專利名稱：機(jī)內(nèi)除濕再熱的多級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工作在濕蒸汽區(qū)的汽輪機(jī)技術(shù)，尤其是中、低參數(shù)汽輪機(jī)的機(jī)內(nèi)的蒸汽除濕再熱技術(shù)。
背景技術(shù)：
公知的汽輪機(jī)是火力發(fā)電廠中用來(lái)把蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備。我國(guó)電廠中通常使用多級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)。在多級(jí)汽輪機(jī)中，級(jí)是能量轉(zhuǎn)換的基本單元。一列噴咀(或稱靜葉柵)加上一級(jí)葉輪葉片(或稱動(dòng)葉柵)稱為汽輪機(jī)的一個(gè)級(jí)。蒸汽經(jīng)過(guò)噴咀降壓膨脹，將其部分熱能轉(zhuǎn)換成蒸汽流的動(dòng)能，然后高速的蒸汽射流推動(dòng)葉輪葉片旋轉(zhuǎn)，將蒸汽流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械能。在多級(jí)汽輪機(jī)中，蒸汽逐級(jí)膨脹做功，將其熱能轉(zhuǎn)換成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械能。
飽和蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹作功時(shí)，隨著壓力的降低，蒸汽的濕度迅速增大。蒸汽濕度的增加對(duì)汽輪機(jī)的運(yùn)行十分不利。首先，蒸汽的濕份會(huì)使汽輪機(jī)級(jí)的內(nèi)效率降低。蒸汽的濕度每增加1％，汽輪機(jī)級(jí)效率相應(yīng)下降約1％。更嚴(yán)重的是蒸汽中的霧滴會(huì)沖蝕葉片，使汽輪機(jī)葉片產(chǎn)生水蝕，造成汽輪機(jī)的損壞。蒸汽的濕度越大，水蝕現(xiàn)象越嚴(yán)重。長(zhǎng)期的設(shè)計(jì)和運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，汽輪機(jī)末級(jí)蒸汽的最大濕度不得超過(guò)10％至12％，否則將嚴(yán)重影響汽輪機(jī)的工作壽命和安全運(yùn)行。
為了避免上述的問(wèn)題，一般使用過(guò)熱蒸汽作為汽輪機(jī)的新蒸汽，蒸汽的膨脹過(guò)程大部分在蒸汽過(guò)熱區(qū)中進(jìn)行。汽輪機(jī)的膨脹過(guò)程到達(dá)飽和蒸汽區(qū)時(shí)壓力已降低到2或3個(gè)絕對(duì)大氣壓。這樣蒸汽繼續(xù)膨脹到汽輪機(jī)的末級(jí)時(shí)，蒸汽濕度仍不致過(guò)大。
但很多情況下，我們不得不使用飽和蒸汽或是過(guò)熱度比較小的過(guò)熱蒸汽來(lái)發(fā)電，比如在工業(yè)余熱發(fā)電時(shí)就往往出現(xiàn)這種情況，此時(shí)不可避免的會(huì)碰到汽輪機(jī)中蒸汽濕度過(guò)大的難題。
解決上述難題的一般辦法是采用蒸汽再熱循環(huán)來(lái)代替簡(jiǎn)單的朗肯循環(huán)。也就是把汽輪機(jī)中的濕蒸汽引出來(lái)，送到鍋爐或加熱器中加熱成過(guò)熱蒸汽，再送回汽輪機(jī)中繼續(xù)膨脹作功。這個(gè)辦法非常有效，但做起來(lái)非常麻煩。濕蒸汽從汽輪機(jī)的某一級(jí)后面引出再送入其后續(xù)級(jí)的前面，出汽口和進(jìn)汽口之間必須隔開(kāi)。這樣，一個(gè)汽缸就隔開(kāi)成兩段。這就相當(dāng)于串聯(lián)在一起的兩臺(tái)汽輪機(jī)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。只有對(duì)高參數(shù)大功率的汽輪發(fā)電機(jī)組才值得采用這種昂貴的措施。對(duì)于功率25MW以下的中小型汽輪機(jī)或工業(yè)余熱發(fā)電用汽輪機(jī)采用上述做法經(jīng)濟(jì)性上將是不合算的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決上述技術(shù)難題而提出一種機(jī)內(nèi)除濕再熱的多級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)，該汽輪機(jī)能在汽輪機(jī)級(jí)間直接對(duì)蒸汽進(jìn)行除濕再熱處理，然后提高干度的蒸汽直接進(jìn)入汽輪機(jī)的后續(xù)級(jí)繼續(xù)膨脹作功。
本發(fā)明的機(jī)內(nèi)除濕再熱的多級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)特征是汽輪機(jī)汽缸內(nèi)的其中一相鄰級(jí)或若干相鄰級(jí)的級(jí)間設(shè)置有級(jí)間蒸汽再熱器，由該汽輪機(jī)的主汽門后的主蒸汽管上引出一股新蒸汽通入蒸汽再熱器中，用于加熱汽輪機(jī)中膨脹到一定程度的濕飽和蒸汽，降低其濕度，以保護(hù)汽輪機(jī)不受水蝕損害；該蒸汽再熱器的出口通過(guò)疏水閥連接到疏水膨脹箱，疏水膨脹箱的排水口連接到冷凝器。
所述的級(jí)間蒸汽再熱器是一種表面式換熱器，該換熱器由兩半圓環(huán)所組成，兩半圓環(huán)組成一個(gè)整圓，兩半圓環(huán)的結(jié)合面在通過(guò)汽輪機(jī)中心線的垂直面上，兩半圓環(huán)通過(guò)各自的下部支腳固結(jié)在汽輪機(jī)的汽缸上。
所述的級(jí)間蒸汽再熱器可以采用普通的表面式換熱器，也可以采用熱管式加熱器。
在本發(fā)明的機(jī)內(nèi)除濕再熱的多級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)中，至少設(shè)置有一個(gè)所述的級(jí)間蒸汽再熱器；也可以設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)級(jí)間蒸汽再熱器，分別位于兩個(gè)或多個(gè)相鄰級(jí)之間。
所述的級(jí)間加熱器的管束間可設(shè)置絲網(wǎng)式或波紋板式除濕結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)除濕功能。
所述的級(jí)間蒸汽再熱器出口處通過(guò)裝設(shè)疏水閥，疏水排往疏水膨脹箱；疏水膨脹箱中產(chǎn)生的蒸汽可引入汽輪機(jī)中間級(jí)或汽封系統(tǒng)。疏水膨脹箱中的冷凝水則排入冷凝器。
使用本發(fā)明的技術(shù)，汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)不需要做大的變動(dòng)，蒸汽不需要從汽輪機(jī)汽缸中引出來(lái)后再送進(jìn)去，省去了把蒸汽從汽輪機(jī)中引出、送進(jìn)的粗大的蒸汽管路和閥門。只需把要進(jìn)行級(jí)間再熱處的級(jí)間軸向間隙適當(dāng)加大，留出安裝級(jí)間再熱裝置的空間。級(jí)間再熱的熱源可以從主汽門后的主蒸汽管路中引出一小股新蒸汽。由于再熱用的蒸汽量很少，大概只占新蒸汽量的5％左右，因此再熱蒸汽管路很小，制作方便成本低。
本發(fā)明的機(jī)內(nèi)除濕再熱的多級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)可在結(jié)構(gòu)不做過(guò)大改動(dòng)情況下徹底解決蒸汽濕度問(wèn)題。汽輪機(jī)可以自由使用飽和蒸汽或是過(guò)熱度比較低的蒸汽，在保持比較高的效率情況下不用擔(dān)心葉片的水蝕問(wèn)題。這種方法大大拓寬了汽輪機(jī)所能利用的蒸汽的參數(shù)范圍。任何壓力的飽和蒸汽、濕蒸汽、過(guò)熱度過(guò)小的蒸汽都可直接用來(lái)發(fā)電。這對(duì)工業(yè)余熱發(fā)電和低參數(shù)熱能發(fā)電具有重大意義。
從下面的對(duì)比中可以看出本發(fā)明較之普通汽輪機(jī)的優(yōu)越性流量為32噸/時(shí)的1.0MPa的飽和蒸汽，采用普通冷凝式汽輪機(jī)發(fā)電，排汽背壓為0.006MPa。設(shè)該汽輪機(jī)的內(nèi)效率為76％，則其末級(jí)蒸汽濕度將超過(guò)16％。這是不允許的。為使末級(jí)蒸汽濕度降低至許可值，汽輪機(jī)的內(nèi)效率必須降低到60％。此時(shí)該機(jī)的設(shè)計(jì)功率為3600kW。
若采用本發(fā)明的機(jī)內(nèi)除濕再熱技術(shù)，32噸/時(shí)新蒸汽中需取出2噸/時(shí)的蒸汽作為機(jī)內(nèi)再熱的熱源，其余30噸/時(shí)的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功，當(dāng)蒸汽膨脹到0.2MPa濕度達(dá)到10％時(shí)，利用機(jī)內(nèi)除濕再熱技術(shù)降低其濕度后繼續(xù)膨脹做功至0.006MPa背壓時(shí)排汽。在這種情況下，機(jī)組的內(nèi)效率可以達(dá)到76％以上，設(shè)計(jì)功率可達(dá)到4500kW。
從上述對(duì)比中看到，在相同的條件下，采用本發(fā)明可以增加25％的發(fā)電量。發(fā)電量增加的原因主要來(lái)源于兩個(gè)方面首先是蒸汽的回?zé)岷驮贌嵝?yīng)。兩噸加熱用的蒸汽的汽化潛熱全部進(jìn)入工作蒸汽在汽輪機(jī)中做功，而不是像工作蒸汽一樣把80％以上的潛熱都帶進(jìn)冷凝器浪費(fèi)掉。其次是工作蒸汽再熱后干度提高，減少了蒸汽濕度帶來(lái)的損失，提高了級(jí)效率。這兩項(xiàng)效應(yīng)的聯(lián)合作用大幅度的增加了發(fā)電量。


圖1為本發(fā)明的機(jī)內(nèi)除濕再熱的多級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)的熱力系統(tǒng)圖。
圖2為本發(fā)明的級(jí)間蒸汽再熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2的A-A向剖視圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所表示的本發(fā)明實(shí)施例的熱力系統(tǒng)圖(圖中我們只示出一級(jí)機(jī)內(nèi)再熱，實(shí)際上可以根據(jù)需要設(shè)置兩級(jí)以至多級(jí)機(jī)內(nèi)再熱)。在主汽門1后的主蒸汽管路2上接出一根小口徑(例如DN80mm)的再熱蒸汽管3，該管把總蒸汽量的3％～8％供給位于汽輪機(jī)汽缸內(nèi)的級(jí)間蒸汽再熱器4。蒸汽在再熱器4中放熱后變成的飽和凝結(jié)水由疏水閥7控制進(jìn)入疏水膨脹箱8，在該處凝結(jié)水降壓閃蒸出部分蒸汽經(jīng)由蒸汽管9再進(jìn)入汽輪機(jī)5膨脹做功。疏水膨脹箱8中的低壓飽和水經(jīng)管道10排出到冷凝器11中與主流工作蒸汽的冷凝水混合，然后由凝結(jié)水泵12抽出送到蒸汽發(fā)生器中重新變?yōu)檎羝＿@樣形成了一個(gè)完整的熱力循環(huán)。
圖2、圖3為級(jí)間蒸汽再熱器4的結(jié)構(gòu)示意圖。該級(jí)間蒸汽再熱器為一表面式換熱器，由左、右兩半兩半圓環(huán)20、21組成。其基本構(gòu)成是由半環(huán)形的加熱管管束22，管束端部的蒸汽集箱24，管束間的絲網(wǎng)型霧滴捕集裝置23，引導(dǎo)蒸汽和冷凝水進(jìn)出加熱管束的接管25以及安裝法蘭26組成。流體在級(jí)間蒸汽再熱器4中的流程是蒸汽從左半圓環(huán)20的加熱管束的接管25流入左半圓環(huán)20的蒸汽集箱24，由該蒸汽集箱24分配到左半圓環(huán)20的加熱管管束22，然后流入右半圓環(huán)21的加熱管管束22，換熱產(chǎn)生的冷凝水經(jīng)該右半圓環(huán)21的蒸汽集箱24后由右半圓環(huán)21加熱管束的接管25排出。圖2中的28為級(jí)間蒸汽再熱器4的殼體，27為汽輪機(jī)的主軸。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)內(nèi)除濕再熱的多級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)，其特征在于汽輪機(jī)(5)汽缸內(nèi)的其中一相鄰級(jí)或若干相鄰級(jí)的級(jí)間設(shè)置有級(jí)間蒸汽再熱器(4)，由該汽輪機(jī)(5)的主汽門后的主蒸汽管上引出一股新蒸汽通入蒸汽再熱器(4)中，用于加熱汽輪機(jī)中膨脹到一定程度的濕飽和蒸汽，該蒸汽再熱器(4)的出口通過(guò)疏水閥(7)連接到疏水膨脹箱(8)，疏水膨脹箱(8)的排水口連接到冷凝器(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)，其特征是所述的級(jí)間蒸汽再熱器(4)是一種表面式換熱器，該換熱器由兩半圓環(huán)所組成，兩半圓環(huán)組成一個(gè)整圓，兩半圓環(huán)的結(jié)合面在通過(guò)汽輪機(jī)中心線的垂直面上，兩半圓環(huán)通過(guò)各自的下部支腳固結(jié)在汽輪機(jī)的汽缸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)，其特征是所述的級(jí)間蒸汽再熱器(4)為熱管式加熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的汽輪機(jī)，其特征在于所述的級(jí)間蒸汽再熱器(4)可以是兩個(gè)或多個(gè)，分別位于兩個(gè)或多個(gè)相鄰級(jí)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的汽輪機(jī)，其特征是所述的級(jí)間加熱器(4)的管束間設(shè)置有絲網(wǎng)式或波紋板式除濕結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)，其特征是所述的疏水膨脹箱(8)中產(chǎn)生的蒸汽引入汽輪機(jī)中間級(jí)或汽封系統(tǒng)，疏水膨脹箱(8)中的冷凝水則排入冷凝器(11)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機(jī)內(nèi)除濕再熱的多級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)，該汽輪機(jī)汽缸內(nèi)的其中一相鄰級(jí)或若干相鄰級(jí)的級(jí)間設(shè)置有級(jí)間蒸汽再熱器，由該汽輪機(jī)的主汽門后的主蒸汽管上引出一股新蒸汽通入蒸汽再熱器中，用于加熱汽輪機(jī)中膨脹到一定程度的濕飽和蒸汽，降低其濕度，以保護(hù)汽輪機(jī)不受水蝕損害；該蒸汽再熱器的出口通過(guò)疏水閥連接到疏水膨脹箱，疏水膨脹箱的排水口連接到冷凝器。該汽輪機(jī)能在汽輪機(jī)級(jí)間直接對(duì)蒸汽進(jìn)行除濕再熱處理，然后提高干度的蒸汽直接進(jìn)入汽輪機(jī)的后續(xù)級(jí)繼續(xù)膨脹作功。
文檔編號(hào)F01D25/00GK1687566SQ20051003419
公開(kāi)日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2005年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月19日
發(fā)明者陳恩鑒 申請(qǐng)人:廣州市瑞溥能源環(huán)保科技有限公司