[发明专利]一种烟气导流结构、装置、余热锅炉及烟气导流方法

说明书

本发明提出一种烟气导流结构、装置、余热锅炉及烟气导流方法，所述烟气导流结构包括驱动单元和至少一个导流格栅单元，导流格栅单元具有第一格栅组件，第一格栅组件包括第一安装板和预设间隔排列的多个第一格栅板，第一格栅板能转动地连接在第一安装板上；驱动单元包括第一旋转机构，第一旋转机构驱动第一格栅板转动以调整或保持所述第一格栅板与水平面的夹角角度。本发明提出的烟气导流结构、装置、余热锅炉及烟气导流方法，能够保证不同工况下烟气均能均匀进入余热锅炉。

技术领域

本发明涉及燃机余热锅炉技术领域，特别涉及用于余热锅炉以及其它具有突扩形烟风通道的一种烟气导流结构、装置、余热锅炉及烟气导流方法。

背景技术

随着资源短缺和环境污染日益严峻，节能降耗和余热的有效利用已经成为当今世界共同关注的话题。天然气资源的大量开发和利用，使高效率、低污染的燃气-蒸汽联合循环余热锅炉发电技术得到迅速发展。余热锅炉作为燃气-蒸汽联合循环的三大主要设备之一，处于燃气轮机和蒸汽轮机之间，通过布置大量的换热器来吸收燃机排气的余热，产生高温蒸汽供汽机发电或供热，实现能量的高效利用。

燃气轮机出口与余热锅炉受热面之间往往需用过渡烟道相连。燃气轮机出口和余热锅炉受热面进口两者之间的尺寸相差很大，且前者处于相对后者下端的不利位置，受场地及费用限制，中间过渡段不宜太长。因此入口烟道采用渐扩式结构，以适应高温高压的烟气速度和压力的陡然变化。随着燃气轮机向大型化高参数方向发展，燃机排气量也越来越高，为适应高流量和高温度的燃机排气，余热锅炉进口断面也越来越大。传统过渡烟道结构设计成上表面为两段仰角段，下表面为具有一定倾斜角的平面，完成进口到出口的空间扩张。上述结构导致烟道内烟气的流动状况不佳，烟气一般以60～150m/s、甚至200m/s的流速进入过渡烟道的进口平面，随后在过渡烟道底部形成一股高速主气流，而烟道中、上部相当大区域内流速很低，一般小于5m/s，并且由于速度梯度很大，在余热锅炉进口平面产生了很强的卷吸气流，且在中上部附近形成较大的旋涡，从而形成大范围的回流区，造成余热锅炉各受热面内烟气流动分布极不均匀。由于余热锅炉的换热效率与进入其烟气的流动均匀性相关，在进口平面流速分布越均匀，余热锅炉的换热效率越高。这种烟气进口流场的不均匀性，严重影响余热锅炉管束换热性能，使其达不到设计指标。此外，当流速不均时，在余热锅炉的进口部位面对局部高速的换热管束将受到很大的冲击，既会发生换热管磨损，还会因流体冲击而发生管束振动，甚至造成振动损坏，这对余热锅炉的性能及寿命都产生巨大的不良影响。同时，入口烟道的阻力是锅炉烟风阻力的重要组成部分，合理的烟道结构能够有效降低阻力，提高锅炉效率降低运行成本。

目前，烟道进口过渡段的设计没有可靠的标准可以依据，某些情况下还需要在进口烟道中加入导流板均流。然而，很多锅炉受热面烟气均匀效果并不理想，而且增设导流板会导致烟道阻力增加，有些机组振动还会导致导流板脱落，影响机组的安全运行。因此合理的入口烟道结构是余热锅炉设计所面临的一个重要问题。

目前解决余热锅炉进口烟气流动不均匀性问题的措施有：

1.对于改善锅炉烟道入口处烟气流动工况最直接的方法就是加长烟道稳流段的长度，使烟气流尽可能在到达换热面处时已经充分发展，进而使流场达到稳定。但是这样做会使得烟道加长，增加设备制造成本，而且，烟风道的加长也使得锅炉散热损失增大，降低锅炉热效率。

2.在烟道的上表面布置一个拐点来调整烟道上表面的仰角，选择合适的仰角大小，变更单仰角的上表面为仰角分别为30°和50°前后两段式面板，从而降低口截面的最大速度，缩小烟道上部的回流区区，但最终烟气流动均匀性并未显著改善。

3.在过渡烟道下表面上、面对高速气流区加装栅格挡板或均流孔板，迫使部分气流向过渡烟道上部的低速气流区流动。栅格挡板由大口径管组合而成，结构复杂，维护困难，而且，栅格也容易遭受冲击和磨损。此外，栅格挡板的装设增加了烟气的流动阻力，使燃气轮机出口压力提高，降低了燃气轮机的发电功率。采用均流孔板的形式固定安装存在一定难度，同时容易发生振动和湍流，有些机组振动还会导致栅格挡板或均流孔板脱落，影响机组的安全运行。