余热锅炉节点温差

　　余热锅炉节点温差别名节点温差，是换热过程中蒸发器出口烟气与被加热的饱和水汽之间的最小温差。

　　节点温差简介

　　节点温差也叫窄点温差，当节点温差减小时，余热锅炉的排气温度会下降，烟气余热回收量会增大，蒸汽产量和汽轮机输出功都随之增加，即对应着高的余热锅炉热效率，但平均传热温差也随之减小，这必将增大余热锅炉的换热面积。显然，是不允许等于零的，否则，余热锅炉的换热面积将为无穷大，这是不现实的。此外，随着余热锅炉换热面积的增大，燃气侧的流阻损失也将增大，有可能使燃气轮机的功率有所减小，导致联合循环的热效率有下降的趋势。

　　余热锅炉节点温差及其对联合循环性能的影响前言

　　余热锅炉是联合循环动力装置及各种工业余能利用装置中的一个常用关键设备。由于受热工质有相变,汽化潜 热占受热的一大 部分,所以在余热锅炉流程当中会有节点(Pinch Point)存在,在此两侧工质之间传热温差值最小,成为设计余热锅炉的关键因素。为较 清楚 了解 此 一 现 象,探讨加大此 温差 的可 能及其对联合循环蒸汽侧参数的影响,以最一般的理想热力流程为对象,对此进行一些热力学方面的讨论。

　　节点存在的可能性

　　 余热锅炉的传热流程可示如图1。图 中 、 、 和 分别为热气和受热工质的进、出 口 温度, 为受 热工质相变温度, 即 为 节 点温 差 ; 又 与 各为热气与受热工质的流量,L为受热工质的汽化潜热,Q为传热量。由于在所研究范围内气、液、汽 各相 工 质本 身 的比热 、 和一般 变 化不 大 且假设没有分流,故 在 初步 分 析 中图上 的过 程线 均可近 似视 为直 线,于是 为 论证 在 蒸 发段 有节 点 存 在 相 当 于 要 证 明下列 两式 成 立:

　　综上 所 述,对于通常 的 ( 尤 其 是 联 合 循环中产 生 水 蒸汽 的 ) 余热 锅 炉,一般 是 存 在 有 节点的。但是 当热侧 工 质 温降太 大 或 太 小,受 热工 质 选 用 参 数 使得 汽化 潜 热相 对很 小,蒸 汽过热 度 很 大或 余热锅 炉 只 完成蒸 发任 务 时,则未必会存在节点。

　　余热锅炉给定设计参数对节点温差的影响

　　在有 节点的 情 况下,如何能够在保证整个装置的经济性不怎下降的前提下加大此一最小传热温差,就是一个重 要的问题。下面拟分析讨论一下设 计参数对节点温差的影响以及增大此一 温差 ( 即 相 当于 保 持 此温 差 而降 低 热 工 质排气温度 孔 ) 的可能性。还是参看图1,可 知节点最 小传 热 温 差 为:

　　上述分析根 据 （5）式推定的。它 反映 余热 锅炉 中没 有分流 和 再 循 环 且 无补 燃加 热的 情 况。如设 计条件不囿于此限 制,则还可 用 别 的 办 法来增大 。例如 由 ( 9 ) 式可 见,增大 就成。但 在 其 它 参 数保 持 不 变 下,这 样即 不能 保 持 热 平 衡。为 满足平衡 关 系,可另外再加入热量(如补燃余热锅炉),或把部分受热工质提前抽出(如这样抽出的工质可有用处,如供暖等)。当然,这样有 时又会使传热最小温差挪到余热锅炉的两端,也须 注意。

　　按节点温差决定联合循环蒸汽侧初参数

　　根 据上 面 的分 析 与 节 点 温差 的 限制,看来 还 可以设 想 一 种 初 步选 择余 热 锅 炉型 联 合循环 蒸汽侧初参数 的 办 法:如 燃 气侧 参数 已 定,其 透 平 排 气 温 度 已 知,又 按余 热 锅 炉的设 计可 能 与 条件 ( 如考虑 排气 阻 力、腐 蚀 性、经 济 性、换热结构 的 可 能 等 ) 选 定 ,按 厂址 具 体 条件 选定 及蒸汽透平排压力 然 后选 择若 干 个 与 则根 据（10）式与 （5）式可 定 出 ,(相当于蒸汽初压 )和 与 和 的一 一对 应关 系。最后对一定 的 再 由 、 和 得出蒸汽透平的理想焓降 。而得出 最大的那 个 ( )及其对应的 就 会 是蒸 汽 侧大致 应选的初参 数 (除此之外,当然还要考虑一些必要的约束条件如蒸汽排汽湿度的限制、国 家 标 准 要求 等等 )。

　　图3 是一 个算 例。它的定性情况对常用参数是有代 表性 的。图中每条曲线的左、右 侧限制 线 分别反 映

　　 - 不应 小于 及 蒸汽 离开余 热锅炉 后 在透平 中 等 嫡 膨 胀终 点干 度 不应小 于0.8( 实际 干度还更大 些 ) 这 两个约束。由 图可见,在所选参数 及 约 束条 件下,的 可能变化 范围不大,而且变化 所致的 变化也很 小 ( 定 性上这 是由于 提 高 蒸 汽 初 参数 的好 处 被工 质 可能 受 热 数 量 的减小所抵销 了 ),基本上 可不 予考虑。还不如 考 虑 其 它 因 素 的 作 用,例如增 大 透平排 汽 干 度 以提 高 其 内效 率或 安 全性( 选较 小的 ),或选 用 已 标准 化的蒸 汽 系列 参 数以使 制 造、运 行 简单 化,或提 高 余热 锅 炉 出 口 处传热 温 差 以 改善该 处 传热 ( 选 较大 的 等)。所以看来在按传热与经济等条件选定 后,再 考虑上述 几 种 约束,即 可 基本定下蒸汽侧所能添加 的功率以及初参数 与。亦即是唯 一 的主 要 自 变 选 取参数。换句话说,当联 合循 环的燃气 侧 参数 及余热 锅 炉 的 节 点 温差已定 下,蒸 汽侧 的初 参数与性能就基本确定了。这 是一个颇 有 意 思 的论 点,值 得 进一 步论证 与 检 验。

　　另 外,建 立象图2、3 这样 的曲线 网 图,在具体方案分析比较时也是有参考价值的。1

　　本词条内容贡献者为:

　　张磊 - 副教授 - 西南大学