汽輪機濕蒸汽的影響研究

崔立達(dá)

(哈爾濱電氣股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150028)

1 熱流體效應(yīng)

1.1 霧的形成

這表現(xiàn)為蒸汽流中的冷凝液滴，在水流中攜帶。一部分霧滴將沉積在蒸汽路徑表面，其他霧滴在通流中繼續(xù)添加。

1.2 水流(包括抽水/通風(fēng)流量)

霧滴沉積：假設(shè)蒸汽進(jìn)入實心葉片，接觸葉片輪廓的霧滴粘附在表面并形成/連接運行到尾緣的薄膜和裂片(和外殼)。水流從實心葉片重新加入通流：水滴從尾緣溢出，并重新循環(huán)，部分通過霧化，進(jìn)入散流，從而以更高的速度主蒸汽拖動加速。

1.3 移動的葉片

一些沖擊水流粘附在移動的葉片上，并加入沉積的數(shù)量。其余的噴霧在拖動加速作用下，留在轉(zhuǎn)子通道。

1.4 粗水重新加入通流

流經(jīng)的粗水離開轉(zhuǎn)子葉片尾部邊緣，因為液滴在葉片高速時移動，進(jìn)入低速時，大液滴被拖減，分解成較小的滴狀。由此產(chǎn)生的粗水噴霧劑通過蒸汽輸送到下一階段。轉(zhuǎn)子葉片表面上剩余的粗水中，有很大一部分是向外離心的。

下一階段粗水進(jìn)入實心葉片。前一階段的液滴以噴灑的形式出現(xiàn)。這些將影響實心葉片表面水沉積為霧的比例，其余的粗水將反彈為水滴噴霧，將加速主蒸汽流，這個過程將繼續(xù)在后期渦輪階段擴展與持續(xù)形成霧。

1.5 渦輪性能的影響因素

階段效率和渦輪機性能降低是由幾個因素影響造成的：液滴拖動轉(zhuǎn)子葉片上離心的水分損失，著眼于“超飽和”和“水分損失”區(qū)域。 通常，少量的水會首先作為鹽水溶液出現(xiàn)在飽和線的上游。但是，由于蒸汽輪機中的鹽量受到嚴(yán)格控制，因此鹽量通常非常小。然后，在飽和線后不久，在流動中的任何固體顆粒上將進(jìn)一步形成少量的水。這是因為機的膨脹速度如此之快，以至于沒有足夠時間形成生長的水滴。

有一些證據(jù)表明，這種液滴核化過程不會以凝結(jié)沖擊的方式發(fā)生，而是漸進(jìn)的過程。這是因為蒸汽輪機的給定溫度不是恒定的，熱力損失發(fā)生在核區(qū)，因為凝結(jié)過程釋放的熱量從相對溫暖的水滴(接近飽和溫度)流向超冷蒸汽。

超飽和和核損失發(fā)生在擴張的早期，超過3%～4%的濕度范圍，逐漸發(fā)生凝結(jié)，水滴的存在造成水分損失。 一旦核發(fā)生，將繼續(xù)有一些熱力損失。唯一的例外是，如果膨脹足夠快，導(dǎo)致第二個核過程，水分的存在變得牢固，將繼續(xù)有重大損失。這些所謂的跨端口損失由2種影響導(dǎo)致。

液滴對刀片表面的影響，產(chǎn)生強大的動量交換。 液滴相對于主蒸汽流的滑動，導(dǎo)致液滴和干蒸汽之間的拖動。這是因為高密度水滴不能像同一壓力梯度下的干蒸汽那樣加速。

2 階段效率的經(jīng)驗規(guī)則

事實證明，先前描述的損失的復(fù)雜性難以納入實際和全面的計算方法。經(jīng)測試確認(rèn)了“超飽和”和“水分”損失的2個不同區(qū)域循環(huán)熱力學(xué)的影響度損失和葉片侵蝕的惡化，隨著膨脹線排氣壓力端的濕度水平增加，對實際蒸汽循環(huán)產(chǎn)生了重大影響。在葉片上發(fā)現(xiàn)了嚴(yán)重的侵蝕，合理的限制約為10%～12%例如，在非重新加熱 (NRH) 循環(huán)中運行的長、全速轉(zhuǎn)子葉片可能涉及排氣時約 15% 的濕度水平。如果沒有適合的反措施，這可能導(dǎo)致嚴(yán)重的尖端侵蝕。

次臨界循環(huán)：在從“非再熱”轉(zhuǎn)向“再加熱”鍋爐蒸汽供應(yīng)方面，蒸汽循環(huán)效率/熱速率方面具有顯著的熱動力效益。即通過增加平均溫度 ，增加熱量，使熱速率總體提高了9%(具體工作增加了54%)，包括在防止?jié)穸葥p失(熱速率為1%)和減少LP汽缸侵蝕方面的優(yōu)勢。 但是，在再加熱器管道的“額外”壓力損失中，存在一種關(guān)閉性能效應(yīng)(通常熱速會惡化 1%)。

擴展線還說明了另一種“再熱”膨脹線在大約100 ℃時切斷飽和線的機制，而在不重新加熱的情況下，這種機制發(fā)生在140 ℃左右，即凝結(jié)過程，以及腐蝕鹽水溶液的外觀，很可能發(fā)生在408 ℃的高溫下，在非再加熱的區(qū)域這種高溫效應(yīng)可能會對腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)、疲勞強度和材料問題產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

3 結(jié)論

提高蒸汽發(fā)電廠循環(huán)效率的條件是從“次臨界”移動到“超臨界”壓力水平(0.221 bar(相當(dāng)于 2% 的熱速率)，再加熱溫度從 540 ℃(1000 °F) 到 565℃(1050 °F) 。目前，高達(dá)600 ℃。 高入口溫度通常改善 LP 濕潤情況，推進(jìn)到超臨界壓力條件，冷凝過程從更高的溫度 (130 ℃) 開始，使 SCC 可能惡化(但從較早的 LP 階段開始，葉片離心壓力更小)。

尋求更好的循環(huán)效率，通常與超臨界入口壓力水平相結(jié)合。具體工作和循環(huán)效率都得到了改善，一般濕度水平鏈點線也是如此。改進(jìn)的LP濕度水平貢獻(xiàn)了約一半的凈2%的熱速率。