精品文檔-下載后可編輯長周期服役小型汽輪機(jī)組節(jié)能降耗研究1改造可行性

由于建立時(shí)間較早，電廠部分機(jī)型是我國50年代最早設(shè)計(jì)的機(jī)型，通流部分設(shè)計(jì)多基于一維、準(zhǔn)二維或二維設(shè)計(jì)，存在葉柵型線落后、各級(jí)焓降分配不合理等問題，在投運(yùn)若干年后，隨著老化其性能逐漸下降變差無法避免。盡管后來做過一些局部改動(dòng)，但整體效率仍然非常低，在實(shí)際運(yùn)行中常常很難達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，很多已超過5.5kg/kWh，甚至更高，機(jī)組總體內(nèi)效率僅為75％左右，因此機(jī)組存在提高效率的很大空間。同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的提高和CFD三維流場求解精度的完善，已能成功模擬汽輪機(jī)葉柵內(nèi)部邊界層分離、回流、動(dòng)靜葉排相互干涉流動(dòng)等復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象，[1，2]且已步入工程應(yīng)用與實(shí)施的新型葉型不斷增多。這為尋找現(xiàn)有汽機(jī)主要能量損失點(diǎn)，合理分配級(jí)間焓降，提高機(jī)組性能成為可能。

2葉片優(yōu)化改造

眾所周知，汽輪機(jī)內(nèi)部流場非常復(fù)雜，由于旋轉(zhuǎn)失速、喘振、葉片排間的相互干擾等現(xiàn)象存在，使在三維葉柵總損失中占有很大比例的二次流動(dòng)就不可避免，其產(chǎn)生的根本原因是端壁附面層和葉片附面層里的不平衡的壓力梯度場。為了減小二次流損失，只要削弱上述二種因素中的任一因素，就能取得成效，借助當(dāng)今高度發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)，人們提出了可控渦設(shè)計(jì)、新型葉型、邊界層控制等方法。[3]另外，根據(jù)不同葉型各自的特點(diǎn)，不同葉型在不同場合可相輔相成，有效降低能量損耗。如雖然葉型的后加載性能差，型線和二次流損失較大時(shí)，若靜、動(dòng)葉型均采用后加載性較強(qiáng)的葉型，則可利用高的后加載性使葉片表面的邊界層的流態(tài)絕大部分處于層流狀態(tài)，從而減小型線損失。而且由于端壁處葉片表面的壓力分布的強(qiáng)后加載性，減輕了端壁橫向二次流的強(qiáng)度，減小了端壁二次流損失。為了使動(dòng)葉片排的相對柵距沿徑向變化均勻一些，各截面均處在最佳相對柵距范圍內(nèi)，同時(shí)保持葉型的壓力分布曲線具有較好的后加載性，以便于整個(gè)葉柵獲得良好的氣動(dòng)性能，還可通過計(jì)算改變動(dòng)出氣角沿徑向分布規(guī)律，使其靜葉出氣角的徑向變化的趨勢更強(qiáng)烈些，也就是說靜葉片反扭的更厲害些，從而實(shí)現(xiàn)它們沿徑向分布更均勻些，以利于各級(jí)靜、動(dòng)葉片的設(shè)計(jì)，減小二次流損失。本次優(yōu)化改造采用新型葉型法，葉型主要為后加載葉型、層流葉型。后加載葉型主要是讓汽流加速區(qū)集中在葉柵出口附近，使得整個(gè)葉柵通道內(nèi)的平均汽流速度降低，減少了邊界層損失，同時(shí)，葉柵流道前段壓力面與吸力面的壓差和橫向壓力梯度較小，推遲了根、頂部端壁二次流的生成和發(fā)展，降低了二次流損失。層流葉型是在后加載葉型的基礎(chǔ)上開發(fā)出的新一代葉型，克服了后加載葉柵易引起流動(dòng)分離的缺點(diǎn)。其主要是通過控制葉型表面邊界層從層流態(tài)向紊流態(tài)的轉(zhuǎn)捩點(diǎn)，減小葉型損失。從降耗效果、投入資金對比分析后，確定優(yōu)化改造主要內(nèi)容為：調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴采用層流葉型、子午收縮和全三維優(yōu)化，轉(zhuǎn)向?qū)~環(huán)葉片更換為新一代后加載型靜葉，復(fù)速級(jí)一、二列葉片全三維技術(shù)設(shè)計(jì)更換。優(yōu)化后，葉柵吸力面內(nèi)伸斜激波的強(qiáng)度及喉部附近的壓力突跳明顯降低，減小了激波損失，另外，吸力面進(jìn)口曲率變得連續(xù)，消除了葉柵吸力面進(jìn)口處壓力的突跳，有利于降低葉型損失。

3汽封更換

汽封裝置密封性能的優(yōu)劣對葉輪機(jī)械性能有相當(dāng)大的影響。[4]電廠改造汽輪機(jī)組汽封原采用梳齒式汽封，漏汽現(xiàn)象的存在導(dǎo)致機(jī)組經(jīng)濟(jì)性較差。熱耗值較高。分析認(rèn)為，梳齒式汽封是利用節(jié)流效應(yīng)、熱力學(xué)交換效應(yīng)、磨阻效應(yīng)起到密封作用，這就要求汽封齒尖越尖越好、齒數(shù)越多越好、汽封與轉(zhuǎn)子的間隙越小越好。前二者受加工工藝、空間位置等因素影響在現(xiàn)實(shí)中很難達(dá)到完全理想的效果，當(dāng)汽封與轉(zhuǎn)子的間隙越小時(shí)，汽封齒尖與轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨的幾率增加，碰磨在高速轉(zhuǎn)動(dòng)下產(chǎn)生很高的熱量使齒尖磨損降低密封效果，而且齒越尖越容易被破壞，使得機(jī)組在運(yùn)行一段時(shí)間后，漏汽量增加，熱耗值增高?，F(xiàn)有新型汽封較多，無論是哪種新型汽封，均能達(dá)到較好效果，對于電廠小型中溫中壓汽輪機(jī)組，本著間隙可調(diào)、安裝方便、不會(huì)出現(xiàn)掉臺(tái)和被拉彎的現(xiàn)象的考慮，本次改造采用了蜂窩式汽封。

4改造效果

汽輪機(jī)流通部分改造后：在純凝工況下的汽耗率由5.51kg/kWh降低為4.74kg/kWh；額定工況下的汽耗率由5.7kg/kWh降低為5.33kg/kWh；內(nèi)效率由改造前的73%提高到89%。按此測算，汽輪機(jī)節(jié)能優(yōu)化后，在純凝工況下，單臺(tái)汽輪機(jī)年降低新蒸汽耗量27720噸以上，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2848噸左右。年可減少SO2生成量40.11噸，NOx生成量14.05噸，有效減少了廢氣排放。

5結(jié)論

①改造結(jié)果表明，汽輪機(jī)通流部分優(yōu)化改造可大幅降低汽輪機(jī)組熱耗率、提高機(jī)組效率，減少廢氣排放，是長周期服役小型汽輪機(jī)節(jié)能降耗有效措施之一。②機(jī)組改造應(yīng)根據(jù)自身設(shè)備實(shí)際情況，查找能量損失