一般来说，蒸气轮机的功率大约是燃气轮机功率的50％左右。
图2无补燃余热锅炉型联合循环图3燃气－蒸汽联合循环温熵图
图3也同时表示了有补燃的余热锅炉型方案和增压锅炉型方案的工作过程。
在有补燃的余热锅炉型方案中，温度为T4的燃气轮机排气在进入其后的锅炉后，经过喷入的燃料补充燃烧加热到T12，进而被冷却降温到T5，由此释放出来的热能被用来加热给水，使之也经历过程6－11－7－8－9，变为压力和温度更高的过热蒸汽。
在该方案中由于T12＞T4，因而蒸汽的初温T9可以高于T4（即蒸汽初温不受燃气轮机排气温T4的限制），而蒸汽量也可以大幅度地增加。
显然，那时蒸汽轮机发出的功率可以大大增加，可以是燃气轮机功率的两倍以上。
在增压锅炉型方案中，燃气轮机的燃烧室是与蒸汽循环中的增压锅炉合二为一的，因而由压气机送来的温度为T2的空气，首先在增压锅炉中被燃烧加热到T13，经放热过程13—3释放出来的热能被用来加热给水，使其经历过程11—7—8—9变成过热蒸汽，供蒸汽轮机使用。
至于增压锅炉中的燃气在温度降低到T3后，将被送到燃气轮机中去膨胀作功。
当然，燃气透平的排气在T4温度下被用来加热给水，使其沿过程线6—11升温。
这就是三种燃气一蒸汽联合循环热力过程的大致工作情况。
2.2余热锅炉的产汽过程
图4是一台自然循环余热锅炉的结构示意图，从图中可以看出余热锅炉的产汽过程。
图4自然循环余热锅炉中的产汽过程
从燃气轮机出口的烟气，经烟道到余热锅炉入口，烟气流经过热器、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，其温度为105℃，先进入省煤器，水在省煤器内流动并吸收热量，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．这种省煤器称为非沸腾式省煤器。
经省煤器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蒸发器下联箱，然后进入蒸发器，在蒸发器内自下而上流动的水吸热开始汽化，通常是只有一部分水变成汽，所以在蒸发器管束内流动的是汽水混合物，从蒸发器流出的汽水混合物进入汽包．在汽包内装有汽水分离设备，可以把汽和水分开，水下落到汽包下部水空间，而蒸汽从汽包顶部引出，通往过热器。
在过热器内蒸汽进一步吸收热量，使饱和蒸汽变成过热蒸汽。
2.3Q－T图及“节点温差”和“接近点温差”（Q为换热量）
根据产汽过程的加热，蒸发和过热三个阶段，相对应就应该有三种受热面，即省煤器，蒸发器和过热器。
如果只需要饱和蒸汽，而不需要过热蒸汽，可以不装过热器。
图5给出了“单压汽水发生系统”的余热锅炉中燃气温度和汽水温度的变化关系。
为了使燃气轮机的排气余热能够在余热锅炉中被充分利用，应力争尽可能地降低排气离开余热锅炉时的温度T5。
实际上T5值是不可能降得很低的，因为在余热锅炉的设计中，我们总得保证锅炉给水的蒸发段的起始点7，与燃气侧之间有一定的温差，通常称为“节点温差”，图中用tx表示。
等于余热锅炉中蒸发器入口处燃气的温度Tg7与饱和水温度Ts之间的差值，即tx＝Tg7－Ts。
在“单压汽水发生系统”的余热锅炉中，我们仅能把Tg5控制在160—200℃左右。
为了进一步降低排气温度，力求充分利用燃气的余热，在设计余热锅炉时，则可以采用“双压汽水发生系统”，或“三压汽水发生系统”。
那时，在余热锅炉中将产生两种或三种压力水平的过热蒸汽供蒸汽透平使用。
在这种情况下，燃气轮机的排气温度和余热锅炉中给水和蒸汽的温度与换热量之间的变化关系就要复杂得多。
这种措施有可能把余热锅炉的排气温度Tg5降低到110—120℃的水平。
对于燃烧含硫量极少的天然气机组来说，由于不会发生低温硫腐蚀问题，温度Tg5则图5单压余热锅炉燃气与汽水温度变化关系
可以降低到80—85℃左右。
但是多压汽水
系统方案的主要缺点是：
锅炉、管道以及蒸汽轮机的基本投资费用会相应地增高。
接近点温差Tw是指余热锅炉中省煤器出口的水温Tw7与相应压力下饱和水温Ts之间的差值，即Tw＝Ts－Tw7。
通常，设计余热锅炉时，总是使Tw7略低于Ts，这是由于尺寸已定的余热锅炉，当进入的燃气温度Tg4随着机组负荷的减小而降低时，接近点温差是会随之减小的。
显然，如果设计时，接近点温差取得过小，或者未予考虑，那么，在部分负荷工况下，省煤器内就会发生部分给水蒸发汽化的问题，这会导致部分省煤器管壁发生过热现象，甚至出现故障。
3．热锅炉的型式和分类
3.l从烟气侧热源考虑
从烟气侧热源考虑，余热锅炉可分为
（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
这种余热锅炉除了回收燃气轮机排气的热量以外，还加入一定量的燃料进行燃烧，使烟气温度升高，以增加蒸汽产量和／或提高蒸汽参数。
在联合循环电厂中，无补燃的余热锅炉应用较多，除特殊情况外，一般来说，采用无补燃的余热锅炉的联合循环电厂的效率较高。
3.2蒸发器中循环方式
按蒸发器中循环方式，余热锅炉可分为
（l）强制循环余热锅炉
图6所示的余热锅炉是强制循环余热锅炉。
从汽包下部引出的水经一台循环水泵加压后分二路进入蒸发器I和蒸发器II，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。
依靠循环水泵产生的动力使水循环，这种余热锅炉称为“强制循环余热锅炉”。
强制循环余热锅炉的各受热面组件的管子通常是水平布置的，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。
图6强制循环余热锅炉图7立式布置的自然循环余热锅炉
（2）自然循环余热锅炉
自然循环余热锅炉可以是卧式布置的，也可以是立式布置的。
图4所示是卧式布置的自然循环余热锅炉。
在卧式布置的自然循环余热锅炉中，全部受热面组件的管子是垂直布置的，汽包下部有下降管与蒸发器的下联箱相连。
有的余热锅炉，下降管位于烟道外面，不吸收烟气的热量。
直立管束吸收烟气的热量。
管束内水因吸收烟气热量就有部分水变成蒸汽，由于蒸汽的密度比水的密度要小得多，所以直立管束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：
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。
此时进入蒸发器的水不是靠循环水泵的动力，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”。
省去了循环水泵，使运行和维修简单。
图7所示是立式布置的自然循环锅炉。
与强制循环的区别在于用一个带高压喷射器的启动泵取代强制循环泵，在连续运行时，依靠省煤器中的水通过喷射器注入，通过流动稳定性。
这种型式的余热锅炉更适合于带基本负荷的机组，并且蒸汽压力低于12.5MPa，高于这个压力时建议采用强制循环或直流锅炉。
3.3蒸汽压力等级
从余热锅炉产生的蒸汽压力等级来考虑，余热锅炉可分为：
（l）单压级余热锅炉
余热锅炉只生产一种压力的蒸汽供汽轮机一发电机机组。
（2）双压或多压级余热锅炉
余热锅炉能生产两种不同压力或多种不同压力的蒸汽供汽轮机一发电机机组。
双压或多压级余热锅炉能从燃气轮机排气中回收更多的热量，联合循环机组的效率能提高，但是系统较复杂，造价高。
因此，余热锅炉设计成单压还是多压必须综合考虑各种因素。
3.4余热锅炉的布置方式
按受热面布置，余热锅炉通常有下列两种布置方式
（1）卧式布置
图4所示的自然循环余热锅炉是卧式布置，各级受热面部件（过热器，蒸发器和省煤器）的管子是垂直的，烟气横向流过各级受热面。
通常卧式布置的余热锅炉为自然循环。
卧式布置的余热锅炉占地面积大一些，烟囱段的高度高。
对于大型余热锅炉，采用这种布置有利于抗震。
（2）立式布置
图6所示的强制循环余热锅炉是立式布置，各级受热面部件（过热器，蒸发器I，蒸发器II和省煤器）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。
立式布置的余热锅炉可以采用强制循环，也可以采用自然循环。
立式布置的余热锅炉占地面积较小，烟囱段高度缩短。
3.5室内外布置
按余热锅炉所处的自然环境，有两种布置方式
（1）露天布置
余热锅炉布置在露天。
设计时要考虑自然环境，例如风、雨、冰冻等对余热锅炉的影响。
我国己有的联合循环电厂，余热锅炉多数采用露天布置。
（2）室内布置
余热锅炉布置在室内。
在恶劣的自然环境下余热锅炉可考虑采用室内布置，确保余热锅炉安全可靠运行和便于维护。
3.6有无汽包
按余热锅炉有无汽包，可以分成汽包炉和直流炉。
随着燃气轮机参数的不断提高，排气温度也更高。
为了进一步改善联合循环的经济性，可以采用超临界的蒸汽循环。
直流余热锅炉就是为超临界蒸汽循环设计的。
图8是直流式余热锅炉的示意图。
省煤器和蒸发器合而为一，没有循环泵，保证快速启动和高度灵活的负荷响应特性，适应更新一代的图8直流式余热锅炉示意图
燃气轮机。
4．余热锅炉的组成
图9是一实际自然循环余热锅炉的布置图。
包括烟道系统及余热锅炉本体受热面。
4.1烟道系统
从燃气轮机排出的高温烟气有两路出口：
一路进入余热锅炉，流过各级受热面，从主烟囱排入大气；另一路进入旁通烟囱，排入大气。
每路烟道上装有挡板，余热锅炉入口烟道上装的挡板称“入口挡板”，旁通烟道上装的挡板称“旁通挡板”。
有些余热锅炉上，把入口挡板和旁通挡板合二为一，称为“烟道挡板”。
燃气轮机工作而余热锅炉不工作时，旁通挡板开启，入口挡板关闭。
燃气轮机和余热锅炉同时工作时，旁通挡板关闭，入口挡板开启。
有些余热锅炉，在余热锅炉入口烟道处还装有插板，在燃气轮机工作而余热锅炉较长时期不工作情况下，把插扳插入烟道，燃气轮机和余热锅炉完全隔离。
有些立式布置的余热锅炉，在主烟囱处装有挡板，称“烟囱挡板”。
对于起停频繁的余热锅炉，当余热锅炉短时间停炉时，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，有利于随时起动余热锅炉。
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。
入口烟道和旁通烟道都装有膨胀节，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。
主烟囱和旁通烟囱设计时应考虑避雷、防雨措施。
图9自然循环余热锅炉布置图
目前，绝大多数燃气轮机联合循环装置，采用了旁通烟道，其作用有：
①增加了联合循环装置运行的灵活性。
正常情况下以联合循环方式运行，特殊情况下燃气轮机可以单独运行。
②余热锅炉和燃气轮机匹配性好。
燃气轮机从冷态起动到额定负荷只需不到20分钟时间，而余热锅炉和汽轮机的升温（压）和升负荷速度取决于金属允许的热应力，从冷态起动到额定负荷约需2小时，调节挡板开度可以使余热锅炉、汽轮机和燃气轮机很好匹配。
③能减小余热锅炉经受的热冲击。
旁边挡板或入口挡板，在全关位置上时要求密封性好，避免烟气漏泄。
例如某台余热锅炉，设计的最大漏泄率为0.2％，挡板每一边上装有密封装置，它由二条不锈钢弹性板组成，中间由风机供给密封空气，其压力高于燃气压力，以保证密封效灭。
4.2余热锅炉本体
余热锅炉本体采用模块式结构。
这种经过工厂试验的各模块，便于装运，可缩短现场安装工期，降低建造费用。
图10和图11分别表示了一台强制循环余热锅炉和一台自然循环余热锅炉的本体模块式结构。
从图可以看到，整个余热锅炉分成几个大组件，每个大组件均在制造厂组合好，在现场可将各组件直接安装成余热锅炉，大大缩短安装时间。
组件有：
烟道。
膨胀节、90转弯段、支承框架、汽包、烟囱、烟囱挡板、烟囱缩口、过热器、蒸发器、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，均有管箱板。
考虑到减少散热损失，同时也保证运行人员的安全，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的钢板，外壁采用碳钢钢板，两金属板之间是矿物纤维的保温层，外壁与内壁用螺栓连接，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。
随着烟气在余热锅炉中的流动，烟温逐渐降低，所以管箱板也可以逐渐减薄，省煤器出口的烟气温度不超过200℃，可以直接用碳钢板制造烟道，来代替管箱板。
①入口过渡段烟道
要求烟气均匀地流入过热器段，因此入口过渡段烟道内常常装有导流板。
此外，要求能经受热冲击和烟气压力。
入口过渡段烟道由内壁面耐热不锈钢板、中间保温层和箱体钢板、外壁铝合金护板组成。
内壁耐热不锈钢钢板之间的接缝处，必须考虑膨胀和密封的要求。
②受热面组件
受热面组件指的是过热器、蒸发器、省煤器和低压蒸发器等。
对于立式布置余热锅炉或者卧式布置余热锅炉，各自的受热面组件的结构型式基本上是相同的，只是管子直径及有关尺寸略有不同。
各组件由管束、联箱、支吊架（或固定架）等组成，示于图12。
图12受热面组件
A-肋片管B-焊接成一根蛇形管C-装支吊架D-蛇形管组件
（1）管组
每个受热面组件的管组包括几十根管子，管子是带肋片的，组成蛇形行管组。
肋片管是用一定厚度（如1mm）和一定宽度（如12～20mm）的薄钢带绕在光管外壁上，绕的型式采用螺旋线。
采用肋片管可以增加传热面积，从而增加单位管长的传热量，使布置紧凑，减小余热锅炉体积。
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，保证良好的传热效果。
（注意新型的H型肋片）
图12还表示了整个受热面组件的装配过程，二根直的肋片管用一个180弯头连接，连接方式采用焊接，最后组成一根蛇形管，几十根并联的蛇形管可以组成一个组管。
管子弯头采用光管，处在高温烟道以外，使肋片管和弯头（光管）之间的焊缝不和高温烟气接触。
有些制造厂规定，带肋片的管段不允许用二段管子拼接而成，以提高可靠性。
图13是一组带肋片管的受热面组件焊接后的照片。
（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12C中表示出一根水平蛇形管的吊架，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12D中表示的一个大的坚固的管组。
顶板和底板用厚的碳钢钢板制造，能够承受管组的重量。
管子的肋片部分和吊架板接触，肋片外形是圆的，而吊架板形状是六角形，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。
这种形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，这是因为蒸发器人口是水而出口是汽水混合物。
图13一组受热面组件焊接后的照片
（4）特点
组成的蛇形管的两端可以自由伸长。
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。
受热面的管子采用助片管，可以增加传热量，反过来说，在传热量相同的情况下，可以减少受热面，使余热锅炉体积小，布置紧凑。
所以目前不论是水平蛇形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米的管子，如果采用相同管径的肋片管，只需0.05米的管子，显然后者可以缩小余热锅炉的尺寸。
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，所以要就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。
③汽包
图14是某台余热锅炉的汽包示意图。
蒸发器出口的汽水混合物经导管引入汽包的连通箱内，在旋风分离器中进行汽水分离，分离出的水下落到水空间，汽向上流动，经洗涤器和除雾器进一步分离水，然后蒸汽经蒸汽出口管通往过热器。
汽包下部有下降管，在下降管入口处装有旋涡破坏器，防止蒸汽带入下降管。
汽包内还有来自省煤器的进水管，连续和定期排污管，加药管等（图中未示出）。
对于卧式布置的余热锅炉，定期排污管位于蒸发器下部联箱底部。
汽包端部封头上装有人孔装置，允许人进入汽包内安装和检查。
汽包顶部装有安全阀及消音器。
汽包上还装有水位计，监视汽包中水位高低。
通常汽包采用悬吊方式固定在构架的梁上，采用挠性支架，以减少各连接管受热膨胀对汽包产生的附加应力。
图14余热锅炉的汽包示意图
④构架、平台、楼梯
构架是用金属柱和梁组成的框架结构，采用螺拴连接或焊接连接。
构架用来支承余热锅炉。
多数余热锅炉采用悬吊结构，允许受热面向下膨胀。
为了检查和维修需要，余热锅炉周围布置有几层固定在构架上的平台楼梯，通往各级受热面的检修门和汽包等处。
⑤箱体
各箱体构成了布置有相应受热面组件的烟道。
箱体壁是由内壁衬扳、中间保温层和箱体钢板、外壁铝合金护板组成。
位于高温烟气区域的箱体钢板采用耐热不锈钢钢板，位于低温烟气区域的箱体钢板，有的余热锅炉采用碳钢钢板。
箱体设计时要考虑快速起动和密封等要求，允许内壁衬扳自由热膨胀，多层保温材料应使它们的接缝错开。
出口过渡段烟道
出口过渡段烟道的壁面由内壁碳钢衬板，中间保温层，箱体钢板和外壁铝合金护板组成，与入口过渡段烟道相似。
4.3余热锅炉的主要附件
余热锅炉的安全、经济运行在很大程度上由一系列指示仪表和设备附件来保证。
主要附件一般包括：
①压力表和温度计
②水位计
③安全阀
吹灰器
图15所示是GE公司STAG207FA联合循环的平面布置。
图15GE公司STAG207FA联合循环的平面布置图
5．余热锅炉的热力特点
与常规蒸汽电站锅炉相比，余热锅炉有以下特点：
5.l变温显热源
加入联合循环系统的燃料化学能转化为热能被逐级利用，高温段通过燃气轮机转换为机械功输出，燃气轮机排气的显热在余热锅炉中被回收，产生蒸汽用于驱动汽轮机。
燃气轮机排气的温度一般在500—600℃左右，因此余热锅炉中传热主要是对流传热方式，为有效回收烟气的热量，余热锅炉汽水侧一般被设计成多压或多压再热方式。
而常规蒸汽电站的锅炉中，蒸发受热面的传热以辐射传热方式为主，在省煤器的下游可以设置空气预热器，用来进一步降低锅炉的排烟温度，因此常规蒸汽电站锅护的汽水系统采用一个压力等级。
5.2中温大流量气侧工质
随着燃气轮机技术的发展，用于联合循环余热锅炉热源载体的进口温度越来越高，流量越来越大。
烟气进口温度可达到500－610℃，可以用于生产超
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