(山东电力建设第三工程有限公司 山东青岛 266100)
摘要：在我国社会经济和科学技术协同发展背景下，我国也加大了对高效发电技术的研究，为有效提高循环效率，借助燃气蒸汽联合循环机组发展出以发电为核心的多联产技术，其中尤其是我国西部大开发政策的实施，开展的“西气东输”工程，燃气蒸汽联合循环因其自身所具备的热效率高、污染小、运行灵活等优势得到广泛的关注，我国也进一步加大了对余热锅炉性能和开发设计的研究，以实现燃气蒸汽联合循环技术的全面提高。
关键词：燃气蒸汽；联合循环；余热锅炉；发展；研究
引言：
余热锅炉是联合循环系统中三大主要设备之一，上游连接着燃气轮机，下游连接着蒸汽轮机，在系统中起着承上启下的作用，实现了能量的阶梯利用，因而余热锅炉是联合循环系统整体优化的一个关键设备，对联合循环系统的效率有重要影响。因此，对于如何更好地提高燃气蒸一汽联合循坏系统的效率，是目前研究的重点。如何更好地提高余热锅炉的性能，充分挖掘其余热回收的潜力，是国内外行业内所关注的一个重要问题。
1、燃气蒸汽联合循环余热锅炉基本概述
（1）燃气蒸汽联合循环余热锅炉的构成。通常情况下，余热锅炉是由过热器、蒸发器、再热器等构成，在大型的燃气蒸汽联合循环余热锅炉中还涉及到自然循环和强制循环两方面内容，其中无论是自然循环余热锅炉，还是强制循环余热锅炉在其实际应用中都具有各自的优势和劣势。结合实际情况，人们较常运用卧式的自然循环技术，其主要原因在于：①操作上较为简便，并且能够保证燃气轮机排气波动保持较强的平衡性；②与强制循环余热锅炉相比较，更具有可用性；③管束较为均匀，能够有效避免出现塑性形变、锅炉性能下降等故障。
（2）燃气蒸汽联合循环余热锅炉热力特性分析。①加热热源。加热热源的不同作为常规锅炉与余热锅炉之间存在的最大不同，其中余热锅炉的热源通常是高温烟气余热、可燃废气余热等等，由于所使用的工艺、燃料不同，使得化工行业、制造行业等在对余热锅炉的使用过程中出现烟尘大、热负荷波动大、腐蚀性强等缺点，若是运用联合循环余热锅炉则可以有效解决这些问题，因其所使用的气体燃料基本上不会出现粉尘的情况，也不用考虑是否在使用过程中会出现磨损的问题。②变温显热源。将联合循环中的燃料化学能转变成为热能，以实现对能源的梯级利用，并且在高温阶段实现热能转化为电能，又或者是转化为机械能，而低温排气进入到余热锅炉中就会产生热水，实现对其他热力设备的驱动。为达到这一转换效果，也就要求将余热锅炉布置到受热面，其体积也就比较大。③多样化的汽水系统。当选定好轮机时，余热锅炉的蒸汽系统结合经济和技术选择单压、双压、三压、三压再热等类型。在早期阶段，较多采用的是单压，虽然所投入的成本比较低，但是其热效率也就相对较低。在现阶段，使用三压再热汽水系统的较为普遍，不但排温的温度较低，还能够充分收回余热[2]。即使是这样，也要处理好压力参数匹配及优化的问题，以确保系统性能充分发挥。④变工况热力。受到大气温度和负荷的影响，使得燃气轮机需要在变工况的环境中进行稳定运行，其排气温度及流量也会有很大的差异，余热锅炉的热力特性随之发生变动。但是实际上要求热力参数处于相对稳定的状态，变工况环境下余热锅炉燃气及蒸汽两侧的热力变化不一致，导致热源头和余热锅炉热惯性一大一小。
2、燃气蒸汽联合循环余热锅炉的发展
在国内对燃气蒸汽联合循环发电机组的研究时间虽然比较短，但是对余热锅炉发电技术的研究已经超过三十年，并且先后研发了双锅筒自然循环、单锅筒自然循环式燃气轮机余热锅炉，容量和压力级数也得到很大的提高，此外螺旋翅片管的试制成功，也标志着我国大型燃机余热锅炉实现了国产化。而国外对燃气蒸汽联合循环发电技术开展研究，从上世纪六十年代就已经开始，并且供电的效率已经超过百分之五十，无论是联合循环余热锅炉性能的设计，还是系统结构的优化都相对已经成熟。
其中尤其是随着燃气轮机的初温不断升高，它的功率也在不断的增大，余热锅炉的高压循环蒸汽压力、温度也在不断的增高，导致蒸汽系统也更加的复杂，为有效提高其环保性能，一些余热锅炉采用安装脱硝装置的方式，实现传热效率和提高，再加上在锅炉的受热面以锯齿形翅片管代替传统整体的翅片管，以缩小翅片与翅片之间的间距，使得整体结构更加的紧凑。
3、燃气蒸汽联合循环余热锅炉研究方向分析
（1）螺旋鳍片管设计及换热计算方法选取。联合循环余热锅炉的变温显热源和大流量的热力特性决定了其对流换热的特殊性。通常情况下，余热锅炉中烟气和汽水介质之间的换热温压比较低，为保障整体布置的紧凑性，并且减少钢材在其中的应用，就可以通过螺旋鳍片管的应用，增强余热锅炉的传热。针对螺旋鳍片管结构特性参数，在烟气介质、温度和速度相一致的情况下，螺旋鳍片管的管径越小，翅片也就越高，节点之间的距离越紧凑，所起到的传热效果也就越好。至于对联合循环余热锅炉螺旋鳍片管的换热计算方式，到现目前为止还没有相对成熟和规范的计算方法，我国对锅炉的热力进行计算，通常是选用借助国外研究成果，并在此基础上加以完善和应用，其中特别是对污染系数的修正，对这一方面进行优化又主要体现在三个方面。①结构参数，如：对翅片规格的优化；②人汽轮机排污对换热计算可能造成的影响进行分析；③翅片管的换热与焊接方式之间存在的联系等。
（2）烟气的流动特性。因其中温大流量工质，使得加大对联合循环余热锅炉烟气流动特性的研究十分的有必要。在当前对其进行研究主要是借助FLUENT流体计算软件展开，可以实现更加直观和具体的速度场、压力场分布，并且对其进行优化设计。又或者是借助冷态空气动力试验装置，对烟道形状特性进行校核。
（3）联合循环快速启动。为使得联合循环装置更好的适应快速启动，也就需要加大对循环布置的方式加以研究，在当前大多数的大型联合循环装置主要是运用一台燃气轮机和汽轮机相互运用一台发电机，还有就是对无旁路烟道进行应用。在结构设计方面，增大锅筒容量，避免汽水涌入；较大的水位量程设计，满足保护水位和报警水位的要求；小管径的螺旋鳍片管管径尽量要小、管壁较薄。
4、联合循环余热锅炉热力参数优化
对联合循环余热锅炉热力参数加以优化，最常使用的方法是构建数学模型，在该模型中，涉及到的内容有设计工况和对变工况进行建模，经过计算和比较之后选择更为科学合理的设计方案，并且保障整个系统具备好的热经济性。其中也涉及到一些关键的问题，具体是：①对汽水系统的优化，通过对进入余热锅炉燃气温度确定单压、多压等是否存在再热，然后进行综合的经济比较，若是燃气轮机排烟烟气流量已经超过120kg/s，燃气温度也已经超过500℃，就可以选择运用双压或者是三压汽水系统；②节点温差、排烟温度确定，当节点温差变小，余热锅炉的排气温度也会随之降低，余热锅炉的热效率就会获得提高，然而平度的传热温差也会相对减小，导致受热面积增加。因此，就需要结合成本及循环效益合理的选择节点温差、排烟温度；③余热锅炉与蒸汽轮机之间的匹配，随着主蒸汽压力和温度的不断升高，进入到余热锅炉中的燃气温度及受热面控制着主蒸汽的参数，运用使得汽轮机做功量最大原则，可以有效对蒸汽参数匹配进行优化。
5、结语
在本文中，对燃气蒸汽联合循环余热锅炉的发展和研究展开分析和探讨，主要是从燃气蒸汽联合循环余热锅炉基本概述展开，并对其发展和现代研究进行详细的阐述，在未来的发展中，也需要加大对燃气蒸汽联合循环余热锅炉的传热特性、参数优化等方面展开更加深入的研究，推动燃气轮机技术获得更进一步发展。
参考文献：
[1]王晓瑜，张冬洁，徐建炎，等．余热锅炉结构形式及运行特性研究综述[J]．中国有色冶金，2012，4l(1)：40-45．
[2]赖银飞，许永伟．DMTD余热锅炉人口烟道过渡段流场分布数值模拟[J]．炼油技术与工程，2015，45(10)：50-52．