CN101598343B - 大小涡轮增压器串并联锅炉可调增压系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是种大小涡轮增压器串并联锅炉可调增压系统。包括高压级涡轮旁通管路旁通阀、高压级涡轮旁通管路、高压级涡轮、高低压涡轮连接管路流量切换控制阀、高低压涡轮连接管路、低压级涡轮旁通管路、低压级涡轮、蒸汽输出管系、主汽轮机、烟气净化装置、高压级压气机旁通管路旁通阀、高压级压气机旁通管路、高压级压气机、高低压压气机连接管路流量切换控制阀、高低压压气机连接管路、低压级压气机旁通管路、辅助汽轮机、变速机构I、变速机构II、燃油供给系统、锅炉给水机构、空气调节挡板、低压级压气机。涡轮当量流通面积的变化范围更广，从而改善增压机组与锅炉的运行配合，达到优化锅炉经济性的目的。

Description

大小涡轮增压器串并联锅炉可调增压系统
(一)技术领域
本发明涉及一种用于锅炉上的可调增压系统。特别是一种适合用在船舶用增压锅炉上的调增压系统。
(二)背景技术
改善锅炉装置经济性的主要方法是提高锅炉炉膛容积热负荷或增加对流受热面的吸热率，而同时提高锅炉炉膛容积热负荷及对流受热面吸热率的唯一有效的途径是利用压气机代替汽轮鼓风机向锅炉炉膛输送助燃空气，即对锅炉采用空气增压。目前舰用锅炉空气增压多数采用涡轮增压机组，如法国苏拉型舰用锅炉、美国舰用自然水循环增压锅炉等。对于舰用主动力设备而言，其运行工况范围宽广，从低工况到高工况的变化幅度大，这对产生蒸汽的锅炉提出了严格的条件，要求其在全工况范围内尽可能的保持良好的经济性与动力性。为保证涡轮增压锅炉高低工况均有良好性能，在现有技术中，可采用相继增压。在采用双涡轮增压器的相继增压系统中，当锅炉处于较高负荷运行时，两个涡轮增压器全部投入工作；当锅炉处于低负荷情况时，则只投入一个增压器工作，这样的处理使高温烟气全部进入一个涡轮，从而提高涡轮转速，使在用增压器高效率的运行。为进一步优化全工况性能，在相继增压系统中需要采用更多的涡轮增压器，但这样增加了结构的复杂性。
在1998年的第六届涡轮增压国际会议上，3K-Warner公司通过文章“Regulated Two-Stage Turbocharging-3K-Warner’s New Charging Systemfor Commercial Diesel Engines”提出了可调两级增压系统，该系统主要由高压小涡轮增压器、低压大涡轮增压器和柴油机组成，采用涡轮增压器串联的形式，高压小涡轮串联低压大涡轮，高压小涡轮并联一由阀门控制的旁通管路；相应的压气机也采用串联形式，高压级压气机也并联由阀门控制的旁通回路。在柴油机高速高负荷时，两个旁通阀全开，采用单级涡轮增压；在低负荷时，两旁通阀全关采用两级涡轮增压。但该方法在不同工况的涡轮当量流通面积的变化范围仍不够大，对工况变化幅度大的柴油机适应能力仍然有限。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种可以使涡轮当量流通面积的变化范围更广，适应更宽广的增压锅炉运行工况的大小涡轮增压器串并联锅炉可调增压系统。
本发明的目的是这样实现的：
其组成包括高压级涡轮旁通管路旁通阀、高压级涡轮旁通管路、高压级涡轮、高低压涡轮连接管路流量切换控制阀、高低压涡轮连接管路、低压级涡轮旁通管路、低压级涡轮、蒸汽输出管系、主汽轮机、烟气净化装置、高压级压气机旁通管路旁通阀、高压级压气机旁通管路、高压级压气机、高低压压气机连接管路流量切换控制阀、高低压压气机连接管路、低压级压气机旁通管路、辅助汽轮机、变速机构I、变速机构II、燃油供给系统、锅炉给水机构、空气调节挡板、低压级压气机；锅炉分别与主汽轮机、烟气净化装置、燃油供给系统、锅炉给水机构以及空气调节挡板相连接，高压级涡轮出口通过高低压涡轮连接管路与低压级涡轮连接，高压级涡轮旁通管路中设有高压级涡轮旁通管路旁通阀，高低压涡轮连接管路出口与低压级涡轮进口连接，低压级涡轮旁通管路的进口与高低压涡轮连接管路流量切换控制阀连接，高压级压气机出口与空气调节挡板进口相连，高压级压气机旁通管路的进口与低压级压气机的出口管路连接，高压级压气机旁通管路中设有高压级压气机旁通管路旁通阀，低压级压气机旁通管路出口与高低压压气机连接管路流量切换控制阀连接，高低压压气机连接管路中设有高低压压气机连接管路流量切换控制阀。
烟气净化装置分别与高压级涡轮、高压级涡轮旁通管路进口相连接，高压级涡轮旁通管路出口与高低压涡轮连接管路流量切换控制阀下游的管路连接。
高压级涡轮出口与高低压涡轮连接管路进口相连，低压级涡轮旁通管路的出口与低压级涡轮的出口管路连接。
低压级压气机出口通过高低压压气机连接管路与高压级压气机进口相连接，高压级压气机的出口管路与高压级压气机旁通管路的出口连接。
高压级涡轮通过变速机构I与辅助汽轮机连接，低压级涡轮通过变速机构II与辅助汽轮机相连。
低压级压气机旁通管路进口与大气相通。
当锅炉在全负荷运行时，高压涡轮旁通管路中旁通阀全开，控制高低压涡轮连接管路中的流量切换控制阀使低压涡轮旁通管路开通，高压压气机旁通管路旁通阀全开，控制高低压压气机连接管路中的流量切换控制阀使低压压气机旁通管路开通；这相当于将两个涡轮增压器并联后同时投入运行，涡轮流通面积为最大，这时相当于双涡轮增压器采用相继涡轮增压。当锅炉负荷降低时，对涡轮流量切换控制阀和压气机流量切换控制阀进行切换，使高低压涡轮连接管路和高低压压气机连接管路导通，高压涡轮和高压压气机旁通管路旁通阀仍然打开，此时只有低压涡轮增压器投入运行，这时相当于用较大流通面积的涡轮进行单个涡轮增压，当负荷进一步降低，需要进一步减小涡轮流通面积，这时高压涡轮旁通管路旁通阀和高压压气机旁通管路旁通阀关闭，控制高低压涡轮连接管路和高低压压气机连接管路的流量切换控制阀，使低压级涡轮和低压级压气机旁通管路开通，这时高压涡轮增压器单独投入运行，相当于用较小流通面积的涡轮进行单个涡轮增压。当负荷再进一步降低时，高压涡轮旁通管路旁通阀和高压压气机旁通管路旁通阀都关闭，同时切换涡轮和压气机的流量切换控制阀使高低压涡轮连接管路和高低压压气机连接管路开通，此时烟气气流先后通过高压级涡轮、低压级涡轮做功，进气先后通过低压级压气机和高压级压气机被压缩，这时实现了两级增压，涡轮的当量流通面积为最小，能在相当低的负荷下获得较高的增压压力。在锅炉启动和负荷变化的过程中，利用辅助汽轮机通过变速机构1和2来调节两个增压器转速的变化。空气流量的控制则通过调节可调空气挡板来实现。
本发明采用2个旁通阀，2个流量切换控制阀共四个阀门，分别根据运行工况控制高压小涡轮、低压小涡轮、高压小压气机、低压大压气机的流量旁通，实现单级涡轮增压、相继涡轮增压、两级涡轮增压，使涡轮当量流通面积的变化范围更广，极大的优化了涡轮增压器与锅炉的匹配，适应更宽广的增压锅炉运行工况。
(四)附图说明
图1是本发明的结构示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
如图1所示，本发明包括：锅炉1、蒸汽输出管系2、主汽轮机3、烟气净化装置4、高压级涡轮旁通管路旁通阀5、高压级涡轮6、高压级涡轮旁通管路7、1号变速机构8、辅助汽轮机9、高低压涡轮连接管路流量切换控制阀10、高低压涡轮连接管路11、低压级涡轮旁通管路12、低压级涡轮13、2号变速机构14、燃油供给系统15、锅炉给水机构16、空气调节挡板17、高压级压气机旁通管路旁通阀18、高压级压气机旁通管路19、高压级压气机20、高低压压气机连接管路流量切换控制阀21、高低压压气机连接管路22、低压级压气机23、低压级压气机旁通管路24，锅炉1分别与主汽轮机3、烟气净化装置4、燃油供给系统15、锅炉给水机构16以及空气调节挡板17相连接，高压级涡轮6出口通过高低压涡轮连接管路11与低压级涡轮13连接，高压级涡轮旁通管路7中设有高压级涡轮旁通管路旁通阀5，高低压涡轮连接管路11出口与低压级涡轮13进口连接，低压级涡轮旁通管路12的进口与高低压涡轮连接管路流量切换控制阀10连接，高压级压气机20出口与空气调节挡板17相连接，高压级压气机旁通管路19的进口与低压级压气机23的出口管路连接，高压级压气机旁通管路19中设有高压级压气机旁通管路旁通阀18，低压级压气机旁通管路24出口与高低压压气机连接管路流量切换控制阀21连接，高低压压气机连接管路22中设有高低压压气机连接管路流量切换控制阀21。
烟气净化装置4分别与高压级涡轮6、高压级涡轮旁通管路7进口相连接，高压级涡轮旁通管路7出口与高低压涡轮连接管路流量切换控制阀10下游的管路连接。
高压级涡轮6出口与高低压涡轮连接管路11进口相连，低压级涡轮旁通管路12的出口与低压级涡轮13的出口管路连接。
低压级压气机23出口通过高低压压气机连接管路22与高压级压气机20进口相连接，高压级压气机20的出口管路与高压级压气机旁通管路19的出口连接。
高压级涡轮6通过1号变速机构8与辅助汽轮机9连接，低压级涡轮13通过2号变速机构14与辅助汽轮机9相连。
低压级压气机旁通管路24进口与大气相通。

Claims (1)

1.一种大小涡轮增压器串并联锅炉可调增压系统，包括蒸汽输出管系(2)、主汽轮机(3)、烟气净化装置(4)、高压级涡轮旁通管路旁通阀(5)、高压级涡轮(6)、高压级涡轮旁通管路(7)、变速机构I(8)、辅助汽轮机(9)、高低压涡轮连接管路流量切换控制阀(10)、高低压涡轮连接管路(11)、低压级涡轮旁通管路(12)、低压级涡轮(13)、变速机构II(14)、燃油供给系统(15)、锅炉给水机构(16)、空气调节挡板(17)、高压级压气机旁通管路旁通阀(18)、高压级压气机旁通管路(19)、高压级压气机(20)、高低压压气机连接管路流量切换控制阀(21)、高低压压气机连接管路(22)、低压级压气机(23)、低压级压气机旁通管路(24)，其特征在于：锅炉(1)分别与主汽轮机(3)、烟气净化装置(4)、燃油供给系统(15)、锅炉给水机构(16)以及空气调节挡板(17)相连接，高压级涡轮(6)出口通过高低压涡轮连接管路(11)与低压级涡轮(13)连接，高压级涡轮旁通管路(7)中设有高压级涡轮旁通管路旁通阀(5)，高低压涡轮连接管路(11)出口与低压级涡轮(13)进口连接，低压级涡轮旁通管路(12)的进口与高低压涡轮连接管路流量切换控制阀(10)连接，高压级压气机(20)出口与空气调节挡板(17)相连接，高压级压气机旁通管路(19)的进口与低压级压气机(23)的出口管路连接，高压级压气机旁通管路(19)中设有高压级压气机旁通管路旁通阀(18)，低压级压气机旁通管路(24)出口与高低压压气机连接管路流量切换控制阀(21)连接，高低压压气机连接管路(22)中设有高低压压气机连接管路流量切换控制阀(21)；所述的高压级涡轮(6)通过变速机构I(8)与辅助汽轮机(9)连接，所述的低压级涡轮(13)通过变速机构II(14)与辅助汽轮机相连；所述的低压级压气机旁通管路(24)进口与大气相通。
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