第7章 烟气轮机v300

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1、第7章 烟气轮机,第7章 烟气轮机,7.1 概述 7.2 烟气轮机的结构型式与组成 7.3 烟气轮机的主要性能参数（略） 7.4 烟气轮机级的工作原理（略） 7.5 烟气在级内流道中的流动规律与对叶片磨损的影响（略） 7.6 烟气能量回收机组的配置 7.7 烟气能量回收机组的自动控制与保护（略） 7.8 烟气轮机常见的故障与处理（重点）,7.1 概述,烟气轮机(又称烟气透平)是以烟气为工质，将工质的热能和压力能转变为机械能的原动机。 烟气轮机在石油炼厂流化催化裂化装置再生烟气能量回收系统中已得到广泛的应用，是应用于石油加工企业催化裂化装置的关键节能设备。 烟气轮机以生产过程中产生的高温废烟气为

2、介质，膨胀输出轴功，驱动主风机或带动发电机发电，具有显著的节能和环保效益。,高温烟气进入烟气轮机膨胀做功，将其热能与压力能转变为机械功，驱动供风用的主风机或发电机发电。,兰州石化机械厂特大功率烟气轮机,烟气轮机的发展,美国在50年代初就着手研究能量回收技术，并于1963年开始工业化。 近年来，由于再生器工艺参数的提高和重油、渣油催化裂化工艺的开发，在装置上增设能量回收系统日益普遍。 中国目前拥有催化裂化（FCC）装置规模约1.2亿吨，大约160套装置，,烟气轮机的发展,国外制造烟气轮机主要有三大公司：美国的英格索兰公司IngersollRand（现为德莱赛兰公司DresserRand，简称DR

3、公司）、美国的埃利奥特公司（Elliot）和德国的哥哈哈公司（MAN GHH）。 我国烟气轮机起步晚，1974年开始设计研制。兰州炼油化工总厂机械厂生产的第一台YLI型单级烟气轮机于1978年11月11日在抚顺石油二厂投入运行，机组运行平稳，经济效益显著。,烟气轮机的发展,兰州炼化总厂机械厂生产的第一台YLII型双级烟气轮机（YLII6000型大功率双级烟气轮机）于1982年11月11日在兰州炼油厂投入运行。 以后，烟气轮机陆续发展到各主要炼厂，最大功率可达2104KW。 国内西安航空发动机厂及哈尔滨汽轮机厂也可以生产烟气轮机。,烟气轮机的发展,“十五”重大技术装备研制项目由中石化集团工程建设

4、公司、中石油集团兰州炼油化工机械厂联合研发的我国首台应用于高海拔地区的33000千瓦特大型烟气轮机，在兰州石化公司300万吨年重油催化裂化装置一次投运成功，标志着我国烟气轮机制造技术已达国际领先水平。,烟气轮机的发展,目前，我国生产烟气轮机总台数在世界名列第二，其中生产双级烟气轮机总台数名列首位。 我国开发的YL33000AT和YL35000A烟气轮机，已应用于300万至350万吨/年重油催化裂化装置，该烟气轮机是国内功率最大的烟气轮机，能够满足现代催化裂化装置生产的需要，设计和制造水平与国外相当。,烟气轮机的发展动向,工艺参数和回收率的不断提高：高温再生工艺，再生器的压力和温度有了进一步提高

5、，烟气的可用焓降大大增加，动力回收率和单机额定功率大大提高。 采用两级或多级烟机使回收效率得以提高。 提高材料的性能：为保证烟气轮机长周期连续运行，烟机部件的材料不仅要具有良好的高温机械性能，还应有良好的抗低周疲劳性能和高温抗腐蚀性能。烟气轮机主要部件的设计寿命通常为100，000小时。随着新材料、新喷涂技术的出现，烟气轮机叶片从初期1年左右寿命延长到35年。,烟气轮机的发展动向,提高机组运行的可靠性 完善自控自保系统：催化剂浓度激光在线检测仪。 对烟气轮机机组进行振动响应分析和转子动力学审核。 利用电子计算机对机组及附属系统在启动、操作控制和各种事故状态下的动态特性进行计算和模拟分析，以预测

6、机组的调节性能和抗事故干扰能力。 开展催化剂沉积、冲蚀和工质腐蚀的研究。 烟气轮机直接发电技术的研究。烟气轮机直接发电可防止再生器供风系统与烟机系统相互干扰。,烟气轮机的特点,工质为气固两相流体，对金属材料磨损严重。 工质温度高，一般温度在600700，最高可达760 ，催化裂化装置有时会产生后燃现象，烟机入口短时间超温到870 。 工质中含有腐蚀性物质CO、CO2、SOX、NOX等，对金属材料有腐蚀作用。,7.2 烟气轮机的结构型式与组成,7.2.1 烟气轮机分类,按级数分： 如果整台烟气轮机只有一个级，称为单级烟气轮机； 如果整台烟气轮机包含有两个或两个以上的级，则称为两级或多级烟气轮机。

7、,YL型单级、两级烟机和多级烟机的主要特点比较,7.2.2 烟气轮机基本结构,国产YL型两级烟气轮机剖面图,1冷却蒸汽管； 2挠性支撑； 3进气机壳； 4轮盘； 5进气罐； 6拉紧螺栓； 7轮盘温度监测管； 8第一级静叶； 9第一级动叶； 10过渡机壳； 11扩压器； 12排气机壳； 13动叶观察窗； 14轴封； 15径向轴承； 16轴承箱； 17径向止推轴承； 18主轴； 19底座,(1) 转子组件 主要由一、二级轮盘、一、二级动叶片和主轴等组成。 主轴由合金钢锻造。轮盘为实心结构，采用耐热高温合金经模锻、热处理加工。 动叶片由高温合金棒材模锻成型，并在叶型表面喷涂耐高温磨损涂层。,(2)

8、进气机壳 主要由进气机壳、进气锥及一级静叶组件组成。 (3) 过渡机壳 主要由二级静叶环固定套、二级静叶环体和二级静叶片等组成。 二级静叶片用T型叶根固定在二级静叶环体上。 为防止漏气，二级静叶片组成的内环上有固定气封片。 (4) 排气机壳 由进出口法兰、扩压器及壳体组成。,(5) 轴承箱及轴承 轴承箱为水平剖分结构，其上装有轴承、油封和测转速、测轴振动探头，并接有轴承润滑油进、出口管线。 轴承部件由两个径向轴承和一个轴向止推轴承组成。 径向轴承采用滑动轴承，止推轴承为金斯伯雷或米契尔轴承。,(6) 轴封气路系统 为防止烟气和润滑油泄漏，要设置两种密封系统。 轴密封气路系统： 转子与壳体之间的

9、轴封，采用蒸汽和压缩空气两组迷宫密封。蒸汽封烟气，压缩空气封蒸汽，且控制三者之间的压差，保证烟气不外泄。 轴承密封气路系统： 轴承箱盖和轴承箱体的前端，设有轴承密封气路系统，将净化的密封空气注入轴承箱盖前端的空气密封段，以防止润滑油泄漏。,轴密封气路,(7) 轮盘蒸汽冷却系统 冷却蒸汽分成两路进入机壳： 一路由喇叭口喷射到一级轮盘中心，沿轮盘表面作径向流动，其中一部分冷却蒸汽通过平衡孔进入一、二级轮盘之间的空腔，冷却一级轮盘的后侧面和二级轮盘的前侧面，并经气封和二级轮盘上的喷射孔进入流道。 另一路是二级轮盘后的轴端密封蒸汽进入机壳后，沿二级轮盘后侧面作径向流动冷却，并流入流道。,(8) 润滑油

10、系统 润滑油由进油总管分别进入前、后端径向轴承止推轴承，回油经轴承箱和润滑油出口管流回机组回油管。,(9) 监测系统 轴振动监测；轴位移监测；转速监测；轴承温度监测；轮盘温度监测；叶片磨损监测。 轴承温度监测采用预埋在瓦块内的铂热电阻丝测量，监测前后径向轴承和止推轴承温度。 轮盘温度监测采用热电偶插入到一级轮盘前进行监测。 叶片磨损监测采用在排气机壳上设有两个对称布置的观察口，可以安装频闪照相机，将运行中叶片的动态拍下来，判断叶片的磨损情况。,(10) 底座 焊接件，支承排气机壳的两个支座用水冷却， 以保证机组的中心标高不变。,7.2.3 耐磨涂层,烟机的动、静叶（叶身）、衬环内表面、静叶环内

11、表面或过渡环内表面（单级烟机）喷涂耐磨涂层，涂层厚度0.200.50mm。,7.2.4 烟气轮机型号编制,（1）单级烟气轮机：,（2）双级烟气轮机 ：,7.6 烟气能量回收机组的配置,7.6.1 机组配置类型,烟气轮机机组分为同轴式机组和分轴式机组。 按照主风机采用轴流式或离心式可分为A型和B型；按照机组辅助启动方式，机组一般有四类 。,汽轮机和电动机/发电机辅助驱动(四机组，类型与),分轴机组(直接发电机组，类型V) 该配置类型主风机由汽轮机或电动机驱动，而烟气轮机只驱动发电机直接发电。,7.6.2 同轴机组和分轴机组的比较,7.8 烟气轮机常见的故障与处理,导致烟机故障率居高不下的主要因素

12、是高温和粉尘，烟机机组的机械功能故障，大多与这两者有关。 烟机常见的故障为磨损、叶片断裂、粉尘堆积、动静摩擦、动平衡破坏、同心度偏移、油膜失稳、壳体变形及管线应力影响，这些直接或间接都与这两者密不可分。 经验表明，烟机的主要故障是烟机超温引起壳体膨胀，严重磨损，叶顶部因摩擦造成叶片裂纹及断裂，叶片硫腐蚀，鼻锥产生裂纹，法兰变形和螺栓断裂等。,7.8.1 不平衡,（1）磨损烟气粉尘在高温的作用下对转子的磨损加剧，磨损严重的部位常发生在叶片、台肩榫槽等部位，会出现刀刃状或拇指状的划痕，冲蚀严重时会出现蜂窝状。,（2）叶片断裂当叶片均匀冲刷时，磨损对烟机转子平衡的影响不大，而当出现不均匀磨损时，转子

13、动平衡破坏，机组振动值上升。当冲刷现象日益加剧，叶片受损严重，同时机组振动逐渐加大，受损叶片在长期振动产生的交变应力的破坏下极易发生断裂，因为叶片突然断裂又会使烟机转子动平衡严重破坏，振动值急剧上升。,（3）粉尘堆积 目前投用的各类烟机中普遍采用过热蒸汽或饱和蒸汽冷却、吹扫烟机轮盘。 高温的烟气通过混有较低温度的蒸汽时，或吹扫蒸汽本身带有不饱和蒸汽时，在水分凝结作用下，烟气粉尘会大量附着在烟机流道及叶片上。 这些结焦物有时是均匀分布的，有时是不均匀的，这些将直接影响转子的动平衡。 烟气条件不断变化或结焦物增多增重后，附着在叶片某部位的结焦物受离心力作用被甩脱，这样就严重破坏了转子的动平衡，引起

14、机组振动突发性升高。,（3）粉尘堆积 粉尘堆积现象更容易发生在双级轮盘的烟气轮机上，这也是双级烟机故障率相对偏高的主要原因。,7.8.2 不对中及热变形,造成机组转子不对中的原因有安装误差、管道应力影响、温度变化产生的热变形、基础沉降不均等。 较高的温度导致烟机和风机的壳体及管线存在热膨胀，由于设计或制造上的缺陷常常会导致壳体及管线的热分布不均匀，而支座猫爪(滑移支座)或导向槽故障也会引起壳体膨胀受阻，造成壳体变形、移位及承受较大的热应力。 对于烟机机组而言，热变形是导致对中状况恶化的主要原因。,7.8.3 振动,振动，特别是联轴节端轴承的振动，主要由于叶片的不均匀磨损、涂层脱落，动静磨擦(催化剂在围带上的沉积)、动叶上催化剂的堆积和热态下对中不良以及二级烟机轮盘间进入催化剂等所致 。,本章复习要点,一、了解烟机的结构。 二、机组的配置方式。 三、烟气轮机常见故障（重点）。,