燃气轮机余热锅炉
2004年5月
目 录
1、概述
2、国内外燃机余热锅炉现状 3、不同类型燃机余热锅炉的比较 4、重要热工特性的确定 5、重要结构特性的确定 6、燃机余热锅炉热平衡方程 7、螺旋翅片管的设计 8、受热面管组的设计 9、典型燃机余热锅炉规范 10、本公司燃机余热锅炉特点 11、锅炉的重量构成与价格构成 12、主要的设计标准 13、提供审查的主要设计文件
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1. 概述
1.1 联合循环分为两大类
a. 蒸汽－燃气联合循环 ● 以蒸汽作功为主的联合循环。
● 以增压锅炉、蒸汽轮机为主，燃气轮机作为废气透平使用，不对外作功或提供一定的剩余功。
b. 燃气－蒸汽联合循环 ● 以燃气轮机为主的联合循环
● 燃气轮机为其主机，余热锅炉和蒸汽轮机作功约占燃气轮机的50％。 1.2 燃气－蒸汽联合循环发电机组与常规火电机组比较 ● 循环效率高 ● 可靠性好 ● 重量尺寸小 ● 启动速度快 ● 耗水量少 ● 建设周期短 ● 投资费用省 ● 环保指标优异
由于上述优点，发展迅速，大有后来居上，取代常规火电机组之势。世界各主要工业国家，均已将燃气－蒸汽联合循环确立为电工工业发展方向。日本更宣布新建电厂必须采用联合循环。据报导，1998年世界新建电站中，联合循环与常规火电总功率之比为1:1，2000年则达到3.7:1。我国正在大力发展。 1.3 燃机余热锅炉是联合循环电站不可或缺的设备。在联合循环电站中，其地位仅次于燃机轮机，高于蒸汽轮机。 1.4 余热锅炉与废热锅炉的区别 ● 燃机余热锅炉不称为废热锅炉。
● 余热锅炉属烟道式锅炉范畴，划归锅炉专业，按《蒸汽锅炉安全技术监察规程》设计，一般是水管锅炉。
● 废热锅炉划归压力容器专业，按《压力容器安全技术监察规程》设计，一般
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是管壳式锅炉，结构上与压力容器中的管壳式换热器相类似。
1.5 燃机余热锅炉并不神奇，与同参数、同容量燃油锅炉相比，设计难点相对较少。这是因为：
a. 工作温度在450～600℃之间，属中低温换热设备；
b. 工作压力一般在9.81Mpa以下，国内全部采用中压参数，且多为3.82Mpa，属次高压锅炉或压锅炉；
c. 烟温和汽压不高，水循环条件较好；
d. 工作温度不高，对金属材料要求相对较低，不必采用贵重金属材料； e. 烟气中空气含量大，比普通燃油锅炉洁净，受热面较易设计。 1.6 燃机余热锅炉分类
a. 按蒸发器水循环方式分为强制循环和自然循环锅炉两种； b. 按烟道布置方式分为立式烟道锅炉和卧式烟道锅炉两种； c. 按产生的蒸汽压力数量分为单压锅炉和双压锅炉和三压锅炉；
d. 按是否补燃分为不补燃锅炉和补燃锅炉两种；补燃式锅炉双按烟道或烟道外补燃，分为内补燃锅炉和外补燃锅炉两种。 1.7 余热锅炉供货范围
过热器、蒸发器、省煤器、锅筒及其内部设备、减温系统、下降管及连接管、锅炉范围内管道及阀门仪表、构架、护板、支座、平台扶梯、防雨棚、循环泵（强制循环锅炉）等。 1.8 余热锅炉工程供货范围 a. 余热锅炉；
b. 余热锅炉烟道系统：燃机出口烟道、旁通烟囱、旁通烟囱支架、三通挡板阀、消音器、高温膨胀节、锅炉进口烟道、低温膨胀节、主烟囱、主烟囱支架等；
c. 余热锅炉控制系统。 1.9 余热锅炉锅炉岛工程供货范围
a. 余热锅炉、余热锅炉烟道系统和余热锅炉控制系统；
b. 给水泵、除氧器、加药泵、取样冷却器和定排与连排的排污扩容器。 2.0 国内外燃机余热锅炉现状
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● 我国现有近90台燃机，其中近50台燃机采用国外进口余热锅炉，近30台燃机采用国产燃机余热锅炉。
● 现有国产燃机余热锅炉容量均在70t/h以下，属中小型余热锅炉。 ● 国产燃机余热锅炉分属哈尔滨第七0三研究所和杭州锅炉厂，二者各占国内市场的一半。
● 上海锅炉厂有限公司和哈尔滨发电设备国家工程研究中心，均已完成国产大中型燃机余热锅炉的系列化设计，研制条件成熟。 2.2 国外
a. 国外以美国DELTAK公司自然循环锅炉和比利时CMI公司强制循环锅炉较为著名，二者均有近千名燃机余热锅炉投运行。
b . 除上述两公司外，与我国联系较密切的国外公司尚有： ● 英国MBEL公司 ● 英国JBE公司 ● 法国ALSTHOM公司 ● 荷兰SFL公司 ● 荷兰NEM公司 ● 日本川崎重工业公司 3. 不同类型燃机余热锅炉的比较 3.1 强制循环锅炉：见图1。
a. 受热面可灵活布置：
b. 采用小管径，传热好，重量轻，尺寸小，结构紧凑；
c. 常布置于立式烟道，烟囱与锅炉合二而一，节省地位，占地面积小； d. 锅炉容水量小，启动快，机动性好，适于启停频繁的调峰电站采用； e. 必需装设高温锅水强制循环泵，可靠性差，且增加电耗，提高运行成本； f. 必须采用小弯头，必要时尚需设置节流孔圈，制造工艺复杂； g. 锅炉烟道至少有一个90度大转弯，结构庞大，烟气阻力也较大； h. 对锅炉自动控制要求较高；
i. 锅炉高，因而重心也较高，稳性较差，不利抗风抗震。
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3.2 一般自然循环锅炉：见图2。
a. 蒸发受热面为立式水管，常布置于卧式烟道；
b. 在各类锅炉中应用最多，锅炉型式成熟，工作安全可靠，运行使用经验丰富； c. 不必装设工作可靠性难于保证的锅水强制循环泵； d. 结构简单，制造容易；
e. 锅炉容水量大，适应负荷变化能力强； f. 对锅炉自动控制要求相对较低； g. 采用大管径时，重量尺寸指标较差；
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h. 锅炉烟道节省一个90°转弯，烟气阻力较小； i. 锅炉不高，重心较低，稳性较好，抗风抗震性较强。 3.3. 小管径自然循环锅炉
a. 由国外一般自然循环锅炉改进、发展、提高而成的新型先进锅炉； b. 国外余热锅炉设计并非完美无缺，某些设计技术不必要地沿用燃煤电站锅炉设计原理，设计观点保守；
c. 小管径自然循环锅炉的设计原理，采用与燃机余热锅炉燃用燃料相同，工作条件相仿的船舶锅炉设计技术，因而使锅炉的特性指标发生质的变化；
d. 船舶锅炉应用实践证明，小管径自然循环锅炉应用于蒸汽压力低于9.81Mpa时，其水循环可以保证安全可靠；更何况在烟温低于600℃时，设计标准指出可以不必进行水循环计算，由此可见对于工作烟温低于600℃时的燃机余热锅炉，采用小管径在技术上完全可行；
e. 相对于一般自然循环锅炉，受热面管径采用Φ42×3、Φ38×3、Φ32×3和Φ25×2.5，均属小管径；受热面管径愈小，锅炉重量也愈小；例如，当管径Φ51×3时重量为100％，则Φ42×3时为77％，Φ38×3时为67％，Φ32×3时为50％，Φ25×2.5时为33％；
f. 小管径自然循环锅炉兼具强制循环锅炉和自然循环锅炉二者优点，而避免二者各自的固有缺点；
g. 因采用小管径，而具有强制循环锅炉传热好、重量轻、尺寸小、启动快等优点。
h. 因采用自然循环，而具有不设强制循环泵和可靠性与制造性良好等优点； 锅炉的余热利用率指标、重量尺寸指标、启动性能指标、烟气阻力指标和蒸汽阻力指标，均较容易达到更加先进的水平。
综上所述，强制循环锅炉重量尺寸小，启动性能好；一般自然循环锅炉可靠性好，制造工艺简单；小管径自然循环锅炉兼具二者优点，避免二者缺点。
美国多为自然循环锅炉，西欧多为强制循环锅炉。国内外权威人士多数推荐优先采用自然循环锅炉。日本正在大力兴建的近40台锅炉，全部采用自然循环型式。 在某种条件下，也可以采用两种循环方式兼有的余热锅炉。如图3。
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4. 重要热工特性的确定 4.1. 烟气参数
● 锅炉设计必要的烟气参数：燃气轮机出口烟温，燃气轮机烟气流量，烟气中各种成份容积百分比。上述烟气参数由燃机供货商给定。
● 燃机以环境温度15℃的参数作为ISO条件参数，故锅炉一般按环温15℃设计。但也可按实际常用的环温条件设计。如深圳地区以环温30℃作为设计工况。 ● 烟气参数与环温有关：环温提高，燃机功率下降，燃机流量也下降，但燃机出口烟温提高；反则反之。
● 对锅炉而言，环温提高，燃机出口烟温也提高，但烟气流量的下降影响更大，故环温提高，锅炉产量下降。
● 燃机功率与流量的关系：一般是功率每下降10％，流量下降4.5％。 ● 燃机功率与烟气阻力的关系：一般是烟气阻力每增加100mmH2O，燃机功率下降0.45～0.6％。
● 设置余热锅炉后，烟气阻力增加，燃机功率下降，一般要求余热锅炉烟气阻力设计在250～350mmH2O之内。
● 锅炉烟气参数：锅炉进口烟气温度取低于燃机出口烟气温度3～4℃；锅炉进口烟气流量取低于燃机烟气流量0.5％（有旁通烟囱），或取等于燃机烟气流量（无旁通烟囱）。
● 燃机余热锅炉烟气流量约为同蒸汽产量锅炉的4倍左右。这是因为一般锅炉
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可利用烟温约为1600～1800℃，而余热锅炉约为400～500℃之故。余热锅炉主要依靠烟气流量获取蒸汽产量。 4.2. 锅炉蒸汽参数
● 按联合循环系统的优化设计确定，单压、双压或三压均无不可。 ● 按现有汽轮机型号的参数确定。 ● 锅炉蒸汽参数愈高，蒸汽产量愈低。
● 过热蒸汽温度一般低于锅炉进口烟温25℃以上。
● 锅炉设计必要的给水参数：给水湿度和冷凝水温度。其数据由电厂总体设计单位提供。 4.3. 锅炉蒸汽产量 a. 粗略估算
● 先求烟气容积流量 V＝3600G／γ ×0.995Nm3/h 式中G――燃机烟气流量，kg/s；
γ――燃机烟气比重，可取γ＝1.29kg/Nm3 ● 再求锅炉烟气温降 Δδ＝δ′锅进－δ″锅出℃ 式中δ′锅进――锅炉进口烟温℃；
δ″锅出――锅炉出口烟温，一般取δ″锅出＝190～210℃。 ● 由上，即可求出锅炉蒸汽产量D： D＝0.33VΔδ／70×104 t/h b. 准确计算
● 由烟气成分计算烟温烟焓，并画制烟气温焓表。 ● 由烟气成分求出烟气比重γ，kg/Nm3。 ● 再由如下方程求出锅炉蒸汽产量D:
Vφ(I′锅进－I″蒸出)＝D[i过热－i″省出＋ρ(i′饱和－i″省出)] 式中 V＝3600G／γ ×0.995 Nm3/h； φ－保热系数，取φ＝0.985～0.995；
I″锅出－锅炉进口烟焓，kcal/Nm3，由δ′锅进查表；
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I″蒸出－蒸发器出口烟焓，kcal/Nm3,由δ″蒸出查表； δ″蒸出＝t饱和＋8℃（天然气） δ″蒸出＝t饱和＋8.5℃（轻油） δ″蒸出＝t饱和＋9℃（重油）
i过热－过热蒸汽焓，kcal/kg，查水蒸汽表；
i″省出－省煤器出口水焓，kcal/kg，由省煤器出口水温t″省出查水特性表； t″省出＝t饱和－5℃（天然气） t″省出＝t饱和－6℃（轻油） t″省出＝t饱和－7℃（重油） ρ－排污率，取ρ＝0.02；
i′饱和－锅筒饱和水焓，kcal/kg，查水特性表。 4.4. 锅筒压力和给水压力 a. 锅筒压力
锅筒压力一般比过热蒸汽压力高2～4kgf/cm2，主要与过热器蒸汽流程数和蒸汽速度有关。一般是2流程取2kgf/cm2，4流程取4kgf/cm2。 b. 给水压力
给水压力的大小与锅炉计算关系不大。一般取比锅筒压力高2～3kgf/cm2。 4.5. 过热蒸汽调温方式的确定
a. 喷水减温
● 调温较敏感，调温范围较大。 ● 对给水品质要求较高。
● 过热蒸汽阻力较大，不利提高蒸汽产量。 b. 饱和蒸汽减温
● 调温不太敏感，调温需要的饱和蒸汽量大。
● 由于一般过热器材料允许干烧，故其调温范围也较大。 ● 对给水品质无特殊要求。
● 过热蒸汽品质优良，有利减轻汽轮机叶片腐蚀。
● 过热蒸汽阻力小，锅筒压力低，有利提高蒸汽产量，此一特点对传热温压很低的燃机余热锅炉特别难能可贵。
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● 是燃机余热锅炉方可采用的独特调温方式，对高蒸汽参数的锅炉尤为适宜。Alsthom公司锅炉广泛采用。 4.6. 烟气与汽水温度及蒸汽产量的关系 a. 烟气与汽水温度的关系
● 大约1℃烟气可提高给水1.6℃。 ● 大约1℃烟气可提高过热蒸汽3.2℃。 b. 烟气与蒸汽产量的关系
● 5000系列燃机（2.5万KW）：7℃烟温可产生1t/h蒸汽。 ● 6000系列燃机（3.6万KW）：6℃烟温可产生1t/h蒸汽。 ● 9000系列燃机（12万KW）：2℃烟温可产生1t/h蒸汽。 ● 20万KW燃机：1.2烟温可产生1t/h蒸汽。 4.7. 锅炉保热系数
● 同一容量的锅炉，锅炉尺寸愈小，保热系数愈大。 ● 锅炉容量愈大，保热系数也愈大。 ● 一般取为0.985～0.995。 4.8. 锅炉排污率
● 给水品质愈好，排污率愈小。 ● 燃机余热锅炉一般取为0.02。 4.9. 锅炉T-Q图
图4为CMI公司设计的温州龙湾燃机电厂PG9171E燃机余热锅炉T-Q图。
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图4 燃机余热锅炉T-Q图
4.10. 锅炉窄点温差
● 又称节点温差，是锅炉烟气与汽水介质之间的最小温差，通常指的是蒸发器出口处烟温与锅筒饱和温度之间的温差。
● 锅炉窄点温差愈小，则锅炉余热利用率愈大，而锅炉受热面也愈大。 ● 锅炉各排受热面的吸热量以对数温差递降，燃机余热锅炉约以0.86系数递降，靠后管排温压小，吸热量也小，第1排与最后1排吸热量相差约15倍。
● 窄点温差一般以8～12℃为宜，通常燃机燃用天然气时取较小值，燃用轻油时次之，燃用重油时取较大值。 4.11. 省煤器欠温
● 又称接点温差，指的是锅水饱和温度与省煤器出口水温之间的温差。 ● 省煤器欠温愈小，则锅炉余热利用率愈大，而锅炉受热面也愈大。 ● 为避免省煤器内给水沸腾，省煤器欠温不宜过小，一般以5～10℃为宜。 ● 燃机工况下降时，省煤器欠温减小，给水容易沸腾，为此锅炉常采用降压运行，降低省煤器进口烟温，提高蒸汽产量，进而提高省煤器欠温，避免省煤器沸腾。 4.12. 锅炉排烟温度
● 对单压锅炉而言，锅炉窄点温差和省煤器欠温确定之后，锅炉排烟湿度便可确定。
● 单压锅炉进口烟温愈高，蒸汽产量愈大，省煤器吸热量也愈大，排烟温度因而就愈低。
● 锅炉工作压力愈低，蒸发器出口烟温也愈低，排烟湿度也因而愈低。 ● 多压锅炉中必须有一个较低的锅炉工作压力，方可使锅炉排烟温度降低。 ● 锅炉排烟温度的降低受烟气露点温度限制，烟气露点愈高，设计的排烟温度也必须愈高。
● 烟气露点与燃料中的含硫量、含灰量，以及烟气中的水蒸汽含量等有关。 ● 燃用重油时，烟气露点可按t露点＝120＋17(S硫分－0.25)℃估算。 tL＝120＋7(5－0.6)℃
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● 排烟温度推荐值：
燃用天然气时取为90～110℃； 燃用轻油时取为140℃； 燃用重油时取为160℃。
● 当排烟温度较低时，为减轻露点腐蚀，延缓锅炉寿命，可用ND钢（09CrCuSb）材料；一般在省煤器给水入口处的最初几排采用之；ND钢使用寿命约为碳钢的13倍，但其价格较贵，约为碳钢的2.5倍。 4.13. 锅炉余热利用率
● 余热锅炉不提及锅炉效率。 ● 余热利用率η按下式计算：
η＝φ(I′锅进－I″排烟)／I′锅进－I环温 4.14. 烟气漏泄系数
一般指因三通挡板阀不严密而自旁通烟囱漏泄的烟气量，其值约为0.005。 4.15. 受热面烟速及介质流速
● 各受热面烟速一般取为10～20m/s；高温区较高，低温区较低。 ● 过热器蒸汽流速取为12～22m/s；燃机余热锅炉过热蒸汽速度的选取不必考虑管壁温度，而应保证传热之下，力求降低汽阻力，从而降低锅筒压力，提高蒸汽产量。
● 省煤器水速向上或水平流动取为0.3m/s以上，向下流动取为0.7m/s以上；沸腾式省煤器向下或水平流动应取1m/s以上。
● 强制循环蒸发器循环倍率一般取为2～4，最低为1.3～2，CMI公司推荐值为1.2～1.7；质量流速依工作压力、管径、热负荷而定，可按计算标准的线图查取，一般约为280～500kg/m2s；在保证一定的质量流速条件下，应力求降低循环倍率，减少循环水流量，从而可以选用电耗较小强制循环泵，降低运行成本。
● 一般而言，强制循环锅炉的循环倍率愈小，锅炉的技术指标就愈先进。 4.16. 锅炉启动速度
● 锅炉管径愈小，容水量愈小，启动速度愈快。
● 运行规程学以锅筒上下壁或内外壁温差不高于50℃作为启动速度的运
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行标准。
● 深圳2001年新建PG9171E燃机余热锅炉规定的锅炉启动速度为： 冷态（0.3Mpa以下）：40min 热态（2Mpa以下）：20min
这个指标偏低，可以设计启动速度更快的锅炉。 5. 重要结构特性的确定 5.1. 烟道内截面
● 烟道内截面＝烟道内宽度×管束计算长度。
● 烟道内截面与烟气流量成正比，与燃用燃料略有关系，与锅炉型式基本无关。
● 强制循环锅炉占地面积与烟道内截面成正比，故锅炉长度往往难于减小，占地面积反而较大。
● 自然循环锅炉占地面积与烟道内截面关系相对不大，故通过提高管束高度，采用错列排列，减小管径，减少管排数，可以减小锅炉长度，占地面积反而较小。
● 调整烟道内截面可以调整烟气阻力。由于烟气阻力与烟道内截面平方成反比，故适当增加烟道内截面，可使烟气阻力大幅度下降。 5.2. 锅炉材料
● 过热器集箱和受热面管材多为12Cr1MoV，翅片材料为1Cr13或0Cr13；过热器允许干烧。
● 蒸发器、省煤器和低压锅炉的集箱与受热面管材，一般采用20（GB3087）或20G（GB5310）；允许在400～450℃烟温下干烧。
● 为防止低温腐蚀，省煤器低温处受热面可用用ND钢管和钢带。 ● 锅炉内护板材料：从燃机出口至蒸发器前部采用1Cr13；之后的烟温低于450℃区域，采用碳钢；烟气温度450℃处可按对数温差与受热面（或管排数）的关系进行计算。
5.3. 高中压锅筒和过热器集箱焊后均需热处理。这是燃机余热锅炉制造上的主要难点。
5.4. 过热器集箱的管接头，一般将弯管区包含在内，以便满足管接头对直段的要
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求。中压锅炉直段要求50mm，高压锅炉为70mm。
直段L计算公式为：
L＝B／Sinα －Rtg(α／2) －Dw／2 mm
式中B――管子中心线与集箱垂直中心线距离，mm； α――管接头中心线与集箱垂直中心线夹角； R――弯管半径，mm； Dw――集箱外径，mm。 5.5. 管束排列
管束排列有错列和顺列两种，错列管束的传热优于顺列约20％。工程上多采用错列，且管间按正三角形排列，不但节省受热面，降低重量，而且布置紧凑，减小尺寸。自然循环锅炉还可缩短锅炉长度。采用错列布置利多于弊。 5.6. 管束一般采用悬吊式，踹挂在钢架上部的横梁上。
5.7. 高中压锅炉过热器出口一般自锅炉上部引出，以便减少膨胀量，从而减少对锅炉出口主蒸汽管道的影响。
5.8. 为将过热器的阀门附件与受热面管组分隔开，常设计有专门的过热器出口集箱，其上布置安全阀、温度计、压力表、排空阀、反冲洗阀等阀门附件。 5.9. 所有管组均应设置防震固定装置，提高管组刚度，使管间节距定位，避免管子出列，并防止因烟气冲刷而发生震动。强制循环锅炉还有支撑管束重量作用，并管束挠度。一般约每间隔2～2.5m装设一个防震固定装置。防震固定装置的结构有多种多样。
5.10. 自然循环锅炉底部设置多层竖板，防止烟气自底部旁通。 5.11. 自然循环锅炉下集箱均有限位管或限位板，防止管束随意飘动。 5.12. 锅炉护板有内保温、外保温之别。外保温设计严密，内侧设置钢板，保护保温材料。燃用重油锅炉，常设计成外保温，可在用水冲洗受热面时，保护保温材料不因水冲而损坏。
5.13. 为降低锅筒筒体壁厚，锅筒最小筒体减弱系数按φmin＝0.8左右设计，并按此确定筒体管接头之间夹角α。
锅筒上部开孔距离t要满足t>t0＝d＋2
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有良好的蒸汽品质指标。 5.15. 蒸发器上下连通管的设计：
a. 蒸发器上部汽水连通管管内流通面积与受热面管内流通面积之比应为0.35～0.4以上。
b. 蒸发器下部锅水连通管管内流通面积与受热面管内流通面积之比应为0.25～0.3以上。 5.16. 集中下降管的设计
锅炉集中下降管管内流通面积与受热面管内流通面积之比一般为0.1左右。 5.17. 蒸发器和省煤器集箱厚度如大于或等于30mm，也需热处理。其管接头的设计，一般也将弯管区包含在内。
5.18. 自然循环锅炉所有受热面管组集箱均在烟道内自由膨胀，故一般均不装设手孔装置，以缩短集箱长度，从而减小锅炉烟道宽度。集箱端盖也采用尺寸最小的结构型式。
5.19. 吹灰器一般由用户选定，但设计锅炉时应留有布置地位。燃用天然气的锅炉不设吹灰器。
5.20. 各部件之间的检修距离应不小于400mm。
5.21. 锅炉钢架有单、双排立柱之分。单排立柱占地小，较受用户欢迎。但双排立柱受力较好，国内多设计成双排立柱。 5.22. 烟囱直径的设计
主烟囱直径近烟速20～23m/s设计。旁通烟囱直径与主烟囱直径相同。 5.23. 翅片管重量的计算
● 由锅炉热力计算书中查出每米管翅片平均长度L0数据。 ● 根据下式求出每米翅片管翅片重量G1： G1＝7850L0hδ kg/m 式中h――翅片高度，m； δ――翅片厚度，m。 ● 再计算每米光管重量G2，kg/m。 ● 每米翅片管重量G＝G1＋G2 kg/m。
● 由锅炉热力计算书中的管束总长度ΣL,可求出翅片管总重G翅：
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G翅＝GΣL kg 5.24. 锅炉重量估算
一般而言，翅片管重量约占锅炉重量的40％以上，故锅炉重量为： G锅＝G翅／0.4 kg 6. 燃机余热锅炉热平衡方程 6.1. 主要的热量方程：
a. 烟气放热量Q′＝φV(I′－I″) b. 受热面传热量 Q″＝KΔtH c. 介质吸热量 Q＝D(i2－i1) 6.2. 主要的热平衡方程： a. 全台锅炉
Vφ(I′锅进－I″省出)＝D[i过热－i给水＋ρ(i′饱和－i给水)] b. 过热器
Vφ(I′锅进－I″过出)＝D(i过热－i湿蒸) c. 蒸发器
Vφ(I′蒸进－I″蒸出)＝D[i湿蒸－i″省出＋ρ(i′饱和－i″省出)] d. 过热器与蒸发器
Vφ(I′锅进－I″蒸出)＝D[i过热－i″省出＋ρ(i′饱和－i″省出)] 按此式可准确计算锅炉蒸汽产量。
e. 省煤器
Vφ(I′省进－I″省出)＝(1+ρ)D(i″省出－i给水) 7. 螺旋翅片管的设计 7.1. 螺旋翅片管概况
● 是《传热学》中扩展受热面的一种型式。
● 翅片管在前苏联教科书中称为肋片管，与该书称为鳍片管的扩展爱热面有所区别：翅片管是沿光管横向周围焊接钢带或扁钢，而鳍片管则是沿光管纵向焊接相互对称的两条扁钢；因此，为避免混淆，翅片管不宜称为鳍片管。 ● 翅片管分类
●● 按翅片形状分为不开齿和开齿两种。
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●● 按焊接方式分为高频电阻焊和钎焊两种。
●● 按翅片材料分为碳钢、合金钢、耐腐蚀钢、不锈钢等数种。 7.2. 螺旋翅片管的应用
● 二十世纪三十年代即应用于船舶锅炉省煤器，按直立式设计，不具螺旋，当时称为圈片式省煤器。
● 目前，应用于燃机余热锅炉、普通锅炉的省煤器和空气预热器以及各种低温换热设备，作为其传热元件。燃机余热锅炉全部采用翅片管受热面。 ● 应用翅片管虽然使传热系数下降，但使传热面大大增加，从而使设备的传热量明显增加。因此，应用翅片管的设备，具有传热好、重量轻、尺寸小的特点。
● 螺旋翅片管比传统的光管受热面具有明显的应用效果。二者相比，吸收同一热量，管排秋比为1:3，重量比为2:3，尺寸比为1:2，烟气阻力比为2:3，管内介质阻力比为1:3。优点显而易见。 7.3. 螺旋翅片管的结构参数
● 螺旋翅片管的结构参数是：翅片高度、翅片节距、翅片厚度和翅片管径。 ● 通常将翅片高度h和翅片节距S数值，作为衡量翅化程度大小的标志。高度愈高，节距愈小，则翅化程度愈大，螺旋翅片管的作用愈明显。 ● 翅片厚度的大小对传热系数影响不大。
● 提高翅片高度h，降低翅片节距S，传热系数下降而受热面迅速上升。由于受热面的影响更大，传热量增加，传热效果提高。
● 翅片高度愈高，翅片节距愈小，则翅片的制造愈是困难。
● 翅片的结构参数主要根据燃料种类、烟气成分、灰分和烟气速度等因素，进行选择和确定。
● 表1列出螺旋翅片管常用的结构参数。
表1 螺旋翅片管常用的结构尺寸
序号 1 2
管子规格
翅片高度mm 天然气
重油
翅片节距mm 天然气 3～4 3～4
轻油 4～5 4～5
重油 5～6 5～6
翅片厚度mm 天然气
重油
Φ51×3.5 16～22 16～22 Φ38×3
16～19 16～19
0.8～1 1～1.3 0.8～1 1～1.3
18
3 4
Φ38×3 16～16 16～16 3～4 3～4
4～5 4～5
5～6 5～6
0.8～1 1～1.3 0.8～1 1～1.3
Φ25×2.5 13～13 13～13
7.4. 螺旋翅片管传热计算
● 传热计算按前苏联《锅炉机组热力计算标准方法》（1973年）一书中，烟气横向冲刷环状肋片管子计算公式进行。
● 污染系数ε对传热计算影响很大，但又很难精确测定。它主要取决于燃机燃用燃料、受热面结构特性、烟速、烟气冲刷完全性和吹灰器性能等因素。 ●● 国外资料推荐值为：
当燃机燃用天然气时，ε＝0.00035m2℃/W(0.00041m2h℃/kcal)； 当燃机燃用轻油时，ε＝0.0008m2℃/W(0.00093m2h℃/kcal)。
●● 鉴于国内翅片管的制造质量与国外相比尚存差距，接触热阻相对较大，故在传热计算中常采用较大的数据：
当燃机燃用天然气时，ε＝0.00086m2℃/W(0.001m2h℃/kcal)； 当燃机燃用轻油时，ε＝0.00017m2℃/W(0.002m2h℃/kcal)； 当燃机燃用重油时，ε＝0.0034m2℃/W(0.004m2h℃/kcal)。
上述为蒸发受热面数据。过热器取更低值，省煤器及其以后受热面取更高值。
8. 受热面管组的设计
● 受热面管组是锅炉的基本组成部分。
● 自然循环锅炉多为双集箱立式翅片管受热面。其结构简单、制造容易，既可在厂内组装出厂，也可散装出厂，现场组装，使焊缝免遭运输损坏，并降低运费，减少造价。
● 强制循环锅炉多为双集箱小弯头卧式翅片管受热面。其结构复杂，制造困难，一般采用组装出厂，造价较贵。
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10. 本公司燃机余热锅炉特点 10.1 强制循环锅炉
a. 立足当代世界先进科学技术前沿，与国外著名公司合作，引进国外最新进技术，代表当代国际先进水平。
b. 高温强制循环泵等重要设备立足进口，保证锅炉工作安全可靠。 c. 锅炉管材的焊缝质量优良，保证锅炉设备全寿命。 10.2. 自然循环锅炉
a. 锅炉设计以国内外广为应用的燃气轮机自然循环余热锅炉为母型，锅炉型式先进、成熟，锅炉工作安全可靠。
b. 锅炉兼具强制循环锅炉和一般自然循环锅炉二者优点，而避免二者各自的固有缺点。
c. 传热性能优异。锅炉传热元件的传热性能与强制循环锅炉相当，而比一般自然循环锅炉优异。
d. 重量轻、尺寸小。锅炉的重量尺寸指标先进，可与一般强制循环锅炉相媲美，而比一般自然循环锅炉优异。
e. 机动性强。锅炉容水量小，启动速度快，启动性能良好。此一特点对启停频繁的燃所轮机电站尤为重要。
f. 烟气阻力小。锅炉因传热优异，每排管束吸热量大，故可使管排总数减少，烟气阻力因而减小。
g. 过热蒸汽阻力小。因采用较小管径，过热器蒸汽流通截面小，流程数少，故其过热蒸汽阻力小。这对降低锅筒工作压力，提高锅炉蒸汽产量有利。 h. 结构简单，制造容易，安装方便。
i. 锅炉制造价格低。锅炉因重量尺寸小，金属耗量小，制造成本你，故其制造价格低。
j. 锅炉不高，重心较低，稳性较好，抗风抗震性较强。
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11. 锅炉的重量构成与价格构成 11.1. 重量构成
a. 翅片管：占40％，其中合金钢翅片占5～7％，碳钢翅片管占35～33％； b. 锅筒、集箱、连接管等受压件：占10％； c. 护板、扶梯等非受压件：占25％； d. 钢架：占25％。 11.2. 价格构成 a. 部件单价
● 翅片管：合金翅片管2.8万元/吨，碳钢翅片管1.15万元/吨； ● 锅筒等受压件：1.8万元/吨； ● 护板等非受压件：0.7万元/吨； ● 钢架：0.65万元/吨。 b. 锅炉吨价
锅炉每吨重量价格=0.07×2.8+0.33×1.15+0.1×1.8+0.25×0.7+0.25×0.65 ＝1.093 1.1万元/吨 12. 主要的设计标准 12.1. 计算标准
a. 热力计算：前苏联《锅炉机组热力计算标准方法》1973年版； b. 强度计算：GB9222-88《水管锅炉受压元件强度计算》和《蒸汽锅炉安全技术监察规程》；
c. 烟气阻力计算：前苏联《锅炉设备空气动力计算》（标准方法）1977年版； d. 水动力计算：前苏联《锅炉机组水动力计算标准方法》1978年版。 12.2 制造标准
a. 劳动部颁发《蒸汽锅炉安全技术监察规程》1996年版 b. JB/T1609-93《锅炉锅筒制造技术条件》 c. JB/T1610-93《锅炉集箱制造技术条件》 d. JB/T1611-93《锅炉管子制造技术条件》 e. JB/T1612-93《锅炉水压试验技术条件》 f. JB/T1613-93《锅炉受压元件焊接技术条件》
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g. JB/T1615-91《锅炉油漆和包装技术条件》 h. JB/T1620-93《锅炉钢结构制造技术条件》 i. JB3191-82《锅炉内部装置技术条件》
j. JB/T6512-92《锅炉用高频电阻焊螺旋翅片管制造技术条件》 k. ZBG93010-89《高频电阻焊螺旋翅片管》
l. 《高频电阻焊接翅片规格、公差、测试国际标准》 m. JB/T6696-93《电站锅炉技术条件》
n. GB12145-89《火力发电机组及蒸汽动力设备水质量标准》 o. DL/T5047-95《电力建设施工及验收技术规范（锅炉机组篇）》 q. DL5031-94《电力建设施工及验收技术规格（管道篇）》 r. DL5000-94《火力发电厂设计技术规程》第10篇（热工自动化） s. DLGJ1695《火力发电厂热工自动化设计技术规定》 13. 提供审查的主要设计文件 13.1. 锅炉计算书 a. 锅炉热力计算书 b. 锅炉强度计算书 c. 锅炉烟气阻力计算书
d. 锅炉汽水阻力计算书（或强制循环锅炉水动力计算书） 13.2. 锅炉和锅炉控制说明书 a. 锅炉设计说明书 b. 锅炉安装和使用说明书 c. 锅炉控制系统说明书 13.3. 设计图纸 13.3.1 总图
a. 锅炉及烟道系统布置总图 b. 锅炉总图 c. 锅炉岛能量平衡图 d. 锅炉汽水系统图 e. 锅炉汽水系统接口图
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f. 锅炉热膨胀系统图 g. 锅炉基础负荷图 h. 锅炉控制系统图 13.3.2 主要部件图 a. 过热器 b. 蒸发器 c. 省煤器 d. 锅筒
e. 锅筒内部设备 f. 钢架 g. 平台扶梯 h. 其他
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