煙氣輪機(jī)輪盤(pán)冷卻及動(dòng)葉氣動(dòng)磨損機(jī)理的數(shù)值研究.pdf

1、煙氣輪機(jī)是石化行業(yè)重要的能量回收設(shè)備，在重油催化裂化生產(chǎn)過(guò)程中占有重要地位，對(duì)于降低動(dòng)力成本、節(jié)約能源、減少有害氣體排放等具有積極意義。煙氣輪機(jī)的工作原理與蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)類(lèi)似，利用重油催化裂化生產(chǎn)流程中的有毒有害廢氣（料）集中燃燒產(chǎn)生的溫度高達(dá)900-1000K的煙氣膨脹做功驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)或發(fā)電機(jī)工作。
　　為了保證葉片、輪盤(pán)等關(guān)鍵部件有足夠的強(qiáng)度和壽命，除了使用耐高溫強(qiáng)度好的材料之外，還需采用較低溫度蒸汽對(duì)高溫部件進(jìn)行冷卻，以降

2、低高溫部件的熱應(yīng)力和表面溫度，確保機(jī)組運(yùn)行安全。冷卻蒸汽完成冷卻工作后徑向匯入主流道由動(dòng)葉排出，這將對(duì)煙氣主流造成強(qiáng)烈干擾，使葉柵流道內(nèi)氣流流動(dòng)十分復(fù)雜。煙氣輪機(jī)的工作介質(zhì)煙氣是水蒸氣、氮?dú)?、二氧化碳等多種組分的混合物，而且含有大量氧化鋁和氧化硅等硬質(zhì)催化劑粒子，葉柵流道內(nèi)漩渦、二次流裹挾固體顆粒反復(fù)撞擊、沖刷葉片，造成葉根和輪緣損傷嚴(yán)重，致使煙機(jī)動(dòng)葉更換頻繁，事故頻發(fā)。然而，目前對(duì)煙氣輪機(jī)的研究尚未引起業(yè)內(nèi)廣泛重視，其設(shè)計(jì)多為仿照蒸汽

3、輪機(jī)的模化設(shè)計(jì)，忽略了煙氣輪機(jī)中普遍存在的氣固兩相流動(dòng)、冷卻蒸汽、二次流等的復(fù)雜流動(dòng)，設(shè)計(jì)過(guò)于理想化。因此，研究煙氣輪機(jī)中的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、氣固兩相流動(dòng)、葉片磨損等問(wèn)題，對(duì)改善煙氣輪機(jī)設(shè)計(jì)，提高煙氣輪機(jī)使用壽命，確保機(jī)組安全運(yùn)行，具有重要意義。
　　本文應(yīng)用CFD技術(shù)，借助大型商用軟件CFX對(duì)某石化集團(tuán)的煙氣輪機(jī)流動(dòng)特性展開(kāi)研究。采用流固耦合傳熱方法計(jì)算分析了冷卻蒸汽流量對(duì)動(dòng)葉輪盤(pán)冷卻效果的影響，結(jié)合企業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，建議將流動(dòng)降至0.

4、28Kg/s，以節(jié)約蒸汽用量，降低運(yùn)行成本;對(duì)在有、無(wú)冷卻蒸汽條件下該煙氣輪機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了模擬計(jì)算，結(jié)果表明冷卻蒸汽對(duì)煙氣主流干擾嚴(yán)重，造成噴嘴出口氣流不穩(wěn)定，特別是動(dòng)葉葉根附近有強(qiáng)烈的渦旋和二次流動(dòng)出現(xiàn)，與葉片的實(shí)際磨損位置吻合，確定葉片葉根和輪緣嚴(yán)重磨損的的原因;應(yīng)用拉格朗日方法，選取顆粒軌道模型，模擬催化劑顆粒在葉柵流道內(nèi)的流動(dòng)行為，分析了動(dòng)葉各個(gè)磨損區(qū)域的磨損機(jī)理;根據(jù)流場(chǎng)和氣固兩相流動(dòng)的計(jì)算結(jié)果可知:葉柵中氣流的不良流動(dòng)狀況