1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

毕业设计(论文)开题报告

学生姓名：安柯

学号：1201110204

所在学院：机械与动力工程学院

专业：过程装备与控制工程

设计(论文)题目：燃气轮机余热锅炉设计

指导教师：虞斌

2015年03月09日

开题报告填写要求

1．开题报告（含文献综述）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；

3．文献综述应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；

4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T740894《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如2004年4月26日或2004-04-26。

毕业设计（论文）开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000字左右的文献综述：

燃气轮机余热锅炉设计 1引言 燃气轮机余热锅炉是燃机电厂的主要设备之一，由于燃气轮机发电具有运行灵活、启动快捷方便、变负荷响应快的特点以及效率高、占地少、污染小、建设工期短等优点，近年来发展迅速，但燃气轮机排气烟温高，为了提高燃气轮机发电的热经济性，国内外普遍发展并建设联合循环电站，而合理利用低品质的燃气轮机排气热能是提高联合循环电站效率的关键[4][10]。 2余热锅炉的特点及分类 余热锅炉作为一种节能、环保的特种锅炉．早在20世纪60年代已经开始在国内企业应用，初期全部为国外进口产品。20世纪80年代，国内锅炉生产企业开始学习、消化和吸收日本、德国、美国等国外先进技术．并在此基础上不断开拓创新．形成了相对成熟的余热锅炉技术。在国内余热锅炉技术日趋成熟的基础上，余热锅炉行业进入高速发展期．实现了国产余热锅炉产品对进口产品的替代当今余热锅炉向大型化、高参数方向发展，余热锅炉作为一种集节能与环保为一体的新型设备．以其极佳的社会效益和经济效益．得到广泛的重视和应用，尤其是能耗大、污染重的冶金行业余热锅炉，余热锅炉在国内外有非常广阔的市场．由于技术与资金投人等原因，我国该业生产中不仅还有大量的中低温余热(废热)未被利用，而且不少生产环节中尚有赶量的中高温余热(废热)未被完全利用．从而造成能源的浪费和环境的污染。目前我国在燃气轮机余热锅炉研究方面结合国内外的优势技术并不断开拓创新，已经具备了较成熟技术基础，也为它的发展创造了更好的条件[17]。 余热锅炉是利用工业生产过程中的余热来生产蒸汽的锅炉。它属于一种高温、高压的换热器。余热锅炉较早是用来产生一些低压蒸汽,回收的热量有限,只是作为生产的一般辅助性设备。随着生产技术的发展,废热锅炉的参数逐渐提高,废热锅炉由生产低压蒸汽的工艺锅炉转变为生产高压蒸汽的动力锅炉。废热研究的新成果不断涌现研究的新成果不断涌现得在废热锅炉设计、制造、使用、安全管理等领域的研究的新成果不断涌现。 余热锅炉与普通动力锅炉一样,都是生产动力蒸汽的一种高温高压设备,所不同的是热源不同。它不是采用煤油、天然气、煤等燃料,而是利用化工生产工艺气中的废热。因此,它既是一种能量回收装置,也是一种化工介质工艺设备。余热锅炉的共同特点是:操作条件比较恶劣(如高温、高压、热流强度大,锅炉受压元件的热应力大等),并要求连续、稳定地安全运行,对高温工艺气的温度和冷却速度的控制要求十分严格。余热锅炉的运行比常规锅炉更复杂,余热锅炉利用的是余热,不仅是高温气体的显热,而且还利用某些废气中所含少量的可燃物质(如一氧化碳、氢气、甲烷)等化学热能。例如,催化裂解装置中再生器排出的再生气体,其温度可达550℃～750℃[2]。另外催化裂解装置再生器排出的高温烟气中含有很多粉状催化剂。烟气中灰分含量高,不但对流受热面的磨损加剧,而且因为受热面积灰严重,需要经常除灰和定期停炉清扫,给生产带来一定困难。有些高温烟气中含有较多的二氧化硫和三氧化硫,使得烟气露点升高,受热面的低温腐蚀严重,检修工作量增加[21]。 在废热锅炉中进行的是热量传递的过程,因此废热锅炉的基本结构也是一具有一定传热表面的换热设备。但是由于化工生产中,各种工艺条件和要求差别很大,因此化工用的废热锅炉结构类型也是多种多样的。按照炉管是水平还是垂直放置,废热锅炉可以分为卧式(大都采用火管式,即管内走高温工艺气体,而管外走饱和水或水蒸气)和立式(比卧式锅炉水循环速度快,传热速率较高,蒸汽空间也较大,因此这种锅炉蒸发量大)两大类。 3热管技术、热管的工作原理及热管基本特性 热管是人们所知道的最有效的传热元件之一。它可将大量的热量通过很小的横截面积远距离的传输而不需要外加动力。热管在节约能源和新能源开发方面的研究得到了充分重视。用热管组成换热器来回收废热，以节约能源。用热管做成锅炉给水预热器可以解决排烟的露点腐蚀。目前热管技术已逐渐工业化，大型化。典型的热管由管壳，吸液芯和端盖组成，将管内抽成负压后充以适量工作液体，使紧贴管内壁吸液芯毛细多空材料中充满液体后加以密封。管的一段为蒸发段（加热段），另一端为冷凝段，根据需要可在中间布置绝热段。当热管一段受热时毛细芯中液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一段放出热量凝结成液体。液体再沿多孔材料，靠毛细力的作用流回蒸发段。如此反复循环，连续不断热量由热管的一端传向另一段。由于是相变传热，因此热管的内部热阻很小，能以较小的温差获得较大的传热率。热管在实现这一能量转移过程中，包含以下六个相互关联的主要过程： （1）热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到液汽分界面； （2）液体在蒸发段的液汽分界面上蒸发； （3）蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流向冷凝段； （4）蒸汽在冷凝段内的汽液分界面上凝结； （5）热量从汽液分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源； （6）在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。 沿整个热管长度，汽液交界处的汽相与液相之间的静压差都与该处的局部毛细压差相平衡。毛细压头是热管内部工作液体循环的推动力，用来克服蒸汽从蒸发段流向冷凝段的的压力降。 热管是依靠自身工作液体相变来实现传热的传热元件，具有以下特性： (1)很高的导热性。 （2）优良等温性。 (3)热流密度可变性。 （4）热流方向的可逆性。[1-3] 4国内外燃气轮机余热锅炉研究领域的发展状况 余热锅炉是利用生产过程中工艺流体（如燃烧炉排出的烟气等）热量产生蒸汽或热 水的锅炉。燃气轮机余热锅炉作为余热锅炉中的一种，随着国内外工业的快速发展 对能源需求的增大，燃气轮机由于制造工艺简单、对环境污染少、余热能源回收效率高等诸多特点得到快速发展,装置也日益规模化、大型化，热管技术也快速的发展。 随着热管技术的发展，研究者为其奠定了坚实的理论基础。郭琴琴，杨震，刘忠楼[18]详细论述了燃气轮机余热锅炉在受热面的流程和布置作优化设计，提出要使用适当的材料，对高、低压省煤器分别设置相应的旁路等措施，对我们有一定的参考价值。 叶剑飞.刘忠楼.王仁东[21]等人对锅炉受热面不足造成的锅炉产量下降，提出了燃气轮机余热锅炉设计改造的计算方法，这种方法比传统方法简单准确，具有很好的推广和使用价值。臧向东[35]着重对燃气蒸汽联合循环电站的余热锅炉其系统布置、受热面结构、热力特性和运行工况等与常规锅炉做出比较,提出了一些改进意见，如汽水系统的优化,节点温差、接近点温差的选取,降低排烟温度和烟气侧压损系数的优化以及余热锅炉的变工况特性等都是需要考虑的关键性问题，并对余热锅炉的研究方向进行了讨论。 吴亦三[16]根据余热锅炉必须具备特性:1.由于燃气轮机的启动时间极短，所以要求余热锅炉能够快速启动:2.随着电力需求的变化，要求对锅炉负荷的变动有稳定的控制：3.为不使燃气轮机出力下降，要求余热锅炉尽量减少对烟气的阻力等。为使燃气轮机余热锅炉达到优化设计，根据上述特性介绍影响设计的一些因素.对指导我们设计余热锅炉有很好的参考价值。 王永堂，陈明，王艳滨，昊少华[22]针对余热锅炉过渡烟道内烟气流通截面的形式，给出了改变烟道上面板仰角和在烟道内加装导流板两种优化方案，并且通过对优化方案的模拟计算．得出了烟气速度在烟道出口截面上的分布情况。在对模拟结果的分析讨论后，得出两个优化方案的最佳选择。计算结果表明，加装导流板能够明显改善烟道出口截面的烟气速度分布。平均速度由11．13m／s增加到11．5lm／s，速度的均方差由12．33m／s降为4．02m／s。将所得结论应用于实际工程中，取得了良好效果。这对我们设计烟道截面提供了方向。 刘万琨[5],姚秀平[6],谷金帅[12]，惠建明,罗小林[34]，王仁东,刘忠楼,徐凯,徐昀,陈起铎[21]指出天然气发电可大大减少对环境的污染,采用燃气-蒸汽联合循环采用技术发电,发电效率高达57%,燃煤电厂为40%左右,发同样的电能CO2排放量仅为燃煤电厂的40%左右。燃气-蒸汽联合循环发电具有发电效率高、调峰能力强、建设周期短、操作运行方便、清洁环保等优点。对燃气-蒸汽联合循环电站主机之一的三压余热锅炉的设计和控制尤为重要,关系着整个机组的安全运行。余热锅炉自动控制系统主要包括汽包、除氧器的水位和压力调节、主蒸汽温度、压力调节、省煤器出口温度调节。针对以上几方面提出三压余热锅炉的控制策略,为实现燃气轮机联合循环的安全控制运行提供依据，并提出了典型燃气轮机余热锅炉的选型参考和抉择。穆罕默德哈比[26]同样对燃气-蒸汽联合循环热电联产系统将提高燃气轮机发电能力与逐步降低电力成本,也证明,将PTC系统与燃气轮机热电联产系统相比发电量经济性更好。 5小结 通过对余热锅炉关键部位设计和分析，采用热管技术，余热回收技术以及燃气-蒸汽联合循环等提高燃气轮机的生产效率，同时节约了制造成本，增加传热效果，降低了设备在工作过程中的故障率，提高对燃料的利用率，减少有害气体产生和排放，为企业创造经济效益，并减少环境污染，节约能源。 6参考文献 [1]庄骏，徐通明，石寿椿.热管与热管换热器[M].上海:上海交通大学出版社，1989. 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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

毕业设计（论文）开题报告

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

（一）本课题研究（解决）问题 1．了解燃气轮机余热利用系统的工艺过程。根据系统工艺参数，设计满足该工段余热热利用要求的余热锅炉。 2．2.余热锅炉热力计算 3．（1）热平衡计算：确定冷热流体间的换热量，各进、出口温度及余热锅炉的总传热温差。 （2）总传热系数的计算：初步确定余热锅炉的结构，冷、热侧流体各自对流换热系 总传热系数的计算。 （（3）总传热面积的确定：根据传热方程，确定余热锅炉总换热面积和最后结构参参数。 （4）阻力计算：根据所确定的结构参数，确定冷、热流体的流动压力降。 （（5）强度校核计算：对承压部件进行强度校核计算。 3．3.余热锅炉结构的设计根据上述热力计算结果对余热锅炉进行整体结构设计，用计 计算机AutoCAD绘图完成设计图。 4．4.完成余热利用系统自动控制的设计 5．5.针对燃气轮机装置余热回收系统的特点，选用合理的余热锅炉结构形式和工艺流流程。 （二）研究思路 1.根据要求阅读有关资料，确定论文题目。 2.先阅读大量与燃气轮机余热锅炉设计有关的理论文献，确定理论基础，后在导师的 指导下确定研究方向和内容。 3.实习观察，收集资料。通过去工厂实习观察和研读燃气轮机余热锅炉的相关资料,论论著，通过对材料的整理，做好记录和摘抄，进行必要的参考。 4.分析研究，进行设计。对资料和设备以及生产流程进行研究分析，根据所学知识并在老师的指导下进行合理设计。 （三）研究方法及手段 在本次设计过程中，仔细阅读和研究不同学者的关于本课题的相关专著和文章，章，查阅燃气轮机余热锅炉设计的相关文献和学术期刊，获取了大量的资料和有效工具，具，本课题研究设计提供了充分的理论依据和详实的基础资料。 1.定性分析。对资料进行分析整合，并加以探讨，以传统文献检索和参考文献，书目为 为基本，辅以网络数据库等手段，开展资料收集，资料整理等工作。 2.比较分析，科学设计。再设计时运用多种方式方法，通过比较找出最好最优的设计方 方法，满足设计要求。