工业汽轮机概述

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工设备与管道》

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工业汽轮机概述

陈楚成

(中国石化集团公司机械技术中心站)

工业汽轮机是蒸汽轮机的一种,主要用于机械设备的驱动,如大型风机、给水泵、压缩机等,也包括调节剩余蒸汽量或利用余热的企业自备发电机组。

由于中国没有船用汽轮机的专业制造厂,因此船用汽轮机也纳入工业汽轮机的范畴。我国工业汽轮机的发展非常迅速,每年生产的工业汽轮机额定有效功率的总和已占同年生产的电站汽轮机装机容量的15%左右。

工业汽轮机是一个十分重要的制造部门,同时

也是一个跨部门的专业,它既要与蒸汽锅炉相配合,

又要与被驱动的机械相连接,更重要的是它必须适应整个系统的蒸汽平衡,达到工艺设计的经济合理和节能降耗。

本文结合参加汽轮机设计和在石油化工厂应用

的一些体会,就工业汽轮机的特点、发展、应用、选型等综合性的内容作一些介绍和讨论,供从事机泵工作的人员参考。

1 工业汽轮机的特点

工业汽轮机的功率范围和转速范围都比较大,

功率最小的几千瓦,最大的可达十几万千瓦;工作转速通常在3000～10000r/m in 左右,最高可达20000r/min 以上,单级汽轮机甚至可达30000r/m in 。工业汽轮机适用的蒸汽参数范围也比较大,因此,使用者有一定的可选择性。由于工业汽轮机转速高,体积小,功率大,适用范围广,适合大型压缩机泵的驱动,也能适应各种中、小机泵的使用要求。

工业汽轮机的热经济性好,提供了热电联产和余热利用的条件。工业汽轮机的效率当视具体工作

条件而言,如果有理想的蒸汽条件,汽轮机本身的热效率是比较高的。但是工业汽轮机往往设计得比较紧凑,热力系统相对筒单,因此热效率较低。特别是在必须利用剩余蒸汽等的情况下,可能牺牲汽轮机的效率以换取整个工艺系统的平衡,这时虽然主机的效率较低,但整个系统的热效率仍然较高,可以充

分利用能源,达到节能的目的。工业汽轮机具有汽轮机的固有特性,启动扭距

大,升速平稳,连续运行时间长,有完善的调节和保护系统,操作比较筒单,运行可靠,自动化程度高。工作转速可以根据负荷变化自动进行调节,调节系统都是采用国际先进的调节器,如WO OD-WARD 调

节器、数字式电液调节器等。工业汽轮机的品种繁多,类型复杂。为了降低

成本,缩短设计制造周期,工业汽轮机零部件的标准化、通用化程度高。主机系列化设计,可以采用积木

式结构,通用机座,成套辅机设备。

工业汽轮机按做功原理可分为冲动式和反动式

两种。冲动和反动是蒸汽作功的不同形式,冲动式是蒸汽只在汽缸内的静叶片(又称喷嘴)中膨胀,造成蒸汽压力降低,转化成高速的汽流去冲击动叶片,蒸汽在动叶中不再膨胀,动叶只是把蒸汽的动能转换成机械能,带动转子转动;反动式汽轮机是蒸汽在静叶片中膨胀降压之后,在动叶片中继续膨胀降压,动叶不但将蒸汽的动能,同时也将蒸汽的部分内能转换成机械功。现代冲动式汽轮机各级均带有一定的反动度,反动式汽轮机也常用冲动级前置为调节级,但仍称为冲动式或反动式汽轮机。冲动式和反动式汽轮机在结构上有较大的不同。

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2 工业汽轮机的发展

我国工业汽轮机起步较晚,20世纪60年代,专业生产工业汽轮机的工厂只有杭州汽轮机厂一家。当时还有青岛汽轮机厂和沈阳汽轮机厂也生产工业汽轮机,但主流产品是中、小型发电机组,工业汽轮机产品实际上只有3000r/m in 的快装机组。

20世纪70年代初,杭州汽轮机厂为上海吴泾化工总厂300kt/a 合成氨国产化项目研制了空压机、氨压缩机和合成气压缩机配套汽轮机,三台机组全部采用冲动式设计。其中合成气压缩机配套汽轮机的功率最大,称为2万机组,这也是我国引进工业汽轮机技术之前自行设计的最大机组。

20世纪70、80年代是我国石油化工大发展的

时期,随着石油化工生产装置和成套技术设备的引进,以蒸汽透平驱动的动力装置迅速发展,石油化工的发展是我国大型压缩机(泵)及其配套工业汽轮机大发展的决定性因素。

1972年,中央决定从国外引进成套石油化工生

产装置(主要是化纤和化肥的成套技术和设备),共

引进成套装置26套,其中石油化工21套。这批大型引进项目总投资200多亿元,占当年全国基本建设总投资的一半以上。为了提高国内制造厂关键设备的自制能力和备品配件的供应,保障引进装置的正常运行,在引进项目中还包括了当时具有世界先进水平的透平压缩机、燃气轮机、工业汽轮机等单个项目,分别由沈阳鼓风机厂、南京汽轮电机厂、杭州汽轮机厂引进意大利Nuovo Pignone 、美国GE 、德国S iem ens 的设计技术和成套设备,每个单项投资也超过1亿元。

20世纪80年代以后,随着我国改革开放,国民

经济得到飞速发展,工业汽轮机也进入了新的发展时期。工业汽轮机的产量、产值增加了上千倍,国内产品的市场占有率已经达到80%以上。目前我国已有工业汽轮厂(或产品中包括工业汽轮)二十多家,部分工厂还建立了自己产品的特点和品牌(见表1)。其中杭州汽轮机股份有限公司已经发展为拥有10多家成员的企业集团,年产值近百亿元,已经生产了4500多台(套)产品,工业汽轮机的年产

量已经名列世界前茅。

表1 部分工业汽轮机的市场产品

名称

产品特点

备注

杭州汽轮机股份有限公司

设计、制造各类反动式工业汽轮机,可按用户需要进行设计制造杭州中能汽轮动力有限公司设计、生产各类冲动式汽轮机

杭州大路实业有限公司

3000kW 以下汽轮机带有齿轮减速装置,6000kW 以上汽轮机均与发电机直联南京汽轮电机(集团)有限责任公司

热电联供及联合循环及工业驱动、城市垃圾发电、热能回收等

原南京汽轮电机厂,宁港合资企业青岛捷能汽轮机集团股份有限公司

135MW 以下“捷能牌”汽轮发电机组及节能减排余热发电工业拖动汽轮机等原青岛汽轮机厂,技术与三菱合作

青岛华捷透平动力有限公司热功联产工业汽轮机开发和生产

青岛享宇透平机械有限公司200～1500kW 汽轮机设计、制造及中外小型汽轮机机组改造中美合资企业

青岛华泰达机械制造有限公司工业汽轮机制造、销售、配件加工及维修山东青能动力股份有限公司汽轮机、风力发电机、钻机等产品

淄博桑特动力设备有限公司6000kW 以下小型工业汽轮机组的开发生产

淄博迈特汽轮机有限公司工业驱动和发电两大类工业汽轮机制造、销售、安装、调试、大修

广州斯科达-劲马汽轮机有限公司

0.2～50M W,蒸汽压力0.3～10.0M Pa,饱和温度到550℃的范围内不受参数限制

捷克斯科达与广州汽轮机厂合资

工业汽轮机是一种综合利用能源的机械,属于节能减排、增效环保型的产品,具有良好的发展前景。工业汽轮机的发展主要是从提高机组经济性、

可靠性,延长使用寿命,提高自动化水平,提高在线故障诊断等方面,主要表现在:

(1)不断提高效率;