工业汽轮机技术特点及未来发展趋势研究

张明远

国能铜陵发电有限公司 安徽 铜陵 244000

摘要：本文主要介绍了工业汽轮机的技术特点和相关分类方法，阐述了其在工业领域中的实际应用，同时对其未来的发展趋势进行了研究。与诸如内燃机和电动机之类的动力机械相比，工业蒸汽轮机更可靠，并且速度和功率范围更广，具有不可替代的优势，并广泛用于工业生产领域。

关键词：汽轮机技术；发展趋势；研究进展

引言

近年来，随着行业的不断发展，工业蒸汽轮机的应用越来越广泛。同时，它在类型、品种和总装机容量方面都取得了长足的发展，并在国民经济中发挥了重要作用。工业蒸汽轮机广泛用于石油、化工、冶金、电力和轻纺行业，以驱动压缩机、风扇、泵和工艺设备。

1工业蒸汽轮机的技术特点

工业蒸汽轮机已在现代工业中得到广泛应用，其技术优势主要如下：

1.1转速更高

在工业汽轮机的实际应用过程中，其速度可以达到20000r/min，单级速度可以达到33000r/min。尽管体积很小，但其单机功率却可以达到数十万千瓦，这是其他动力机械所无法比拟的，例如内燃机和电动机。同时，工业蒸汽轮机可以直接与从动机械连接，而无需使用齿轮增速结构。不仅如此，蒸汽轮机还可以与这些从动机械（例如压缩机、鼓风机和泵）配合使用，以平稳而灵敏地实现变速运行，适应生产过程中不断变化的条件的需求。

1.2更为经济

工业汽轮机提供余热发电和余热综合利用，从而达到了充分节能的目的。因为工业蒸汽轮机已经在生产过程中进行了合理配置，所以它不仅可以充分利用废热，还可以在向生产过程系统提供蒸汽的同时，减少蒸汽中汽化的潜热损失，从而提高热转换效率，充分利用蒸汽。

1.3其他特点

工业汽轮机的启动扭矩大，启动速度稳定，磨损小，连续运行时间长，并具有完整的自动调节和保护系统。另外，汽轮机更容易满足防爆和防火的要求。在发生电源事故的情况下，由于有一定的蒸汽储备，因此不会像电动机那样突然停止运行，从而进一步保证了系统运行的安全性。工业汽轮机的类型可根据驱动对象、驱动方式和热力系统原理进行划分。

根据驱动对象，工业蒸汽轮机可分为：（1）机械驱动，即用于驱动压缩机、风扇、泵和其他工作机械的工业蒸汽轮机。（2）自备电站，即工业企业中的发电机的工业蒸汽轮机。

工业蒸汽轮机按驱动模式分：（1）直接驱动。用于中等功率及以上功率的发电机，高速离心泵、轴流鼓风机或压缩机。（2）间接驱动器。它由变速箱驱动，用于低功率发电机、低速泵、鼓风机、压缩机和压力机。

根据热力系统原理，工业蒸汽轮机可分为：（1）冷凝蒸汽。由于工业冷凝式蒸汽轮机的蒸汽参数通常较低且功率较小，因此该单元的热经济性明显低于中央电站的大型蒸汽轮机的热经济性，因此只能在特定情况下使用。例如，工作蒸汽会在此过程中利用废热，或者很难从电网中获得电力。（2）背压式。为了满足生产过程中蒸汽消耗和节能的需求，在系统设计中经常设置具有不同压力的两级或三级蒸汽管道系统。此时，通常在每两级管道之间安装一台背压式蒸汽轮机。入口蒸汽取自高压管道，而排气则进入低压管道。（3）抽汽式。在蒸汽轮机内部进行蒸汽工作的过程中，一种或多种蒸汽以较低的压力从蒸汽轮机吸入管道中，剩余的蒸汽继续在蒸汽轮机中膨胀以执行工作。（4）多压型。在生产过程中使用不同压力的残留蒸汽，将其输送到蒸汽轮机的相应压力，以膨胀并执行工作。这种多压力蒸汽源蒸汽轮机称为多压力蒸汽轮机。

2工业蒸汽轮机在工业中的实际应用

2.1合成氢和甲醇驱动用的工业蒸汽轮机

合成氨装置通常使用数十种工业蒸汽轮机，其中包括合成氨压缩机、空气压缩机、氨压缩机和原料气压缩机，全部由工业蒸汽轮机驱动制造，以上四个主要单元的功率约占总功率的80％，其余为驱动泵和风扇的小型工业蒸汽轮机。

2.2乙烯驱动用的工业蒸汽轮机

在乙烯装置中用于驱动压缩机的工业蒸汽轮机是中速蒸汽轮机。在此类工厂中使用的压缩机的主要类型为：裂化气压缩机、丙烯制冷压缩机、乙烯制冷压缩机和原料气压缩机。丙烯制冷压缩机用于乙烯纯化过程的制冷循环系统。压缩机对驱动蒸汽轮机的启动有很高的要求。通常，需要在几十分钟内完成从蒸汽轮机到额定转速（满负荷）的整个过程。否则，由于长期低速预热，压缩机中气体的温度将升高，这将导致不良后果。乙烯制冷压缩机的驱动力虽小，但速度快。为了在工业过程中有效地使用蒸汽并提高蒸汽轮机的效率，低压蒸汽通常被用作蒸汽轮机的蒸汽源。

2.3液化天然气驱动用的工业蒸汽轮机

天然气液化需要制冷压缩机。所使用的工业蒸汽轮机是大功率中速冷凝蒸汽轮机。一个液化天然气厂通常有几个串联的单元，每个单元有三个大型单元。压缩机都是冷凝蒸汽轮机，转速和功率大致相同。大型液化天然气工厂要求工业蒸汽轮机的单机功率超过40MW。为了减小末级叶片的长度和应力，末级通常采用分流结构。

2.4合成燃料驱动用蒸汽轮机

煤炭的气化和液化用于驱动工业蒸汽轮机的开发是世界各国所关注的综合能源利用的主题之一。因此，对用于合成燃料工厂的工业蒸汽轮机的需求将逐渐增加。这种类型的工业蒸汽轮机具有背压型和冷凝型，两者均为中压和中速单元。

2.5冶金行业驱动用工业蒸汽轮机

在冶金行业中，工业蒸汽轮机主要用于驱动高效鼓风机。这种类型的蒸汽轮机通常是中参数低速变速冷凝蒸汽轮机。它的功率范围从数千千瓦到数万千瓦。

2.6其他驱动用的工业蒸汽轮机

这些工业蒸汽轮机被广泛使用，例如用于各种工业锅炉、造纸厂造纸机和各种泵的鼓风机和引风机。用工业蒸汽轮机驱动锅炉鼓风机和引风机后，可以提高风机运行的经济效益。这样的蒸汽涡轮机通常是冷凝的或背压的。驱动造纸厂的大多数工业蒸汽轮机都是单级蒸汽轮机。由于这种类型的蒸汽轮机既提供动力又提供蒸汽，因此整个系统的热能利用率很高，高达80％。在其他类型的工厂中用于驱动泵和风扇的工业蒸汽轮机通常是小型蒸汽轮机。

3工业汽轮机的技术发展趋势

为了适应各种工业领域，无论是单级汽轮机还是多级汽轮机，已经形成了各种系列。每个系列都包含大量的变体，并且每个变体都包含各种参数和功效。尽管工业蒸汽轮机面临可控变速电动机的挑战，但其由于能量转换次数少，工业汽轮机仍占据着广阔的市场。工业汽轮机的特性决定了其发展方向，其方向仍然是朝着提高速度、效率和可靠性的三个目标迈进。

3.1继续提高产品的可靠性

可靠性是产品生存的基本质量指标。工业蒸汽轮机不仅面临与大型发电厂蒸汽轮机相同的问题，而且还存在一些特殊问题，这些问题要求工作范围广、速度快、变速快并且没有备用设备。例如，小型汽轮机通常可以连续运行三年；多级汽轮机除必须连续运行三年外，还必须保证20年以上的使用寿命。设备的年强制关机率不大于0.2％至0.3％，年有效利用率为96.0％〜98.5％。

3.2继续提高单机容量

近年来，工业蒸汽轮机的最大单机容量不断扩大，蒸汽入口参数与单机容量应和工业过程的蒸汽参数相匹配，也应当提高单机容量。

3.3不断提高效率和速度

工业蒸汽轮机的功率通常很小，并且其废气通常在工艺过程中循环使用。因此，传统的设计概念通常只注重确保可靠性，易于制造和降低成本，而忽略了提高效率。如今，对效率提出了更高的要求。目前，小型汽轮机的效率已达到70％至75％，而多级工业汽轮机的效率已达到70％至87％。

3.4提高调节部件的精度

采用计算机监控，提高机器的自动化程度。相关标准规定，工业汽轮机的调速范围为最大连续转速的30％，其调速范围较大，要求调速器能够将线性关系保持在较大范围内，从而对调速器提出更高的要求。此外，由于工业生产过程的复杂性，除了需要控制工业蒸汽轮机的速度和入口蒸汽外，有时还需要调整蒸汽补充，抽气和背压。这样，需要将多功能调节系统形成工业汽轮机的几种特殊调节装置，以满足不同用途的各种汽轮机的特殊需要，从而有效地扩大了原有特殊调节装置的使用范围。改进提高调节系统的可靠性。当前，电子计算机技术的发展为蒸汽轮机的运行提供了更完整的控制方法。微处理器可用于控制蒸汽轮机运行的重要参数，并监视蒸汽轮机的自动启动和停止。因此，结合使用汽轮机监控和自启停系统可以实现汽轮机运行的计算机控制。

4结束语

工业蒸汽轮机由于具有高可靠性以及广泛的速度和功率，在现代工业生产过程中起着重要的作用。目前，它正朝着高速、大功率、高效率、高可靠性、高精度和高自动化程度的方向不断发展。同时，低能排气的级联利用也可以有效地满足目前的节能降耗的发展理念。

参考文献

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