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1、依照产汽过程有三个时期，对应的应当要有三个受热面，即省煤器、蒸发器和过热器。假如不须要过热蒸汽，只须要饱和蒸汽，能够不装过热器。（二）余热锅炉的型式1、强迫轮回余热锅炉图191所示的余热锅炉确实是强迫轮回余热锅炉。从汽包下部出来的水经一台轮回泵后，进入蒸发器，是靠轮回泵产生的动力使水轮回的，称为“强迫轮回余热锅炉”。其特点是；各受热面组件的管子是程度的，受热面之间是沿高度偏向安排，可节俭地面的面积，并使出口处的烟囱高度缩短。但在运行中须要轮回泵，使运行复杂，增长修理费用。今朝油田进口的余热锅炉，多半采取此种型式。2天然轮回余热锅炉图192是一天然轮回余热锅炉，全部受热面组件的管子是垂直的。给水

2、进入省煤器吸热后，进入汽包。汽包有降低管与蒸发部的下联箱相连，降低管位于烟道别处，不接收烟气的热量。汽包还与蒸发器的上联箱相连。竖立管簇接收烟气的热量。当水接收烟气热量就有部份水变成蒸汽，因为蒸汽的密度比水的密度要小得多，因此竖立管内汽和水混淆物的平均密度要小于降低管中水的密度，两者密度差形成了水的轮回。也确实是说：不吸热的降低管内的水比较重，向下贱动。竖立管内的汽水混淆物向上流淌，形成连续产汽过程。现在进入蒸发器的水不是靠轮回泵的动力，而是靠流体的密度差而流淌，这种余热锅炉称为“天然轮回余热锅炉”。其特点是：省去轮回泵，使运行和修理简单。但各受热面是沿程度偏向安排，占地面积大年夜，在排烟处所

3、需烟囱的高度要高。图2 天然轮回余热锅炉本文重要介绍“强迫轮回余热锅炉”。（注：一样来说，余热锅炉的轮回方法有5种：单压，双压无再热，双压再热，三压无再热，三压再热。（三）余热锅炉的安排图193是强迫轮回余热锅炉的安排图，包含余热锅炉本体受热面及烟道体系，其特点如下：图193余热锅炉安排图1烟气体系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，从主烟囱排人大年夜气，另一路进入旁路烟囱排人大年夜气。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”，各挡板是合营应用的。燃气轮机工作而余热锅炉不工作，要开启旁路挡板，

4、封闭主挡板。燃气轮机与余热锅炉同时工作，要封闭旁路挡板，开启主挡板。另一方面为调剂余热锅炉的产汽量，主挡板和旁路挡板能够部份开启或部份封闭，挡板调剂的内容见后。余热锅炉工作时，应当开启烟囱挡板。当余热锅炉短时刻停炉，能够封闭烟囱挡板，以防止余热锅炉内的热量损掉。因为余热锅炉内温度比较高，四周冷空气能够进入余热锅炉，形成天然对流将热量带走，封闭烟囱挡板就能防止外界气流进入余热锅炉，以储存热量，预备随时起动余热锅炉。假如余热锅炉要停炉检修，欲望冷却速度快些，能够开启烟囱挡板。程度烟道经由一个90转弯接头与余热锅炉相连，那个转弯接头是经制造厂实验研究后确信的，其外形尺寸必须要包管转弯后的气流分布平均

5、，平均的气流能够或许使得烟气放热也平均，管内水或汽的吸热也平均，不然会使一些管子吸热多而另一些管子吸热少，这对余热锅炉的安稳运行是晦气的。主烟道和旁路烟道都装有膨胀节，这是因为烟道受热后要伸长，会对烟道的支架产生热应力。采取膨胀节能接收烟道的伸长量，能够减小热应力。2汽包汽包是用悬吊的方法来固定，悬吊在伸出的悬臂框架上，悬臂框架与省煤器的框架相接。采取悬吊方法能够使汽包有足够的挠性，因汽包下部有降低管，上部有省煤器进水管、蒸发器的汽水混淆物引入管以及饱和蒸汽引出管等，当这些连接收受热膨胀时，都邑对设备产生附加应力，现在汽包用挠性支架，能削减对设备产生附加应力。3组件的装配全部余热锅炉分成几个大

6、年夜组件，每个大年夜组件在制造厂组装好后装运。在现场直截了当安装，如许大年夜大年夜缩短安装工期。这些增长有：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。1 内壁 2 外壁 3 保温层 4 连接螺栓5 法兰 6 法兰螺栓有热烟气流过的组件均装有管箱板，管箱板上有法兰。图194示出了高低拉杆组件管箱板的连接方法。推敲到削减散热损掉，包管运行人员安稳，管箱板由金属板与保温层构成。与高温烟气接触的内壁采取耐热合金钢板，外壁采取碳钢板。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，在内壁响

7、应地位处预先冲孔眼，孔的直径要比螺栓直径大年夜，余外的孔隙量能够许可内壁和外壁有相对移动。这是因为内壁和外壁的温度不合，材料不合，受热后的膨胀伸长量也不合，因此两壁之间会有相对移动。外壁上焊有加强框架，可包管管箱板的强度和刚度，外壁的两端焊有法兰，能够用来连接组件。 图194烟气在余热锅炉中自下而上流淌，烟温逐步降低，因此管箱板的保温层厚度也可减薄，省煤器出口的烟气温度不跨过200，能够直截了当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，分别构成四个组件，其构造型式全然上是雷同的。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

8、支吊架构成，现分别论述之。1管组图5 受热面组件装配A 预备管子，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含几十根管子，管子是带肋片的，构成程度蛇行管，见图195。肋片管是用必定厚度（1mm）和必定宽度（1220mm）的薄钢带绕在光管外壁上，绕的型式采取螺旋线。薄钢带是用电阻焊与光管外壁相接的，使钢带与管外壁慎密结合，包管传热后果好。图195表示了全部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，连接方法采取焊接，最后构成一根程度蛇行管，几十根并联的蛇行管能够构成一个管组。2支吊架采取“蜂窝状”吊架，用两块凸凹板能够构成一个“蜂窝状

9、”吊架，凸凹的外形是一个等六边形，像蜂窝的外形，因此称“蜂窝状”吊架。图195C中表示出一根程度蛇行管的吊架，假如管子沿程度偏向专门长，须要多装吊架，大年夜约每隔一米需一个吊架。假如并联的管子数量是30根，在同一距离上就有30个吊架，采取吊架顶板和底板能够将此30个吊架组合起来，最后如图195D中表示的一个大年夜的稳固的管组。顶板用1319mm厚的碳钢钢板制造，能够或许遭受管组的重量。管子的肋片部份和支架板接触，肋片外形是圆的，而支架板外形是六角形，除了接触点以外，两者之间有足够的闲暇，吊架本身又有挠性，能够微微移动。因此当管子受热而膨胀时，不易被吊架卡住，同时管壁可不能被磨损。这种型式的吊架

10、关于联箱也是有好处的，因为管组的进口联箱和出口联箱差不多上固定不动的，采取这种吊架，管子膨胀伸长是自由的，能削减膨胀热应力感化到联箱上。3联箱在全部管组和吊架装配后，最后安装联箱，省煤器和过热器的进出口联箱型式是雷同的。而蒸发器的联箱的型式经常是不合的。进口联箱的直径要小于出口联箱的直径，这是因为蒸发器进口是水而出口是汽水混淆物。4特点构成的程度蛇行管的两端能够自由伸长。从图191中能够看到全部弯头都在高温烟道以外，注解焊缝不和高温烟气接触。这种受热面构造对快速起动有利。因此余热锅炉能够或许跟着燃气轮机快速起动。受热面的管子采取肋片管，能够增长传热量，反过来说，在传热量雷同的情形下，能够减小受

11、热面，使余热锅炉体积小，安排紧凑。因此今朝不论是程度蛇行管或竖立式管都趋势于采取肋片管。例如：省煤器中每公斤水需接收热量314KJ。假如采取光管，需0.497米长的管子，假如采取同管径的肋片管。只需0.05米的管子；明显后者能够缩小尺寸。从传热的不雅点来分析，要进步传热量，就要减小传热的总热阻。余热锅炉管子别处流的是烟气，管内流的是水或汽或汽水混淆物，前者的热阻远弘远年夜于后者，相差几十倍几百倍，因此就要从管外侧想方法来改良传热，最有效的方法确实是增长管外侧别处积，也确实是采取管外加肋片的肋片管。2 受热面的设计运算余热锅炉的产汽过程是经由过程省煤器、蒸发器及过热器来实现的。也确实是经由过程管

12、子把管外烟气的热量传给管内的流体（水或汽）。在运行中，假如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。假如过热器传过热量少，“就使蒸汽出口温度低。别的，受热面处在高温烟气下工作，管内流体的流淌情形会阻碍管子金属温度，也确实是阻碍管子强度，由此可见，这三个受热面直截了当阻碍余热锅炉运行的安稳性和经济性。从事锅炉运行的人员要明白得产汽过程特点及传热的全然常识，才能分析运行中显现的变乱以及蒸汽参数调剂的问题。本节重点介绍传热及汽水两相流问题。一、热量运算公式每个受热面有三个热量运算公式，一个是烟气放出的热量、一个是管内流体接收的热量，一个是传往常的热量。这三个热量是相等的，人们用热均衡方

13、程式来表示前二个热量，用传热方程式来表示后一个热量，现分别论述之。（一）热均衡方程式烟气经由某受热面所放出的热量，扣除散到四周的散热量，确实是烟气的有效放热量，公式如下：Qp = V（I I ） J/s或W （1）式中：Qp一烟气有效放热量；一保热系数，推敲散热量的阻碍，平日取098099；V一烟气流量kgs；I 一烟气进口焓， Jkg；I 一烟气出口焓，Jkg。管内流体在某受热面所接收的热量，用下式表示：QwG（i一i） Js或W （2）Qw一管内流体吸热量；G一管内流体流量kgs；i一流体出口焓，Jkg；i一流体进口焓，Jkg。热均衡方程式确实是：Qp Qw 平日写成 V（I I ） =

14、G（i一i） （3）分析（3）式，能够看到烟气侧改变任何一个物理量的大年夜小，都阻碍管内流体的吸热量，也确实是阻碍管内流体的物理量的大年夜小。燃气轮机降负荷，烟气量V削减，假如烟气的进口和出口焓不变，全部烟气放热量削减。现在管内流体吸热量要削减，假如流体的流量G不变，进口流体焓i不变，那么流体的出口焓i就要减小。同样的来由，改变烟气焓也会阻碍流体的出口焓。关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，也确实是改变流体的出口温度，而对蒸发器则不合，烟气放热量的变更会使蒸汽产量产生变更以及蒸汽压力产生变更，这些差不多上运行中须要看重的参数。公式（3）中，烟气流

15、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年夜小有关，因此只有热均衡方程式还不克不及确信烟气放热量，还须要经由过程传热方程式来运算传热量，最后确信烟气放热量。上面已提到，放热量和吸热量和传热量三者是相等的，假如传的热量少，烟气的放热量和流体吸热量都邑随之削减，这说明传热量是专门重要的，运算传热量采取传热方程式。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”中明白传热方程式的全然情势是：QKtA J/s或W （4）Q一传热量；K一传热系数，W/（m2）；t一平均温差，；A一管子的传热面积，m2。传热系数

16、K的运算复杂，见（四）节内容介绍。1肋片管子的传热面积运算肋片管子的尺寸符号见图6。管外壁的总传热面积包含肋片的别处积和无肋片区的管外壁面积。令Af为肋片别处积，AWb为无肋片区的管外壁面积，每米管长的总面积A0AfAWb，m2/m。 （5） （6）n一每米长度上肋片的数量。假定肋片端部绝热。2平均温差t的运算受热面差不多上由多排的程度管圈构成，沿着管子长度各点的流体温度是逐步变更的，同时对应的各点的烟气温度也是逐步变更的，是以只能求出全部受热面的平均温差。图7表示三种受热面烟气和管内流体的温度分布情形。进入受热面的烟气温度为T1，经由放热后的烟气温度降到T2。进入受热面的水（或汽）的温度为t

17、1，吸热后温度升高，分开受热面时温度为t2。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）的流淌偏向是相反的，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）上能够看到，被加热的冷流体的出口温度t2能够高于热流体的出口温度T2，现在，沿受热面的遍地温度差（Tt）比较一致，其数值比较大年夜。这确实是“逆流”安排的一个长处。现在余热锅炉的省煤器和过热器是采取“逆流”安排，热烟气自下而上流淌，水（或汽）自上而下贱动。（b）表示热流体与冷流体的流淌偏向是雷同的，称为“顺流”，能够看到，冷流体的出口温度t2不克不及与热流体的出口

18、温度T2雷同，至少要保持一个差值即（T2t2）0。同时沿受热面的温差（Tt）的变更大年夜，开端温差大年夜，后逐步减小，全部受热面的温差的平均值比较小。（c）表示冷流体温度没有变更，这种受热面确实是蒸发器。因为当水变成蒸汽的过程中，饱和温度是不变的。不论采取“逆流”安排或“顺流”安排，其温差的数值是雷同的。因此余热锅炉的蒸发器可采取”“顺流”安排。管子的平均温差用下列公式运算 （7）td一热、冷流体温差的最大年夜值；tx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”，是依照幻想前提下推导出的。幻想前提包含：单管、流体比热不变、对流换热系数不变。而实际受热面是

19、多管的，流体比热随温度而变更，对流换热系数也是在变更的，因此实际应用时，用修改系数进行修改，获得实际受热面的对数平均温差是t。余热锅炉各受热面的蛇行管的曲折数都跨过四流程，因此修改系数接近1。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，试运算逆流及顺流安排时的对数平均温差。解：顺流安排时，td230110120，tx1851805因此，逆流安排时，tx23018050， td18511075例题一的谜底注解，顺流安排时，对数平均温差要小。假如传过同样的热量，从公式（4）能够看出，须要的受热面的面积大年夜，需增大年夜72阁下，因此余热锅炉中采取

20、逆流安排。（三）肋片管的传热过程1洁净管壁面的传热过程图8表示了肋片管的传热，假定金属壁面是洁净的，没有污垢层，能够认为传热有三个时期，现分别论述如下：图8 肋片管的传热图9 肋片效力Ef（1）第一个时期：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twb，肋片壁的温度是tx。能够依照公式（4）的情势，分别写出传热量公式，Q1是传给助片壁的热量，Q2是传给管外壁的热量。 （8） （9）烟气总传热量 （10）上式中的肋片壁温tx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twb，而在肋片顶端处的温度要比管外壁温twb高，因此采取平均值。tx的数值与以

21、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。经数字推导并加整顿，获得助片效力Ef和系数B。 （11） （12）两者的关系Ef = f（B）示于图9中。b金属壁的导热系数，W/（m）1烟气对壁的换热系数W（m2）。其余符号见图6及图8所示。肋片效力Ef 的物理意义注解金属本身的热阻的阻碍。从公式（11）中能够看到，当金属有热阻时，tx大年夜于twb，Ef是一个小于1的数值。在幻想情形下，金属没有热阻，tx 等于twb，肋片效力Ef = 1。将（11）公式中的（Ttx）代人公式（10）中，获得第一时期传热量为： （13）（2）第二个时期：从管外壁到管内壁的传热

22、量为： （14）b管壁厚度，m；tnb管内壁温度，；Ab用平均直径运算的管子平均面积，m2。（3）第三个时期：从管内壁到管内流体的传热量为： （15）2 管内流体的换热系数，W/（m2）； Anb管内壁面积，m2 t管内流体的平均温度，。在稳固传热过程中，上述的三个时期的传热量是相等的，获得QQIQIQIII，将各Q值代入后，加以整顿，获得依照获得（16）能够写成公式（4）的通用情势，（17）A0肋片、管外壁总面积，A0Af Awb ；t对数平均温差，K总传热系数，W/（m2其运算见（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，因为污垢层的热阻大年夜，使管外壁温twb降低，依

23、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，此现象越严峻。污垢层的传热量可按照公式（14）的情势工程上直截了当用污垢系数来表示污垢层的热阻。Rw表示外壁的污垢系数，Rwbrw/rw；Rn表示内壁的污垢系数，Rnbrn/rn。推敲到污垢层比较薄，近似认为AwwA0，AnwAnb，九获得： （18） （19）将以上两式与其他三项传热量归并后，获得： （20）比较公式（16）与公式（20），能够看出，因为等号左边增长了两项，使数值变大年夜，等号右边的（Tt）的差值也变大年夜，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

24、度均要降低，这说明受热面结垢对运行是晦气的。（四）肋片管的传热系数运算将公式（20）写成通用情势：获得传热系数： （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。运算传热系数K，起重要运算1、2、以及Rw、Rn、b。现分别论述如下。1金属管壁导热系数b。关于碳钢的管材，当温度为20时，b 46W/（m），跟着温度升高而略有降低，当温度在100200之间，b 40W/（m关于含铬钢管，当温度在400时，导热系数b 38W/（m），过热器常采取铬钢来制造。2管外壁和管内壁的污垢系数管外壁的污垢包含氧化膜及积灰，其污

25、垢系数Rw随燃料气的性质而定，燃用天然气时，Rw可取0.00035m2W，燃用油时，Rw 可取0.0008m2W管内壁的污垢包含氧化膜及水垢，采取水处理的软化水作为锅炉给水时，污垢系数Rn可取0.00010.0002m2W。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刻增长而增长。因此要包管锅炉给水的质量。3烟气换热系数1 肋片管采取正三角形错列安排时，换热系数1可用布里格斯的实验公式。 （22）Sf ，Y，Df ，Dw构造尺寸见图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烟气密度，kg/m3烟气粘度（粘性系数），Pascp烟气定压比热，J/kg烟气导热系

26、数，W/m当肋片管的构造尺寸确信后，其余物理量都与烟气温度有关，个中烟气流速还与烟气流量有关。平日烟气的换热系数1 的数值范畴是几十，因此其热阻大年夜，是决定传热系数的重要身分，余热锅炉运行时的负荷变更也取决于烟气换热系数，例如，当烟气流量增长，烟气流速就增大年夜，雷诺数Re增大年夜，换热系数1就加大年夜，传热系数K也变大年夜，传热量增长，使余热锅炉的产汽量增长。反之，烟气流量削减，换热系数也减小，传热量就少，产汽量也少。关于一样的传热运算，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450时，分析换热系数1的变更。按布里格斯的实验公式，运算成果如下：温度Pr / wRe3750.04890.70257.410617296167Dw4500.0