第１２卷第３／４期
燃气轮机发电技术２０１０年１０月
补燃型余热锅炉原理及常见事故分析
张超，陈
功
（深圳南山热电厂，广东深圳５１８０５２）
摘要：介绍补燃余热锅炉的结构、运行操作及常见事故；分析补燃余热锅炉的适用范ｉｌｌ，通过与无补燃式锅炉进行充分对比，以展现补燃余热锅炉的性能。
关键词：部分补燃锅炉；燃烧器；烟气超温；锅炉事故
０
前言
燃气轮机联合循环电厂的余热锅炉按烟气侧
燃余热锅炉的６～７倍。以国内较常见９Ｅ燃气轮
机联合循环为例，锅炉采用部分补燃后，锅炉高压过热器出口过热蒸汽压力可达到７～８ＭＰａ，高压过热器出口过热蒸汽温度可达到６００～６５０℃，产汽量可达到３６０ｔ／ｈ，汽轮机的出力可提高一倍，额定出力由原来的６０Ｍｗ提高到１２０ＭＷ：整个联合循环机组的总出力可提高１／３，额定总出力由原来的１８０ＭＷ提高到２４０ＭＷ，具体见表ｌ。
表１９Ｅ联合循环两种余热锅炉性能比较
的热源形式分有：“无补燃锅炉”和“有补燃锅炉”两种。“无补燃余热锅炉”是当前燃气轮机联合循环电厂应用的较多的一种，大家也比较熟悉，这里不再阐述。“有补燃锅炉”大家可能接触较少，稍微陌生点儿。这种锅炉除了回收燃气轮机排气
的余热外，还采用在炉内加装补燃装置——燃烧
器，通过喷入一定数量的燃料在燃烧器内的燃烧，使整个炉内烟气温度升高，以增大蒸汽的产量并提高蒸汽压力和温度，从而大大提高汽轮发电机
锅炉型号毒是野孳豁譬蔷嘉釜驾毪赞留
／ＭＰａ
／℃
／ｔ・ｈ“
高压过热高压过热ｎｉｔ｛集汽与之匹配与之匹配
／ＭＷ／ＭＷ
的出力，也使得整个联合循环的出力大幅提高。
有补燃的余热锅炉又可分为“部分补燃型”和“完全补燃型”。“部分补燃型”是指向余热锅炉加装的燃料有限，燃料的燃烧只能消耗掉一部
分燃机透平排气中的含氧量，使进入余热锅炉受
热面段的燃气温度只能提高到７００～１０００℃，余热锅炉中无需设置辐射受热面，就像无补燃的锅
下面以国外某电厂９Ｅ燃气轮机联合循环所配备的部分补燃余热锅炉为例，说明补燃锅炉的原理及锅炉在运行中常见故障。
炉那样，只需设置对流换热面即可。这种余热锅
炉的蒸发量大约可比无补燃的余热锅炉的增大一倍。目前，在“热电联产型”联合循环中常用的的是“部分补燃型”余热锅炉；“完全补燃型”余热锅炉是指向余热锅炉喷人大量燃料，在余气系
１
补燃锅炉结构
该厂９Ｅ燃气轮机联合循环所配套的锅炉是杭
数０【≈１．１的条件下，把从燃机透平送来的高温燃
气中含有的氧气几乎完全燃烧掉，在这种余热锅炉中需要敷射辐射受热面，蒸汽产量可达到无补
州锅炉厂设计制造的ＮＧ・ＢＳｌ０９－Ｒ型双压、带补燃、无旁路烟囱、自然循环锅炉，热源为：９Ｅ燃
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燃气轮机发电技术
第１２卷
气轮机的排气及天然气或轻柴油的补燃。锅炉结构：锅炉采用单排框架结构，全悬吊形式，正压
（１）锅炉的汽水流程
运行。
锅炉汽水流程与烟气流程如图ｌ所示。
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［玉亟回＿口至匾圃［重囹
（２）锅炉烟气流程
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图１部份补燃余热锅炉汽水、烟气流程框图
该部分补燃锅炉在炉墙两则分别设有４个补燃燃烧器，共８个补燃燃烧器。补燃燃料为：天然气或者轻柴油。平常在汽轮机带上部分负荷（约
３０
（１）烟气超温烟气超温主要是指过热器ｌ区域烟温超过规定的允许最高温度，因为过热器ｌ区域是８个燃烧器燃料燃烧后所产生高温烟气最近的排放点，所以是整个炉膛烟温最高的区域。烟温过高不仅造成受热面会过烧，而且也会造成高压主蒸汽超温，影响主汽管道、汽轮机部件的安全运行。所以发生烟温超温时锅炉保护会直接停炉，８个燃烧器会瞬间全熄灭。为了防止烟气超温，导致停炉事故的发生，一般当发现烟温迅速升高时采取以下措施：通过退出８个燃烧器的中的部分燃烧器迅速减少投入烟气中的热量，达到迅速降低烟温的目的。一般在燃烧器附近有若干个温度检测探头，正常运行时一般把燃烧器最高点温度控制在８００℃以下，燃烧器附近最高点温度达到９００℃时会自动停炉。
（２）燃烧器点不着火这种现象在燃烧器投入
ＭＷ）后按ｌ号，３号，５号，７号，２号，４号，
６号，８号的顺序依次投入８个燃烧器。停机前按照以上顺序先退出８个燃烧器。高压省煤器２Ａ、高压省煤器２Ｂ在补燃燃烧器全投入后立即投入运行，在补燃燃烧器全退出后通过旁路使它们退出
运行。８个补燃器分别有一路冷却风送过去对它们
进行充分冷却，以保证它们在工作时不超温。还
有一点与无补燃锅炉最大的区别：低压炉部分所
产生的低压蒸汽全部作为除氧器的热源，加热除
氧器给水。这主要是由于采用补燃后锅炉给水量
是无补燃锅炉时的２倍，所以必须得保证足够的热源加热给水，才能使除氧效果达到最佳。
２
补燃余热锅炉常见故障分析
部分补燃余热锅炉除了会发生与无补燃炉同
过程中较常见。造成燃烧器点不着火的主要原因有：①燃料压力太低或者进入燃烧器的燃料管道泄漏：②给各燃烧器提供冷却风的风机未启动或者风机出口电动门未打开；③锅炉保护系统里有闭锁燃烧器点火的条件存在；④（下转第３１６页）
样常见的故障外，如：水位事故、爆管事故……它还会发生燃烧方面的事故，具体如下：
・３１６・
燃气轮机发电技术第１２卷
面前的重要任务就是加强电厂管理，确保电厂经济、安全运行。我国的燃气轮机发电尤其是大型燃气轮机的成长还比较年轻，加之机组运行环境
技术改造和有效预防，大大地提高了机组的可靠
性，供同行参考。
比较差，对于设备维护技术人员提出了更高的要求。该文结合电厂已经投产的ＧＥ９ＦＡ燃气机组几
年来的运行情况，对燃机运行中几个异常情况进行了简要的分析，并在实际工作中进行了相应的
作者简介：王志刚（１９７３一），男，内蒙古呼和浩特人，工程师，毕业于上海电力学院自动控制系毕业，设备管理部副主任采
热控专工。
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（上接第３１０页）
燃烧器烧坏。可根据以上原因采取相应的对策。
中补燃Ａ＝Ｉ．５０的燃料，经计算补燃式整台联合循
环的发电效率（珂“。。ｆ）为４５％
（２）若采用无补燃炉，需与之匹配的蒸汽轮机高压蒸汽再热蒸汽参数为ｌＯＭＰａ／５３８℃／２．４５ＭＰａ／５３８℃，经计算无补燃式整台联合循环的发电效率（珂ｕ优）为５１％
由以上计算可知无补燃式整台联合循环的发
补燃余热锅炉与无补燃余热锅炉在运行操作方面的比较
３
部分补燃炉较无补燃炉在锅炉启停操作方面稍微复杂一点：因为补燃炉在燃烧器投退时均会引起烟温发生较大变化，造成剧烈扰动，进而影响到锅炉水位大幅波动，所以一般在燃烧器投退前做好水位先期调整，以缩短水位波动时间；再者补燃炉在启动过程中燃烧器投入时烟气温度会较快上升，若操作不当会引起烟气超温，甚至造成保护停炉，所以在投入燃烧器时一般要缓慢进行，
电效率叩Ｇ。＞补燃式整台联合循环的发电效率，７０。，
由此得出结论：随着燃气轮机初温ｔ３值的增高，采用补燃方式将逐渐失去提高整台联合循环
装置热效率的作用。目前，补燃方式的余热锅炉
大多用于热电联产的联合循环中，以求热负荷和
电负荷可以独立的调节。另外对于一些利用高炉
煤气发电的钢厂或者化工厂的自备电厂，对于它们来说气源丰富而且价格低廉，采用部分补燃锅
密切监视烟温变化情况。
４
补燃余热锅炉的适用范围
燃气轮机联合循环采用部分补燃余热锅炉可
炉后联合循环总出力较同类型无补燃锅炉的联合
循环总出力可以提高１／３，非常经济。
以提高蒸汽轮机的进汽初参数，进而增大整台联合循环装置的功率。但并不是所用的燃气轮机联
５
结束语
通过以上对部分补燃炉的结构、运行操作、
合循环适用部分补燃炉后功率都会大幅增大，随
着燃气轮机燃气初温乃值和燃气轮机循环有效效率叩。。的增高，可以允许补燃的燃料倍率Ａ是随之降低的，珂群／ｑ。。（（燃气轮机循环有效效率／汽轮机循环有效效率）的比值也将逐渐减小，显然，采用补燃方法所能导致的整台联合循环装置功率增大的幅度将逐渐减小。以下通过计算说明：
例如：当采用ＰＧ９００ｌＦ燃气轮机来组成联合循环时，燃气初温ｔ３＝１２６０℃，铭牌效率睁。鲋＝３４．１％（即ｒ／ｍ≈３３％左右），燃机排气温度
ｔ４＝５９３℃
事故处理、使用范围等的分析，使读者对这种类
型的锅炉的性能有了全面的了解。
参考文献：
【１】清华大学热能工程系动力机械研究与工程研究所，南山热电
股份有限公司编著・燃气轮机与燃气一蒸汽联合循环装置［Ｍ】一Ｅ
京：中国电力出版社，２００７．
作者简介：张超（１９７８一），男，汉族，陕西人，毕业于河北工程大学电力系统自动化专业，现从事蠼机电厂运行管理工作。
陈功（１９７８一）男，汉族，湖北人，毕业于中南大学热能
（１）若采用补燃炉，需与之匹配的的蒸汽轮机亚临界蒸汽参数为１
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ＭＰａ／５３０℃，在余热锅炉
与动力工程专业，况从事燃机电厂运行工作。