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汽輪機節(jié)能改造技術(shù)

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產(chǎn)品簡介

汽輪機節(jié)能改造技術(shù)一、汽輪機通流改造概述隨著葉輪機械氣動熱力學(xué)和汽輪機通流部分設(shè)計概念與手段迅速發(fā)展與更新，目前，以氣動熱力分析計算為核心的汽輪機通流部分設(shè)計方法已成熟，以彎扭聯(lián)合成型為代表的第四代通流設(shè)計已進入工業(yè)化實用階段，其效率比第二代汽輪機提高約5%

詳細介紹

汽輪機節(jié)能改造技術(shù)

一、汽輪機通流改造概述

隨著葉輪機械氣動熱力學(xué)和汽輪機通流部分設(shè)計概念與手段迅速發(fā)展與更新，目前，以氣動熱力分析計算為核心的汽輪機通流部分設(shè)計方法已成熟，以彎扭聯(lián)合成型為代表的第四代通流設(shè)計已進入工業(yè)化實用階段，其效率比第二代汽輪機提高約5%。目前，世界上幾乎所有大型汽輪機制造廠家如三菱、ABB、GE、日立、東芝、西門子、GEC-ALSTHOM等都在生產(chǎn)彎扭葉片的新一代汽輪機產(chǎn)品投入市場。這一設(shè)計體系主要特征是：

1、對每一排靜、動葉片不同截面葉型的流動性能進行詳細的全四維計算分析與設(shè)計優(yōu)化；

2、對每一排靜、動葉柵內(nèi)部的流動進行計算分析與設(shè)計優(yōu)化；

3、對高、中、低壓缸多級透平各級靜、動葉片排的相互匹配進行精確流場計算與設(shè)計優(yōu)化。

上述改造需要大量的計算分析與設(shè)計優(yōu)化，這些都是首先在現(xiàn)代電子計算機上由、可靠的計算機軟件來完成，所有的靜、動葉片都是采用的CAD軟件在電子計算機上進行全三維造型。然后，還對設(shè)計方案進行了大量的實驗研究，在驗證了其性能的性之后，再由制造廠采用的工藝加工制造出來的。

在汽輪機通流部分現(xiàn)代化改造中，老機組的全部靜、動葉片都將被更換，在新的隔板、轉(zhuǎn)子中采用了具有當(dāng)代水平的新技術(shù)。

二、汽輪機通流改造主要內(nèi)容

2.1更換調(diào)節(jié)級子午面收縮靜葉柵

子午面收縮降低靜葉柵二次流損失，一般可使透平級效率提高1.5-2%。子午面收縮是一種全四維設(shè)計概念，其主要優(yōu)點是降低靜葉柵通道前段的負荷，減少葉柵的二次流損失。對于調(diào)節(jié)級靜葉柵，由于其相對葉高很短（一般l/b≤0.4），二次流損失占葉柵總損失比例很大，因此使用子午面收縮的收益相當(dāng)可觀，這對提高高壓缸效率十分重要。在新設(shè)計高壓缸調(diào)節(jié)級中采用了子午面收縮靜葉柵，經(jīng)計算和實驗驗證可使調(diào)節(jié)級效率提高1.7%。

圖片1.png

圖1. 子午面收縮靜葉柵示意圖

2.2新型“后加載"靜葉葉型

理論分析和實驗驗證均表明這一新葉型的效率大大高于老機組中使用的傳統(tǒng)葉型。圖1、圖2是新、老葉型以及其表面速度分布的比較。特別應(yīng)指出的是，“后加載"葉型在來流方向由－30°到+30°的變化范圍都可保持低損失，而老葉型的這一范圍約為±20°，這就使得新設(shè)計的通流部分在負荷（即流量）變化范圍很大時仍有較高的效率，這對機組參加調(diào)峰運行非常有利。

圖片2.png

圖2. 新（左）老（右）葉型比較

2.3高壓缸隔板靜葉分流葉柵

高壓靜葉原設(shè)計為窄葉片加強筋結(jié)構(gòu)（見圖5），由于加強筋的型線與葉型不匹配，特別是早期的汽輪機加強筋數(shù)目多，又缺乏嚴格的工藝要求，加強筋加工粗糙且加強筋與葉型通常不能對齊，造成靜葉柵損失大大增加。本方案采用新葉型的分流葉柵（圖5），可使葉柵損失大幅度降低，高壓級采用分流葉柵可使缸效率提高4%以上。

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圖3. 高壓原設(shè)計加強筋葉柵（左）與新設(shè)計分流葉柵（右）

2.4彎扭聯(lián)合成型靜葉柵

彎扭聯(lián)合成型靜葉柵，是第四代汽輪機技術(shù)的集中體現(xiàn)，世界各國的大量理論與實踐都證明采用這一技術(shù)可使汽輪機級的效率提高1.5~2%。這些葉片已在12MW-200MW系列機組通流部分廣泛采用。圖3是適用于低壓缸的彎曲加扭轉(zhuǎn)的葉片，圖4是適用于低壓末級的根部彎曲、頂部不彎曲（或少許彎曲）、變截面扭轉(zhuǎn)葉片。計算和實驗證明彎扭葉柵總損失比傳統(tǒng)直（扭）葉柵下降1/4甚至更多。

圖片4.png

圖4. 低壓缸通流部分彎扭靜葉片低壓缸末級彎扭靜葉片

2.5新型動葉片型線

動葉片的自帶圍帶內(nèi)側(cè)通常按流道形狀設(shè)計成圓錐面，相應(yīng)地，動葉片根部及相鄰靜葉片根部與頂部也設(shè)計成圓錐面，于是通流部分子午面十分光順，而原設(shè)計通流子午面都呈現(xiàn)明顯的階梯狀。顯然，新設(shè)計的光順的子午面有更高的流動效率。

圖片5.png

圖5. 動葉鉚接圍帶（左）與自帶圍帶（右）對比示意圖

2.6增加汽封齒數(shù)

新設(shè)計自帶圍帶動葉片的頂部外圓可以布置多個汽封齒，還可以加工成凹凸形狀構(gòu)成高、低汽封（參見圖5），從而大大減少了漏汽損失。

2.7末級根部高反動度設(shè)計

通過采用彎扭靜葉片、新型動葉片、子午面根部反凹造型、靜動葉匹配等多項措施，將設(shè)計工況下末級根部反動度提高到25%以上，這就使得末級氣動性能大為改善，特別是防止了在低壓缸小流量時末級根部通常容易出現(xiàn)的脫流和倒流以及由此帶來的動葉根部出汽邊水蝕現(xiàn)象，大大提高了低壓缸運行安全可靠性，增強了機組調(diào)峰和變工況運行能力。

2.8鑄鐵隔板改為焊接鋼隔板

隔板設(shè)計全部改為焊接鋼隔板。焊接鋼隔板材質(zhì)好、葉柵部分加工精度高，能保證靜葉柵達到設(shè)計氣動熱力性能，并可延長隔板使用壽命。

三、汽輪機通流改造優(yōu)點

改善汽輪機內(nèi)部流體通道環(huán)境，綜合能效提高10%左右；

提高密封性能，減少蒸汽泄漏率；

增強負荷調(diào)節(jié)和適應(yīng)能力，低負荷狀態(tài)下保持較高的運行效率；

增強汽輪機運行的安全可靠性，延長使用壽命。

四、工程案例

晉煤集團旗下某煤化工企業(yè)，實施B9-8.83/4.9高背壓汽輪機節(jié)能改造。采用合同能源管理分享型模式，合同期限5年，改造前測得汽耗值為42kq/kwh，發(fā)電功率6000kw左右。改造后同等工況下，發(fā)電功率8500kw左右，汽耗值降到30kq/kwh以下，節(jié)能效率25%以上。