. 余热锅炉的安装会受场地条件限制，另外还存在如何与前段工艺的配合问题等等。二、余热锅炉的结构形式 1. 按循环系统来分，可有强制循环和自然循环两种。前者因要用电，设备也较多，运行成本较高，故现在比较少用。 2. 按受热面形式，主要有烟管锅炉和水管锅炉两种。前者管内通烟气，管外通水，后者与此相反。从综合考虑，一般多采用水管锅炉形式。 3. 从水管结构形式来看，有排管式、蛇形管式、双汽包弯管式、直排管式、斜排管式等等。另外还有一种叫热管余热锅炉，其管内为特殊液体，并抽真空，管外通烟气上部在汽包内加热汽包内的水。我们本次是采用的直排管式余热锅炉，结构简单，制作方便，便于操作管理。三、余热锅炉系统流程介绍汽包→下降管→排管受热器→上升管→汽包（水消耗后给水泵补充给水）四、受热面介绍由φ89、φ108、φ133、φ159管道组成，共六组，每组重约2350kg，约88m2受热面，共重14100kg，约530 m2受热面（见排管图），可以产0.4～0.6MPa的蒸汽4～5t/h饱和蒸

锅炉耗水量计算

§2 锅炉基本特性的表示为了区别各类锅炉构造、燃用燃料、燃烧方式、容量大小、参数高低以及运行经济性等特点，经常用到如下参数：一、锅炉额定出力锅炉额定出力是指锅炉在额定参数（压力、温度）和保证一定效率下的最大连续出力。对于蒸汽锅炉，叫额定蒸发量，单位为吨/小时；对于热水锅炉，叫额定产热量。单位为MW（老单位为万大卡/小时）。产热量与蒸发量之间的关系： Q=D（iq-igs）×1000 千焦/小时式中：D----锅炉蒸发量，吨/小时 iq----蒸汽焓，千焦/公斤 igs----锅炉给水焓，千焦/公斤对于热水锅炉： Q=G（irs “-irs…）×1000 千焦/小时式中：G----热水锅炉循环水量，吨/小时 irs “---锅炉出水焓，千焦/公斤 irs …---锅炉进水焓，千焦/公斤注：1千卡（kcal）=4.1868千焦(KJ) 二、蒸汽（或热水）参数锅炉产生蒸汽的参数，是指锅炉出口处蒸汽的额定压力（表压）和温度。对生产饱和蒸汽的锅炉来说，一般只标明蒸汽压力；对生产过热蒸汽的锅炉，则需标明压力和过热蒸汽温度；对热水锅炉来说，则需标明出水压力和温度。工业锅炉的容量、参数，既要满足生产工艺上对蒸汽的要求，又要便于锅炉房的设计，

锅炉配套设备的供应以及锅炉本身的标准化，因而要求有一定的锅炉参数系列。见 GB1921-88《工业蒸汽锅炉参数系列》及GB3166-88《热水锅炉参数系列》GB1921-88《工业蒸汽锅炉参数系列》额定蒸发量 t/h 额定出口蒸汽压力MPa （表压） 0.4 0.7 1.0 1.25 1.6 2.5 额定出口蒸汽温度℃ 饱和饱和饱和饱和250 350 饱和350 饱和350 400 0.1 ★ 0.2 ★ 0.5 ★★ 1 ★★★ 2 ★★★★ 4 ★★★★★ 6 ★★★★★★★ 8 ★★★★★★★ 10 ★★★★★★★★★ 15 ★★★★★★★★ 20 ★★★★★★★ 35 ★★★★★★ 65 ★★ 本表中的额定蒸发量,对于<6t/h的饱和蒸汽锅炉是20℃给水温度下锅炉额定蒸发量，对

锅炉操作考试模拟题

1、沸腾炉布置在悬浮段的受热面称为埋管。判断正确答案：错误 2、运行中，当水位低于水位表下部可见边缘时，应立即加大给水判断正确答案：错误你的答案：错误 3、锅炉产品铭牌上标明的压力是这台锅炉的额定工作压力，是绝对压力。判断正确答案：错误你的答案：错误 4、热水锅炉的安全阀全部失效，但压力表工作正常，也应立即停炉。判断正确答案：正确你的答案：正确 5、用生石灰做干燥剂对锅炉进行干法保养时，为了保证保养效果，要把装石灰的袋子装实、装满判断正确答案：错误你的答案：错误 6、强制循环锅炉介质的流动动力主要来自水泵的压力。判断正确答案：正确你的答案：正确 7、当给水铁离子含量较高时，将导致锅炉发生电化学腐蚀和生成氧化铁垢判断正确答案：正确你的答案：正确 8、热水锅炉启动时采取先点火后启动循环泵的方式可能造成锅水汽化判断正确答案：正确你的答案：正确 9、有机热载体在最高工作温度高于300℃的条件下使用都应采用闭式系统判断正确答案：正确你的答案：正确 10、蒸汽往复泵启动前应对汽缸进行暖管操作。判断正确答案：正确你的答案：正确 11、位于炉排两侧的下集箱俗称防焦箱。判断正确答案：正确你的答案：正确 12、锅炉若在交班前发生事故，交接班时上班人员应将事故概况告诉接班人员，以便接班后进行处理判断正确答案：错误你的答案：错误 13、点火时司炉人员必须用防范回火的姿势进行操作判断正确答案：正确你的答案：正确 14、煤中的水分和挥发分全部析出后残留下来的固体物质，称为固定碳。判断正确答案：错误你的答案：错误 15、锅炉铭牌上标明的温度是锅炉运行时出口处介质的温度。判断

供热燃气热水锅炉选型方案说明

供热燃气热水锅炉选型方案说明天水成纪房地产开发公司拟对已建（分路口小区），供热采暖系统进行改造，经对小区现场实地勘察，以及和建设方对采暖问题的相关探讨，现将供热设备选型的基本参数及热力数据提供如下：一.供热采暖的基本参数 1.供热总面积：70000m2 2.采暖形式均为地板辐射式散热 3.现有供热设备为地源热泵机组 4.单独为20000m2（两栋高层），采用燃气热水锅炉供热的可行性方案。二.采暖热负荷的概算采用面积热指标法对采暖热负荷进行计算，按下式进行 Q=q i F×10-3 根据《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19及《城市热力网设计规范》CJJ34，按当地最大热指标取值为75W/m2 的理论计算值。公式中： F—建筑面积（m2） Q—建筑物采暖设计热负荷（KW）， q i—建筑物采暖面积热负荷（W/ m2） 1.总热功率：5250KW=5.25MW（取值5.6MW） 2.总耗热量：450×104 Kcal (65Kcal/m2.C0)

3.热源条件：燃气工业热水锅炉 4.供热型式；由锅炉房提供热源通过二次换热系统，为小区楼房输送地暖供热。三.锅炉房水循环量理论计算值（G） ?t/h G=0.86?K?Q C?[ tg?th] 式中 Q————锅炉额定热功率 K————管网散热损失系数，取1.05 C————管网热水的平均比热容，kJ/Kg?0c tg————热水供水温度550C（地暖） th————热水回水温度450C（地暖）代入数据计算值为：G=337m3/h 11.小区供热形式为地暖系统，属低温大流量辐射供热，供热锅炉房循环水量比传统散热器采暖系统要大，按照小区楼房分布位置及楼层高度参数，通过二次换热系统采取分区供热型式，能够满足小区整体供热质量和效果。 2.供热系统阻力由沿程压力损失，局部压力损失及设备内阻等因素决定，以输送管道规格及配件等数据计算确定。在循环水泵选型时综合考虑。 3.二次换热机组在循环水泵选型时应综合考虑上述流量，管道系统阻力及扬程的设计参数。四.燃气热水锅炉选型 1.为保证小区采暖质量，综合考虑地暖系统的实际耗热

自然循环余热锅炉的热偏差的分析和控制

自然循环余热锅炉的热偏差的分析和控制集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-

自然循环余热锅炉的热偏差的分析和控制对余热锅炉运行中的热偏差进行理论分析，分析其产生原因和将会造成的后果，并提出相应的改善措施。为了响应国家淘汰低产能的号召，中国有色集团抚顺红透山矿业有限公司冶炼厂对冶炼工艺进行改造，采用富氧底吹炉工艺生产，余热锅炉是这套工艺流程中的一个热交换设备，用以降低底吹炉出来的含有SO2的高温高矿尘气体的温度，以满足制酸工艺的要求，并达到余热利用的目的。本余热锅炉动力为自然循环，额定蒸汽压力3.8Mpa，蒸汽出口温度249℃。在该工艺中，余热锅炉的安全稳定运行决定了底吹炉能否正常运行，所以需要保证余热锅炉能够长时间稳定的工作，那么余热锅炉的爆管事故就需要尽力避免，刨除材质和施工质量的原因，由热偏差产生的爆管事故占有较大的比重。所以本文将对余热锅里热偏差的分析和控制做出阐述。热偏差的概念自然循环余热锅炉是依靠热对流为动力来完成炉内循环，所以在自然余热锅炉的运行中很容易出现水冷壁各个位置由于热量分布不均产生金属

管壁超温，进而发生爆管等事故的情况，只有合理的设计和在运行中科学的操作控制，才能确保余热锅炉的水冷壁拥有比较长的使用寿命。余热锅炉的烟道（即炉膛）是由许多平行管列组成的水冷壁。由于结构和制造的原因，烟道的水冷壁管的尺寸大体相同，但是在自然循环余热锅炉的各个部分所受的热负荷不同，导致水冷壁管中液体的吸热量不同，因此在管道中水循环的动力也是不同的。这也就产生了锅炉内部的热偏差。总的来说水冷壁中的热偏差是由于热力不均和水的流量不均造成的。热偏差的形成原因 3.1.余热锅炉烟道内的热力不均余热锅炉属于被动式锅炉，它所需要的热量完全来自烟气的温度，所以烟道内的热力不均是余热锅炉热偏差的一个主要的形成原因。烟道内的热力不均主要存在下列几种情况：

余热锅炉基本基本知识

燃机余热锅炉基本原理介绍燃机余热锅炉，英文简写为 HRSG（Heat Recovery Steam Generator），是燃气－蒸汽联合循环的重要组成部分。其主要工作原理是通过布置大量的换热管（通常采用螺旋鳍片管）来吸收燃机排气的余热，产生蒸汽供汽机发电或作为供热及其它工艺用汽。燃机余热锅炉发展至今，形成了各种结构形式和布置方法，简单介绍如下。燃机余热锅炉按照其循环方式主要分为两种形式：即受热面水平布置的强制循环余热锅炉和受热面垂直布置的自然循环余热锅炉，两者的主要区别是强制循环锅炉需配置循环泵依靠循环泵的压头实现蒸发器内的水循环，而自然循环则主要靠下降管和受热的蒸发管束中工质的密度差来实现循环。强制循环就国外而言主要在欧洲使用较多，国内主要用于燃机燃用重油等含灰较多燃料、受热面需吹灰和清洗的情况，如我厂提供深圳南山电厂、月亮湾等电厂的 9E 级燃机余热锅炉及浙江金华、广州明珠等 6B 级燃机余热锅炉。自然循环就国外而言主要用于美国，国内主要用于燃机燃用天然气、轻油等清洁燃料的燃机余热锅炉，如我厂提供的深圳金岗、天津滨海等的6B，江苏无锡、海南南山的FT-8 及海南洋浦 V94.2 燃机余热锅炉。强制循环和自然循环余热锅炉的结构形式见附图 1 和附图 2。附图 1 强制循环余热锅炉

附图 2 自然循环余热锅炉燃机余热锅炉按照是否补燃分为补燃型余热锅炉和非补燃型余热锅炉，除非是用于热电联产或其它特殊工艺要求，一般应选用非补燃型余热锅炉，因为补燃会降低余热锅炉的效率。一般补燃采用烟道式燃烧器，布置在进口烟道中，仅利用燃机排气中的氧气而不掺入补燃空气，补燃后烟气温度控制在 750℃以下。烟道式补燃燃烧器的布置位置见附图 3，其结构见附图 4。

锅炉专业术语大全(中英文)

种类水管锅炉water tube boiler 自然循环锅炉natural circulation boiler 强制循环锅炉forced circulation boiler 直流锅炉once-through boiler 废热锅炉waster heat boiler 乏气锅炉exhaust gas boiler 正压锅炉supercharged boiler 燃煤锅炉coal fired boiler 重油锅炉heavy oil boiler 燃气锅炉gas fired boiler 混烧锅炉multi-fuel fired boiler 超临界压力锅炉supercritical pressure boiler 亚临界压力锅炉subcritical pressure boiler 汽包锅炉drum boiler 辐射式锅炉radiant boiler 室内锅炉indoor boiler 露天锅炉outdoor boiler 辅助锅炉auxiliary boiler 常压流化床Atmospheric fluidized bed combustion （AFBC）循环流化床circulating fluidized bed combustion (CFBC)四角燃烧锅炉corner fired boiler FURNACE 炉膛

BURNNER 燃烧器 SH；SUPERHEATER 过热器 RH；REHEATER 再热器 PLATEN SUPERHEATER 屏过 PENDANT 悬吊管 WATERWALL 水冷壁 DOWM COMER 下降管 HEADER 联箱、母管 STEAM DRUM 汽包 ATTEMPERATOR 减温器 SPRAY 喷水 ECONIMIZER 省煤器 AIR PREHEATER 空预器ELECTROSTATIC PRECIPITATOR 静电除尘器INDUCED DRAFT FAN 引风机 FORCED DRAFT FAN 送风机 PRIMARY AIR FAN 一次风机 SECONDARY AIR 二次风 SEAL AIR FAN 密封风机 PULVERIZER 磨煤机 COAL FEEDER 给煤机 IGNITOR 点火器，油枪INITIATE 启动、引燃、激发、触发 CLEAN 清扫

供热计算

六、城市供热工程规划 (一) 城市热负荷计算 1.计算法 ①采暖热负荷计算 Q=q ? A ? 10-3 (6-11) 式中，Q 为采暖热负荷(MW)，q 为采暖热指标(W/m 2，取60?67W/m 2 )，A 为采暖建筑面积(m 2)。 ②通风热负荷计算 Q T =KQn (6-12) 式中，Q T 为通风热负荷(MW) , K 为加热系数(一般取0.3?0.5), Qn 为采暖热负荷(MW)。 ③生活热水热负荷计算 Qw=Kq w F (6-13) 式中，Qw 为生活热水热负荷(W) ,K 为小时变化系数，q w 为平均热水热负荷指标(W/m 2)， F 为总用地面积(m 2 )。当住宅无热水供应、仅向公建供应热水时， q w 取2.5?3W/m 2 ；当住宅供应洗浴用热水时，q w 取15?20W/m 2 。 ④空调冷负荷计算 Qc= q c A10-3 (6-14) 式中，Qc 为空调冷负荷(MW) ,3为修正系数，q c 为冷负荷指标(一般为70?90W/m 2 ), A 为建筑面积(m 2)。对不同建筑而言，3的值不同，详见表表6-50城市建筑冷负荷指标 6-6。注：当建筑面积<5000m 2时，取上限；建筑面积 >10000m 2 时，取下限。 ⑤生产工艺热负荷计算对规划的工厂可采用设计热负荷资料或根据相同企业的实际热负荷资料进行估算。该项热负荷通常应由工艺设计人员提供。 ⑥供热总负荷计算将上述各类负荷的计算结果相加，进行适当的校核处理后即得供热总负荷，但总负荷中的采暖、通风热负荷与空调冷负荷实际上是同一类负荷, 在相加时应取两者中较大的一个进行计算。 2.概算指标法

余热锅炉系统工作原理及技术特点

余热锅炉系统工作原理及技术特点中国锅炉网资讯栏目https://www.docsj.com/doc/794157415.html,/news/5/ §1概论一、简述在燃气轮机内做功后排出的燃气，仍具有比较高的温度，一般在540℃左右，利用这部分气体的热能，可以提高整个装置的热效率。通常是利用此热量加热水，使水变成蒸汽。蒸汽可以用来推动蒸汽轮机一发电机，也可用于生产过程的加热或供生活取暖用。对于稠油的油田可以用蒸汽直接注入油井中，以提高采油量。根据不同的蒸汽用途，要求有相应的蒸汽压力和蒸汽温度，也就需要不同参数的产汽设备。利用燃气轮机排气的热量来产汽的设备，称为“热回收蒸汽发生器”，表明回收了排气的热量，用英文字母HRSG来表示。我国习惯上称为“余热锅炉，本文也采用“余热锅炉”的名称，并把燃气轮机的排气简称为“烟气”。 “余热锅炉”通常是没有燃烧器的，如果需要高压高温的蒸汽，可以在“余热锅炉”内装一个附加燃烧器。通过燃料的燃烧使整个烟气温度升高，能够产生高参数的蒸汽。例如某余热锅炉不装燃烧器时，入口烟气温度为500℃，装设附加燃烧器后，可使入口烟气温度达到756℃。蒸汽的压力可以从4MPa升到10MPa，蒸汽的温度可以从450℃升到510℃，蒸汽可以供高温高压汽轮机用，从而增加了电功率输出。目前我国油田进口的余热锅炉的蒸汽参数有：4MPa配450℃及1.4MPa配195℃（饱和蒸汽）。前者供给中压汽轮机来发电，后者可以供生产或供生活取暖用。注：关于多种余热锅炉，余热锅炉利用燃气轮机排气的方式，补燃问题。二、余热锅炉的组成（一）蒸汽的生产过程图19－1是一台余热锅炉的结构示意图，从图中可以看出产汽的过程。

常用热力单位换算表

常用热力单位换算表一、热量单位换算 1、常用热量单位介绍 A、焦耳（J）、千焦（KJ）、吉焦（GJ），工程计算广为采用，国际单位制。热力计算、热计量、热量化验等实际操作中常见，国家标准及图表、线图查询等规范性技术文件中主要表达的单位。但是，其他导出单位及工程习惯相互交织，使得这种单位在今天热力计算中不是很方便。 B、瓦特（W）、千瓦(KW)、兆瓦（MW），工程导出单位，是供热工程常用单位，如热水锅炉热容量：7MW、14MW、29MW、56MW...等，习惯上常说到的10t、20t、40t、80t...等锅炉,相当于同类容量蒸汽锅炉的设计出力.工程上热水锅炉和换热站热计量仪表、暖通供热设计计算、估算、供热指标等，广泛采用。 C、卡（car)、千卡（Kcal)...,已经淘汰的热量单位,但是工程中还在使用,特别是大量的技术书籍,例如煤的标准发热量7000Kcal。 2、基本计算公式 1W=0.86Kcal，1KW=860Kcal，1Kcal=1.163W; 1t饱和蒸汽=0.7MW=700KW=2.5GJ=60万Kcal; 1kg标煤=7000Kcal=29300KJ=29.3MJ=0.0293GJ=8141W=8.141KW; 1GJ=1000MJ；1MJ=1000KJ；1KJ=1000J 1Kcal=4.1868KJ 1W=3.6J（热工当量，不是物理关系，但热力计算常用）

4、制冷机热量换算 1美国冷吨=3024千卡/小时（kcal/h）=3.517千瓦（KW） 1日本冷吨=3320千卡/小时（kcal/h）=3.861千瓦（KW） 1冷吨就是使1吨0℃的水在24小时内变为0℃的冰所需要的制冷量。） 1马力（或1匹马功率）=735.5瓦（W）=0.7355千瓦（KW） 1千卡/小时（kcal/h）=1.163瓦（W）二、压力单位换算 1、1Mpa=1000Kpa；1Kpa=1000pa 2、1标准大气压=0.1Mp=1标准大气压 1标准大气压=1公斤压力=100Kpa=1bar 1mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa（帕） 1mmH20=10Pa（帕） 1KPa=1000Pa=100mmH20（毫米水柱） 1bar=1000mbar 1mbar=0.1kpa=100pa

锅炉供热量计算

新建铁路贵阳至广州客运专线（贵州段）GGTJ-2标段都匀东制梁场蒸汽养护锅炉供热量计算编制：审核：审批：中铁隧道集团有限公司都匀东制梁场二0一0年十二月

关于梁场蒸汽养护锅炉供热量的计算 1.计算目的为加快梁场生产速度，加快梁片预制的节奏、缩短施工周期同时保证产品质量以及相关的技术要求，拆模前采用养护罩形式进行蒸汽养护从而需对供热设备进行供热量计算是否满足施工要求。 2、计算依据箱梁的施工技术要求以及锅炉、蒸养罩、蒸养管道和监测仪器等养护设备的特点。供热设备—DZL4-1.25-AII型4t燃煤锅炉设计说明书。 3、计算过程单榀箱梁所用蒸汽量计算如下： W = Q /(I × H) 其中：Q----计算所需总热量（KJ/h） I----在一定压力下蒸汽的含热量（KJ/kg） H----有效利用系数所需总热量的计算：Q = 3.6×∑ F×K×(Tn – Ta）×ω 其中：F----围护结构的表面积 F = 7.2×5×2＋5×34×2＋7.2×34=656.8m2 K----围护结构的传热系数，取12.5 Tn取40℃，Ta取6℃，ω取2.6 代入各值得： Q=3.6×656.8×12.5×40×2.6=3073824 KJ/h 在一定压力下蒸汽的含热量（KJ/kg）I取2644 KJ/kg；

有效利用系数H取0.45 所以养护单孔梁需要蒸汽用量： W = Q /(I × H)= 3073824/（2644×0.45）≈2583.5 Kg/h 因制梁场设计生产能力为1孔/天，则需要总蒸汽养护量取1孔/天来考虑即为： W总= 2583.5 Kg/h 即：梁场配备一台4tDZL4-1.25-AII型锅炉，蒸养时采用蒸养棚罩，蒸养棚罩钢架采用钢结构，满足蒸汽养护要求。

强制循环余热锅炉系统

强制循环余热锅炉系统 §1概论一、简述在燃气轮机内做功后排出的燃气，仍具有比较高的温度，一般在540℃左右，利用这部分气体的热能，可以提高整个装置的热效率。通常是利用此热量加热水，使水变成蒸汽。蒸汽可以用来推动蒸汽轮机一发电机，也可用于生产过程的加热或供生活取暖用。对于稠油的油田可以用蒸汽直接注入油井中，以提高采油量。根据不同的蒸汽用途，要求有相应的蒸汽压力和蒸汽温度，也就需要不同参数的产汽设备。利用燃气轮机排气的热量来产汽的设备，称为“热回收蒸汽发生器”，表明回收了排气的热量，用英文字母HRSG来表示。我国习惯上称为“余热锅炉，本文也采用“余热锅炉”的名称，并把燃气轮机的排气简称为“烟气”。 “余热锅炉”通常是没有燃烧器的，如果需要高压高温的蒸汽，可以在“余热锅炉”内装一个附加燃烧器。通过燃料的燃烧使整个烟气温度升高，能够产生高参数的蒸汽。例如某余热锅炉不装燃烧器时，入口烟气温度为500℃，装设附加燃烧器后，可使入口烟气温度达到756℃。蒸汽的压力可以从4MPa升到10MPa，蒸汽的温度可以从450℃升到510℃，蒸汽可以供高温高压汽轮机用，从而增加了电功率输出。目前我国油田进口的余热锅炉的蒸汽参数有：4MPa配450℃及1.4MPa配195℃（饱和蒸汽）。前者供给中压汽轮机来发电，后者可以供生产或供生活取暖用。注：关于多种余热锅炉，余热锅炉利用燃气轮机排气的方式，补燃问题。二、余热锅炉的组成（一）蒸汽的生产过程图19－1是一台余热锅炉的结构示意图，从图中可以看出产汽的过程。图19－1强制循环余热锅炉

（注意蒸发器为顺流布置，即管束流向自下而上，以免上下弯头处积汽。）从燃气轮机出口的烟气，经烟道到余热锅炉入口，烟气自下而上流动，流经过热器、两组蒸发器和省煤器，最后排入烟囱。排烟温度约为150－180℃，烟气温度从540℃降到排烟温度，所放出的热量用来使水变成蒸汽。进入余热锅炉的给水，其温度约为105℃左右，先进入上部的省煤器，水在省煤器内吸收热量使水温上升，水温升到略低于汽包压力下的饱和温度，就离开省煤器进入汽包。进入汽包的水与汽包内的饱和水混合后，沿汽包下方的下降管到循环泵，水在循环泵中压力升高，分别进入两组蒸发器，在蒸发器内的水吸热开始产汽，通常是只有一部份水变成汽，所以在蒸发器管内流动的是汽水混合物。汽水混合物离开蒸发器进入汽包上部。在汽包内装有汽水分离设备，可以把汽和水分开，水落到汽包内水空间，而蒸汽从汽包顶部出来到过热器。在过热器内吸收热量，使饱和蒸汽变成过热蒸汽。根据产汽过程有三个阶段，对应的应该要有三个受热面，即省煤器、蒸发器和过热器。如果不需要过热蒸汽，只需要饱和蒸汽，可以不装过热器。（二）余热锅炉的型式 1、强制循环余热锅炉图19－1所示的余热锅炉就是强制循环余热锅炉。从汽包下部出来的水经一台循环泵后，进入蒸发器，是靠循环泵产生的动力使水循环的，称为“强制循环余热锅炉”。其特点是；各受热面组件的管子是水平的，受热面之间是沿高度方向布置，可节省地面的面积，并使出口处的烟囱高度缩短。但在运行中需要循环泵，使运行复杂，增加维修费用。目前油田进口的余热锅炉，多数采用此种型式。 2．自然循环余热锅炉图19－2是一自然循环余热锅炉，全部受热面组件的管子是垂直的。给水进入省煤器吸热后，进入汽包。汽包有下降管与蒸发部的下联箱相连，下降管位于烟道外面，不吸收烟气的热量。汽包还与蒸发器的上联箱相连。直立管簇吸收烟气的热量。当水吸收烟气热量就有部份水变成蒸汽，由于蒸汽的密度比水的密度要小得多，所以直立管内汽和水混合物的平均密度要小于下降管中水的密度，两者密度差形成了水的循环。也就是说：不吸热的下降管内的水比较重，向下流动。直立管内的汽水混合物向上流动，形成连续产汽过程。此时进入蒸发器的水不是靠循环泵的动力，而是靠流体的密度差而流动，这种余热锅炉称为“自然循环余热锅炉”。其特点是：省去循环泵，使运行和维修简单。但各受热面是沿水平方向布置，占地面积大，在排烟处所需烟囱的高度要高。图2 自然循环余热锅炉本文主要介绍“强制循环余热锅炉”。（注：一般来说，余热锅炉的循环方式有5种：单压，双压无再热，双压再热，三压无再热，

锅炉英文术语

锅炉boiler 锅炉机组boiler unit 固定式锅炉stationary boiler 蒸汽锅炉steam boiler 电站锅炉power station boiler 工业锅炉industrial boiler 生活锅炉domestic boiler 热水锅炉hot water boiler 船用锅炉marine boiler 快装锅炉package boiler 组装锅炉shop-assembled boiler 散装锅炉field-assembled boiler 常压热水锅炉atmospheric pressure hot water boiler 低压锅炉low pressure boiler 中压锅炉medium pressure boiler 高压锅炉high pressure boiler 超高压锅炉superhigh pressure boiler 亚临界压力锅炉subcritical pressure boiler 超临界压力锅炉supercritical pressure boiler 超超临界锅炉ultra supercritical boiler 自然循环锅炉natural circulation boiler 强制循环锅炉forced circulation boiler 直流锅炉once-through boiler 复合循环锅炉combined circulation boiler 低循环倍率锅炉low circulation boiler 火管锅炉fire tube boiler 水管锅炉water tube boiler 固体燃料锅炉solid-fuel fired boiler 液体燃料锅炉liquid-fuel fired boiler 气体燃料锅炉gas-fuel fired boiler 余热锅炉exhaust heat boiler 余热锅炉（HRSG）电热锅炉electric boiler 锅壳式锅炉shell boiler 水火管锅壳式锅炉water-fire tube shell boiler 卧式内燃锅炉horizontal internal-combustion boiler 错列布置管束staggered bank 顺列布置管束in-line bank 对流烟道convection pass 并联烟道parallel gas passes 风道air duct 炉膛（燃烧室）furnace

余热锅炉系统详细介绍

余热锅炉系统 §1概论一、简述在燃气轮机内做功后排出的燃气，仍具有比较高的温度，一般在540℃左右，利用这部分气体的热能，可以提高整个装置的热效率。通常是利用此热量加热水，使水变成蒸汽。蒸汽可以用来推动蒸汽轮机一发电机，也可用于生产过程的加热或供生活取暖用。对于稠油的油田可以用蒸汽直接注入油井中，以提高采油量。根据不同的蒸汽用途，要求有相应的蒸汽压力和蒸汽温度，也就需要不同参数的产汽设备。利用燃气轮机排气的热量来产汽的设备，称为“热回收蒸汽发生器”，表明回收了排气的热量，用英文字母HRSG来表示。我国习惯上称为“余热锅炉，本文也采用“余热锅炉”的名称，并把燃气轮机的排气简称为“烟气”。 “余热锅炉”通常是没有燃烧器的，如果需要高压高温的蒸汽，可以在“余热锅炉”内装一个附加燃烧器。通过燃料的燃烧使整个烟气温度升高，能够产生高参数的蒸汽。例如某余热锅炉不装燃烧器时，入口烟气温度为500℃，装设附加燃烧器后，可使入口烟气温度达到756℃。蒸汽的压力可以从4MPa升到10MPa，蒸汽的温度可以从450℃升到510℃，蒸汽可以供高温高压汽轮机用，从而增加了电功率输出。目前我国油田进口的余热锅炉的蒸汽参数有：4MPa配450℃及1.4MPa配195℃（饱和蒸汽）。前者供给中压汽轮机来发电，后者可以供生产或供生活取暖用。注：关于多种余热锅炉，余热锅炉利用燃气轮机排气的方式，补燃问题。二、余热锅炉的组成（一）蒸汽的生产过程图19－1是一台余热锅炉的结构示意图，从图中可以看出产汽的过程。图19－1强制循环余热锅炉

锅炉的水循环

河北艺能锅炉有限责任公司

简介锅炉运行时，水和汽的混合物在闭合的回路中持续并且有规律地循环流动，受热面从火焰和高温烟气中吸收的热量，不断地被流动的水或汽水混合物带走，保证受热面金属得到冷却，这就叫锅炉水循环。锅炉水循环按其循环方式可分为自然循环和强制循环两种。自然循环是依靠受热部分汽水混合物的密度小于不受热部分水的密度，从而形成压力差（流动压头），促使锅炉水流动。强制循环是利用水泵的推动作用，强迫锅炉水流动。水与水蒸气的性质在常温下水是无色无味透明的液体，具有一定的体积，但没有固定的形状。水随着温度的变化，可变成蒸汽，也可变成冰。水在摄氏零度以下，液态可变成固态，这种固态称为冰或雪，如果温度高于摄氏零度，固态会变成液态。如果再不断加热，水会开始沸腾，液态又会变成气态，称为蒸汽。蒸汽可分饱和蒸汽和过热蒸汽。 1、饱和蒸汽和过热蒸汽的特性在一定压力下，饱和蒸汽的温度是恒定的，不同的压力对应一个不同的饱和蒸汽温度值。知道工作压力，查水蒸气性质表即可得到饱和蒸汽温度。饱和蒸汽的品质不高，或多或少带有小水滴，要想得到理想的蒸汽品质，就必须对饱和蒸汽继续加热，提高蒸汽的干度和温度，使饱和蒸汽变为过热蒸汽。只有装置过热器的锅炉，才能将饱和蒸汽通过过热器继续加热成为过热蒸汽。 2、锅炉水位形成原理水在连通器内，当水面上所受的压力相等时，各处的水面始终保持一个平面。锅炉上的水位表就是利用这一原理设计的。热水锅炉，除蒸汽定压外整个锅炉内部都充满了水；而对蒸汽锅炉需要一定的蒸汽空间，水位要控制在一定的高度。通过观察上锅筒的水位表，水位线以下为饱和水，饱和水不断加热蒸发，水位将会逐渐下移，为保持一定的水位，就要给锅炉补水，保持水位的稳定。水循环的基本原理

热水锅炉参数设计

热水锅炉参数系列 GB 3166-88 本标准适用于生活用、工业用固定式热水锅炉。 1.热水锅炉的基本参数应符舍下表的规定。 ━━━━━━┯━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━│额定出口/进口水温度℃ 额定热功率MW├────────┬─────┬─────┬─────┬───│ 95/70 │ 115/70 │ 130/70 │ 150/90 │180/110 ├────────┴─────┴─────┴─────┴─── │允许工作压力MPa(表压） ──────┼──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬───│0.4 │0.7 │1.0 │0.7 │1.0 │1.0 │1.25│1.25│1.6 │2.5 0.1 │△│││││││││ 0.2 │△│││││││││ 0.35 │△│△││││││││ 0.7 │△│△││△││││││ 1.4 │△│△││△││││││ 2.8 │△│△│△│△│△│△│△│△││ 4.2 ││△│△│△│△│△│△│△││ 7.0 ││△│△│△│△│△│△│△││ 10.5 │││││△││△│△││ 14.0 │││││△││△│△│△│ 29.0 │││││││△│△│△│△ 46.0 │││││││││△│△ 58.0 │││││││││△│△ 116.0 │││││││││△│△ ━━━━━━┷━━┷━━┷━━┷━━┷━━┷━━┷━━┷━━┷━━┷━━━ 附加说明本标准由中华人民共和国机械工业部提出。本标准由上海工业锅炉研究所归口和负责起草。本标准主要起草人田辉鑫自本标准实施之日起，原国家标准GB3166-82《热水锅炉参数系列》作废。 GB3166-88《热水锅炉参数系列》编制说明 1. GB3166-82《热水锅炉参数系列》是我们工业锅炉行业的基础标准之一，涉及面广，为贯彻国发(1984)28号文《国务院关于在我国统一实行法定计量单位的命令》要求。采用法定计量单位制，故需修定本标准。本标准的修定是按机械工业部1986年标准制、修订计划中86460111项目要求进行的。修订时，根据原标准几年来执行的情况，在原标准的基础上，作了适当的调整和补充。 2. 根据 GB3100—82《国际单位制及其应用》的规定，压力单位应用帕［斯卡］，单位符号为Pa，或帕的十进倍数，本标准中采用兆帕(MPa)，即 lMPa=106Pa，这样1MPa=10.197kgf ／cm2。因为锅炉压力参数要在锅炉铭牌中表示，为使锅炉铭牌不致出现过多的小数，本标准中的压力参数等级定为0.4；0.7；1.0；1.25，1.6；2.5六档，相当于4.079；7.138;10.197； 12.746；16.315；25.493 kgf／cm2，与《工业蒸汽锅炉参数系列》一致。除1.25 MPa压力级比原标准中13 kgf／cm2降低2%以外，其余都比原标准中相应的压力等级提高2%。当该标准实施后，锅炉的强度计算应按此压力参数进行计算。 3. 将原标准中的额定供热量改为额定热功率，单位用 MW表示，不用供热量单位MJ／h

余热锅炉原理

余热锅炉原理一、余热锅炉的组成（一）蒸汽的生产过程图19－1是一台余热锅炉的结构示意图，从图中可以看出产汽的过程。图19－1强制循环余热锅炉

烟气，经烟道到余热锅炉入口，烟气自下而上流动，流经过热器、两组蒸发器和省煤器，最后排入烟囱。排烟温度约为100－220℃，烟气温度从380/330℃降到排烟温度，所放出的热量用来使水变成蒸汽。进入余热锅炉的给水，其温度约为42—126℃左右，先进入上部的省煤器，水在省煤器内吸收热量使水温上升，水温升到略低于汽包压力下的饱和温度，就离开省煤器进入汽包。进入汽包的水与汽包内的饱和水混合后，沿汽包下方的下降管分别进入两组蒸发器，在蒸发器内的水吸热开始产汽，通常是只有一部份水变成汽，所以在蒸发器管内流动的是汽水混合物。汽水混合物离开蒸发器进入汽包上部。在汽包内装有汽水分离设备，可以把汽和水分开，水落到汽包内水空间，而蒸汽从汽包顶部出来到过热器。在过热器内吸收热量，使饱和蒸汽变成过热蒸汽。根据产汽过程有三个阶段，对应的应该要有三个受热面，即省煤器、蒸发器和过三、在运行条件下受热面传热量的变化一台余热锅炉的产汽量与吸收的热量有关，也就是与传热量有关。在运行条件下，各种因素都会影响到余热锅炉的产汽量，现分析如下。（一）烟气流量变化已知A余热锅炉的进口烟气量为135.5kg/s，现烟气量降为97.2kg/s；假走进口烟气温度不变，此时蒸发器产汽量将如何变化？

图13 产汽量与烟气参数的关系烟气量下降为原值的71.7％，烟气的换热系数下降为原值的78.8％，假定其它各项热阻不变，总热阻增加1.23倍，传热系数下降为原值的81.6％。由于传热系数下降的幅度小于烟气量的下降幅度，表明蒸发器出口处的烟气温度也要下降，最终平衡在一个新的位置上，经试算后，传热量为原值的73％时是合适的。此时烟气量下降为71.7％，产汽量下降为73％，离开蒸发器的烟气温度比原设计值下降5℃，考虑到进入省煤器的烟气温度降低，省煤器的平均温差下降得多，可以认为生产饱和蒸汽的A余热锅炉的产汽量与烟气量成比例，图13示出了产汽量与烟气量的线性关系。蒸发器的工作特性及其系统蒸发器系统包括：两组蒸发器、汽包三种主要设备。在此系统内是水吸收热量变成蒸汽，即沸腾过程。由于水平管组内的沸腾过程会

循环式太阳能热水器的强制循环式和自然循环式

循环式太阳能热水器的强制循环式和自然循环式 1、强制循环式太阳能热水器这是在集热器和贮热器之间设有一个循环水泵相连接，以循环水泵为动力，将贮热器的水强制通过集热器来获取热量，再回到贮热器，不断循环，提高水温。这种热水器的优点是：贮热器的安装位置不受集热器安装位置的影响。贮热器中可安装辅助热源，以实现常年供应热水。不设辅助热源的热水器，循环泵的开、停受集热器水温控制；设辅助热源的，冷水补充和循环泵开、停亦由统一的控制电路控制。但这类热水器的结构较复杂、造价较高，目前国内家庭用的尚无商品化生产，主要生产一些大容量供集体用的强制循环太阳能热水器。 2．自然循环式太阳能热水器这是由1个乎板集热器和1个贮热器连接成的热水器，依靠集热器水温变化产生的液位差，通过敷设在贮热器内高、低不同的管道，不断循环贮热器的水来提高水温。这类热水器适合于一般城市家庭使用，但它的200升以上的贮热器必须安装在乎板集热器的顶部，工作状态时的全率。为增大集热面积，平板集热器采用扁盒式结构为主，表面涂以吸收系数和发射系数相等的非选择性黑色涂料，除接近太阳辐射的表面外，衬垫保温材料保温，在离集热板接受辐射表面15毫米处覆盖透射率大于o．75的钢化玻璃。 3．贮热器一个容积为200毫升的简体，内敷高、低不等的溢、进水循环管，高、低温热水取水管，浮球式水位控制器；外面用聚苯乙烯或聚氨酯整体发泡为保温材料，为了保证循环正常，贮热器要放在集热器的顶部，但它给热水器带来安装稳定性较差的缺点。 3。外壳。它有2个有一定强度的金属框架，用来安放贮热水器和集热器。装配时把它用8个螺栓连成一个整体，这样便于运输和安装。外壳底部留有自然排水口，以保证热水器在雨天不积水。 4．搁架。自然循环太阳能热水器与闷晒式双筒热水器不一样，它的工作重量在300千克以上，顶部要文承一个200千克以上的贮热器，故而必须有强度较好的金属搁架，一般用角钢焊接而成，外面涂以防锈漆，以防止锈蚀。如选购成品搁架，安装倾角可以根据不同的需要选定。