（哈尔滨锅炉厂预热器有限责任公司 黑龙江省哈尔滨市 150046）
摘要：随着技术的进步，燃气轮技术得到了迅速发展，其单机容量和功率都有了很大的提高，燃气一蒸汽联合循环发电技术逐渐成熟。随着燃气一蒸汽联合循环发电技术的不断发展和完备，作为其中主要设备的余热锅炉技术也得到了长足发展。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。
关键词：余热锅炉结构形式；运行特性；
在工业生产中，使用着各种窑炉，如回转窑、加热炉、转炉、反射炉、沸腾焙烧炉等。这些窑炉都耗用大量的燃料，它们的热效率都很低，一般只有30％左右，而被高温烟气、高温炉渣、高温产品等带走的热量却达到40％～60％，其中可利用的余热在冶金工业约占燃料消耗量的三分之一，机械、玻璃、造纸等工业占15％以上。
一、余热锅炉结构形式
我国余热锅炉的发展进入了一个新产品开发速度减缓的阶段，产品开发的技术难度提高、领域拓宽。这一时期，国内自行开发了干熄焦余热锅炉、炼油催化裂化余热锅炉、燃气一蒸汽联合循环余热锅炉、城市生活垃圾焚烧锅炉等。其中，结合热管技术与余热锅炉技术形成的热管余热锅炉，以其换热效率高，流动阻力小，设备结构紧凑，操作简单、维修方便等优点，开始得到广泛的使用，形成了余热锅炉新的发展趋势。在结构上，余热锅炉大体和一般锅炉相似，它包括锅炉受热面和为受热面服务的全部附属组件。各附属组件的作用也和一般锅炉相同。但由于余热烟气及烟尘的成分、特性等与燃料燃烧所产生的烟气有显著的差异，并且各种工业炉窑所排出的烟气也不尽相同，因而所设计的热管余热锅炉也必然各有特点，在结构上也有一定的区别，但总体上可分为整体式和分离套管式两种结构。整体式热管余热锅炉主要由汽包和插入汽包中的热管组成，而分离套管式根据管道结构的连接，主要由以下几部分组成，即：汽包、下降管、分配联箱、分配管、套管、上支管、汇集联箱、上升管和汇集管。余热锅炉是余热收回的主要设备之一，实际上是一个热交换器，它没有燃烧供给系统，有的也没有辐射受热面，它是以工业生产中的余热作热源以获得一定压力和温度的蒸汽或热水的设备。当炉内的高温烟气通过余热锅炉受热面（热管蒸发段）时，因受热面温度较低，高温烟气将自身的热量以对流或辐射的形式传给受热面而自身被冷却。对于整体式热管余热锅炉，热管中的工质将吸收的热量传递给汽包中的水，并在汽包内形成汽水混合物，蒸汽则从汽包顶部排出。而分离套管式热管余热锅炉，热管中的工质将吸收的热量传递给套管中的水，并在套管内形成汽水混合物。汽水混合物在流动压头的作用下，通过循环管路的上升管组进入汽包，经过汽水分离以后，蒸汽从汽包顶部排出，水经循环管路的下降管进入下联箱，通过分配管供给套管蒸发使用。由于水在不断循环，冷却了热管，不使热管过热。在这一过程中，系统中的水不断蒸发，蒸汽不断从汽包中排出，为使系统中不缺水，热管不结垢、不爆管，就需要不断向系统中补充软化水。
二、余热锅炉运行特性
1.热力计算方法。热力计算是余热锅炉设计的基础，是选择辅助设备和进行锅炉水循环计算等其他可靠性计算的前提，是热管余热锅炉计算中的重要组成部分。热力计算按照已知条件和计算目的可以分为热力设计计算和校核计算。热力设计计算是在余热锅炉给定的工作条件下，如烟气的组成、流量、热管参数、给水温度等，以选用余热锅炉的形式与结构，并确定余热锅炉的容量和换热面积以及换热元件的结构、尺寸和布置等。
热力校核计算是在已有的锅炉结构参数、传热面积和热力系统的基础上，在改变热负荷或者改变某些部件结构的情况下，以确定受热面积是否满足需求，排烟温度是否达到设计要求，并确保热管在工作温度范围内工作。热力设计计算和校核计算的方法基本相同，区别在于已知条件和所求结果有所不同。它们计算步骤如下：（1）确定余热锅炉的形式，进行热平衡及烟气物性参数的计算（包括密度、烟气导热系数、粘度、烟气准则数、烟气焓值），确定总换热量；（2）选择热管的结构、尺寸和基本参数（包括扩展换热面布置、流速选择等）：（3）计算热管冷、热侧的换热系数；（4）计算热管的各分热阻和总热阻，计算总传热系数；（5）验证热管的尺寸和布置，确定热管的根数和排数；（6）计算并校验热管的最高管内工作温度和最低管壁温度；（7）计算并校验余热锅炉流动阻力；（8）安全性校核及经济性分析。热管余热锅炉受热面布置根据炉型和用途的不同会有很大差异，运行特性也各异，但它们的根本目的是把烟气的热量尽可能地传递给水或水蒸汽，在此基础上，根据热管的特性，把整个锅炉的受热面设想成在连续的折算传热面上串联一系列热管热阻的间壁式换热器，热管的内部热阻极小，以至于对其外部对流换热特性几乎没有什么影响。实际计算表明，在气体横向冲刷带肋热管的情况下，热管内部热阻只约占总传热热阻的5％左右。在工程应用中，可进一步把间壁换热模型的传热过程抽象为逆流间壁换热过程，
2.余热锅炉温度调节。主蒸汽温度随燃机排气温度变化，运行中实际考虑主蒸汽减温问题。主蒸汽减温调节方法主要采用喷水减温以及饱和蒸汽部分旁通两种调节方式。喷水减温器布置在过热器中间，过热器中间有导管，以便安装喷水减温器与蒸汽混合要求。喷水减温器还可布置在过热器出口主蒸汽管路上，不需要安装导管，但过热气管壁最高温度较高。主蒸汽管路上测温元件通过温度变送器把信号输入把信号输入温度控制器，在温度控制器中测量数据并和设定点数据比较。根据比较结果，温度控制器输出信号对温度控制阀进行调节，增加或减少喷水减温器的喷水量。饱和蒸汽部分旁通调节方式：汽包出来饱和蒸汽大部分经过热器吸收热量后到主蒸汽管。其余饱和蒸汽经旁路调节阀进入主蒸汽管。利用调节旁通管路上温度控制阀开度可以调节过热器出口过热蒸汽温度。通过调节主蒸汽阀开度和汽轮机主调汽阀开度来控制。汽包压力调节主要包括压力高限制、压力低限制、压力升速率限制和压力降速率限制。压力高限制和升速率限制主要通过旁路系统实现；压力低限制及压力降速率主要通过汽轮机调节阀实现。
3.运行中汽温调节情况及注意事项。（1）在机组正常运行时，高、中、低压、再热蒸汽温度自动控制情况良好。但在启、停和加、减负荷过程中还需对高压蒸汽温度进行手动干预，有待进一步改进和完善。（2）加负荷至160~220MW 阶段，由于燃气轮机 IGV 在开启过程中，燃烧模式还没有切换时，燃气轮机排气温度较高（640~650℃），汽温上升较快，如自动控制不及时可能引起超温跳机，可以进行手动干预。立式布置强制循环预热锅炉，采用省煤器再循环措施防止启动或低负荷时省煤器出现蒸发现象。将高压循环水泵出口的水通过省煤器再循环阀引一部分到省煤器入口，增大省煤器水流量，确保省煤器出口水温低于饱和温度。根据汽包中饱和蒸汽温度和省煤器出口水温之间温差控制省煤器再循环管路上电动调节阀开度。
随着余热锅炉在工业生产中的广泛应用，通过对余热锅炉在不同结构及是否强化传热等换热情况分析，为余热锅炉的设计、优化和运行提供理论分析。
参考文献：
[1]赵钦新，王宇峰．我国余热利用现状与技术进展，工业锅炉，2019，117（5）：8—15．
[2]蒋章焰．热管理论与实用，北京：科学出版社，2017，1-6．
[3]庄骏，张红．热管节能技术，北京：化学工业出版社，2019，15—218．