【正文】 （9）煙氣總傳熱量 （10）上式中的肋片壁溫tx是一個(gè)平均溫度值，距離管外壁近的肋片根部的溫度接近管外壁溫twb，而在肋片頂端處的溫度要比管外壁溫twb高，所以采用平均值。煙氣的溫度是T，分別與肋片壁與管外壁接觸，管外壁的溫度是twb，肋片壁的溫度是tx。如果傳過同樣的熱量，從公式（4）可以看出，需要的受熱面的面積大，需增大72％左右，所以余熱鍋爐中采用逆流布置。例題1：已知省煤器進(jìn)口水溫是110℃，出口水溫是180℃，煙氣進(jìn)口溫度是230℃，出口溫度降到185℃，試計(jì)算逆流及順流布置時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫差。而實(shí)際受熱面是多管的，流體比熱隨溫度而變化，對(duì)流換熱系數(shù)也是在變化的，所以實(shí)際使用時(shí)，用修正系數(shù)進(jìn)行修正，得到實(shí)際受熱面的對(duì)數(shù)平均溫差是yDt。公式（7）稱為“對(duì)數(shù)平均溫差”，是根據(jù)理想條件下推導(dǎo)出的。管子的平均溫差用下列公式計(jì)算 （7）式中：Dtd一熱、冷流體溫差的最大值；Dtx一熱、冷流體溫差的最小值。不論采用“逆流”布置或“順流”布置，其溫差的數(shù)值是相同的。（c）表示冷流體溫度沒有變化，這種受熱面就是蒸發(fā)器。（b）表示熱流體與冷流體的流動(dòng)方向是相同的，稱為“順流”，可以看到，冷流體的出口溫度t2不能與熱流體的出口溫度T2相同，至少要保持一個(gè)差值即（T2－t2）＞0。這就是“逆流”布置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。兩種流體的高溫段位于受熱面同一側(cè)，低溫段也位于受熱面的另一側(cè)。圖7中表示出（a）、（b）、（c）三種情形。進(jìn)入受熱面的煙氣溫度為T1，經(jīng)過放熱后的煙氣溫度降到T2。）2．平均溫差Dt的計(jì)算受熱面都是由多排的水平管圈組成，沿著管子長度各點(diǎn)的流體溫度是逐漸變化的，同時(shí)對(duì)應(yīng)的各點(diǎn)的煙氣溫度也是逐漸變化的，因此只能求出整個(gè)受熱面的平均溫差。 （5） （6）式中：n一每米長度上肋片的數(shù)目。管外壁的總傳熱面積包括肋片的表面積和無肋片區(qū)的管外壁面積。傳熱系數(shù)K的計(jì)算復(fù)雜，見（四）節(jié)內(nèi)容介紹。Dt圖6 肋片管的尺寸符號(hào) 圖7 受熱面的溫度分布 （a）逆流 （b）順流（二）傳熱方程式。公式（3）中，煙氣流量是隨燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷而改變，煙氣進(jìn)口焓也與燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷有關(guān)，煙氣的出口焓則與傳熱量大小有關(guān)，所以只有熱平衡方程式還不能確定煙氣放熱量，還需要通過傳熱方程式來計(jì)算傳熱量，最后確定煙氣放熱量。同樣的理由，改變煙氣焓也會(huì)影響流體的出口焓。例如：燃?xì)廨啓C(jī)降負(fù)荷，煙氣量V減少，如果煙氣的進(jìn)口和出口焓不變，整個(gè)煙氣放熱量減少。管內(nèi)流體在某受熱面所吸收的熱量，用下式表示：Qw＝G(i’’一i’) J／s或W （2）式中：Qw一管內(nèi)流體吸熱量；G一管內(nèi)流體流量kg／s；i’’一流體出口焓，J／kg；i’一流體進(jìn)口焓，J／kg。這三個(gè)熱量是相等的，人們用熱平衡方程式來表示前二個(gè)熱量，用傳熱方程式來表示后一個(gè)熱量，現(xiàn)分別敘述之。本節(jié)重點(diǎn)介紹傳熱及汽水兩相流問題。另外，受熱面處在高溫?zé)煔庀鹿ぷ?，管?nèi)流體的流動(dòng)情況會(huì)影響管子金屬溫度，也就是影響管子強(qiáng)度，由此可見，這三個(gè)受熱面直接影響余熱鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。在運(yùn)行中，如果省煤器和蒸發(fā)器傳過的熱量少，那么蒸汽產(chǎn)量少，蒸汽壓力低。2 受熱面的設(shè)計(jì)計(jì)算余熱鍋爐的產(chǎn)汽過程是通過省煤器、蒸發(fā)器及過熱器來實(shí)現(xiàn)的。余熱鍋爐管子外面流的是煙氣，管內(nèi)流的是水或汽或汽水混合物，前者的熱阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者，相差幾十倍～幾百倍，所以就要從管外側(cè)想辦法來改善傳熱，最有效的措施就是增加管外側(cè)表面積，也就是采用管外加肋片的肋片管。；顯然后者可以縮小尺寸。例如：省煤器中每公斤水需吸收熱量314KJ。受熱面的管子采用肋片管，可以增加傳熱量，反過來說，在傳熱量相同的情況下，可以減小受熱面，使余熱鍋爐體積小，布置緊湊。這種受熱面結(jié)構(gòu)對(duì)快速起動(dòng)有利。4．特點(diǎn)組成的水平蛇行管的兩端可以自由伸長。而蒸發(fā)器的聯(lián)箱的型式常常是不同的。這種型式的吊架對(duì)于聯(lián)箱也是有好處的，因?yàn)楣芙M的進(jìn)口聯(lián)箱和出口聯(lián)箱都是固定不動(dòng)的，采用這種吊架，管子膨脹伸長是自由的，能減少膨脹熱應(yīng)力作用到聯(lián)箱上。管子的肋片部份和支架板接觸，肋片外形是圓的，而支架板形狀是六角形，除了接觸點(diǎn)以外，兩者之間有足夠的空隙，吊架本身又有撓性，可以微微移動(dòng)。如果并聯(lián)的管子數(shù)目是30根，在同一距離上就有30個(gè)吊架，采用吊架頂板和底板可以將此30個(gè)吊架組合起來，最后如圖19－5D中表示的一個(gè)大的堅(jiān)固的管組。2．支吊架采用“蜂窩狀”吊架，用兩塊凸凹板可以組成一個(gè)“蜂窩狀”吊架，凸凹的形狀是一個(gè)等六邊形，像蜂窩的形狀，所以稱“蜂窩狀”吊架。圖19－5表示了整個(gè)受熱面組件的裝配過程，二根直的助片管用一個(gè)180176。肋片管是用一定厚度（1mm）和一定寬度（12－20mm）的薄鋼帶繞在光管外壁上，繞的型式采用螺旋線。只有管子直徑及有關(guān)尺寸略有不問，各組件由管組、聯(lián)箱、管箱板和支吊架組成，現(xiàn)分別敘述之。 圖19－4煙氣在余熱鍋爐中自下而上流動(dòng)，煙溫逐漸降低，所以管箱板的保溫層厚度也可減薄，省煤器出口的煙氣溫度不超過200℃，可以直接用碳鋼的鋼板制造煙道，來代替管箱板。這是因?yàn)閮?nèi)壁和外壁的溫度不同，材料不同，受熱后的膨脹伸長量也不同，所以兩壁之間會(huì)有相對(duì)移動(dòng)。與高溫?zé)煔饨佑|的內(nèi)壁采用耐熱合金鋼板，外壁采用碳鋼板。圖19－4示出了上下拉桿組件管箱板的連接方式。轉(zhuǎn)彎段，支承框架，汽包，煙道，擋板，煙囪縮口，過熱器，蒸發(fā)器I和II，省煤器，旁路煙道及其擋板和膨脹節(jié)等。在現(xiàn)場直接安裝，這樣大大縮短安裝工期。采用懸吊方式可以使汽包有足夠的撓性，因汽包下部有下降管，上部有省煤器進(jìn)水管、蒸發(fā)器的汽水混合物引入管以及飽和蒸汽引出管等，當(dāng)這些連接管受熱膨脹時(shí)，都會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生附加應(yīng)力，現(xiàn)在汽包用撓性支架，能減少對(duì)設(shè)備產(chǎn)生附加應(yīng)力。采用膨脹節(jié)能吸收煙道的伸長量，可以減小熱應(yīng)力。轉(zhuǎn)彎接頭與余熱鍋爐相連，這個(gè)轉(zhuǎn)彎接頭是經(jīng)制造廠試驗(yàn)研究后確定的，其形狀尺寸必須要保證轉(zhuǎn)彎后的氣流分布均勻，均勻的氣流能夠使得煙氣放熱也均勻，管內(nèi)水或汽的吸熱也均勻，否則會(huì)使一些管子吸熱多而另一些管子吸熱少，這對(duì)余熱鍋爐的安全運(yùn)行是不利的。如果余熱鍋爐要停爐檢修，希望冷卻速度快些，可以開啟煙囪擋板。當(dāng)余熱鍋爐短時(shí)間停爐，可以關(guān)閉煙囪擋板，以防止余熱鍋爐內(nèi)的熱量損失。另一方面為調(diào)節(jié)余熱鍋爐的產(chǎn)汽量，主擋板和旁路擋板可以部份開啟或部份關(guān)閉，擋板調(diào)節(jié)的內(nèi)容見后。燃?xì)廨啓C(jī)工作而余熱鍋爐不工作，要開啟旁路擋板，關(guān)閉主擋板。）（三）余熱鍋爐的布置圖19－3是強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐的布置圖，包括余熱鍋爐本體受熱面及煙道系統(tǒng)，其特點(diǎn)如下：圖19－3余熱鍋爐布置圖1．煙氣系統(tǒng)從燃?xì)廨啓C(jī)出來的高溫?zé)煔庥袃陕烦隹?，一路進(jìn)人余熱鍋爐，從主煙囪排人大氣，另一路進(jìn)入旁路煙囪排人大氣。圖2 自然循環(huán)余熱鍋爐本文主要介紹“強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐”。其特點(diǎn)是：省去循環(huán)泵，使運(yùn)行和維修簡單。直立管內(nèi)的汽水混合物向上流動(dòng)，形成連續(xù)產(chǎn)汽過程。當(dāng)水吸收煙氣熱量就有部份水變成蒸汽，由于蒸汽的密度比水的密度要小得多，所以直立管內(nèi)汽和水混合物的平均密度要小于下降管中水的密度，兩者密度差形成了水的循環(huán)。汽包還與蒸發(fā)器的上聯(lián)箱相連。給水進(jìn)入省煤器吸熱后，進(jìn)入汽包。目前油田進(jìn)口的余熱鍋爐，多數(shù)采用此種型式。其特點(diǎn)是；各受熱面組件的管子是水平的，受熱面之間是沿高度方向布置，可節(jié)省地面的面積，并使出口處的煙囪高度縮短。（二）余熱鍋爐的型式強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐圖19－1所示的余熱鍋爐就是強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐。根據(jù)產(chǎn)汽過程有三個(gè)階段，對(duì)應(yīng)的應(yīng)該要有三個(gè)受熱面，即省煤器、蒸發(fā)器和過熱器。在汽包內(nèi)裝有汽水分離設(shè)備，可以把汽和水分開，水落到汽包內(nèi)水空間，而蒸汽從汽包頂部出來到過熱器。進(jìn)入汽包的水與汽包內(nèi)的飽和水混合后，沿汽包下方的下降管到循環(huán)泵，水在循環(huán)泵中壓力升高，分別進(jìn)入兩組蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)的水吸熱開始產(chǎn)汽，通常是只有一部份水變成汽，所以在蒸發(fā)器管內(nèi)流動(dòng)的是汽水混合物。排煙溫度約為150－180℃，煙氣溫度從540℃降到排煙溫度，所放出的熱量用來使水變成蒸汽。圖19－1強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐（注意蒸發(fā)器為順流布置，即管束流向自下而上，以免上下彎頭處積汽。注：關(guān)于多種余熱鍋爐，余熱鍋爐利用燃?xì)廨啓C(jī)排氣的方式，補(bǔ)燃問題。目前我國油田進(jìn)口的余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)有：4MPa配450℃℃（飽和蒸汽）。例如某余熱鍋爐不裝燃燒器時(shí)，入口煙氣溫度為500℃，裝設(shè)附加燃燒器后，可使入口煙氣溫度達(dá)到756℃?！坝酂徨仩t”通常是沒有燃燒器的，如果需要高壓高溫的蒸汽，可以在“余熱鍋爐”內(nèi)裝一個(gè)附加燃燒器。利用燃?xì)廨啓C(jī)排氣的熱量來產(chǎn)汽的設(shè)備，稱為“熱回收蒸汽發(fā)生器”，表明回收了排氣的熱量，用英文字母HRSG來表示。對(duì)于稠油的油田可以用蒸汽直接注入油井中，以提高采油量。通常是利用此熱量加熱水，使水變成蒸汽。余熱鍋爐系統(tǒng)工作原理及技術(shù)特點(diǎn) 中國鍋爐網(wǎng)資訊欄目167。1概論一、簡述在燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)做功后排出的燃?xì)猓跃哂斜容^高的溫度，一般在540℃左右，利用這部分氣體的熱能，可以提高整個(gè)裝置的熱效率。蒸汽可以用來推動(dòng)蒸汽輪機(jī)一發(fā)電機(jī)，也可用于生產(chǎn)過程的加熱或供生活取暖用。根據(jù)不同的蒸汽用途，要求有相應(yīng)的蒸汽壓力和蒸汽溫度，也就需要不同參數(shù)的產(chǎn)汽設(shè)備。我國習(xí)慣上稱為“余熱鍋爐，本文也采用“余熱鍋爐”的名稱，并把燃?xì)廨啓C(jī)的排氣簡稱為“煙氣”。通過燃料的燃燒使整個(gè)煙氣溫度升高，能夠產(chǎn)生高參數(shù)的蒸汽。蒸汽的壓力可以從4MPa升到10MPa，蒸汽的溫度可以從450℃升到510℃，蒸汽可以供高溫高壓汽輪機(jī)用，從而增加了電功率輸出。前者供給中壓汽輪機(jī)來發(fā)電，后者可以供生產(chǎn)或供生活取暖用。二、余熱鍋爐的組成（一）蒸汽的生產(chǎn)過程圖19－1是一臺(tái)余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中可以看出產(chǎn)汽的過程。）從燃?xì)廨啓C(jī)出口的煙氣，經(jīng)煙道到余熱鍋爐入口，煙氣自下而上流動(dòng)，流經(jīng)過熱器、兩組蒸發(fā)器和省煤器，最后排入煙囪。進(jìn)入余熱鍋爐的給水，其溫度約為105℃左右，先進(jìn)入上部的省煤器，水在省煤器內(nèi)吸收熱量使水溫上升，水溫升到略低于汽包壓力下的飽和溫度，就離開省煤器進(jìn)入汽包。汽水混合物離開蒸發(fā)器進(jìn)入汽包上部。在過熱器內(nèi)吸收熱量，使飽和蒸汽變成過熱蒸汽。如果不需要過熱蒸汽，只需要飽和蒸汽，可以不裝過熱器。從汽包下部出來的水經(jīng)一臺(tái)循環(huán)泵后，進(jìn)入蒸發(fā)器，是靠循環(huán)泵產(chǎn)生的動(dòng)力使水循環(huán)的，稱為“強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐”。但在運(yùn)行中需要循環(huán)泵，使運(yùn)行復(fù)雜，增加維修費(fèi)用。2．自然循環(huán)余熱鍋爐圖19－2是一自然循環(huán)余熱鍋爐，全部受熱面組件的管子是垂直的。汽包有下降管與蒸發(fā)部的下聯(lián)箱相連，下降管位于煙道外面，不吸收煙氣的熱量。直立管簇吸收煙氣的熱量。也就是說：不吸熱的下降管內(nèi)的水比較重，向下流動(dòng)。此時(shí)進(jìn)入蒸發(fā)器的水不是靠循環(huán)泵的動(dòng)力，而是靠流體的密度差而流動(dòng)，這種余熱鍋爐稱為“自然循環(huán)余熱鍋爐”。但各受熱面是沿水平方向布置，占地面積大，在排煙處所需煙囪的高度要高。（注：一般來說，余熱鍋爐的循環(huán)方式有5種：單壓，雙壓無再熱，雙壓再熱，三壓無再熱，三壓再熱。每路煙道上都裝有擋板，共有三個(gè)擋板，主煙道上的擋板稱“主擋板”，旁路煙道上的檔板稱“旁路檔板”，主煙囪處的檔板稱“煙囪擋板”，各擋板是配合使用的。燃?xì)廨啓C(jī)與余熱鍋爐同時(shí)工作，要關(guān)閉旁路擋板，開啟主擋板。余熱鍋爐工作時(shí)，應(yīng)該開啟煙囪擋板。因?yàn)橛酂徨仩t內(nèi)溫度比較高，周圍冷空氣可以進(jìn)入余熱鍋爐，形成自然對(duì)流將熱量帶走，關(guān)閉煙囪擋板就能防止外界氣流進(jìn)入余熱鍋爐，以保存熱量，準(zhǔn)備隨時(shí)起動(dòng)余熱鍋爐。水平煙道經(jīng)過一個(gè)90176。主煙道和旁路煙道都裝有膨脹節(jié)，這是由于煙道受熱后要伸長，會(huì)對(duì)煙道的支架產(chǎn)生熱應(yīng)力。2．汽包汽包是用懸吊的方式來固定，懸吊在伸出的懸臂框架上，懸臂框架與省煤器的框架相接。3．組件的裝配整個(gè)余熱鍋爐分成幾個(gè)大組件，每個(gè)大組件在制造廠組裝好后裝運(yùn)。這些增加有：煙囪，膨脹節(jié)，90176。1 內(nèi)壁 2 外壁 3 保溫層 4 連接螺栓5 法蘭 6 法蘭螺栓有熱煙氣流過的組件均裝有管箱板，管箱板上有法蘭?？紤]到減少散熱損失，保證運(yùn)行人員安全，管箱板由金屬板與保溫層組成。兩金屬那邊之間是礦物纖維保溫層，外壁和內(nèi)壁用螺栓連接，螺栓預(yù)先焊在外壁鋼板的內(nèi)側(cè)，在內(nèi)壁相應(yīng)位置處預(yù)先沖孔眼，孔的直徑要比螺栓直徑大，多余的孔隙量可以允許內(nèi)壁和外壁有相對(duì)移動(dòng)。外壁上焊有加強(qiáng)框架，可保證管箱板的強(qiáng)度和剛度，外壁的兩端焊有法蘭，可以用來連接組件。（四）受熱面組件的特點(diǎn)受熱面組件指的是省煤器、蒸發(fā)器和過熱器，分別組成四個(gè)組件，其結(jié)構(gòu)型式基本上是相同的。1．管組圖5 受熱面組件裝配A 準(zhǔn)備管子，銼坡口 B 焊接彎頭及連接直管 C 裝支吊架 D 支吊架裝頂板和底板每個(gè)受熱面組件的管組包括幾十根管子，管子是帶肋片的，組成水平蛇行管，見圖19－5。薄鋼帶是用電阻焊與光管外壁相接的，使鋼帶與管外壁緊密結(jié)合，保證傳熱效果好。彎頭連接，連接方式采用焊接，最后組成一根水平蛇行管，幾十根并聯(lián)的蛇行管可以組成一個(gè)管組。圖19－5C中表示出一根水平蛇行管的吊架，如果管子沿水平方向很長，需要多裝吊架，大約每隔一米需一個(gè)吊架。頂板用13～19mm厚的碳鋼鋼板制造，能夠承受管組的重量。所以當(dāng)管子受熱而膨脹時(shí)，不易被吊架卡住，同時(shí)管壁不會(huì)被磨損。3．聯(lián)箱在整個(gè)管組和吊架裝配后，最后安裝聯(lián)箱，省煤器和過熱器的進(jìn)出口聯(lián)箱型式是相同的。進(jìn)口聯(lián)箱的直徑要小于出口聯(lián)箱的直徑，這是因?yàn)檎舭l(fā)器入口是水而出口是汽水混合