文档介绍：第 121212 章烟气轮机
烟气轮机(又称烟气透平)是以烟气为工质,将工质的热能和压力能转变为机
械能的原动机。烟气轮机在石油炼厂流化催化裂化装置再生烟气能量回收系统中
已得到广泛的应用。
烟气轮机的分类和特点
1)按结构形式分分为单级和多级烟气轮机。
静叶和轮盘上装有动叶的工作轮是组成烟气轮机的最基本的工作单元,称为
“级”。如果整台烟气轮机只有一个级,称为单级烟气轮机;如果整台烟气轮机
包含有两个级,则称为两级烟气轮机;二级以上则称为多级烟气轮机。两级烟气
轮机的效率要比单级烟气轮机的要高。目前,国内制造的两级烟气轮机的效率约
为 83%,而单级烟气轮机的效率约为 78%。
2)按照烟气在级内流动方向分分为轴流式和径流式烟气轮机。
烟气在级内轴向流动的称为轴流式烟气轮机。通常所见的大多数烟气轮机为
轴流式,因为轴流式容许流过的工质流量较大,结构上易做成多级型式,能够满
足高膨胀比和大功率要求,效率又较高。此外,轴向进气可使烟气进入烟气轮机
机时能稳定流动,以确保烟气中的催化剂颗粒均匀分布。
烟气在级内径向流动的称为径流式烟气轮机(或称向心式)。径流式适宜用于
小功率场合。但它存在着离心分离作用,容易产生颗粒集中的倾向,入口压力损
失较大。
如图 12-1 和图 12-2 分别是我国制造的 YLI 型单级轴流式烟气轮机外形
图和剖面图。图 12-3 和图 12-4 分别是 YLII 型两级轴流式烟气轮机外形图和
剖面图。

图 12-1 YLI 型单级轴流式图 12-2 YLI 型单级轴流式
烟气轮机外形图烟气轮机剖面图
1
图 12-3 YLⅡ型两级轴流式图 12-4 YLII 型两级轴流式
烟气轮机外形图烟气轮机剖面图
烟气轮机级的工作原理
烟气轮机是将烟气的热能和压力能转变为转轴上的机械能的原动机。级是烟
气轮机最基本的工作单元。它主要由一列静叶片和一列动叶片组成。图 12-5
表示烟机某一级的热力参数变化情况,静叶片前截面(即级进口截面)用 0-0 表
示,静叶片和动叶片之间的截面用 1-1 表示,而动叶片后截面(即级出口截面)
用 2-2 表示。这三个截面通常称为级的特征截面,其气流参数分别注以下标 0、
1 和 2 表示。

图 12-5 级中气流参数的变化情况
在静叶流道内,烟气在喷嘴中膨胀,把热能和压力能转变成动能,这时烟气
压力由 Po 膨胀到 P ,温度由 To 下降到 T ,气流速度相应地由 Co 升至 C 。在
1 1 1
动叶流道内,烟气从静叶以很高的速度喷向动叶,在动叶流道内顺着流道的形状
逐渐改变其流动方向。由于气流发生转向,动叶必然有一个力作用于气流,反之
气流也一定有一个与之相应的作用力 F 作用在动叶上,这个力在周向的分力 Fu
就推动工作轮不断地旋转,并输出机械功,这就是烟气的热势能转换成转轴上的
机械功过程。F 在轴向的分力 F a ,必须要由轴向止推轴承来承受,以避免产生过
2
大的轴向位移。
在气体流动特性的研究中知道,气体作加速流动时,其流动损失要比作非加
速流动时小,因此在设计中往往要使烟气在动叶的流道中有一定的加速。这样,
当一股加速气流自动叶喷出时,就会类似于喷气发动机尾部喷管中的喷气流一
样,也会产生推力,而推动工作轮旋转获得机械功。所以,烟气在动叶栅中加速
流动,不仅可改善流动状态,同时也可获得一部分机械功,这时动叶中气流的压
力由 P 膨胀到 P ,温度由 T 下降到 T ,而相对速度由 w 增加到 w 。
1 2 1 2 1 2
烟气在级内流道中的流动规律与对叶片磨损的影响
烟气轮机的工质与燃气轮机的工质是有区别的,因为烟气轮机的工质中含有
催化剂固体微粒,这种气—固两相流动对烟气轮机的气动热力性能和叶片的磨损
要产生影响。现研究烟气在流道内的流动规律,其目的主要是为了掌握气—固两
相流动对叶片磨损的规律和影响因素,以便采取减少催化剂微粒对叶片磨损的措
施。
烟气在流道内的流动规律
带有固体微粒的气流进入烟气轮机时,在静叶和动叶流道内,细小微粒(一
般指小于 5μm 的颗粒)基本上随气流一起运动,造成比单纯气流有较大的粘性作
用和粘性损失,另外,一些较大的颗粒由于惯性较大,速度滞后于气体的速度,
其速度三角形与气体的速度三角形有明显的差别,如图 12-6 所示。

图 12-6 微粒大小对动叶前、图 12-7 不同粒度的微粒在
后速度三角形的影响叶道中的流动轨迹
从图中可以看出,微粒进入动叶片的相对速度