动设备石Pet油ro—化Ch工em设ic备al技Eq术ui，p2m00en9t，3T0e(c2h)no·lo1gy·高效烟气轮机设计的探讨丁勤．冀江(中国石化工程建设公司，北京100101)摘要：文章以在保证足够的安全裕度前提下，提高整机的效率，作为高效烟气轮机气动设计原则，分别探讨了高效烟气轮机的气动分析方法和气动分析特点，以及成功的应用实例。着重探讨了气动设计中减小能量损失、提高设计可靠性和变工况适应性的措施和手段。是对近期烟气轮机高效气动设计的一个阶段性总结。关键词：YL型烟气轮机；高效；气动计算；流场分析；能量损失；磨损中图分类号：TE97文献标识码：B文章编号：1006—8805(2009)02—0001-05从首台烟气轮机投运至今已经30年有余，共轮机全流场分析的特点在于：生产运行了160多台。随着烟气轮机设计经验的1．1进气锥内气流状况不断积累，以及设计手段的日趋完善，我们对高效图1是烟气轮机全流场的模型图。通过分析烟气轮机的设计有了更加深入的理解。进气锥的气液状况中，获得更为均匀的流场，提高由于工作介质是催化裂化装置中含有催化剂导叶的工作效率，可使得催化剂颗粒在流场中的颗粒的高温烟气，因此，烟气轮机的气动设计具有分布更合理，从而改善动、静叶的工作环境。一定的特殊性。提高烟气轮机的效率，节能降耗1．2排气壳体内气流状况是我们设计烟气轮机的目的。但是，除了考虑高通过分析排气壳体对动叶出口气流的影响，温对烟气轮机部件强度的影响，还要考虑到催化指导排气壳体的结构设计，从而提高排气界面流剂颗粒对部件的冲蚀和附着，以及催化剂堆积带场的合理性，提高排气蜗壳的效率，进而提高烟气来的动、静摩擦等影响，掌握固体颗粒的运行规律轮机的整体效率(见图1)。和磨损规律，采用超过一般透平设计的安全裕度，1．3轮盘冷却蒸汽的影响因素成了烟气轮机能否安全运行的关键。因此，在保轮盘冷却蒸汽和催化剂颗粒分布对流场的影响见图2。轮盘冷却蒸汽的温度一般在250℃以证足够的安全裕度的前提下，提高整机效率，是高下，进人烟气轮机后，一方面造成动叶入口气体焓效烟气轮机气动设计的原则。的减小，而且对动叶叶栅流场带来一定的干扰，其通常双级烟气轮机每级的焓降小，叶栅中的冷却蒸汽的用量，直接影响到烟气轮机的效率；另气流速度较低，其气动设计的难度相对较小；而单级烟气轮机焓降大，要获得较高的绝热效率，气动设计难度较大。鉴于目前单级烟气轮机在催化裂收稿日期：2009一O1—20。化装置中的广泛运用，尤其是在大型装置中，所以作者简介：丁勤(1968一)，女，北京市人，1992年毕业于北京工业大学机械专业，获学士学位，现在中国石化工程建设公本文以单级烟气轮机为例，进行探讨。司负责转动设备的机组成套设计和烟气轮机的本体设计工1高效烟气轮机的气动分析方法作，高工、机械设计专业副总工程师，曾承担30000kW级别要想获得较高的烟气轮机效率，设计方法是特大功率的烟气轮机制造及应用的项目开发负责人，中国石非常重要的。YL型烟气轮机的设计采用了气动油天然气股份有限公司兰州石化分公司3000kt／a重油催化计算与CFD流场分析相结合的方法。特别要说裂化裂化装置设计的专业负责人。曾获2005年中国石油天然气集团公司技术创新一等奖，2005年中国石油化工集团明的是，所谓流场分析是对烟气轮机的整个流场公司科技进步三等奖，中国石油化工集团公司2004～2005进行分析。为提高效率，同时保证气动计算的可年度优秀工程设计一等奖，已发表论文3篇。靠性，一个完整全面的流场分析是必须的。烟气Email：dingqin@sei．corn．cn石油化工设备技术一方面利用轮盘冷却蒸汽的流动性，将轮盘与空经过流场分析给出合理的冷却蒸汽用量，在保证气间的摩擦热带走，建立稳定的轮盘温度场，以防安全运行的前提下，可提高烟气轮机的效率。止轮盘超温。但是轮心与轮缘间的温度差，也会形成轮盘温度应力，目前采用的轮盘材质具有很好的耐高温能力，因此控制合理的冷却蒸汽用量，有利于烟气轮机的安全运行。在双级和单级烟气轮机运行中，轮盘冷却蒸汽的作用有所不同。对于双级烟气轮机除控制轮盘温度场外，还有一个非常重要的作用，就是利用轮盘冷却蒸汽对两级轮盘问进行吹扫，防止此处催化剂的堆积，因此双级烟气轮机轮盘冷却蒸汽用量相对较大；单级烟气轮机轮盘冷却蒸汽的作用主要是利用蒸汽的流动，将轮盘与空气间的摩00．5001．000(m】擦热带走，控制轮盘的温度，因此单级烟气轮机的轮盘冷却蒸汽的用量相对较小。针对每台烟气轮机的流场特性、转子的转速以及蒸汽的品质差别，冈1烟气轮机全流场的模型图2轮盘冷却蒸汽和催化剂