論超超臨界機組spe的綜合治1a(編輯修改稿)
2025-09-14 17:01 本頁面
【文章內容簡介】 的蒸汽流沖擊下剝落并被蒸汽帶離。若出現這種情況所產生的固體顆粒侵蝕問題，兩種鍋爐都不能避免。 應注意的薄弱環(huán)節(jié)塔式爐及П型爐，都存在一個共同的氧化物及固體顆粒等的藏污納垢之處，這就是各級過熱器或再熱汽的聯箱。以出口聯箱為例，分布于整個聯箱的蛇形管接入口將蒸汽匯入聯箱，匯聚的蒸汽又由接于聯箱中間或兩側的蒸汽管送出，聯箱內的流速處處不等，最低流速處的流速為零（見圖4）。圖示為兩側出汽的聯箱，A、B為出汽端，顯然，在聯箱的中點o處的流速為零。同理，若中間為出汽口，兩端則為零流速處。從蛇形管帶出的氧化皮及固體顆粒等異物，在進入聯箱后容易在低流速區(qū)滯留。在低流量時進入聯箱的異物，只有靠近A，B端高流速區(qū)的才能被吹走，隨著負荷的升高，異物能被吹離的區(qū)域增大，因此，在高負荷階段，塔式爐亦可能有異物吹出。圖4 聯箱內流速示意圖不過，即使到最高流量，中間零流速點周圍較低流速區(qū)內的滯留物仍不可能被全部帶走，只有在特殊的擾動工況下，如主汽門的單側關閉等，這部分異物才可能被吹離。而如果在低流速區(qū)堆積了較多的氧化皮，也會危及與此區(qū)域連接的管子的安全。這里尤其需要指出的是，如果過熱器、再熱器的高溫段的材料的抗氧化性能較差，在經過較長的連續(xù)運行時間后，會在管子的蒸汽側出現厚達100~200μm的氧化層，而一旦在啟、?；蚱渌厥獾墓r下遇到較大的熱沖擊，其氧化層集中脫落而導致局部堆積，則即使是塔式爐，也可能出現難以及時清除，甚至因此發(fā)生管子過熱失效的情況，這樣的案例在德國也曾出現，因此，材料的抗氧化性能更應引起充分的重視。從上述分析中可以看出，針對有利于減小傳熱偏差，降低氧化速率及有利于已剝落的氧化皮及固體顆粒的輸運為出發(fā)點，在設備的選型上，塔式鍋爐明顯優(yōu)于其他爐型。況且，水平布置的對流受熱面及均勻的煙氣流場還有著其他諸多的好處，故塔式布置應為超超臨界鍋爐的首選。當然，塔式爐雖能大大減緩固體顆粒問題，卻仍不能徹底杜絕蒸汽氧化的發(fā)生及在高負荷時固體顆粒的輸出。 汽輪機固體顆粒對汽輪機葉片的侵蝕，首要的是固體顆粒所具有的速度，二是顆粒對葉片表面的入射角。顆粒在運動過程中，不斷地要隨蒸汽轉向，每一個轉向必然造成固體顆粒對器壁的撞擊并損失其動能，而其在轉向后的直線運動中再次被蒸汽流逐漸加速直到下一次撞擊。鑒于固體顆粒侵蝕主要發(fā)生在高、中壓缸的第一級，故從抗侵蝕為出發(fā)點，第一級的噴嘴和動葉應選用耐侵蝕能力強的高溫葉片材料及采用防固體顆粒侵蝕的保護鍍層或涂層，或采用表面硬化處理等措施⑤。在這方面，美、日等國已投入了較深入的研究并取得了較多的經驗。 有利于降低蒸汽動能高、中壓缸的第一級是防固體顆粒侵蝕的重點。而高壓缸的第一級分為有調節(jié)級及無調節(jié)級兩種。因調節(jié)級噴嘴采用分組方式，組間有間隔，其周向有效通流面積小于全周進汽的壓力級，當調節(jié)級在部分進汽方式下運行時，兩者進汽面積差別更大，且由于調節(jié)級后的壓力正比于負荷，在部分（進汽）負荷下的調節(jié)級壓降及焓降遠大于無調節(jié)級汽輪機的第一級，相應的，此時的調節(jié)級出口流速遠高于后者。顯然，無調節(jié)級的進汽方式極有利于降低汽輪機第一級的蒸汽流速及固體顆粒對葉片的侵蝕。另外，無調節(jié)級的機組采用滑壓方式運行，當機組負荷從滿負荷下降時主汽壓力與負荷同比下降，蒸汽密度及對固體顆粒的攜帶力亦相應下降，這將更降低固體顆粒的侵蝕力?？紤]到超臨界汽輪機，滑壓運行的無調節(jié)級機組在全負荷范圍內的經濟性優(yōu)于有調節(jié)級機組⑥，加上取消調節(jié)級后的其他諸多好處，無調節(jié)級汽輪機應為超超臨界機組的首選。沖動式與反動式相比，反動式的靜葉焓降及出口流速遠低于沖動式，故反動式的固體顆粒問題小于沖動式，加之高容積流量下的反動式級效率高于沖動式⑦，故大容量的超超臨界機組，反動式應為汽輪機的首選。 . 有利于固體顆粒動能的耗散固體顆粒進入汽輪機后，在經過主汽門及調門等環(huán)節(jié)時，必然在轉向過程中到處碰壁，損失其動能。而其形成破壞能力的前提是被充分加速，這一過程主要是在靜葉噴嘴及動葉流道中，隨著流道中蒸汽焓的下降，熱能轉變成動能，速度不斷增加，其攜帶的固體顆粒也相應被加速。通常的靜葉和反動式動圖5 噴嘴安裝角改進示意葉流道，蒸汽邊加速邊轉向，在出口處速度最高。但固體顆粒的質量較大，在離心力的作用下傾向于走直線，極易撞擊至出汽邊而導致其被侵蝕（見圖1）。GE公司采用的解決方案是將噴嘴傾斜一角度（見圖5），使入口流速方向對著噴嘴中部。這使得固體顆粒在尚未加速到較高速度時就撞到了噴嘴凹側壁面，而后在離心力的作用下貼壁前行。這可較大的緩解SPE問題，當然，噴嘴的中部仍會受到一定的表面侵蝕。另外，SIEMENS公司采用的結構更為獨特，（如圖6），高中壓缸的第一級靜葉斜置于90176。轉向流道內，固體顆粒在進入進汽流道后，因慣性的原因必然直接撞向流道壁面而非靜葉，并在離心力的作用下貼著流道的壁面前行。因此，靜葉受到了較好的保護。而由于貼壁前行的固體顆粒動能很小，且走出轉向流道后的運動跡線是指圖6 轉向流道抗SPE示意向動葉根部，故其對動葉的侵蝕力亦很小。由此可見，這種進汽結構是抗SPE的較優(yōu)方式。 配置大容量旁路⑧因鍋爐氧化顆粒的輸出不可避免，故應采取切實措施，盡可能不讓其進入汽輪機。而最有效的途徑就是通過旁路將氧化顆粒直接排入凝汽器。 旁路的容量配置對于百萬級超（超）臨界技術。由于地域及技術體系的不同，旁路系統的配置及運行方式有著很大差別。如在美國，一般都采用小于20%BMCR的小旁路，僅用于機組啟動階段。而在歐洲，基本上都采用100%的高壓旁路+65~100%的低壓旁路，所起的作用也遠不限于啟動。事實上，雖然SPE問題一直是美、日等國揮
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