汽轮机末级空心静叶栅除湿技术研究

刘洵孙超

摘要:论述了针对某电厂汽轮机的除湿设计方式及其计算方法，汽轮机采用空心静叶栅除湿等方法的集合应用。通过各项除湿技术的综合运用，汽轮机末级动叶后排汽干度保持在0.89以上，能够满足汽轮机对于排汽特性的要求。由于采用了单缸设计的方式，汽轮机结构更为紧凑，重量较双缸汽轮机也相应减小，同时该形式的应用也去掉了外置式汽水分离器这一设备，使系统设计更为简单合理。

关键词:电厂;蒸汽湿度;除湿方法;内除湿计算

前言

电厂汽轮发电机组具有广阔的应用前景，其供电能力强，电力来源稳定，具有较高的环境适应性，是一种新兴的电厂发电方式。电厂的电力系统目前尚处于探索研制阶段，其火心设备汽轮机具有较大的研制难度，其设计理念既有别于传统的陆用发电汽轮机，也有别于船用汽轮机，因此，此型汽轮机组的研制具有创新性，汽轮机的设计具有较大的挑战性。

在汽轮机内部流动过程中，随着对外做功，蒸汽湿度将会逐级增大，在汽轮机末级、次末级蒸汽中较大的水滴将对叶片根部及出汽边造成较为严重的冲蚀，另一方面，随着蒸汽湿度的增大，汽轮机各级的湿汽损失将大幅升高，导致汽轮机内效率的降低。传统陆用发电汽轮机均采用外除湿作为除湿方式，除汽轮机外，增加外置式汽水分离器。由于电厂平台空间相对有限，一、二回路设备较多，对各设备具有较高的体积和重量的限制，因此，该汽轮机不宜采用分缸设计。

1汽轮机设计要求

结合自有技术和电厂要求，该汽轮机需设计为单缸、内除湿、凝汽式汽轮机。

2汽轮机内除湿计算方法

针对机内除湿技术，俄美均开发出各自的计算方法，鉴于内除湿方式的不同，其计算方法对于不同的内除湿结构也各有侧重。当前应用的内除湿技术主要包括除湿级、外缘除湿级空心静叶栅除湿技术。

2.1除湿级计算方法

由于俄方继承前苏联的设计体系，其船用汽轮机多采用除湿级结构，我国关于汽轮机除湿级的资料书籍中多采用俄方的计算方法。

2.2外缘除湿计算方法

俄方外缘除湿计算方法源于船用汽轮机设计体系。美方外缘除湿计算方法以陆用发电汽轮机设计体系为基础。我国传统的关于外缘除湿计算方法的资料中，以美方方法为主导方法进行说明。本文在进行了独立外缘除湿试验的基础上将试验结果与美俄外缘除湿计算方法计算结果进行了对比，对比结果与美方方法计算结果吻合较好。本文采用了美方外缘除湿计算方法。

2.3空心静叶栅除湿计算方法

空心静叶栅除湿结构已成熟应用到陆用火电汽轮机中。本文采用俄方计算方法，具体公式见表1。

3内除湿方法综合应用效果

3.1除湿级应用效果

按俄方除湿级计算方法得到的计算结果与我方试验结果吻合，因此，在此汽轮机研制中除湿级的计算方法选用了俄方体系。从汽轮机通流结构而言，单除湿级为单一压力级采用除湿叶片及除湿后液滴导出结构。而在汽轮机中，由于单除湿级后蒸汽继续做功，蒸汽湿度又再次增大，为此在其后的通流中再次采用除湿级结构，此种除湿级的结构方式称为双除湿级。设计中各除湿级设定的级进口湿度均大于0.1，此条件下除湿级具有较佳的除湿效果。双除湿级除湿计算结果如图1所示，为了对除湿级除湿效果进行对比，本文也进行了单除湿级除湿计算，如图1所示，上述各种情况除湿效果对比见表2。

3.2空心静叶栅除湿应用效果

下图所示为不包含与包含空心静叶栅条件下的外缘除湿各级出口汽流干度示意图(本文中采用的空心静叶栅结构只适用于末级导叶)，空心静叶栅对汽轮机末级动叶湿度影响的具体数据见表7。汽轮机末级动叶在汽轮机运行中最易受到水滴的冲蚀，因此，汽轮机末级动叶的去湿效果对汽轮机安全运行和末叶使用期限的延长具有重要影响。使用空心静叶栅后汽轮机末级排汽干度由0.862上升到0.875，空心静叶栅的使用对汽轮机末叶的除湿具有较好的效果。

4综合应用效果

双除湿级、外缘除湿、空心静叶栅等除湿方法的应用均能够一定程度地提高汽轮机末级排汽干度。为了得到满足安全性要求的末级排汽干度和较高的汽轮机内效率，本文中所研制的汽轮机综合采用了上述各项内除湿方法，汽轮机双除湿级内效率为80.3%，汽轮机末级排汽干度达到0.897，汽轮机保证流量为128.1t/h。通过上述数据可知，相较于各内除湿方法的单独应用，汽轮机各项内除湿方法的综合应用不仅提升了汽轮机除湿效果，也提高了汽轮机内效率，减少了汽轮机额定功率下的保证流量，可充分满足该型汽轮机的研制需求，完全实现了单缸替代双缸，内除湿替代外除湿的设计诉求。图5所示为采用综合除湿方法的单缸、内除湿、凝汽式汽轮机。汽轮机配有1个速关阀和1个调节阀，调节方式采用节流调节。汽轮机由15级冲动式压力级组成。汽轮机通流结构设计为1级调节级+14级压力级，其中第6、8、10、11、13、14各级采用了外缘除湿结构，第9、12级采用了除湿级结构形式，第15级采用了空心静叶栅结构形式。汽轮机采用内除湿技术，内除湿方式为除湿级+外缘除湿+空心静叶栅除湿。

结论

本文以汽轮机为研制背景，进行了各项汽轮机内除湿计算方法的介绍和应用对比，在数据分析的基础上，论证了各项汽轮机内除湿综合使用效果。得到了汽轮机综合内除湿计算方法和应用模型。为电厂用汽轮机的研制提供了设计模式。

参考文献：

［1］刘建成，林志鸿，等．汽轮机内部除湿技术的发展［J］．热能动力工程，2005，20(1):1－5．

［2］司亚军，杨自春，等．单缸湿汽轮机除湿级的热力计算方法研究［J］．汽轮机技术，2014，56(5):340－342．

［3］俞茂铮，董为民．湿蒸汽汽轮机除湿级去湿性能的数值计算［J］．西安交通大学学报，1994，28(9):98－103．