[发明专利]燃气轮机余热锅炉双S型均流扩散过渡烟道

说明书

本发明公开了一种在燃气轮机余热锅炉中使用的过渡烟道，过渡烟道为双S型均流扩散设计。本发明能使燃气轮机出口的高速烟气在过渡烟道内实现充分扩散，减少回流区域面积和边界层分离现象，不仅有效提高过渡烟道内和余热锅炉入口截面烟气流动的均匀性，还大大提高了设备的运行安全性与经济性。

技术领域

本发明应用于燃气轮机余热锅炉领域中，具体是涉及一种有效提高余热锅炉入口平面速度均匀性的过渡烟道。

背景技术

燃气轮机过渡烟道是连接燃气轮机出口与余热锅炉入口之间的通道。由于燃气轮机出口与余热锅炉入口的平面尺寸差别较大，有时前者面积仅为后者的10％，因此，如何引导烟气气流扩散，使得烟道内不出现较大速度差及回流，保证余热锅炉受热面内流场的均匀性，是影响余热锅炉换热性能及避免受热管因局部冲击过大产生振动等安全问题的重要因素。

通常燃气轮机出口位于余热锅炉入口的相对偏下位置，且二者面积差别较大，因此过渡烟道结构设计的合理性至关重要。传统的过渡烟道为两段式或三段式设计，即下面板直接连接，上面板分仰角(斜率)不同的两段烟道向上扩张或最后有一段水平段与余热锅炉入口连接，而烟道的两侧面板则随上下面板相应扩张。烟气进入该烟道后的流动状况不佳：烟道底部烟气流速过高，中部及顶部流速过低，速度梯度较大；烟道出口(即余热锅炉入口)处产生涡流，卷吸力强。此外，上部低速区带来的回流效应也导致余热锅炉换热面的烟气流速分布极不均匀，不但严重降低余热锅炉管束的换热性能，导致换热效率低至设计指标之下，还将带来底部高速气流冲刷下的管束振动及损坏风险，大大降低了余热锅炉的性能及使用寿命。

目前解决过渡烟道烟气流动不均匀性问题的措施有：

1.通过设置烟道上面板的拐点位置，选择合适的仰角大小，变更单仰角的上面板为仰角分别约为30°和50°的两段式面板，从而降低出口截面的最大速度，缩小烟道上部的回流区域面积，但最终烟气流动均匀性并未有显著改善。

2.在过渡烟道入口(燃气轮机出口)位置附近加装导流板，通过导流板与上板面初始倾斜段的导流作用，迫使烟道下部高速的单股烟气分为多股气流填充整个烟道。类似也可在烟道下面板周围的高速气流区安装面向烟道入口的栅格挡板，使部分气流受迫向烟道上部低速区流动。以上内部导流法均可大大降低出口截面的下部流速，提高中上部流速，有效改善烟气速度分布均匀性。但此类烟道的结构设计增大了烟气的流动阻力，在机组满负荷运行时存在导流部件吹落损坏等安全隐患。

3.改变主气流到达烟气出口前的相对位置，通过进口截面较小的S型单扩散烟道引导气流从过渡烟道入口的较低位置流向相对余热锅炉烟气进口的中心位置，再运用圆变方的管道引导烟气进入后部扩散区，最终经线性扩展至整个出口(亦可在后部扩散段加装中心导流板)。该结构烟道缩小了烟气回流区的面积，提高了中上部流速，显著改善了烟气流动均匀性，使得余热锅炉换热性能优化的同时大大减弱管束所受的冲刷强度，提高运行的经济性与安全性，但该方案的流动阻力损失较大。

总之，现有的过渡烟道设计绝大多数是采用较小尺寸的烟气进口截面的烟道设计，通过优化过渡烟道外部几何结构，引导烟气在余热锅炉入口受热面均匀流动，而在烟气进口处便采用较大流通面积的烟道直接扩散烟气的设计尚未见报道；此外，现有设计对烟道内部的优化大多考虑添加小型部件(导流板、栅格板等)，但此法在提高流动均匀性的同时带来了较大流动阻力损失及运行安全风险。因此，研发一种既能使得烟气流动更加均匀又不以流动阻力损失为代价的安全可靠的过渡烟道尤为重要。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种燃气轮机余热锅炉双S型均流扩散过渡烟道，是一种既能提高余热锅炉入口烟气流动均匀性，增强余热锅炉受热面换热性能，减小因流速不均所引发的管束振动及磨损现象，又能降低由结构设计而导致的流动阻力损失及挡板脱落风险的新型过渡烟道。

技术方案：本发明的燃气轮机余热锅炉双S型均流扩散过渡烟道解决上述问题所采用的新的技术方案如下。