烟气轮机学习资料 烟气轮机培训技术 新型高效烟汽轮机交流资料.ppt

,新型高效烟气轮机技术交流,成都市成航发工艺有限公司,一、公司简介二、公司业绩三、烟气轮机故障原因分析四、新型高效烟气轮机设计思路五、典型成功案例经济效益分析六、项目运作工作方案 七、具体工作、产品、设备展示,交流提纲,一、公司简介,成都市成航发工艺有限公司，是一家集工业透平动力设备及机组成套的市场、研发、设计、加工制造和售后服务于一体的高新技术企业，主要产品为石化企业催化裂化装置烟气轮机、蒸汽轮机等透平机械。成航发工艺有限公司设计制造的新型高效烟气轮机经中石化科技开发部科技成果鉴定达到国际先进、国内领先水平。,成发集团冶金处,成发集团工艺处,成发集团涡轮研究所,上世纪90年代,抽调部分人员组成,成都市成航发工艺有限公司,2005年,骨干人员改制,成都盛航动力设备有限公司,2011年底,成都市工业企业外迁，金堂工业园购地，新成立公司,至 今,经过多年来烟气轮机的配件定制以及整机制造工作，成航发工艺有限公司在烟气轮机的设计、工艺、加工和安装调试等方面积累了丰富的经验，同时通过不断的创新和积累，使气动、结构设计方面的技术更为先进和成熟可靠。以烟气轮机的气动设计为核心，以成熟的工艺为基础，以强大的加工制造能力为保证，成航发工艺有限公司逐步将产品延伸到动力透平领域的其他行业，如压缩机、化工尾气回收透平等。,二、公司业绩,1994-2005年，成发集团涡轮研究所即成航发工艺有限公司前身，先后为全国各地炼油厂提供了100余项烟气轮机配件制造、修理等业务。如为独山子石化、乌鲁木齐石化、上海炼油厂、九江炼油厂、延安炼油厂、安庆石化、广州石化、大连西太平洋炼油厂、燕山石化、济南炼油厂等厂家提供的进口烟机国产化和国产YL系列烟机的转子制造、一、二级静叶组件制造、动叶制造以及其他零部件的制造修理等。业绩表如下：,烟气轮机配件制造与修理业绩表,2005年，涡轮研究所从成发集团整体脱离，骨干成员成立成航发工艺有限公司，继续提供旧型烟气轮机备件的同时。在张兴佳总经理和程信华总设计师的带领下，开始从事新型高效烟气轮机的设计研发工作，并取得了很大的成效，获得社会的广泛认可，主要项目如下：,项目1:中石化济南炼油厂YL10-JNA烟气轮机整机制造,项目2:中石化济南炼油厂YL10000G烟气轮机气动改造,项目3:中石化济南炼油厂GT10000G烟气轮机整机制造,项目4:淮安清江石化有限责任公司GT5000A烟气轮机整机改造,项目5:中石油独山子炼油厂GT4000F烟气轮机气动改造,项目6:中石化石家庄炼油厂YL8000B烟气轮机结构改造,项目7:中石化石家庄炼油厂GTD60B烟气轮机气动整机改造,项目8:中石化荆门炼油厂GTD50A烟气轮机气动改造,项目9:山东恒源石化YL7000F烟气轮机气动改造,项目10:山东京博石化GT5000G烟气轮机气动改造,项目11:中石化金山炼油厂YL5000G烟气轮机气动改造,除了进行新型高效烟气轮机的整机设计制造和气动核心改造以外，我公司仍然从事旧型烟气轮机备件的定制和维修工作。,三、烟气轮机故障原因分析,自1978年我国自行研制的首台烟气轮机投入运行以来，国内已生产交付了170多台各型烟机。烟气轮机这一炼油重大装备已基本实现国产，创造了巨大的经济和社会效益。烟气轮机是炼厂催化裂化装置的“心脏”主风机组的关键设备，又是机组中能量回收系统的重点单机，一旦出现故障而停机，将造成重大经济损失，确保烟机“安、稳、长、满、优”的运转对各炼油厂具有重大的意义。,虽然烟气轮机实现了国产化和系列化的发展，但是，因当时设计制造条件限制及炼厂运行维护水平高低等原因，国内烟机普遍存在效率低、叶片冲蚀、催化剂结垢等问题。造成了巨大的损失。在能源费用不断上涨的今天，如何保证烟气轮机高效率、长周期运转是我们共同面对的一项重大课题。,1、技术基础已落后，已不符合最新技术潮流 目前运行的烟气轮机大多是仿制国外七、八十年代的产品而开发出来的机型，技术基础已落后，已不符合最新技术潮流。,2、受设计方法的限制 目前运行的烟气轮机大多是采用有限的几套基元叶型，通过扭转静叶获得不同的气动参数而完成，这是当年设计涡轮的流行做法。这样设计可有效缩短新产品设计周期，但由于基元叶型的适用范围有限，而每台烟机的运行工况千差万别，设计结果当然难以保证每台机组都运行在最优点上。,以不变应万变，结果自然是众口难调,3、设计及验证手段落后 目前运行的烟气轮机气动设计大多采用的60年代吴仲华先生提出的三元流理论，基于无粘流体模型和试验得到的损失模型，由于试验数据有限，设计上不得不采用基元叶型的办法。但基于三元流理论的S1和S2流面计算难以得到流场细部的准确特征，特别是对涡流形成和局部损失的情况无法定量分析，这也是烟机效率不高和部分烟机冲刷难以克服的原因。同时，由于试验数据较少的原因，在烟机投运前对其运行结果难以准确定量分析。,基于无粘流体假设的S2流面计算，无法分辨附面层流动状况,四、新型高效烟气轮机设计思路,将航空发动机中诸多先进的设计方法和理念运用到烟气轮机的改造、设计中，针对原烟气轮机效率较低，气流冲刷，积垢等问题，一对一设计，采用全三维有粘气动设计方法，有效地提高了效率，保障了机组高可靠性、长周期运行。,1、采用最新航空气动技术进行设计,2、采用一对一柔性设计理念,严格按照实际工况参数制定气动约束条件，并根据该约束条件设计出一套完全对应的涡轮方案，达到实际工况与设计工况的一致，也即满足设计点与运行点保持一致，使得机组工作在效率最优的状态。附数据表格。,3、运用最新的设计与验证手段 随着计算机技术的发展和计算流体力学（CFD）的进步，CFD技术从上世纪90年代末期逐步在航空发动机、汽轮机等领域得到普及，使在烟机设计时采用全三维有粘气动计算成为可能。,通过CFD技术可以对烟机流场任意局部进行各种分析，可有效提高烟机效率和解决烟机冲蚀、积垢的难题。同时，当今CFD分析的结果已同试验相差无几，在CFD技术的帮助下，对没有试验数据的任意涡轮都可以进行准确分析，解决了设计结果的验证问题。,除基本的设计软件和验证手段以外，航空发动机近50年设计历程中传承下来的方法和理念，及在航空发动机涡轮研究和试验中积累的大量经验和数据，对烟气轮机气动设计的准确性和可靠性起到了决定性的作用。为此，我们以航空发动机设计软件为基础，专门针对烟气轮机实际运行工况而开发了诸多设计软件。,程信华：总设计师，研究员，原中国燃气涡轮研究院主任设计师，博士生导师，享受国家特殊津贴，从事航空叶轮机械气动设计40余年，获得多项国防科技成果奖和省部级奖，在国际、国内气动设计领域享有很高声誉。主持完成了多台新型烟气轮机的设计及改造设计。,4.1.1新、旧静叶对比,原某机组静叶（静叶为等截面叶型）,4.1 弯扭复合叶型设计技术对叶片冲蚀和机组效率的改善,4 新技术所达到的效果,等截面叶型的主要缺陷,气流速度:叶根过大;叶尖过小。叶栅覆盖段:叶根过大;叶尖过小。M1.4,災难性冲蚀,46,上图虚线为根截面叶栅分布,实线为顶截面叶栅分布,叶根叶栅稠度高,气流速度高;叶顶叶栅稠度低，气流速度低。分析可知：气动设计的理想状态是要求叶顶气流速度高，因为后级动叶叶顶径向尺寸大，周向速度高，做功能力强，而过低的叶栅稠度则违背了这一设计原理，导致传递给后级动叶的能量不足；而对于叶根，因为叶栅稠度过大，导致气流的堵塞，在静叶出口形成紊流，直接冲蚀后级动叶的根部，造成严重的缺陷，这也是违背设计原理的。,47,新型复合弯扭静叶片模型,48,全新设计的弯扭复合叶型,新型复合弯扭静叶组件,新型的弯扭复合叶型，从叶根到叶顶的稠度基本一致，增强整个叶身的做功能力。在叶顶，适当增加稠度，保证气流速度足够，传递给后级动叶的能量足，做功能力强；在叶根，适当降低稠度，保证气流能顺畅通过，不产生紊流，引导气流更均匀的冲击动叶，减轻对动叶根部的局部冲蚀。,旧动叶、新动叶根部冲蚀对比,原机组动叶局部严重冲蚀，出现凹坑。,新动叶根部没有出现冲蚀现象。,4.1.2新、旧动叶对比,原某机组动叶片（双级机组；二级叶片）,原动叶为简单变截面叶片，气流通过叶根时容易产生紊流，造成叶根冲蚀，且叶身在整个径向方向上未形成合理的气动攻角，无法利用气流能量很好的做功。,新型复合弯扭动叶片（双级机组；二级）,复合弯扭叶片叶根流线图(摘自 ASME GT-2002-30353),等截面,变截面,弯扭复合,由上图等截面、变截面、弯扭复合叶型的叶根流线图可以看出，弯扭复合叶型叶根流线顺畅、没有紊乱，且逐渐偏离叶根，能有效减轻气流对根部的冲蚀，同时叶片的弯扭复合变化能使叶身在整个径向方向上形成合理的气动攻角，从而很好的利用气流能量做功。,55,4.2 流场布局对冲蚀、结垢的改善,出口气流局部分离,进口极大的正攻角,从旧机组某型动叶的流场图可以看出，在进口出现了极大的正攻角，导致气流突然转向，在出口出现了局部气流分离和打旋。使得对动叶的局部位置产生极其严重的冲蚀。,新设计的叶片流场图，从图中可以看出：通过局部流场的优化设计，流线分布显示正攻角正常。无流动分离。因此也不会对动叶产生局部的冲蚀。整个通道气流流场，流通顺利，也解决了结垢的问题。,旧机组、新机组冲蚀、结垢对比图,新设计动叶叶形有效抑制结垢。,原机组动叶结垢严重。,4.3 创新性应用一级半设计技术,针对目前老型烟气轮机双级故障率高、单级回收效率低的现状，利用航空发动机技术，创新性地开发了一级半烟气轮机装置。并获得国家实用新型专利（附专利证书）。,该装置兼具单级烟气轮机结构简单、可靠性高和双级烟气轮机回收效率高的优点。在单级基础上所增加的半级叶片为静叶片，未增加转动部件，既不会增加机组运行的不稳定因素，也不会增加后期使用维护的工作量和成本。一级半机组设计效率87%，实际回收效率可达85%，远远高于原单级烟气轮机70%不到的回收效率。,新增加的一级静叶片。,单级烟气轮机,一级半烟气轮机,一级半烟气轮机气动说明,目前我公司承制的淮安清江石化GT5000A烟气轮机改造项目将采用最新的一级半设计技术。将原单级烟机改造为一级半机组。,淮安清江石化GT5000A一级半烟气轮机现场安装图,GT5000A烟气轮机与2010年9月底一次开机成功，同等工况下烟气轮机输出功率相比原机组至少提升400KW/H,回收效率提升10%以上，达到了预期的改造目的。,4.4 大幅度提高输出效率,由上表统计和推算数据可知：改造完成以后每kg气体做增加了约30KW/H，如机组气体流量在40-50KG，所以总体做工增加了1000多千瓦/时。回收效率提升10%左右。,五、典型成功案例经济效益分析,（1）2007年8月，我公司承制中石化济南分公司80万吨/年催化裂化装置烟气轮机（YLII10-JNA）设计项目，2008年1月一次开机成功，后经中石化科技开发部科技成果鉴定，同等工况下回收效率提高5-10%，输出功率提高1000KW/H，机组至今稳定运行。分析：10000KW机组，工业用电0.5元/度计算，机组年效益4000万；改造后输出功率提升10%，提高1000KW/H，直接经济效益400万；改造后长周期运行，增加连续运行时间15天/年,创造效益200万/年；忽略备件成本；结论：改造后，一套机组增加纯效益600万/年，机组改造成本一年半以内回收。,我公司改造成功的YLII10-JNA型烟气轮机,改造前后动叶冲蚀对比图（均运行一个周期）,（2）鉴于第一台机组改造取得了巨大成功，我公司又对中石化济南分公司120万吨/年催化裂化装置烟气轮机进行了（GTII10000G)整机改造，2010年4月，该项目一次开机开机成功，同等工况下输出功率提升1200余千瓦/小时，回收效率提高接近10%，机组稳定运行至今。分析：10000KW机组，工业用电0.5元/度计算，机组年效益4000万；改造后输出功率提升10%，提高1200KW/H，直接经济效益480万；改造后长周期运行，增加连续运行时间15天/年,创造效益200万/年；忽略备件成本；结论：改造后，一套机组增加纯效益680万/年，机组改造成本一年半以内回收。,济南炼油厂二催化烟气轮机标定报告,我公司制造的GTII10000G型烟气轮机,六 项目运作工作方案,项目可行性方案设计；项目可行性方案评审；商务谈判和商务合同确定；详细设计和生产制造；安装调试（周期）；质保和长期运行维护；,七、具体工作、产品、设备展示,88,全三维有粘气动计算模型,89,涡轮叶片和轮毂表面压力云图,90,叶片、盘的强度校核,91,YLII10-JNA型烟机的第、级动叶的稳态应力,92,YLII10-JNA型烟机的第级动叶的1-4阶振型,全三维结构设计,三维剖面视图,轴承三维模型（双级示例）,69,我公司拥有业界知名的轴系专家，能对原机组轴系进行系统的验算，并根据机组现有参数匹配设计高性能轴承。,动叶片的加工过程,排气壳体加工,100吨拉床及工装（夹具、拉刀）,转子组件的动平衡,谢 谢！,诚挚欢迎各位专家领导莅临我公司考察指导工作！,