[發明專利]燃氣輪機余熱鍋爐三級均流擴散過渡煙道

有效

• 申請號: 201310465805.9
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN103486602A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 趙伶玲;陶璐;趙長遂
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F23J11/00
• 分類號: F23J11/00;F23J13/06
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明應用于燃氣輪機余熱鍋爐領域中，具體是涉及一種有效提高余熱鍋爐進口平面速度均勻性的過渡煙道。

背景技術

燃氣輪機出口與余熱鍋爐受熱面之間往往需用過渡煙道相連。燃氣輪機出口和余熱鍋爐受熱面進口兩者之間的尺寸相差很大，且前者處于相對后者下端的不利位置。傳統過渡煙道結構設計成上表面為兩段仰角段，下表面為具有一定傾斜角的平面，完成進口到出口的空間擴張。上述結構導致煙道內煙氣的流動狀況不佳，煙氣一般以60～150m/s、甚至200m/s的流速進入過渡煙道的進口平面，隨后在過渡煙道底部形成一股高速主氣流，而煙道中、上部相當大區域內流速很低，一般小于5m/s，并且由于速度梯度很大，在余熱鍋爐進口平面產生了很強的卷吸氣流，且在中上部附近形成較大的旋渦，從而形成大范圍的回流區，造成余熱鍋爐各受熱面內煙氣流動分布極不均勻。由于余熱鍋爐的換熱效率與進入其煙氣的流動均勻性相關，在進口平面流速分布越均勻，余熱鍋爐的換熱效率越高。這種煙氣進口流場的不均勻性，嚴重影響余熱鍋爐管束換熱性能，使其達不到設計指標。此外，當流速不均時，在余熱鍋爐的進口部位面對局部高速的換熱管束將受到很大的沖擊，既會遭受管子磨損，還會因流體沖擊而發生管束振動，甚至造成振動損壞，這對余熱鍋爐的性能及壽命都產生巨大的不良影響。

目前解決余熱鍋爐進口煙氣流動不均勻性問題的措施有：

1.在煙道的上表面布置一個拐點來調整煙道上表面的仰角，把上表面分為30°和50°前后兩段，使得出口截面的速度最大值有所下降，貼近煙道上表面的回流區面積減小，但改善效果不明顯。

2.在過渡煙道下表面處靠近過渡煙道進口（燃氣輪機出口）位置添加導流板（3片），通過導流板的強迫流動，使原來的一股緊貼煙道下表面的主氣流分成3股氣流布滿整個煙道的出口截面，最大速度降低，最小速度提高，平均速度降低，速度均方差也降低，使煙氣在煙道內煙氣流動的均勻性增加。但該區域導流板尚有不足之處：煙道的最下部相對于其他區域煙氣流速較大，易集中沖擊底部管束；當煙道進口氣流速度很高時，導流板需承受的沖擊較大。

3.在過渡煙道下表面上、面對高速氣流區加裝柵格擋板，以強迫部分氣流向過渡煙道上部的低速氣流區重新分配。該柵格擋板由大口徑管組合而成，結構復雜，維護困難，而且，柵格也容易遭受沖擊和磨損。此外，柵格擋板的裝設增加了煙氣的流動阻力，使燃氣輪機出口壓力提高，降低了燃氣輪機的發電功率。

總之，現有的過渡煙道設計，高速氣流多是從相對于余熱鍋爐進口受熱面的下端進入，阻礙了氣流的擴散，在余熱鍋爐進口處高速氣流仍是集中在底部，致使速度分布極不均勻；或者為均勻過渡煙道上下區域的煙氣流而明顯增加煙氣的阻力，使燃氣輪機的發電功率降低。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種燃氣輪機余熱鍋爐三級均流擴散過渡煙道，旨在改善余熱鍋爐本體進口煙氣流動的均勻性，以提高余熱鍋爐受熱面的換熱效果；降低煙道下部氣流的局部高速，減小管束沖擊造成的振動和下部管束的磨損，以保護下部管束。

技術方案：本發明解決上述問題所采用的新的技術方案如下。

本發明的燃氣輪機余熱鍋爐三級均流擴散過渡煙道包括順序連接的漸擴型引導煙道、圓-方轉換水平煙道、漸擴噴咀型擴散煙道、線性型擴散煙道；燃氣輪機煙道出口與漸擴型引導煙道的進口連接，余熱鍋爐煙氣進口與線性型擴散煙道的出口連接，在線性型擴散煙道的進口設有沿氣流方向設置的中心導流板。

漸擴型引導煙道，進口為圓形，與燃氣輪機出口連接，形狀與其相同；出口為圓形，直徑比進口增加，增加比例在1.1～2范圍內；進口中心與燃氣輪機出口的中心位置相同，而出口中心與余熱鍋爐進口的中心位置高度相同，二者不在同一水平面，且出口中心高于進口中心，為非水平煙道；側表面采用光滑流線型結構，將進口與出口連接；豎直方向的截面為一系列尺寸按比例增加的圓，形成漸擴結構。

圓-方轉換水平煙道，進口為圓形，與漸擴型引導煙道的出口連接，形狀與其相同；出口為矩形，形狀與余熱鍋爐進口相似且按一定比例縮小，縮小比例為0.3～0.7；進口與出口的中心在同一水平線，構成水平煙道；沿水平方向矩形出口的四邊分別與對應于四邊中點的圓形進口的四等分點相連，形成四個等腰三角形平面，四個等腰三角形平面之間用曲面光滑無縫連接，形成圓-方轉換水平煙道的側表面，形成圓-方轉換。