本發(fā)明燃氣輪機壓水堆蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)使用的余熱鍋爐涉及一種大型的受熱面只有過熱器、高壓省煤器、低壓省煤器的余熱鍋爐，梯次利用重型燃氣輪機尾氣余熱加熱壓水堆蒸汽發(fā)生器出口的飽和蒸汽、以分流的方式加熱二回路主給水泵出口的高壓給水和以分流的方式加熱二回路凝結水泵出口的凝結水；可回收部分重型燃氣輪機尾氣所含水蒸汽的汽化潛熱的余熱鍋爐。
(二)
背景技術：
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壓水堆(Pressurized Water Reactor)使用加壓輕水作冷卻劑和慢化劑，且水在堆內不沸騰的核反應堆。核燃料為低濃鈾。是世界公認的大型化技術成熟，運行安全、經(jīng)濟實用的核反應堆型。AP1000可以作為第三代壓水堆核電站的代表性產(chǎn)品。
AP1000第三代核電站蒸汽發(fā)生器(Steam Generator)的主要參數(shù)：
AP1000第三代核電站汽輪發(fā)電機的主要參數(shù)：
兩臺蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的飽和蒸汽由二回路主蒸汽系統(tǒng)送入汽輪機高壓缸，在汽輪機高壓缸膨脹做功后排汽進入2臺外置式汽水分離再熱器；在額定負荷條件下，外置式汽水分離再熱器把汽輪機高壓缸排汽中所含的10％-13％的濕度減小到大約0.17％或更??；外置式汽水分離再熱器設有2級再熱器，第1級采用高壓缸抽汽為熱源，第2級采用主蒸汽為熱源，將進入再熱器的蒸汽加熱到過熱狀態(tài)；蒸汽被加熱后通過6根管道進入3臺雙流的汽輪機低壓缸；部分蒸汽從高壓缸和低壓缸抽出用于對給水和凝結水進行回熱。主凝汽器對凝結水進行除氧并將廢熱傳到循環(huán)水系統(tǒng)；給水由二回路主給水泵注入蒸汽發(fā)生器；汽輪機為6級給水回熱提供抽汽；高壓缸的抽汽點為1號高壓加熱器提供抽汽，高壓缸排汽向除氧器提供抽汽，低壓缸的第3、4、5、6級抽汽點分別向第3、4、5、6號低壓加熱器提供抽汽，5號低壓加熱器和6號低壓加熱器通常布置在凝汽器的喉部。
我國(包括臺灣地區(qū))已投入商業(yè)運營的核電機組全部為壓水堆；從技術、安全、經(jīng)濟、環(huán)保和產(chǎn)業(yè)特點看，壓水堆核電機組不宜參加電網(wǎng)調峰，特別是頻繁地進行大幅度負荷調整。
根據(jù)工作時燃燒溫度的高低和機組功率大小，電站用重型燃氣輪機共分為A-B-C-D-E-F-G-H八個級別。燃氣輪機的進氣溫度越高，機組功率越大，級別越高，熱效率越高，通常燃氣輪機尾氣溫度也越高，通常燃氣輪機尾氣溫度分布在630℃到710℃區(qū)間，同一臺燃氣輪機帶部分負荷時，其尾氣溫度一般高于滿負荷時的尾氣溫度。
現(xiàn)有技術燃氣輪機通常與現(xiàn)有技術的余熱鍋爐、蒸汽輪機組成燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)；該蒸汽輪機再熱或不再熱、無回熱抽汽口，具有中、低壓補汽進口；該蒸汽輪機配有必要的輔機，如凝結水泵、循環(huán)水泵、凝汽器、真空泵、冷卻塔、潤滑油系統(tǒng)、控制油系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)等；該余熱鍋爐通常設計成雙壓或者三壓，分別提供不同壓力的過熱蒸汽，每一壓力均有自己的省煤器、蒸發(fā)器、汽包、過熱器；通常燃氣輪機驅動的發(fā)電機所發(fā)電量約占燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的2/3強；蒸汽輪機驅動的發(fā)電機所發(fā)電量約占燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的1/3弱。
(三)
技術實現(xiàn)要素：
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所要解決的技術問題：
壓水堆的蒸汽發(fā)生器只能生產(chǎn)二回路使用的飽和蒸汽，沒有蒸汽過熱能力；外置式汽水分離再熱器的主要功能是把高壓汽輪機排汽中所含的10％-13％的濕度減小到大約0.17％或更小，為了取得低壓缸入口不到90K的過熱度，甚至動用了二回路主蒸汽作為外置式汽水分離再熱器的熱源；壓水堆蒸汽輪機的高壓缸基本上是一臺濕蒸汽汽輪機，各透平級的動葉片在濕蒸汽條件下工作，熱效率低下，且不利于動葉片長周期安全運行；低壓缸排汽濕度也頗高于燃煤超超臨界機組；高壓缸、低壓缸內效率僅80％左右，其熱耗高達10405.7kJ/kWh(扣除電動泵功率)，熱效率僅34.6％(扣除電動泵功率)。
解決其技術問題采用的技術方案：
重型燃氣輪機與壓水堆蒸汽輪機組成聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，利用燃氣輪機尾氣的熱量將二回路主蒸汽溫度由272.8℃向上提升，隨壓水堆產(chǎn)汽量的不同和重型燃氣輪機投入的臺數(shù)、負荷的不同，二回路主蒸汽溫度在272.8℃至630℃之間滑溫運行，佘熱鍋爐過熱器出口煙氣溫度約降低到300℃；煙氣溫度由300℃進一步降低到40℃，依靠以分流的方式加熱二回路主給水泵出口的高壓給水和以分流的方式加熱二回路凝結水泵出口的凝結水來完成；同時回收了部分燃氣輪機尾氣所含水蒸汽的汽化潛熱。
本發(fā)明燃氣輪機壓水堆蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)使用的余熱鍋爐的技術特征是：包括過熱器、高壓省煤器、低壓省煤器、半汽冷內殼、外殼、燃機尾氣入口擋板組、入口煙道、出口煙道、煙道膨脹補償節(jié)、排水泵、鋼構架、高壓省煤器流量調節(jié)閥、低壓省煤器流量調節(jié)閥、DCS控制系統(tǒng)；臥式布置，半汽冷內殼的汽冷部分只布置在過熱器區(qū)域；壓水堆蒸汽發(fā)生器的飽和蒸汽出口與過熱器的蒸汽進口相連接；過熱器的蒸汽出口經(jīng)主汽門、調速汽門與蒸汽輪機高壓缸的進口相連接；過熱器蛇形管受熱面水平布置，由低溫段受熱面、中溫段受熱面、高溫段受熱面串聯(lián)構成，過熱器蛇形管與煙氣流程呈逆流布置；低溫段受熱面、中溫段受熱面、高溫段受熱面均為光管；各片過熱器蛇形管受熱面之間經(jīng)梳型墊塊疊置；過熱器進口聯(lián)箱垂直布置，兩端進汽；過熱器出口聯(lián)箱垂直布置，兩端出汽；過熱器系統(tǒng)無噴水減溫器，過熱器出口汽溫通過DCS控制系統(tǒng)控制壓水堆的產(chǎn)氣量和進入余熱鍋爐的燃機尾氣的質量、溫度來實現(xiàn)，過熱器出口汽溫在272.8℃到630℃之間滑溫運行；高壓省煤器由水平布置的高度肋化的螺旋鰭片管組成，前后相鄰的螺旋鰭片管用180°光管彎頭連接組成長蛇形管，180°光管彎頭布置在內殼和外殼之間，長蛇形管與煙氣流程呈逆流布置；高壓省煤器進口聯(lián)箱垂直布置，兩端進水；高壓省煤器出口聯(lián)箱垂直布置，兩端出水；低壓省煤器由水平布置的高度肋化的螺旋鰭片管組成，前后相鄰的螺旋鰭片管用180°光管彎頭連接組成長蛇形管，180°光管彎頭布置在內殼和外殼之間，長蛇形管與煙氣流程呈逆流布置；低壓省煤器進口聯(lián)箱垂直布置，兩端進水；低壓省煤器出口聯(lián)箱垂直布置，兩端出水；在DCS控制系統(tǒng)控制下，調節(jié)高壓省煤器流量調節(jié)閥控制高壓省煤器出口給水溫度與高壓加熱器水側出口給水溫度相接近；在DCS控制系統(tǒng)控制下，調節(jié)低壓省煤器流量調節(jié)閥控制低壓省煤器出口凝結水溫度與低壓加熱器水側出口進除氧器的凝結水溫度相接近。
發(fā)明的有益效果：
●本發(fā)明 燃氣輪機壓水堆蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)使用的余熱鍋爐使壓水堆蒸汽輪機由濕蒸汽汽輪機轉變?yōu)橹髡羝麥囟仍?72.8℃至630℃之間滑溫運行的蒸汽輪機，在高主汽溫度工況，大幅度提高了壓水堆蒸汽輪機主蒸汽的進口焓值，各透平級的內效率也顯著提高，在相同進口質量流量的條件下，大幅度提高了壓水堆蒸汽輪機的有效焓降，輸出軸功率大幅度增加；
●本發(fā)明 燃氣輪機壓水堆蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)使用的余熱鍋爐 在高主汽溫度工況，使蒸汽輪機高壓缸各透平級消除水蝕風險，安全性明顯提高；
●本發(fā)明 燃氣輪機壓水堆蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)使用的余熱鍋爐 在高主汽溫度工況，蒸汽輪機低壓缸大部分透平級消除水蝕風險，安全性明顯提高，末級葉片和末前級葉片濕度顯著減小，安全性、經(jīng)濟性明顯提高；
●本發(fā)明 燃氣輪機壓水堆蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)使用的余熱鍋爐 在高主汽溫度工況，由于末級葉片和末前級葉片濕度顯著減小，安全性可控，提供了進一步降低低壓缸排汽背壓，提高 燃氣輪機壓水堆蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng) 的熱效率的空間；
●本發(fā)明 燃氣輪機壓水堆蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)使用的余熱鍋爐 采用臥式布置 可以有效控制 過熱器系統(tǒng) 的壓力降，提升燃氣輪機壓水堆蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)的熱效率；
●本發(fā)明 燃氣輪機壓水堆蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)使用的余熱鍋爐 高壓省煤器 和 低壓省煤器 的設置使 余熱鍋爐過熱器 出口的煙氣余熱得到充分的利用，排煙溫度可以降到40℃或者更低，排擠出來的各段蒸汽輪機抽汽可以在 蒸汽輪機高、低壓缸內繼續(xù)做功，轉換為有用的軸功率，汽輪機組的視在熱耗明顯下降；
●燃機尾氣與燃煤鍋爐排煙相比，具有基本不含SO3和 水蒸汽分壓特別高，水露點溫度高的特點；與現(xiàn)有技術燃煤鍋爐的低溫省煤器、低低溫省煤器和超低溫省煤器不同，本發(fā)明 燃氣輪機壓水堆蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)使用的余熱鍋爐 的低壓省煤器可以回收煙氣中包含的水蒸汽的汽化熱大半，而不會受到嚴重的低溫腐蝕，無需使用昂貴的高鉻、高鎳耐腐蝕不銹鋼；
●如將本發(fā)明 燃氣輪機壓水堆蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)使用的余熱鍋爐 的過熱器、高壓省煤器、低壓省煤器吸收的熱量全部歸算為余熱鍋爐的有效吸熱量，這種沒有蒸發(fā)器和汽包的余熱鍋爐的熱效率(按低位發(fā)熱量計算)可高達創(chuàng)記錄的100％或更高。
(四)附圖說明：
圖1為燃氣輪機壓水堆蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)使用的余熱鍋爐的側剖面圖；
在圖1中：
1燃機尾氣入口擋板組、 2入口煙道、
3外殼、 4半汽冷內殼、
5過熱器、 6高壓省煤器、
7低壓省煤器、 8出口煙道、
9鋼構架、 10煙道膨脹補償節(jié)、
11排水泵。
(五)具體實施方式：
實施例1：
現(xiàn)結合 圖1 以一臺AP1000第三代核電站蒸汽發(fā)生器組、蒸汽輪機 與 三臺H級燃氣輪機所組成的聯(lián)合循環(huán)機組 所配套使用的余熱鍋爐 為例說明實現(xiàn)發(fā)明的優(yōu)選方式。
本發(fā)明 燃氣輪機壓水堆蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)使用的余熱鍋爐 的技術特征是：包括過熱器、高壓省煤器、低壓省煤器、半汽冷內殼、外殼、燃機尾氣入口擋板組、入口煙道、出口煙道、煙道膨脹補償節(jié)、排水泵、鋼構架、高壓省煤器流量調節(jié)閥、低壓省煤器流量調節(jié)閥、DCS控制系統(tǒng)；臥式布置，半汽冷內殼的汽冷部分只布置在過熱器區(qū)域；壓水堆蒸汽發(fā)生器的飽和蒸汽出口與過熱器的蒸汽進口相連接；過熱器的蒸汽出口經(jīng)主汽門、調速汽門與蒸汽輪機高壓缸的進口相連接；過熱器蛇形管受熱面水平布置，由低溫段受熱面、中溫段受熱面、高溫段受熱面串聯(lián)構成，過熱器蛇形管與煙氣流程呈逆流布置；低溫段受熱面、中溫段受熱面、高溫段受熱面均為光管；各片過熱器蛇形管受熱面之間經(jīng)梳型墊塊疊置；過熱器進口聯(lián)箱垂直布置，兩端進汽；過熱器出口聯(lián)箱垂直布置，兩端出汽；過熱器系統(tǒng)無噴水減溫器，過熱器出口汽溫通過 DCS控制系統(tǒng) 控制 壓水堆的產(chǎn)氣量 和 進入余熱鍋爐的 燃機尾氣的質量、溫度來實現(xiàn)，過熱器出口汽溫在272.8℃到630℃之間滑溫運行；高壓省煤器由水平布置的高度肋化的螺旋鰭片管組成，前后相鄰的螺旋鰭片管用180°光管彎頭連接組成長蛇形管，180°光管彎頭布置在內殼和外殼之間，長蛇形管與煙氣流程呈逆流布置；高壓省煤器進口聯(lián)箱垂直布置，兩端進水；高壓省煤器出口聯(lián)箱垂直布置，兩端出水；低壓省煤器由水平布置的高度肋化的螺旋鰭片管組成，前后相鄰的螺旋鰭片管用180°光管彎頭連接組成長蛇形管，180°光管彎頭布置在內殼和外殼之間，長蛇形管與煙氣流程呈逆流布置；低壓省煤器進口聯(lián)箱垂直布置，兩端進水；低壓省煤器出口聯(lián)箱垂直布置，兩端出水；在 DCS控制系統(tǒng) 控制下，調節(jié) 高壓省煤器流量調節(jié)閥 控制高壓省煤器出口給水溫度與高壓加熱器水側出口給水溫度相接近；在 DCS控制系統(tǒng) 控制下，調節(jié) 低壓省煤器流量調節(jié)閥 控制低壓省煤器出口凝結水溫度與低壓加熱器水側出口進除氧器的凝結水溫度相接近。
余熱鍋爐過熱器的特征參數(shù)：
余熱鍋爐高壓省煤器的特征參數(shù)：
余熱鍋爐低壓省煤器的特征參數(shù)：
半汽冷內殼由過熱器段汽冷內殼和省煤器段無冷卻內殼組成；過熱器段汽冷內殼由汽冷鰭片管構成，冷卻工質為272.8℃飽和蒸汽；處于余熱鍋爐底部的鰭片管排，能夠承擔全部過熱器受熱面的重量；過熱器段汽冷內殼可有效控制余熱鍋爐的熱膨脹量；省煤器段無冷卻內殼材質為ND鋼；半汽冷內殼與外殼的相對膨脹死點在熱端，即燃氣輪機尾氣進氣端；半汽冷內殼與外殼之間允許相對滑動。
外殼底部能承受全部受熱面和內殼的重量；外殼有圈梁、縱向剛性梁加固，全部荷重完整傳遞到鋼構架；外殼底部與鋼構架之間允許有熱膨脹位移；外殼與半汽冷內殼之間充填保溫材料。
入口煙道通過 3 套 燃機尾氣入口擋板組 分別與 三臺H級燃氣輪機 的尾氣排放管道連接；燃機尾氣入口擋板組能有效隔離運行的燃氣輪機和停運的燃氣輪機；燃機尾氣入口擋板組接有冷卻風，以保護燃機尾氣入口擋板組自身和連接煙道，不受高溫尾氣返流的損害；入口煙道內側敷有保溫耐火材料。
出口煙道設置有煙水分離器、貯水槽，煙氣疏水由排水泵送入二回路循環(huán)水冷卻系統(tǒng)；出口煙道材質為ND鋼，內側設計有玻璃鋼防腐層。