高温高压蒸汽管道颗粒运动及分离特性研究

为了彻底解决锅炉管系脱落的氧化皮颗粒对汽轮机叶片冲蚀损伤、阀门卡涩、抽汽及疏水系统堵塞等问题，以某超超临界汽轮发电机组主蒸汽管路为原型，对蒸汽管道内的汽固两相流动进行了系统的数值模拟分析，探索了颗粒尺寸、蒸汽参数、弯管曲率半径对氧化皮颗粒运动行为的影响。在此基础上，利用蒸汽管道原有弯管结构设计了弯管颗粒分离器，并对其分离特性、压损特性和热力系统经济性进行了系统的计算分析。结果表明：氧化皮颗粒进入蒸汽管道弯管后，在离心力作用下，所有尺寸颗粒均会向管道压力面逐渐贴近集中，颗粒尺寸越大，弯管的曲率半径越大，蒸汽参数越低，氧化皮颗粒在弯管出口截面上就越集中；在最佳抽汽占比M为0.50%工况下，弯管颗粒分离器对100μm以上氧化皮颗粒的分离效率达到90%以上，分离装置对主蒸汽产生的压力损失约为21 kPa;提出将分离后的汽固两相混合物净化后输送到最高参数的高压加热器进行回收利用的方案，不同抽汽比工况下颗粒分离和蒸汽回收工艺对机组热耗和功率的影响均小于0.2%。该研究结果对于延长火电机组关键设备高效服役寿命具有重要意义。