垃圾电厂热力系统

一、热力学基础知识

一、热力学定律

实现热能变电能的理论基础是热力学的两个定律，它们揭示了热力过程所要遵循的基本规律。

（一）热力学第一定律

热力学第一定律简单地表述为热能与其他形式的能量可以互相转换，转换时能的总量保持守恒。热变功的唯一途径是通过工质体积的膨胀，这是热能转变为机械能的基本特征。

热力学第一定律定量地揭示了各种形式的能量在传递和转换过程中，必须遵守的能量守恒的规律。现实中需要一定的条件，才能实现热力学第一定律的热力循环，这就是热力学第二定律。

（二）热力学第二定律

热力学第二定律指出，任何热机都不能循环不息地将吸取的热量全部转变为功。为了提高循环效率，法国人卡诺提出了卡诺循环，用卡诺定义进一步阐述了热力学第二定律。卡诺循环的热效率为

式中  T₁高温热源的温度；

    T₂低温热源的温度。

卡诺循环提出了提高循环热效率的途径，得出以下结论：

（1）当T₁=T₂时，循环的热效率为零。要利用热能来产生电力，就一定要有温度差。提高循环效率的根本途径是提高高温热源的温度和降低低温热源的温度。

（2）因：T₁=∞或T₂=0都是不可能的，故热效率只能小于1，在热机中不可能将从高温热源得到的热量全部转变为功，存在冷源损失。

二、垃圾电厂蒸汽的产生过程

垃圾电厂使用的蒸汽是在余热锅炉中对给水进行定压加热产生的。给水经省煤器进入余热锅炉后，依次流过余热锅炉的水冷壁、汽包、蒸发器、过热器等受热面，生成满足生产工艺要求的蒸汽。在此过程中，给水经历了五种状态变化、三个加热阶段。

（一）水的五种状态

物质由液态转变为汽态的现象称为汽化。物质山汽态转变为液态的现象称为液化（也称凝结）。汽化有蒸发和沸腾两种方式，一般都是靠液体的沸腾来产生蒸汽。水的五种状态是未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、饱和蒸汽、过热蒸汽。

1、饱和状态

将一定量的水置于密闭容器中，当汽化速度等于液化速度时，若没有外界作用，则汽液两相将处于动态平衡，此两相平衡的状态即为饱和状态。饱和状态下的蒸汽称为饱和蒸汽，饱和状态下的液体称为饱和水，饱和蒸汽和饱和水的混合物称为湿饱和蒸汽。

饱和状态时蒸汽（或饱和水）的压力和温度分别称为饱和压力ps和饱和温度ts。饱和温度与饱和压力是一一对应的，即：p_s=f（t_s）。如1个标准大气压下水的饱和温度为99℃。

2、未饱和状态

当t<t_s，水尚未达到饱和状态，称为未饱和水，其温度低于饱和温度的数值称为过冷度。

3、过热蒸汽

若t>t_s，此时蒸汽温度高于饱和温度，称为过热蒸汽，其温度超过饱和温度的数值称为过热度。

（二）水的三个加热阶段

1、未饱和水的定压预热过程

对水进行加热，其温度升高，比体积增大，但因为水膨胀性很小，所以比体积变化不明显。

2、饱和水的定压汽化过程

饱和水在定压下继续加热，水沸腾产生蒸汽，此时温度保持不变，这个过程既是定压过程，也是定温过程。此过程称为饱和水的定压汽化过程。

3、饱和蒸汽的定压过热过程

饱和蒸汽继续定压加热，得到过热蒸汽，此过程称为饱和蒸汽的定压过热过程。

综上所述，水的相变过程可归纳为一点（临界点）、两线（饱和水线、饱和蒸汽线）、三区（液相区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区）、五态（未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、饱和蒸汽、过热蒸汽）。

给水在锅炉内吸收的总热量由液体热、汽化热和过热热组成，各阶段水的特性决定了锅炉受热面的形式和布置方式，如省煤器（预热给水）、水冷壁、蒸发器（饱和水汽化）、过热器（蒸汽过热）等。

二、蒸汽动力循环

热能转化为机械能是通过工质的动力循环实现的，根据工质的不同，动力循环可以分为蒸汽动力循环（汽轮机的工作循环）和气体动力循环（燃气轮机的工作循环）两大类。垃圾电厂主要是采用水蒸气为工质的蒸汽动力循环实现热能向机械能的转换。垃圾电厂蒸汽利用过程如图1所示。

水是垃圾电厂中实现热能向机械能转换的工质，水需要流过不同的热力设备，并在各设备中发生状态的变化完成能量转化过程。如给水在锅炉中吸热后变化为过热蒸汽。过热蒸汽在汽轮机中膨胀做功，蒸汽的压力和温度降低，比体积增加，热能转化成机械能。

热力系统从某一初始状态，经历一系列中间状态变化到某一最终状态，称其经历了一个热力过程。垃圾电厂热力过程流程如图2所示。

一、简单蒸汽动力循环

（一）朗肯循环

朗肯循环是最简单的蒸汽动力循环，垃圾电厂各种复杂的蒸汽动力循环都是在朗肯循环基础上发展起来的。

朗肯循环包括4个可逆过程，即定压吸热过程、绝热膨胀过程、定压放热过程和绝热压缩过程。简单的朗肯循环T-S（温-熵）图如图3所示。4-5-6-1是工质在锅炉中定压加热、汽化、过热过程，1-2是过热蒸汽在汽轮机中绝热膨胀做功过程，2-3是乏汽在凝汽器中的定压凝结过程，3-4是凝结水的绝热压缩过程。

朗肯循环的蒸汽动力装置由给水泵、锅炉、汽轮机和凝汽器4个主要设备组成。简单热力系统如图4所示。

简单热力系统循环经过个步骤，完成1个循环：

（1）垃圾在焚烧炉中燃烧，放出热量。

（2）水在锅炉中定压吸热汽化直至成为过热蒸汽。

（3）过热蒸汽进入汽轮机绝热膨胀做功。

（4）汽轮机排出的乏汽在凝汽器中定压放热，冷凝成水。

朗肯循环吸热过程全部在定压下进行，这使得朗肯循环平均吸热温度低于同温限范围内卡诺循环的吸热温度，虽然放热温度相同，但朗肯循环的热效率低于同温度界限间卡诺循环的热效率。然而由于朗肯循环存在诸多优点，使朗肯循环成为现代蒸汽动力装置的基本循环方式。

（二）提高朗肯循环热效率的途径

1、提高蒸汽温度

在保持初压及背压不变的情况下，提高新蒸汽的温度，循环的热效率提高。蒸汽温度的提高，增加了设备的尺寸和设备的投资。

2、提高蒸汽压力

在相同的初温和背压下，提高蒸汽压力，循环的平均吸热温度提高，放热温度不变，循环热效率提高。在提高蒸汽压力的同时也要提高蒸汽的温度，才能保证蒸汽必要的过热度，以保证汽轮机的安全运行。

3、降低背压

保持初温、初压不变，降低背压，放热温度降低，循环效率提高。

二、给水回热循环

（一）给水回热循环的定义

给水回热加热是指从汽轮机中间级抽出部分蒸汽，利用蒸汽回热对给水进行加热，与之相对应的循环称为回热循环。给水回热就是把本来要释放给冷源的部分热量用来加热工质，以提高进入锅炉的给水温度，减少从锅炉的吸热量。

垃圾电厂通常采用的单级回热循环系统如图5所示。

蒸汽进入汽轮机，绝热膨胀到某一压力时，从汽轮机中抽出部分蒸汽，进入低压加热器。剩下的蒸汽在汽轮机内继续膨胀做功，然后进入凝汽器，被冷却凝结成水，凝结水进入低压加热器，被抽汽加热成饱和水，然后被给水泵加压送入锅炉，经加热、汽化、过热成过热蒸汽，再送回汽轮机，完成单级回热循环。

（二）给水回热循环的作用

（1）由于工质吸热量减少，锅炉热负荷减低，所以可减少锅炉受热面，节省金属材料。

（2）由于抽汽率增大，使汽轮机高压端的蒸汽流量增加，所以抽汽低压端流量小。这样有利于汽轮机设计中解决第一级叶片太短和最末级叶片太长的矛盾，提高单机效率。

（3）由于进入凝汽器的乏汽量减少，所以可减少凝汽器的换热面积，节省铜材。采用给水回热，会增加低压加热器、管道、阀门等设备，增加了投资的同时也使系统复杂、操作复杂了。但采用回热有效地提高了热力循环效率，故大中型汽轮机均采用回热循环。参数越高、容量越大的机组，回热级数越多。垃圾电厂由于系统容量小，仅用单级回热循环。

三、蒸汽再热循环

（一）蒸汽中间再热的定义

为了提高垃圾电厂的热循环效率，蒸汽的参数不断提高。但是随着初压的提高，汽轮机的排汽湿度增大，为了使排汽湿度不超过允许的限度，故采用了蒸汽中间再热。

所谓蒸汽中间再热，就是将在汽轮机高压缸内己经做了部分功的蒸汽全部抽出来，送到锅炉的再热器中继续加热，温度提高后再送回汽轮机的中、低压缸继续做功，乏汽排入凝汽器。

再热部分实际上相当于在原来朗肯循环的基础上增加了一个新的循环。只要再热过程的平均吸热温度高于原来朗肯循环的平均吸热温度，再热循环的热效率就高于原来循环的热效率。

再热循环流程图如图6所示。

（二）蒸汽再热循环的作用

采用再热的目的不仅解决膨胀终态湿度太大的问题，也可以提高循环热效率。采用一次再热循环，循环热效率可提高2％左右。近年来，为了提高垃圾电厂的热力循环效率，采用再热循环的机组逐渐增多。

四、热电联产循环

（一）热电联产的作用

垃圾电厂蒸汽动力装置即使采用了各种提高效率的措施，热效率依然不高，一般小于26％。大部分的热量被排放到环境中。热电联产循环的目的是在发电的同时把一部分热量用来供热，从而大大提高能源利用率，提高机组的热效率。

（二）热电联产的形式

1、背压式汽轮机

背压式汽轮机的排汽压力通常高于0.1MPa，其乏汽的热量直接供给热用户。采用背压式汽轮机热电联产循环的机组，其电负荷随着热负荷的变化而变化。因此，仅用在热负荷较均匀、任何时候都能保证机组运行的热电厂。背压汽轮机的热力系统如图7所示。

2、调整抽汽式汽轮机

调整抽汽轮机是利用抽汽来供热。用户热负荷的变动对电能生产量的变动影响较小热电厂中得到了较广泛的使用。调整抽汽式汽轮机的热力系统如图8所示。

 

三、垃圾电厂热力系统组成及流程

一、热力系统概述

垃圾电厂热力设备用管道和附件连接成的有机整体称为垃圾电厂的热力系统。按其用途和编制方法的不同，垃圾电厂的热力系统分为原则性热力系统和全面性热力系统。

（一）原则性热力系统

垃圾电厂原则性热力系统图是以规定的符号表明工质在完成热力循环时流经的不同热力设备的流程图。同类型、同参数的设备在图中只标示一个，备用的设备及系统在图中不标示。

垃圾电厂的原则性热力系统不仅表明了热力过程，同时也反映了垃圾电厂的技术先进程度和热力循环效率的高低。

垃圾电厂的原则性热力系统包括锅炉、汽轮机、主蒸汽及再热蒸汽和凝汽设备的连接系统、给水回热系统、除氧系统、补水系统及汽水回收利用系统，以及供热电厂的供热系统。

锅炉产生的蒸汽经电动主隔离门到主汽阀，主汽阀内装有蒸汽滤网，以分离蒸汽中的水滴和防止杂物进入汽轮机。蒸汽进入汽轮机蒸汽室，在汽轮机内膨胀做功后由汽缸排汽口排入凝汽器，汽轮机排汽在凝汽器中凝结成水，凝结水经轴封加热器、低压加热器加热后进入除氧器。热力系统补水为除盐水，直接补入除氧器或凝汽器。给水经除氧器除氧后，由给水泵送入锅炉，重新被加热成过热蒸汽。汽轮机乏汽采用循环冷却水冷却。

国产某30MW汽轮机在双列复速级后有第一级不调整抽气（供空气预热器、SCR烟气加热器使用），第二级动叶后有第二级不调整抽气（供除氧器和采暖使用），第九级动叶后有第级不调整抽气（供低压加热器使用）。

德国某垃圾电厂原则性热力系统如图9所示。热力系统设有汽轮机旁路系统，汽轮机旁路系统由旁路减温减压装置、旁路凝汽器及旁路凝结水泵组成，旁路减温减压装置按汽轮机额定进汽量设置。

当汽轮机抽汽参数不能满足空气预热器和SCR烟气加热器的用汽要求或汽轮机停机时，通过减温减压装置将主蒸汽参数降低至1.0MPa/250℃，供空气预热器和SCR烟气加热器使用。

（二）全面性热力系统

全面性热力系统图是用规定的符号表明垃圾电厂所有的热力设备及其汽水管道的总系统图。

垃圾电厂全面性热力系统图明确地反映电厂的各种工况时的运行方式。它按设备的实际数量（包括运行的和备用的）来绘制，并标明一切连接管路和系统。

一般垃圾电厂全面性热力系统由以下系统组成：锅炉、汽轮机、主蒸汽系统、旁路系统、给水管道系统、回热加热系统、主凝结水系统等。

二、部分热力系统功能

（一）补水系统

由于热力系统中的管道、设备存在的缺陷或工艺需要，不可避免地存在各种汽水损失。

补水补入热力系统不仅要保证补水量，还要选择合适的补水制取工艺及补水补回热系统的位置。

1、补水除盐

对于中参数及以下圾电厂，补水必须是软化水（除去水中的钙、镁等盐分）；对于高参数垃圾电厂，补水必须是除盐水（除去水中钙、镁等盐外，还要除去水中硅酸盐）。

2、补水除氧

为了防止热力设备的腐蚀，补水应进行除氧。

3、补水加热

为了提高电厂的热循环效率，补水在进入锅炉前应被力日热，利用电厂的废热（如锅炉连续排污）、疏水和汽轮机的回热抽汽进行加热的经济性最好。

4、补水位置

补水补入点混合温差小带来的不可逆损失就小，热循环效率就高。在热力系统适宜进行水量调节的地方有凝汽器和给水除氧器。

补水补入凝汽器，补水会充分利用低压回热抽汽加热，回热抽汽做功比较大，热循环效率优于补入除氧器。

5、补水水量调节

补水补入热力系统，应随系统工质损失的大小进行水量调节，水量调节要考虑热井水位和除氧水箱水位的双重影响。补水补入除氧器，水量调节较简单，但热效率稍低。补水补入凝汽器，采用除氧器水位和凝汽器水位联合调解方式运行。通常大、中型凝汽机组补水补入凝汽器，小型机组补入除氧器。

（二）锅炉连续排污系统

1、排污系统的作用。

在锅炉运行中，随着汽水循环的进行，在汽包、水冷壁中会聚集一些含盐浓度大的锅水，常见成分为磷酸钙、碳酸钙、氢氧化镁、硅酸镁、各种形态的氧化铁和二氧化硅。其沉淀物会使得锅炉管道热效率降低和发生爆管。因此，锅炉需要进行排污以排除这些成分，保证锅水水质合格，从而保证汽水品质合格。

2、锅炉排污的类别。

锅炉排污分为连续排污和定期排污。连续排污水由汽包下部排出，连续排污可以排出锅水中溶解的部分盐分，使锅水的含盐量和碱度保持在规定值范围内，所以连续排污应从锅水含盐量最大的汽包排出。因为连续排污量较大，所以必须对其进行工质和热量的回收。锅炉的连续排污率为锅炉MCR蒸发量的0.3％~1％。

定期排污是为了排出加药后由锅水中的盐生成的沉淀物，以补充连续排污的不足，水冷壁下集箱沉淀物积聚最多，定期排污点设在水冷壁下集箱上。

排污量和额定蒸发量的比值称为排污率，通常情况下，中温中压凝汽式垃圾电厂的排污率为1％~2％，热电厂为2％~5％。

3、排污系统组成。锅炉排污系统包括如下设备。

（1）连续排污电动门。

（2）连续排污扩容器。

（3）定期排污扩容器。

4、排污系统的布置方式。

汽包连续排污管自汽包下部引出，经手动截止阀和调节阀后被排入连续排污扩容器，在扩容器里饱和水扩容降压，产生蒸汽，并使蒸汽与污水分离，排污水温度约为261℃，排污水闪蒸压力为除氧器的压力。

锅炉定期排污管道设置在下降管底部和水冷壁下集箱。因为压力很高，管道上采用双重手动截断阀。定期排污水进入定期排污扩容器。其最大排污量按3％的锅炉MCR蒸发量考虑，手动截断阀也可作疏水用，排污和疏水时阀门全开。

进入定期排污/连续排污扩容器的污水和疏放水经扩容降压后，蒸汽从上部排入除氧器或大气，污水进入降温池，降温池将锅炉排污水冷却到40℃。

5、锅炉排污的控制方式。正常运行时，汽包连续排污投入自动。调节阀接受锅水硅酸根含量的信号，自动调节连续排污的水量。如果锅水水质合格，可不进行定期排污，根据锅水的化验，当给水和锅水中固形物含量超过允许极限值时，进行定期排污，每次排污时间在30~60s，排污时必须注意汽包水位的变化，每个水冷壁下集箱轮流进行排污，电动阀快开快关，不允许破坏锅水循环。定期排污要在锅炉负荷较低时进行，以防止锅水循环恶化。锅炉排污系统如图10所示。

（三）旁路系统

旁路系统是指将高参数蒸汽绕过汽缸的通流部分'经减温减压器降温、降压后排至汽轮机凝汽器或旁路凝汽器的连接系统。

旁路系统的形式较多，垃圾电厂的旁路系统使从旁路减温减压装置出来的低参数蒸汽进入凝汽器放热凝结成水，再由旁路凝结水泵送至除氧器。旁路凝汽器采用循环冷却水冷却，循环冷却水来自循环水冷却塔。

1、旁路系统的作用

（1）实现停机不停炉运行。电网故障或机组甩负荷时，锅炉能维持带厂用电运行，实现停机不停炉运行，停机时不影响焚烧垃圾。

（2）回收汽水和热量。机组在启、停过程中，锅炉的蒸发量大于汽轮机的进汽量，多余的蒸汽若直接排入大气，不仅损失了工质，而且对环境产生很大的噪声污染。设置旁路就可以达到回收汽水和消除噪声的目的。

（3）协调启动参数和流量，缩短启动时间。单元机组普遍采用了滑参数启动方式，为适应汽轮机启动过程中，在不同阶段（暖管、冲转、暖机、升速、带负荷）对蒸汽参数的要求，锅炉要不断地调整蒸汽压力、蒸汽温度和蒸汽流量，只靠调整锅炉燃烧的方式运行经济性较差。采用旁路系统后，使调节方式更加灵活和经济，缩短启动时间。

（4）防止锅炉超压。在机组负荷突降或甩负荷时，利用旁路系统的快开功能，可以防止锅炉安全阀的动作，减少蒸汽浪费，提高运行经济性。

（5）保护再热器。对于设置再热器的垃圾焚烧锅炉，机组正常运行时，汽轮机排汽进入再热器，再热器可以得到充分冷却。但在启动过程中，汽缸无排汽时，再热器因无蒸汽流过或流量不够，有超温的危险。蒸汽通过旁路进入再热器，可以冷却再热器，达到保护再热器安全的目的。

总之，旁路系统是机组在启、停或事故工况下的一种调节和保护系统。

2、旁路系统的形式

垃圾电厂多采用单级旁路系统，其容量为锅炉额定蒸发量的100％。这种旁路系统较为简单，操作方便。

旁路系统的特点是采用了兼有启动调节阀、减温减压旁路阀和安全阀三种作用的高压旁路控制阀，这种控制阀又称三通阀。三通阀是可控的，能迅速自动跟踪超压保护。液压控制系统通过调节控制蒸汽压力以适应机组滑参数启、停和事故工况的运行。汽轮发电机组甩负荷后锅炉可不立即熄火，带厂用电运行，事故排除后即可投入运行。减温水的调节与单级旁路快速联动，能大幅度地降温、降压，三用阀的结构尺寸小，便于布置和检修。

3、垃圾电厂旁路系统的组成

汽轮机的旁路系统由旁路减温减压器、旁路凝汽器和旁路凝结水泵组成，旁路减温减压器按100％的汽轮机额定进汽量设置，旁路凝汽器进气口设有二级减温减压器，旁路凝汽器应处于热备用状态，以便发生故障时能够快速启动。垃圾电厂单级旁路系统如图11所示。为了简化系统布置，也可将旁路凝汽器和汽轮机凝汽器合二为一。

从除氧器给水箱经给水泵、加热器到锅炉给水操作台前的全部管道系统称为锅炉给水系统。给水系统是垃圾电厂热力系统的重要组成部分，它输送的水量大、压力高，对垃圾电厂的安全、经济、灵活运行至关重要。给水系统事故会使锅炉给水中断，造成紧急停炉或降负荷运行，严重时会威胁锅炉的安全运行。因此，对给水系统的要求是在垃圾电厂任何运行方式和发生任何事故的情况下，都能保证不间断地向锅炉供水。

垃圾电厂给水系统管道的主要布置方式有集中母管制和单元制。

（1）集中母管制系统安全可靠性高，具有一定的灵活性，但阀门较多、系统复杂、投资大。

（2）单元制给水系统简单、管路短、阀门少、投资小，当采用无节流损失的变速调节时，其优越性更为突出；但其运行的灵活性差。

（五）凝结水管道系统

1、凝结水管道系统的定义

凝结水管道系统是指从凝汽器热井出口至除氧器入口的管道系统。

2、凝结水系统的作用

凝结水系统的主要作用是把凝结水从凝汽器热井输送到除氧器。同时为有关设备提供减温水、密封水、冷却水等，另外，还补充热力循环过程中的汽水损失。对垃圾电厂的凝结水系统的要求如下：

（1）设两台容量为100％的凝结水泵，一台正常运行，台备用。

（2）低压加热器和轴封加热器设置凝结水旁路。当加热器故障解列或停运时，凝结水通过旁路进入除氧器，不因加热器事故而影响整个机组正常运行。

（3）为使凝结水泵在启动或低负荷时不发生汽蚀，设置凝结水最小流量再循环。

（4）在凝汽器热井底部、低压加热器的出口凝结水管道上、除氧器水箱底部都接有排地沟的支管，以便在机组投运前，将不合格的凝结水排入地沟。

（5）除盐水补水通过补水调节阀进入凝汽器或除氧器，以补充热力循环过程中的汽水损失。

（六）抽汽系统

垃圾电厂汽轮机设有三级不调整抽汽。

（1）第一级抽汽供空气预热器、SCR烟气加热器，加热垃圾焚烧炉一、二次风和SCR系统的烟气。

（2）第二级抽汽供采暖及除氧器，当第二级抽汽不能满足除氧器使用时，可通过减压阀由主蒸汽补充供汽。

（3）第三级抽汽供低压加热器。抽汽管路上装有抽汽速关阀，当主汽门关闭后，压力油泄掉，使之自动关闭。第三级抽汽因压力较低，因此采用了普通止回阀。

（七）疏水系统

为保证机组安全、可靠运行，在受压件必要位置设有疏水阀和排气阀。在过热器、省煤器、蒸发器和水冷壁的下集箱上设有疏水管，作停炉疏水用。给水管道、主蒸汽管道、凝结水管道、汽轮机本体上也设有疏水管。各受热面的上集箱、汽包、主蒸汽管道上、给水管道的最高点上设置排气管。在机组启动前，疏水阀和排气阀必须打开，当管道内产生蒸汽，并且蒸汽压力到0.2MPa时，关闭管道上的放气阀。

疏水系统的设计应能排尽所有汽轮机本体和锅炉汽水系统、设备、管道及阀门内的水，疏水按压力等级分别进入疏水膨胀箱。疏水在膨胀箱内扩容后，回收利用。

垃圾电厂汽轮机回热系统通常设一级轴封加热器、一级低压加热器和一级除氧器。轴封加热器和低压加热器疏水排入凝汽器。

1、给水回热系统的作用

在朗肯循环中，新蒸汽的热量在汽轮机中转变为功的部分只占30%左右，而其余70%左右的热量随乏汽进入凝汽器，在凝结过程中被循环水带走了，致使朗肯循环热效率较低。为了减少凝汽器中被冷却水带走的热量，采用了利用抽汽加热给水的热力循环——给水回热循环，以便提高机组的热效率。给水回热流程如图12所示。

2、给水回热换热器的类型

回热加热器按汽、水介质传热方式分混合式和表面式两种，除氧器为混合式加热器，其余加热器均为表面式加热器。在表面式加热器中，汽、水两种介质通过金属受热面实现热量传递，凝结水泵输送的凝结水在管内流动，汽轮机的抽汽从管外通过。蒸汽进入汽侧后，在导流板的引导下成S形均匀流经全部管束外表面进行放热，最后冷凝成凝结水由加热器底部排出。汽侧不能凝结的空气由加热器排出，以免增大传热热阻、降低热循环效率。

3、表面式加热器的特性

（1）表面式加热器的优点。由表面式加热器组成的回热系统简单，运行安全可靠，布置方便。

（2）表面式加热器的缺点。

1）由于金属壁面存在传热的热阻，所以给水不能被加热到加热器压力下的饱和温度，加热器压力下饱和水温度与出口水温度之差称为表面式加热器的端差。由于端差的存在，所以未能最大程度地利用加热蒸汽的热能，热循环效率较混合式差。

2）由于有金属传热面，金属耗量大，内部结构复杂，所以制造较困难，造价高。

3）不能除去水中的氧和其他气体，未能有效地保护高温金属部件的安全。

4、表面式加热器的形式

垃圾电厂低压加热器多采用表面式换热方式，表面式加热器按其布置的方式分为卧式和立式，卧式加热器的传热效果较好，在结构上便于布置蒸汽冷却段和疏水冷却段，有利于提高热循环效率，并且安装、检修方便。立式加热器的传热效果不如卧式加热器好，但它占地面积小，便于布置，小容量机组普遍采用立式加热器。低压加热器壳体汽侧应设安全阀。

5、表面式加热器的水侧旁路

（1）水侧旁路的作用。表面式加热器管束内的水压比筒体内的汽压高得多，在运行中若管束破裂、泄漏，压力水会沿着抽汽管道倒流入汽轮机，造成严重事故。为了避免汽轮机进水、加热器筒体超压和供水中断，在设计回热加热系统时，必须考虑设置水侧旁路系统。

（2）水侧旁路的形式。表面式加热器水侧旁路通常分为小旁路和大旁路两种。每台加热器均设一个旁路，称为小旁路，两台及以上加热器共设一个旁路，称为大旁路。大旁路具有系统简单、阀门少、节省投资等优点，但当一台加热器故障时，该旁路中的其余加热器也随之解列停运，凝结水温度大幅度降低，这不仅降低机组运行的热循环效率，而且使除氧器进水温度降低，工作不稳定，除氧效果变差；小旁路与大旁路恰恰相反。低压加热器的主凝结水系统多采用大、小旁路联合应用的方式。

6、加热器的疏水系统

垃圾电厂加热器的疏水收集方式一般都采用疏水自流方式，疏水汇集到凝汽器。疏水逐级自流系统简单、可靠、投资小、不需附加运行费用、维护工作量小。但是，疏水逐级自流方式的热循环效率差。垃圾电厂低压加热器疏水流程如图13所示。

低压加热器设两个疏水口，一个为常用疏水口，另一个为紧急疏水口，常用疏水口配疏水调节阀。

（九）除氧系统

1、除氧系统的作用

除氧系统的作用是除去水中的氧气和其他不凝结气体，防止热力设备发生氧腐蚀和传热恶化，保证热力设备的安全经济运行。防止锅炉氧腐蚀最有效的方法是加强锅炉给水的除氧，使给水中的含氧量达到水质标准的要求。每台汽轮机设置一台除氧器，用于余热锅炉给水的除氧和给水加热。

（1）给水系统中的溶解氧的来源。

1）补水带入。

2）系统中处于真空状态下的热力设备（凝汽器、低压加热器等）及管道附件的不严密处漏入了空气。

（2）给水中溶解有气体的危害。

1）造成热力设备及管道的氧腐蚀，降低其工作可靠性和使用寿命。

2）水中所有的不凝结气体，增加了热阻，使换热设备的传热恶化，降低热力设备的运行经济性。

2、给水除氧原理

根据气体溶解定律，任何气体在水中的溶解度与此气体在气水分界面上的分压力和水温关。根据氧的特性，水中除氧可从以下几个方面着手：

（1）水加热，减小氧的溶解度，水中氧气就可以逸出。

（2）使水面上空的氧分子都排除或转变成其他气体。既然水面上没有氧分子存在，氧的分压力就为零，水中氧的溶解度为零，水中氧气不断逸出。

（3）使水中的溶解氧在进入锅炉之前就转变为与金属或其他药剂的化合物而消耗干净。

3、给水除氧的方式

锅炉给水除氧的方式很多，垃圾电厂常用的除氧方法有化学除氧、热力除氧两种方式。

（1）化学除氧法。其是利用某些易与氧发生化学反应的化学药剂，使之与溶解在水中的氧发生化学反应，实现除氧的目的。常用的除氧反应剂有亚硫酸钠、联氨等。垃圾电厂常用联氨除氧。联氨在常温下是无色液体，易溶于水和乙醇。联氨是极为有效的除氧剂，与水中氧气反应生成水和氮气，不增加水中的含盐量。

化学除氧法是热力除氧后的辅助措施，以彻底消除水中残留的氧。

（2）热力除氧。其是利用蒸汽加热方式除氧，既可以除去水中溶解的氧气，也能除去水中溶解的其他气体，且没有残留物质，具有价格便宜的优势，是锅炉给水的主要除氧方式。

1）热力除氧原理。热力除氧原理是将水加热至相应压力下的饱和温度（一般达到沸点），蒸汽分压力接近水面上的全压力，溶解于水中氧的分压力接近于零，使氧析出，再将水面上产生的氧气排除，从而保证给水含氧量达到水质标准的要求。

2）热力除氧的特点。

a.不仅能除O₂,还能除CO₂及其他气体。

b.除氧水中不增加含盐量，也不增加其他气体的溶解量。

3）热力除氧的分类。热力除氧按压力大小可分为压力式和大气式两种。大气式热力除氧工艺，除氧器内保持比大气压力稍高的压力，以便于排出逸出的气体。

4）热力除氧对运行工况的要求。要实现较好的除氧效果必须实现以下运行工况：

a.要把水加热到除氧器工作压力下的饱和温度，以保证水面上水蒸气的压力接近于水面上的全压力。

b.及时排走水中逸出的气体，维持液面上氧气及其他气体分压力为零或最小。

c.水与加热蒸汽应有足够的接触面积。

4．除氧器的类型及运行方式

（1）除氧器的类型。

1)除氧器按工作压力可分为3种类型，即真空式除氧器、大气式除氧器和压力式除氧器。真空式除氧器只作为辅助除氧器，对补水进行初步除氧，大气式除氧器适用于中、低压机组，压力式除氧器适用于高压及以上机组。

2）按除氧头的布置方式可分为立式除氧器和卧式除氧器两种。

3）根据水在除氧器内流动形式可分为淋水盘式、水膜式、喷雾式除氧器等。

（2）除氧器的运行方式。除氧器采用定压和滑压两种运行方式，定压运行是指除氧器在运行过程中保持其工作压力不变，汽轮机的抽汽压力一般要高出除氧器工作压力0.2MPa，在抽汽管道上安装压力调节阀，保证机组负荷变化时除氧器的工作压力恒定不变。除氧器在对给水进行加热的过程也是除氧过程，在除去氧气的同时也除去了其他气体。除氧器热力系统如图14所示。

5．给水泵

（1）给水泵的作用。给水泵是锅炉的主要辅助设备，锅炉运行中，给水泵不断地向锅炉补水，以保证工质的平衡和汽包水位的稳定。给水泵也为过热器提供减温水。

（2）给水泵的工作原理。锅炉给水泵的形式很多，按工作原理不同可分为离心式、轴流式等。垃圾电厂由于设备容量小，锅炉给水泵大都采用离心式。它由叶轮、外壳等部件组成。

电动机带动叶轮高速旋转时，叶轮中心区形成负压，低压水从吸入口流入泵内，然后进入叶轮流道。在离心力作用下水甩向泵壳的内壁，然后流经断面逐渐扩大的蜗形外壳，流速降低，压力提高，从出口排出。

垃圾电厂锅炉的给水泵，几乎都使用多级离心泵。它是由数个单级叶轮串联而成的，水的压力在各级泵体中逐级升高，克服省煤器和管道的阻力，给水进入汽包。

（3）给水泵的调节方式。给水泵的运行转速有定速和变速之分。定速给水泵由电动机直接驱动，变速给水泵由变频调节器电动机驱动。目前，垃圾电厂的给水泵趋向于用无级变速的电动机来驱动。利用转速变化来调节给水泵的流量和压头，比用节流调节所消耗的功率小，从而降低了厂用电，提高了运行经济性。

为了保证给水的可靠性，给水泵都设有备用泵。一旦运行水泵发生故障，可立即启动备用泵，以免造成给水中断。

四、余热锅炉