燃气轮机余热锅炉的优化设计研究(703所)
燃气轮机余热锅炉的优化设计研究703所
以提高余热锅炉热效率、降低排 烟温度、减小热损失为优化目标 ，对余热锅炉的热力系统进行优 化。
余热锅炉传热过程模拟与优化
传热过程模拟
利用数值模拟方法，对余热锅炉的传 热过程进行模拟，分析各部分温度场 和流场分布，找出传热过程的瓶颈和 优化点。
优化措施
根据模拟结果，优化受热面布置、改 进受热面材料、调整烟气流动组织等 措施，提高余热锅炉的传热效率。
通过优化燃气轮机余热锅炉的设计，提高能源利用效率，降低能源消耗和环境 污染，为全球能源可持续发展做出贡献。同时，研究成果可应用于实际工程中， 推动相关产业的发展和技术进步。
02
燃气轮机余热锅炉概述
燃气轮机余热锅炉工作原理
燃气轮机余热锅炉是一种高效、环保的能源利用设备， 它通过回收燃气轮机排放的余热，将热能转化为蒸汽
泛应用。
通过回收燃气轮机排放的余热， 余热锅炉可以显著提高能源利用 效率，降低能源消耗和环境污染。
目前，随着技术的不断进步和环 保要求的提高，燃气轮机余热锅 炉的应用越来越受到重视，市场
需求也在不断增长。
03
燃气轮机余热锅炉优化 设计方法
余热锅炉热力计算与优化
热力计算
根据燃气轮机排气参数和余热锅 炉设计要求，进行热力计算，确 定余热锅炉的热效率和热负荷。
余热锅炉结构设计优化
结构分析
对余热锅炉的结构进行分析，找出结构不合理和潜在的改进 点。
结构优化
根据结构分析结果，优化余热锅炉的结构设计，如改进支撑 结构、减小应力集中等，提高余热锅炉的安全性和可靠性。
04
703所燃气轮机余热锅 炉优化设计实践
703所余热锅炉现状分析
当前余热锅炉存在的问题
效率低下、能耗高、排放不达标等。
大型燃气轮机联合循环电厂优化设计研究
联合循环的优化
联合循环的优化
联合循环的优化主要涉及提高热效率、降低阻力、减少泄露等方面的内容。 具体来说，可采用以下措施：
联合循环的优化
1、部件优化：选用高效、低阻的压气机、燃烧室和涡轮机部件，提高设备的 性能系数。
2、循环过程优化：合理匹配各部件的工作参数，使整个循环过程更加顺畅， 提高热效率。
三、结论
三、结论
重型燃气轮机联合循环底循环是一种高效、清洁的能源利用方式，具有较高 的热效率和经济性。然而，由于燃气轮机工作条件的复杂性和运行环境的多样性， 底循环的热力性能受到多种因素的影响。因此，需要进行深入的分析与优化。通 过采用先进的材料和制造技术、优化设计和智能控制等方法，可以实现对联合循 环底循环的热力性能优化和提高。这将有助于推动能源结构的转型和能源利用方 式的升级。
2、蒸汽轮机优化
针对蒸汽轮机的性能，可以采用新型的耐高温材料和新型的汽封技术，提高 蒸汽轮机的效率。同时，可以通过优化蒸汽参数，提高蒸汽轮机的可靠性。
3、系统优化
3、系统优化
针对系统的匹配和优化，可以采用先进的仿真技术和实验方法，对进气系统、 排气系统、余热回收系统等进行优化设计。同时，可以通过采用先进的控制策略 和算法，实现对联合循环底循环的智能控制，提高联合循环底循环的热力性能。
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2、智能系统：通过物联网技术实现了设备的全面远程监控和故障预警，降低 了现场操作人员的工作强度和故障处理时间。同时，运用人工智能技术对设备运 行数据进行深度分析，预测设备的维护需求和更换周期，提高了设备的利用效率 和寿命。
3、大数据分析：对电厂运行数据进行实时采集、分析和处理
3、大数据分析：通过对电厂运行数据的实时采集和分析，发现了一些影响能 效和稳定性的因素并采取措施予以解决。同时，根据数据分析结果对燃气轮机和 余热回收系统进行了进一步优化，提高了电厂的经济性。
【CN209876874U】一种可预防低温腐蚀的燃机余热锅炉【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920318646.2(22)申请日 2019.03.12(73)专利权人 中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东电力试验研究院地址 230000 安徽省合肥市高新区创新大道666号赛为智能大厦专利权人 大唐锅炉压力容器检验中心有限公司(72)发明人 郝绍勋 田冠玉 程时鹤 (74)专利代理机构 合肥市长远专利代理事务所(普通合伙) 34119代理人 段晓微(51)Int.Cl.F22B 1/18(2006.01)(54)实用新型名称一种可预防低温腐蚀的燃机余热锅炉(57)摘要本实用新型提出了一种可预防低温腐蚀的燃机余热锅炉，包括余热锅炉、喷嘴板和低压力风机，余热锅炉尾部连接烟囱，余热锅炉内沿烟气流向依次设有高压系统受热面、中压系统受热面、SCR模块、低压系统受热面和尾部低压受热面，余热锅炉靠近SCR模块位置设有抽气口；喷嘴板设置在低压系统受热面与尾部低压受热面之间，喷嘴板上分布有多个用于向尾部低压受热面喷出膜化保温烟气的喷气孔；低压力风机的进口与抽气口连通且其出口与喷嘴板连通。
本实用新型既可以保护尾部低压受热面不会低温腐蚀，又可以提高该出受热面的介质参数，提高燃机高温排气的余热利用。
权利要求书1页 说明书2页 附图1页CN 209876874 U 2019.12.31C N 209876874U权 利 要 求 书1/1页CN 209876874 U1.一种可预防低温腐蚀的燃机余热锅炉，其特征在于，包括余热锅炉(1)、喷嘴板(2)和低压力风机(3)，余热锅炉(1)尾部连接烟囱(4)，余热锅炉(1)内沿烟气流向依次设有高压系统受热面(5)、中压系统受热面(6)、SCR模块(7)、低压系统受热面(8)和尾部低压受热面(9)，余热锅炉(1)靠近SCR模块(7)位置设有抽气口；喷嘴板(2)设置在低压系统受热面(8)与尾部低压受热面(9)之间，喷嘴板(2)上分布有多个用于向尾部低压受热面(9)喷出膜化保温烟气的喷气孔；低压力风机(3)的进口与抽气口连通且其出口与喷嘴板(2)连通。
燃气轮机余热锅炉的优化设计
燃气轮机余热锅炉的优化设计摘要：近年来，我国燃气一蒸汽联合循环技术日趋成熟，燃气轮机的热效率和单机功率不断提高，这使得燃气轮机及其联合循环在我国电力系统中发挥的作用日益凸显，相较于普通电厂，燃气轮机联合循环电厂具有明显的优势，因此探讨燃气轮机联合循环电厂的优化设计，具有十分重要的现实意义。
关键词：燃气轮机；余热锅炉；设计发电效率高以及环境污染小是燃气- 蒸汽联合循环机组的明显优势与特征。
近些年来我国不断投入中、小型燃气- 蒸汽联合循环机组，注意国产机组也在上述范围涵盖之内，这种机组的综合优势可在这一过程中得到直观体现，其中还包括余热锅炉。
现在我国科研人员不断提高对余热锅炉的重视程度，并在原有的基础上对其进行不断的深入研究促使其实现不断优化与完善与目标，进而促使余热锅炉的性质得以保障。
一、余热锅炉的特点余热锅炉与常规锅炉最大的差别在于余热锅炉缺少相应的燃烧装置，其载热介质以及来源并没有统一的要求，因而在材料以及受热面布置上与工业锅炉具有较为显著的差别。
余热锅炉多作用于某一工业生产工艺过程的各个部位中，处于较为复杂的环境，因而对于余热锅炉的安全性以及稳定性要求较高。
同时，工业废气具有高温、高压的特点，有些工业废气也具有一定的易爆性与腐蚀性，这对于余热锅炉的结构与材料具有特殊的要求，如余热锅炉需要具有高度的严密性，并且应该具有较强的耐腐蚀以及耐高温的特性。
同时，余热锅炉的入口处也会受到较强的冷热冲击性，因而对于余热锅炉的结构设计应具有一定特点。
下面将会对余热锅炉的主要结构部件进行分析。
1、余热锅炉的过热器结构研究。
余热锅炉的过热器一般是由蛇形盘管、分配集箱集、流集箱以及其他组件等组成。
在余热锅炉中，过热器多布置在冷却室的顶棚，有时也会将过热器作为烟道个请或者侧墙。
根据过热蒸汽温度的高低不同，可以设置一级或二级过热器，同时根据过热器布置处的温度区间，可以分为辐射式过热器和对流式过热器。
一般来说，余热锅炉采用立式过热器，以应对烟气及烟尘条件恶劣的情况。
大型燃气轮机联合循环发电厂余热锅炉优化设计的几个问题探讨
维普资讯
余 热 锅 炉
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图 １余 热 锅 炉 （ ）和 常规 锅 炉 （ ） 烟 气 放 热 和 工 质 吸 热 热 量 分 配 示 意 图 １ ２ 图 １ 表 示 了常 规 燃 煤 （ 、气 ）锅 炉 也 油 烟 气 携 带 的热 量 及 工 质 吸 热 分 配 示 意 ，其 工 质 流 量 与余 热锅 炉 基 本 相 等 。
炉 不 同 ，其 特殊 性 应 在 设 计 中予 以 考 虑 。
２ １ 余 热 锅 炉 受 设 定 的 边 界 条 件 多 ，设 计 ． 受 限 制 的 条 件 比常 规 锅 炉 多 ，给优 化 设 计 带
来 难 度
１ 前 言
燃 气 一蒸 汽 联 合 循 环 机 组 因其 发 电效 率 高 、环 境 污 染 小 而 倍 受 用 户 欢 迎 。我 国 近 十
图中 ：
锅 炉 出力 条 件 下 ，余 热锅 炉 的 烟 气 量 又 比常
规 锅 炉 大 得 多 ，这 给余 热 锅 炉 的结 构 设 计 带 来 了很 多 特 殊 要 求 。
（） 余 热 锅 炉 ａ 、 ｂ 、 ｃｄ段 随 着 ｔ ２ ｂ ｅ ｌ ｓ
（ 包 压 力 下 的 饱 和 温 度 ） 的 升 高 而 发 生 变 汽
年 来 已投 入 了一 批 包 括 国产 机 组 在 内的 中小
余 热 锅 炉 的 热 源 来 自燃 气 轮 机 ，余 热 锅
炉 的 蒸 汽 输 给 蒸 汽 轮 机 。燃 气 轮 机 和 蒸 汽 轮
科技成果——30MW级CGT25-D型燃气轮机
科技成果——30MW级CGT25-D型燃气轮机技术开发单位中国船舶重工集团公司第703研究所技术简介CGT25-D型燃气轮机是国内首次研制成功的国产30MW级燃驱压缩机组的核心部件，用于天然气长输管线的增压站。
该机型以船用GT25000燃气轮机为基础，研制过程充分借鉴船用GT25000燃气轮机的成熟技术和结构。
703所根据天然气增压用燃气轮机的使用条件和要求，自主研制了以贫燃预混燃烧为核心的低排放燃烧室；突破了30MW级大功率高速动力涡轮的设计技术，在国内首次自主研制30MW级大功率高速动力涡轮。
最终成功研制了拥有自主知识产权的30MW级天然气增压用CGT25-D型燃气轮机，并完成了整机性能试验和与压缩机联合机械运转试验，机组性能满足研制要求。
2014年9月，该机型通过了国家能源局、中国机械工业联合会和中石油集团公司组织的新产品鉴定。
主要技术指标在ISO标准条件下，CGT25-D燃气轮机的额定功率为26.7MW，效率为36.5%；动力涡轮额定转速5000r/min，最大连续输出转速5250r/min；在0.8-1.0工况下，燃气轮机排气中的NOx含量不超过80mg/m3，即39ppmvd。
技术特点燃气轮机具有变速运行范围大、安全可靠、自动化程度高、装置轻巧、建设周期短、维修方便、可使用输气管道中的天然气作为燃料等特点，非常适合用于驱动天然气长输管线用的离心压缩机，因此在大容量天然气输送管线获得了广泛应用，是天然气管线上的关键设备。
CGT25-D型燃气轮机拥有以天然气为燃料、低排放（满足环保要求）、高速动力涡轮输出等技术优势，满足国内外天然气输送管道增压机组的运行要求，其以船用GT25000燃气轮机为母型机，运行安全可靠。
30MW功率等级的CGT25-D燃气轮机属于国内首次研制成功，打破了国外燃机公司对燃气轮机的技术垄断，对于保障我国能源安全具有重要意义。
技术水平国际先进适用范围天然气长输管线燃曲压缩机组、工业发电机组、分布式能源等。
中船重工----7打头的各研究所介绍
中国船舶重工集团公司各研究所中国船舶重工集团公司(简称中船重工)是经国务院批准，在原中国船舶工业总公司所属部分企事业单位基础上组建的特大型国有企业，是国家授权投资的机构和资产经营主体，由中央管理。
中船重工是我国船舶工业的骨干力量。
拥有48个工业企业、28个科研院所、15修理；（中船重工集团第七○一研究所）??中国舰船研究设计中心是我国从事舰船研究设计的国防核心科研事业单位，被誉为“战舰的摇篮”。
本部位于湖北武汉市繁华市区，在上海设有分部。
??本中心由多种专业、多学科的研究员、高级工程师、工程师等组成主体队伍，其中包括有中国工程院院士、国家及省部级有突出??贡献中青年专家、获政府特殊津贴的专家等学者和科技精英。
????本中心下设有总体研究室（部）、专业研究室、计算中心和情报研究室等部门。
建有国家级电磁兼容性重点实验室，拥有船舶与海洋工程专业博士学位及硕士学位????七○建于分部,地,洋工程结构会议(ISSC)的重要成员单位。
中国船舶重工集团公司第七○二研究所座落在美丽的太湖之滨－无锡。
依山傍水，逶迤绵延数华里，其规模之宏大、设施配套之齐全，堪称远东之最，世界之前列。
七○二所始建于1951年，筹建之初，房只有一间，人不足10员，历经50余年的建设和发展，地广已达72万平方米，人员逾800。
现有中国工程院院士2名，研究员40余名。
科研人员的专业覆盖面遍及船舶理论、船舶设计、船舶工程、数理、机电、信息工程等。
五十多年来，七○二所遵循“团结、拼搏、创新、奉献”的精神，为我国舰船和海洋工程事业的不断发展做出了巨大的贡献。
1978年以来共获国家级等各级科研成果奖400多项，1997年起连续获得省级文明单位称号。
七○二所主要从事舰船及水中兵器、Z七○七○士30和船舶事业发展的需要，进一步强化应用基础研究，不断开发新技术、新产品，培养新的经济增长点，为我国海军建设、船舶工业和国民经济建设做出新贡献。
船舶工业和国民经济建设做出新贡献。
燃气轮机余热利用节能效益及经济评价
余 热 锅 炉 排 烟 温 度：1 2 7.1℃； 汽机高压过热蒸汽压力：2.0M Pa；
油 外 输 单点系泊装 置和 专用码 头 等，涠 洲 终 端 处 理 厂主要
汽 机 高压 过 热 蒸 汽 温 度：3 7 0℃；
接 收来自海上涠洲10－3油田、涠11-4 油田和涠12-1油田的 油气，设 计年处 理 原油2 0 0万t，日处 理天然气43万m 3。涠洲
余 热 锅 炉 高压 过 热 蒸 汽 温 度：3 75℃；
N O x 减 排 量 为3 8 4 t /a，燃 料 烟 尘减 排 量 为112 t /a。
①作 者简介:俞 健 (19 8 3 —),男,汉 族,江 苏无 锡人,硕 士,工 程 师,从事电力 设 计工作。
90 科技创新C导op报yrSiciegnhcet©an博d T看ec网hnolowgywIwnn.obvaotoiokn . All Rights Reserved.
加 装 蒸 汽 透平 构成 联 合循 环。 (1)西门子Ty p ho o n73 燃 机 加 装余 热 锅 炉后，利用烟气 余 热 产生 的 蒸 汽 参 数 如下。 余热锅炉高压过热蒸汽压力：2.0M Pa；
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4
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燃机出口烟温
燃机烟气重量流量 锅炉进口烟温 高压过热蒸汽压力 高压过热蒸汽温度
℃
t/h ℃ MPa ℃
525
526 522 427 3.82 450±10
533
586 530 449 6.87 468±10
551
529.2 548 414 4.1 520±10
锅炉烟气容积流量 KNm3/h
10
11
高压过热蒸汽产量
低压过热蒸汽压力
t/h
MPa
70
/
69.8
0.59
67.8
0.56
二.余热锅炉蒸汽参数的优化
双压燃机余热锅炉与三压余热锅炉性能比较表
序 号 名称 单位 济钢一期工程 (2001年发电) 济钢二期工程 (2005年发电) 克拉玛依电厂 (2004年发电)
12
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
大，金属耗量多，结构庞大，造价相对较高，故 在联合循环电站中，其地位仅次于燃气轮机，高 于蒸汽轮机
一. 第七O三研究所余热锅炉简介
七O三研究所余热锅炉主要业绩：
从1980年开始，第七O三研究所先后承担了31 个燃机电厂22种型号70多台（套）燃气轮机 余热锅炉及旁路烟道系统的设计、制造、供 货以及技术和工程总承包
二.余热锅炉蒸汽参数的优化
双压燃机余热锅炉与三压余热锅炉性能比较表
序号
名称 燃机型号 环境温度 燃机燃料
单位 / ℃ /
济钢一期工程 (2001年发电) PG6561B-L 15 高炉、焦炉 混合煤气
济钢二期工程 (2005年发电) PG6561B-L 15 高炉、焦炉 混合煤气
克拉玛依电厂 (2004年发电) PG6581B 15 天然气
余热锅炉重要大事记:
一.第七O三研究所余热锅炉简介
即跟踪国际科学前沿，大力开展燃气—蒸汽联合循环的科学 研究
• 七0三所是国内唯一的大型舰船主动力研究所，自1980年开始，
• 1982年自行设计研制成功我国首套舰用燃机联合循环电站;
• 1990年为深圳南山热电公司研制成功我国首批3台PG5361燃
燃气轮机余热锅炉的 优化设计研究
主讲人 陈 明 研究员 (第七O三研究所)
2006年10月15日
本报告在总结七Ｏ三研究所燃机余
热锅炉的优化设计研究经验和设计
特点基础上，对燃机余热锅炉优化
设计技术进行深入剖析
主要内容
• • • • • • • •
第七O三研究所余热锅炉及其附属产品简介
余热锅炉蒸汽参数的优化
• 国外进口余热锅炉蒸汽参数4.1MPa、480℃，与GE 公司推荐的蒸汽参数相差甚远
二.余热锅炉蒸汽参数的优化
• 计算表明，采用双压蒸汽参数的电厂总循环效率 比采用单压要提高2%以上，有利于提高电厂经济 效益和缩短电厂投资回收周期。
• 七0三所在国内率先采用汽轮机双进汽MS6001B燃
机三压余热锅炉，产品先后应用于克拉玛依电厂 和济钢二期工程
印 尼 项 目 旁 路 烟 道 系 统
深圳福华德电力有限公司 V94.2燃机配套 的DB901三通挡板阀 （液压）
二.余热锅炉蒸汽参数的优化
GE公司推荐的单压和双压循环系统蒸汽参数规范
名 称 蒸汽轮机功率/MW 主蒸汽压力/ MPa 主蒸汽温度/℃ 再热蒸汽压力/MPa 再热蒸汽温度/℃ 二次蒸汽压力/MPa 0.55 0.55 0.55 单压无再 热循环 全 部 4.13 538① ≤40 5.64 538① 双压无再热循环 ＞40＜60 6.61 538① ≥60 8.26 538① 双压有再 热循环 ＞60 9.98 538 2.06～2.75 538 0.55
二.余热锅炉蒸汽参数的优化
济钢二期工程Q449/530-69.8(13)(1.8)-6.87(0.59)(0.2)/468(230)(133) 余热锅炉t-Q图
13.0 0.2 1.8 1 105 35 95 105 82.39 21300
250±10
9.0 0.2 1.4 1 102 35 92 107 82.62 并蒸汽母管
二.余热锅炉蒸汽参数的优化
克拉玛依电厂Q414/548-67.8(9)(1.4)-4.1(0.56)(0.2)/520(250)(133) 余热锅炉t-Q图
低压过热蒸汽温度
低压过热蒸汽产量 除氧锅炉出口压力 除氧锅炉蒸汽产量 锅炉排污率 给水温度 冷凝水温度 凝水加热器出口水温 锅炉排烟温度 锅炉余热利用率 蒸汽轮机发电量
℃
t/h MPa t/h % ℃ ℃ ℃ ℃ % kw
/
/ 0.2 10 1 105 / / 151 73.67 18000
230±10
二次蒸汽温度/℃
比过热器前的燃气温度低11℃
305
① 倘若燃气轮机的排气温度t4＜568℃，主蒸汽温度应比排气温度低30℃
二.余热锅炉蒸汽参数的优化
• 我国国内联合循环蒸汽参数一般由电力设计院选 定，其选择往往以汽轮机蒸汽参数为依据; • 由于汽轮机多采用常规火电汽轮机，故余热锅炉
蒸汽参数多为3.82MPa、450℃;
机余热锅炉;
• 2001年向苏丹出口4套燃蒸联合循环余热锅炉，这是我国历史
上首次出口燃机余热锅炉;
• 2002年向济钢提供2套余热锅炉,这是我国余热锅炉在钢铁行
业低热值煤气燃机联合循环中首次应用；之后又为钢铁行业 提供10余台余热锅炉，为国家循环经济发展做出贡献
深圳南山热电有限公司一期工程
苏丹吉利燃机电厂余热锅炉
济 钢 一 期 燃 机 电 厂 余 热 锅 炉
新 疆 项 目 余 热 锅 炉
苏丹喀土穆炼油厂联合循环自备电站
第七O三研究所三通挡板阀简介
三通挡板阀是国内唯一替代进口的产品。用 户的运行经验比较表明，设备性能完全达到 或超过了国外同类产品的水平，而其价格远 低于国外进口产品，三通挡板阀的大型化方 面也处于世界领先水平
余热锅炉型式的优化
余热锅炉热工参数的优化研究
余热锅炉受热面设计的优化研究 余热锅炉锅筒直径设计的优化研究 余热锅炉优化设计的核心技术——采用小管径 结束语
一. 第七O三研究所余热锅炉简介
余热锅炉的作用和地位：
余热锅炉是联合循环电站不可或缺的设备，无论 是发电，还是供热或蒸汽回注，它都必不可少。
由于低温换热，相对同一蒸汽产量，其烟气流量