燃气轮机余热锅炉三级均流扩散过渡烟道制造技术

本发明专利技术公开了一种在燃气轮机余热锅炉中使用的过渡烟道，过渡烟道为三级扩散导流设计。该过渡烟道包括顺序连接的渐扩型引导烟道（2）、圆-方转换水平烟道（3）、渐扩喷咀型扩散烟道（4）、线性型扩散烟道（5）；燃气轮机烟道出口（1）与渐扩型引导烟道（2）的进口连接，余热锅炉烟气进口（6）与线性型扩散烟道（5）的出口连接，在线性型扩散烟道（5）的进口设有沿气流方向设置的中心导流板（7）。本发明专利技术能使燃气轮机出口的高速烟气在过渡烟道内实现四周扩散，逐级导向，减少边界层的分离和回流区的产生，从而提高过渡烟道内和余热锅炉进口截面烟气流动的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种在燃气轮机余热锅炉中使用的过渡烟道，过渡烟道为三级扩散导流设计。该过渡烟道包括顺序连接的渐扩型引导烟道（2）、圆-方转换水平烟道（3）、渐扩喷咀型扩散烟道（4）、线性型扩散烟道（5）；燃气轮机烟道出口（1）与渐扩型引导烟道（2）的进口连接，余热锅炉烟气进口（6）与线性型扩散烟道（5）的出口连接，在线性型扩散烟道（5）的进口设有沿气流方向设置的中心导流板（7）。本专利技术能使燃气轮机出口的高速烟气在过渡烟道内实现四周扩散，逐级导向，减少边界层的分离和回流区的产生，从而提高过渡烟道内和余热锅炉进口截面烟气流动的均匀性。【专利说明】燃气轮机余热锅炉三级均流扩散过渡烟道
本专利技术应用于燃气轮机余热锅炉领域中，具体是涉及一种有效提高余热锅炉进口平面速度均匀性的过渡烟道。
技术介绍
燃气轮机出口与余热锅炉受热面之间往往需用过渡烟道相连。燃气轮机出口和余热锅炉受热面进口两者之间的尺寸相差很大，且前者处于相对后者下端的不利位置。传统过渡烟道结构设计成上表面为两段仰角段，下表面为具有一定倾斜角的平面，完成进口到出口的空间扩张。上述结构导致烟道内烟气的流动状况不佳，烟气一般以60?150m/s、甚至200m/s的流速进入过渡烟道的进口平面，随后在过渡烟道底部形成一股高速主气流，而烟道中、上部相当大区域内流速很低，一般小于5m/s，并且由于速度梯度很大，在余热锅炉进口平面产生了很强的卷吸气流，且在中上部附近形成较大的旋涡，从而形成大范围的回流区，造成余热锅炉各受热面内烟气流动分布极不均匀。由于余热锅炉的换热效率与进入其烟气的流动均匀性相关，在进口平面流速分布越均匀，余热锅炉的换热效率越高。这种烟气进口流场的不均匀性，严重影响余热锅炉管束换热性能，使其达不到设计指标。此外，当流速不均时，在余热锅炉的进口部位面对局部高速的换热管束将受到很大的冲击，既会遭受管子磨损，还会因流体冲击而发生管束振动，甚至造成振动损坏，这对余热锅炉的性能及寿命都产生巨大的不良影响。目前解决余热锅炉进口烟气流动不均匀性问题的措施有:1.在烟道的上表面布置一个拐点来调整烟道上表面的仰角，把上表面分为30°和50°前后两段，使得出口截面的速度最大值有所下降，贴近烟道上表面的回流区面积减小，但改善效果不明显。2.在过渡烟道下表面处靠近过渡烟道进口(燃气轮机出口)位置添加导流板(3片)，通过导流板的强迫流动，使原来的一股紧贴烟道下表面的主气流分成3股气流布满整个烟道的出口截面，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，使烟气在烟道内烟气流动的均匀性增加。但该区域导流板尚有不足之处:烟道的最下部相对于其他区域烟气流速较大，易集中冲击底部管束；当烟道进口气流速度很高时，导流板需承受的冲击较大。3.在过渡烟道下表面上、面对高速气流区加装栅格挡板，以强迫部分气流向过渡烟道上部的低速气流区重新分配。该栅格挡板由大口径管组合而成，结构复杂，维护困难，而且，栅格也容易遭受冲击和磨损。此外，栅格挡板的装设增加了烟气的流动阻力，使燃气轮机出口压力提高，降低了燃气轮机的发电功率。总之，现有的过渡烟道设计，高速气流多是从相对于余热锅炉进口受热面的下端进入，阻碍了气流的扩散，在余热锅炉进口处高速气流仍是集中在底部，致使速度分布极不均匀；或者为均匀过渡烟道上下区域的烟气流而明显增加烟气的阻力，使燃气轮机的发电功率降低。
技术实现思路
技术问题:本专利技术的目的是提供一种燃气轮机余热锅炉三级均流扩散过渡烟道，旨在改善余热锅炉本体进口烟气流动的均匀性，以提高余热锅炉受热面的换热效果；降低烟道下部气流的局部高速，减小管束冲击造成的振动和下部管束的磨损，以保护下部管束。技术方案:本专利技术解决上述问题所采用的新的技术方案如下。本专利技术的燃气轮机余热锅炉三级均流扩散过渡烟道包括顺序连接的渐扩型引导烟道、圆-方转换水平烟道、渐扩喷咀型扩散烟道、线性型扩散烟道；燃气轮机烟道出口与渐扩型引导烟道的进口连接，余热锅炉烟气进口与线性型扩散烟道的出口连接，在线性型扩散烟道的进口设有沿气流方向设置的中心导流板。渐扩型引导烟道，进口为圆形，与燃气轮机出口连接，形状与其相同；出口为圆形，直径比进口增加，增加比例在1.1?2范围内；进口中心与燃气轮机出口的中心位置相同，而出口中心与余热锅炉进口的中心位置高度相同，二者不在同一水平面，且出口中心高于进口中心，为非水平烟道；侧表面采用光滑流线型结构，将进口与出口连接；竖直方向的截面为一系列尺寸按比例增加的圆，形成渐扩结构。圆-方转换水平烟道，进口为圆形，与渐扩型引导烟道的出口连接，形状与其相同；出口为矩形，形状与余热锅炉进口相似且按一定比例缩小，缩小比例为0.3?0.7 ;进口与出口的中心在同一水平线，构成水平烟道；沿水平方向矩形出口的四边分别与对应于四边中点的圆形进口的四等分点相连，形成四个等腰三角形平面，四个等腰三角形平面之间用曲面光滑无缝连接，形成圆-方转换水平烟道的侧表面，形成圆-方转换。渐扩喷咀型扩散烟道，进口与圆-方转换水平烟道的出口连接，形状与其相同；出口为与进口形状相似的矩形，但尺寸按比例放大，放大比例为1.1?1.3 ;进口与出口的中心在同一水平线，构成水平烟道；竖直方向截面为一系列中心位置高度相同而尺寸按曲线方程增加的矩形，构成四面为光滑曲面的侧表面，形成喷咀结构。线性型扩散烟道，进口与渐扩喷咀型扩散烟道的出口连接，形状与其相同；出口与余热锅炉进口连接，形状与其相同；进口与出口的中心在同一水平线，构成水平烟道；竖直方向截面为一系列中心位置高度相同而形状相似且按比例线性增加的矩形，构成四面为平面的侧表面，形成四棱台结构。中心导流板，安装于线性型扩散烟道进口内侦彳，数目为2、4、6或8个，在竖直方向以渐扩喷咀型扩散烟道的水平中心平面为基准，上下对称排布于扩散烟道进口处，导流板与渐扩喷咀型扩散烟道的水平中心平面的倾斜角度在10°?70°以内，从中心平面向上下两侧依次对称增加。该过渡烟道包括三级扩散:第一级为渐扩型引导烟道，该引导烟道将燃气轮机烟道出口由较低位置引导到余热锅炉烟气进口的对称中心位置，为烟气流沿余热锅炉烟气进口的均匀扩散和分配(高度方向和宽度方向)创造条件。烟气流沿引导烟道的流向逐渐扩散。引导烟道为圆形截面曲线烟道，其光滑流线型结构可使烟气流沿壁面流动时减少边界层的分离和逆向回流的产生。第二级包括圆-方转换水平烟道和渐扩喷咀型扩散烟道两部分，实施烟气流的进一步扩散。水平烟道一方面进行烟道的圆一方形转换，以适应余热锅炉的矩形进口截面的要求，同时引导上级引导烟道的斜向气流向水平气流转变，两者均有利于烟气流在余热锅炉进口截面上的均匀分配。渐扩喷咀型扩散烟道呈流线型扩散结构，可减少沿壁面的边界层分离和逆向回流的产生。第三级为线性型扩散烟道，实现烟气流的最终扩散，其进口截面与渐扩喷咀型扩散烟道的出口截面相同，出口则与余热锅炉烟气进口相连接。渐扩喷咀型扩散烟道、线性型扩散烟道组成无台阶的均匀扩散结构。当燃气轮机烟道出口与余热锅炉烟气进口在尺寸上相差巨大和位置上不对称时，本专利技术的三级均流扩散烟道可实现气流的理想过渡和均匀分配。有益效果:本专利技术与现有的关于过渡烟道的改进，如改变上表面仰角并加装导流板，在烟道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气轮机余热锅炉三级均流扩散过渡烟道，其特征在于该过渡烟道包括顺序连接的渐扩型引导烟道（2）、圆?方转换水平烟道（3）、渐扩喷咀型扩散烟道（4）、线性型扩散烟道（5）；燃气轮机烟道出口（1）与渐扩型引导烟道（2）的进口连接，余热锅炉烟气进口（6）与线性型扩散烟道（5）的出口连接，在线性型扩散烟道（5）的进口设有沿气流方向设置的中心导流板（7）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伶玲，陶璐，赵长遂，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：