超临界汽轮机固体颗粒侵蚀的分析研究－55.doc

在电力行业中，超临界汽轮机技术因其高效率和高能量转换能力而备受青睐，尤其在600MW等级的火力发电机组中，该技术的应用更是关键。然而，随着超临界技术的推广，也带来了一个不容忽视的问题——固体颗粒侵蚀（SPE）。这种侵蚀现象对汽轮机的运行效率和寿命产生了严重的负面影响，因此，对其深入研究具有重要的实际意义。 固体颗粒侵蚀的主要来源是锅炉内的过热器和再热器以及主蒸汽管道。在高温环境下，钢材表面会形成多层氧化层，其中FeO层结构较为疏松，易于在温度低于570℃时分解并脱落。这种脱落的氧化垢层就是造成汽轮机叶片等部件受侵蚀的主要固体颗粒。为了解决这一问题，新设备在投入运行前会进行蒸汽吹洗，以去除这些不稳定的氧化层。同时，锅炉酸洗也是必要的，这不仅可以清除可能脱落的氧化垢层，还可以帮助形成更加稳定的氧化层。 在汽轮机运行过程中，氧化膜的生成与剥落同样值得关注。过热蒸汽管道内壁的氧化膜是由水蒸气与铁反应形成，分为内外两层，其中内层与金属基体结合紧密。但是，在超温或温度压力波动的情况下，氧化膜可能发生多层结构的剥离，这种剥离主要是由于不同材料热膨胀系数差异造成的应力。在汽轮机的启动和停机过程中，这种应力尤为显著，从而加剧了固态颗粒的侵蚀。 面对固态颗粒侵蚀的挑战，通常采取两种策略：气动抗冲蚀设计和表面强化。气动抗冲蚀设计通过优化汽轮机叶片的形状和流动路径，尽量减少颗粒与叶片的碰撞频率，从而降低侵蚀。而表面强化则专注于提升叶片表面的耐磨性和抗冲击能力，例如通过涂覆特殊材料涂层或进行表面处理工艺，增强叶片的抗侵蚀性能。 对固态颗粒运动特性的研究，数值计算方法发挥了关键作用。通过计算模拟颗粒在调节级和中压第一级喷嘴内的运动轨迹，研究者可以了解颗粒撞击叶片的位置、速度和角度，以及材料的抗冲蚀性能。这些模拟和分析结果有助于深入理解侵蚀机理，并为设计出更加耐侵蚀的汽轮机部件提供了重要的设计依据。 随着中国对超临界发电技术的持续投资和发展，了解并解决固态颗粒侵蚀问题显得尤为迫切。通过借鉴国际上的经验和教训，结合数值计算和实验研究，我们不仅可以有效降低固态颗粒侵蚀带来的影响，提高汽轮机的运行效率和可靠性，还能显著降低维护成本，促进我国电力工业的持续健康和科学发展。