CN101493023A - 蒸汽轮机与尧式五型涡轮发动机联合循环 - Google Patents

Abstract

蒸汽轮机与尧式五型涡轮发动机联合循环。在膨胀室壳体上设置一个与膨胀室壳体低热阻连接的换热器；在膨胀室壳体内设置一个内置筒形夹套式换热器。本发明将烟气和蒸汽轮机乏汽能量加以利用，能大大提高现有热电厂的发电效率。本发明应用科学手段来弥补传统技术无法大幅度提高热机效率的缺陷，用科学的智慧来弥补西方技术的不足。在烟气和乏汽能量的双重作用下，尧式五型涡轮发动机将会产生难以想象的巨大输出动力。尧式五型涡轮发动机采用两级增压泵轮可获得更高的压力，使涡轮发动机的功率大大增加。采用两级涡轮可进一步提高发动机效率。采用无外壳的行星动力汇流升速器还使两级涡轮具有自适应能力从而使系统始终处于最佳匹配和最高效率状态。

Description

蒸汽轮机与尧式五型涡轮发动机联合循环

所属技术领域

本发明涉及蒸汽轮机与尧式五型涡轮发动机联合循环。

背景技术

多少年来，传统热电技术一直只能停留在理论值的1/3的效率的阶段。直到上世纪末，终于突破亚临界制造技术的束缚，才使热机效率越过了40％的大关。如今，虽已研制成功超超临界发电机组，但最高效率也不可能超过50％，仍然还有剩余50％以上的热能未被利用。尽管现有技术的锅炉利用效率已经极高，也尽管采用了第二次对加热蒸汽后的燃气进行了热交换的再利用，但仍然还有相当一部分的热量，从烟道出口被白白浪费掉。能量损失更大的部分，是在第三段低压透平后排放的蒸汽，即便是100℃的蒸汽凝结为100℃的热水，所释放的能量也大得惊人，何况第三段低压蒸汽透平后所排放的温度在100℃以上。如果现在对提升效率的研究仍然停留在技术层面再进行改进，其提升空间也是极其有限的，因为超超临界的机组已经接近技术的极限，无论多么努力，发电效率已不可能大幅度再提高。

发明内容

本发明的目的是要提供蒸汽轮机与尧式五型涡轮发动机联合循环。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：用蒸汽轮机和尧式五型涡轮发动机组成一个蒸汽轮机与尧式五型涡轮发动机联合循环。尧式五型涡轮发动机由两级涡轮、两个涡轮轴、两级增压泵轮和膨胀室壳体组成。第一级涡轮与第二级增压泵轮和内齿圈连接：第二级涡轮与行星架和第一级增压泵轮连接。行星架上均布有三个行星轮。内齿圈、行星架、三个行星轮和太阳轮一起构成一个行星动力汇流升速器，太阳轮作为行星动力汇流升速器的输出端连接涡轮发电机。在膨胀室壳体上设置一个与膨胀室壳体低热阻连接的换热器，换热器含有一个与蒸汽轮机乏汽管路相连接的输入端口和一个与锅炉给水装置相连接的输出端口。进一步，在膨胀室壳体内设置一个内置筒形夹套式换热器，内置筒形夹套式换热器含有一个与锅炉烟道相连接的烟气入口和一个与大气连通的烟气出口。

作为对上述技术方案的改进优化：采用一个与膨胀室壳体一体制造的壳体换热器：采用旋转方向相反的两级增压泵轮：在第二级增压泵轮上方设置钟型整流罩和/或在第一级涡轮的下方设置钟型整流罩：在壳体换热器上设置绝热层。

本发明的有益效果包括：将从烟道口排放的烟气和从蒸汽轮机排放的乏汽能量再次加以利用，能大大提高现有热电厂的发电效率。专门针对利用这些剩余低品位能量的发动机，即大功率尧式低品位能量涡轮发动机由此而诞生。本发明应用科学手段来弥补传统技术无法大幅度提高热机效率的缺陷，用科学的智慧来弥补西方技术的不足。现代发电厂所使用的蒸汽轮机一般功率都很大，因此只需安排一台大功率机组就可与尧式低品位能量涡轮发动机实现联合循环。当然采用多台组合方式也可以、甚至性能更好，可采用均布式方法来完成。在膨胀室壳体上设置一个与膨胀室壳体低热阻连接的换热器，换热器采用一个与蒸汽轮机乏汽管路相连接的输入端口和一个与锅炉给水装置相连接的输出端口：将从膨胀室下端的出水口流出的冷凝水，经过机外加压后，重新送回到燃烧锅炉循环使用。大功率、低品位涡轮发动机，此时毅然成为一台100％不再使用冷却液的散热装置，真实替代了传统热电技术的冷凝塔而自身获得的散热能量，即可转化为涡轮发动机的输出动力。

进一步，对从烟道上排放出去的燃煤废气加以利用。具体方法包括两种：方法一：将烟道管道排放的废气，与尧式五型涡轮发动机膨胀室壳体下端的进气管路相连接。由于膨胀室壳体内存有一定的低压，所以燃煤废气不会自动进入，反而会形成倒灌而进入烟道。因此，必须在管道的连接处，增设一台风扇，强行将废气送入膨胀室壳体内，实现废气的第二次做功。风扇提供的压力，应与尧式五型涡轮发动机增压泵轮产生的压力相同，以保证空气进入和废气灌入能同时进行，并获得一个稳定的配比。由于强制风扇耗用的功率很大，将废气直接灌入到膨胀室壳体内的方式，价值不一定很大。因此也可采用方法二：采用内置式换热器为低品位发动机提供热能。烟气通过内置筒形夹套式换热器加热膨胀室内的气体。这两种方式哪种更好，须由实验决定。在烟气和乏汽能量的双重作用下，尧式五型涡轮发动机将会产生难以想象的巨大输出动力。

蒸汽轮机与尧式低品位涡轮发动机实现联合循环，共有五种不同结构和组合方式，尧式五型涡轮发动机采用两级增压泵轮和两级动力涡轮的工作制式，可使膨胀室壳体内的气体获得比只用一级增压泵轮更高的压力，从而使得涡轮发动机的功率大大增加。采用两级动力涡轮可进一步提高发动机的效率。此种工作制式虽然结构比较复杂，但可以获得最优秀的动力性能。采用无外壳的行星动力汇流升速器不仅使两级涡轮具有自适应能力，更重要的是达到了两级涡轮动力汇流的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是蒸汽轮机与尧式五型涡轮发动机联合循环实施例的结构剖示图。

图中1.蒸汽轮机，2.涡轮发动机，3.锅炉，4.高压蒸汽管，5.汽轮发电机，6.乏汽管路，7.输入端口，8.膨胀室壳体，9.壳体换热器，10.输出端口，11.第一级涡轮，12.第二级涡轮，13.第一涡轮轴，14.第二涡轮轴，15.第一级增压泵轮，16.第二级增压泵轮，17.内齿圈，18.行星架，19.行星轮，20.太阳轮，21.涡轮发电机，22.钟型整流罩，23.进风架，24.内置筒形夹套式换热器，25.锅炉烟道，26.烟气入口，27.烟气出口。

具体实施方式

在图1中，蒸汽轮机1与尧式五型涡轮发动机2组成一台蒸汽轮机与尧式五型涡轮发动机联合循环。锅炉3产生的高压蒸汽通过高压蒸汽管4进入蒸汽轮机1做功驱动汽轮发电机5。从蒸汽轮机1出来的乏汽通过与蒸汽轮机1的乏汽管路6相连接的输入端口7进入与涡轮发动机2的膨胀室壳体8一体制造的壳体换热器9。壳体换热器9通过输出端口10与锅炉3给水装置相连接。第一级涡轮11和第二级涡轮12、第一涡轮轴13、第二涡轮轴14、第一级增压泵轮15、第二级增压泵轮16和膨胀室壳体8一起组成一台尧式五型涡轮发动机。第一级涡轮11与第二级增压泵轮16和内齿圈17连接：第二级涡轮12与行星架18和第一级增压泵轮15连接。行星架18上均布有三个行星轮19。内齿圈17、行星架18、三个行星轮19和太阳轮20一起构成一个具有两个同心安装旋转方向相反的输入端和一个输出端的行星动力汇流升速器。太阳轮20作为行星动力汇流升速器的输出端连接涡轮发电机21。在第二级增压泵轮16上方和第一级涡轮11的下方各含有一个钟型整流罩22。在膨胀室壳体8的下方含有一个进风架23。在膨胀室壳体8内有一个内置筒形夹套式换热器24，内置筒形夹套式换热器24带有一个与锅炉烟道25相连接的烟气入口26以及一个与大气连通的烟气出口27。壳体换热器9带有绝热层以减少热损。

图1所示实施例的工作原理为：从蒸汽轮机1输出的乏汽和锅炉烟道25内的烟气通过壳体换热器9和内置筒形夹套式换热器24使膨胀室壳体8内空气膨胀产生势能推动第一级涡轮11转动，并通过第一涡轮轴13带动第二级增压泵轮16使得从进风架23进入膨胀室壳体8的空气增压。增压的空气经过两个换热器的加热产生更大的压力，推动第一级涡轮11加速转动。这又使得第二级增压泵轮16的增压作用进一步增强，由此形成雪崩反应，使涡轮发动机2迅速达到满功率输出。这些输出功率通过涡轮发电机21转化为电能输出。

这里要强调：第一级涡轮11只吸收了一部分膨胀的能量做功，将剩余的能量留给第二级涡轮12继续吸收做功。第一级涡轮11所做的功一部分通过第一涡轮轴13传递给第二级增压泵轮16，另一部分功率传递给内齿圈17。第二级涡轮12通过第二级涡轮轴14将功率传递给行星架18。这两个涡轮在行星动力汇流升速器中完成动力汇流并通过太阳轮20传递给涡轮发电机21转化为电能输出。行星动力汇流升速器还使涡轮发动机系统始终处在效率曲线的高位运行。

现有的燃气涡轮发动机都设有多级导轮机构，在许多场合它们都具有有益效果。但经我们研究发现：导轮机构的存在同时也使发动机的结构复杂化，而且还影响发动机的工作效率。如果能够采用可逆性的涡轮和泵轮来取代导轮，既可以简化结构，又能大大提高工作效率。所以这里不采用导轮。

本发明的技术要求为：当两只旋转方向相反的涡轮均为125转/分时，行星动力汇流升速器升速比为6∶1，带动750转/分的50赫兹交流发电机并网发电。

Claims (6)

1.蒸汽轮机与尧式五型涡轮发动机联合循环，由蒸汽轮机和尧式五型涡轮发动机组成，尧式五型涡轮发动机组由两级涡轮、两个涡轮轴、两级增压泵轮、行星动力汇流升速器和膨胀室壳体组成；第一级涡轮与与第二级增压泵轮和内齿圈连接；第二级涡轮与行星架和第一级增压泵轮连接，行星架上均布有三个行星轮；内齿圈、行星架、三个行星轮和太阳轮一起构成一个行星动力汇流升速器，太阳轮作为行星动力汇流升速器的输出端连接涡轮发电机，其特征在于在膨胀室壳体上含有一个与膨胀室壳体低热阻连接的换热器，换热器含有一个与蒸汽轮机乏汽管路相连接的输入端口和一个与锅炉给水装置相连接的输出端口。

2.根据权利要求1所述的联合循环，其特征在于膨胀室壳体内含有一个内置筒形夹套式换热器，内置筒形夹套式换热器含有一个与锅炉烟道相连接的烟气入口和一个与大气连通的烟气出口。

3.根据权利要求1或2所述的联合循环，其特征在于含有一个与膨胀室壳体一体制造的壳体换热器。

4.根据权利要求1或2所述的联合循环，其特征在于在第二级增压泵轮的上方含有一个钟型整流罩和/或在第一级涡轮的下方含有一个钟型整流罩。

5.根据权利要求1或2所述的联合循环，其特征在于两级涡轮通过一个具有两个同心安装旋转方向相反的输入端和一个输出端的行星动力汇流升速器形成动力汇流。

6.根据权利要求1或2所述的联合循环，其特征在于两级增压泵轮旋转方向相反。

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