CN101825004B - 一种凝汽式低真空汽轮机和一种增压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷凝式低真空汽轮机和一种增压器，用设计时提高排汽温度和压力生产新机；利用增设增压混汽器或增压器的方式提高末缸的进汽温度和压力，改善末缸的焓降和内效率；以此方式改造现有热电联产机组，改善其热电联产时的发电效率，降低发电能耗；在不显著增加能耗的情况下将冷凝潜热用于供热。

Description

一种凝汽式低真空汽轮机和一种增压器

一、技术领域

本发明属于非变容式机器或发动机技术。

二、技术背景

正如栾忠兴，徐立巍在东北电力大学报发表的《汽轮机低真空供热的经济性分析》(ISSN：1005-2992(2003)04-0044-04)所述，利用凝气潜热供热是提高电厂能源效率一条重要途径。凝汽式汽轮机的低真空运行是目前完全利用凝气潜热供热的唯一方式。但是将原有的高真空汽轮机组低真空运行存在如下问题：末缸5焓降减少出力下降、甚至末缸5做副功，用减少末缸叶轮级数的方式虽能改善末缸5的效率和出力，但是机组整体效率下降，末端的轴承热胀造成轴偏心，加剧机组震动。低真空运行的凝汽式汽轮机的供热温度仍然偏低，满足不了90℃以上温度的热需求。现有技术对增加末缸5焓降，在不降低机组效率和出力的前提下对原有高真空凝汽式汽轮机实施低真空改造缺乏措施。目前尚没有一种为中间缸4或末缸5增焓的装置。

三、发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种专业的凝汽式热电联产汽轮机，其以低真空运行，以凝汽器6循环水供热时，汽轮机各级汽缸(首缸3、中间缸4、末缸5)的内效率和出力接近高真空运行的单纯发电各级汽缸内效率和出力。以增加中间蒸汽焓值的方式对原本高真空汽轮机进行低真空改造，使得汽轮机各级汽缸的内效率和出力接近高真空单纯发电时高真空运行的各汽缸的内效率和出力，并能满足90℃以上温度的热需求。增加中间缸4或末缸5焓降，在不降低机组效率和出力的前提下对原有高真空凝汽式汽轮机实施低真空改造。

本发明还提供2种为蒸汽增加焓值的装置。

本发明采用的技术方案是：根据热需求，在设计汽轮机时取凝汽器6汽侧压力在0.05至0.12兆帕的某一值，通过合理配置汽缸数、汽缸内叶轮的级数和叶轮的直径，使得汽轮机在供热所需的低真空参数运行时各级汽缸的内效率和出力率均大于0.4，末缸轴承13适应凝汽器6汽侧压力在0.05至0.12兆帕的某一值，汽轮机以低真空运行时不发生轴偏心震动。

本发明还可以以凝汽器6汽侧高真空设计汽轮机，只是在末缸轴承13下设置升降装置12，凝汽器6适应供热工况，增设增压旁路8和增压器10。单纯发电时，机组以高真空运行，首缸3、中间缸4、末缸5的内效率和出力为正常值。供热时，用锅炉1引来的新汽驱动增压器10为中间缸4或末缸5的进汽增压增温，增加中间缸4或末缸5的焓降，使得首缸3、中间缸4、末缸5的内效率和出力仍然接近高真空单纯发电时的内效率和出力，升降装置12降低末缸轴承13高度，避免转子的偏心震动。

对已有单纯发电的凝汽式汽轮机以增设增压器10的方式进行热电联产改造，可以使首缸3、中间缸4、末缸5在热电联产时的内效率和出力效率接近单纯发电时的内效率和出力。在末缸轴承13下设置升降装置12，避免转子的偏心震动。

对单纯发电的凝汽式汽轮机增设增压旁路8，将新汽引致末缸5进气口，增加末缸5进汽的压力和温度，也可以增加末缸5在低真空热电联产时的焓降、内效率和出力。在末缸轴承13下设置升降装置12，避免转子的偏心震动。单纯发电时用增压调节器7关闭增压旁路8，恢复凝汽器6汽侧的高真空。

按照这样的思路，本发明可以制造3种机型：

机型1-常年供热型：在热负荷常年稳定的情况下，以供热温度和压力为凝汽器6汽侧温度和压力参数设计汽轮机。相对于普通凝气汽轮机，用减小低压叶轮直径、减少汽轮机级数、减小叶轮直径等方式设计生产汽轮机，使凝汽器6汽侧的温压达到供热参数(如图1所示)，使得热电联产汽轮机在凝汽器6汽侧压力在0.05至0.12兆帕的某一值时，首缸3、中间缸4、末缸5的内效率高于0.4，出力率大于0.4。虽然这种机型相对于普通凝汽式汽轮机没有大的结构改变，但是以往热电联产都是采暖季节供热，非采暖季节的夏秋季单纯发电，从现有的汽轮机理论到热电厂都没有这种机型，但是随着中国专利申请号200910146062.2所述的跨季节蓄热供热技术的出现，将一年四季的发电凝气潜热全部用于供热成为可能，这种机型正是满足这种需求的专业凝汽式热电联产汽轮机。以凝汽器6汽侧低真空参数设计制造汽轮机，将使首缸3、中间缸4、末缸5在低真空下运行的焓降更加合理，整机的效率更高，也使末缸轴承13和凝汽器6更加适应低真空供热工况，避免叶轮偏心引起的震动、避免凝结水与循环水的混合。

将已有普通凝气汽轮机改造成热电联产机型1的方式一：用增压旁路8从锅炉1引高压蒸汽至混汽器9，与原进汽混合后进入中间缸4或末缸5，以增加供热时中间缸4或末缸5的焓降，设置增压调节阀7，使得首缸3、中间缸4、末缸5的内效率高于0.4，出力率大于0.4。在末缸轴承13下设置升降装置12，避免转子的偏心震动。

将已有普通凝气汽轮机改造成热电联产机型1的方式二：是通过增压旁路8从锅炉1引高压蒸汽至增压器10驱动缸21，驱动缸21产生的动力传递给增压缸22，中间缸4或末缸5进汽首先进入低压进汽口26增压后排入混汽室24与在驱动缸21的排汽混合升温后，进入末缸5。使得首缸3、中间缸4、末缸5的焓降、内效率和出力接近单纯发电时的高真空运行参数，内效率高于0.4，出力率大于0.4。在末缸轴承13下设置升降装置12，避免转子的偏心震动。驱动缸21的进气口压力大于排气口压力，新汽驱动叶片产生动力并将动力传递给同轴的增压缸22叶轮。增压缸22的进汽压力小于排汽压力，进汽被叶片压缩后排出。在末缸轴承13下设置升降装置12，避免转子的偏心震动。

机型2-季节供热型：在原有高真空凝汽式汽轮机的基础上增设增压旁路8(从锅炉1引高压蒸汽至混汽器9，用调节阀调节进汽量)，在末缸轴承13下设置升降装置12，避免转子的偏心震动。凝汽器6适应低真空的高温工况。在温暖季节不供热的情况下，凝汽器6汽侧温压参数与普通凝气汽轮机一样；在采暖季节增压旁路8给中间缸4或末缸5的进汽增压，使得无论热电联产和单纯发电时首缸3、中间缸4、末缸5的内效率高于0.4，出力率大于0.4。升降装置12降低末缸轴承13高度，避免转子的偏心震动。夏秋季不供热时关闭增压旁路8，机组仍然以高真空凝气方式运行，升降装置12升高末缸轴承13高度，避免转子的偏心震动。

将原有高真空凝气汽轮机改造成热电联产机型2的方式是用增压旁路8从锅炉1引高压蒸汽至混汽器9，与中间缸4或末缸5的进汽混合，以增加供热时末缸5的焓降；在末缸轴承13下设置升降装置12，避免转子的偏心震动。改造凝汽器6以适应低真空的高温工况；使得首缸3、中间缸4、末缸5的内效率高于0.4，出力率大于0.4。夏秋季不供热时关闭增压旁路8，机组仍然以高真空凝气方式运行。

机型3-季节供热型：凝汽器6汽侧温压参数与普通高真空凝气式汽轮机一样，末缸轴承13和凝汽器6适应低真空运行的高温工况，增设增压旁路8和增压器10。在末缸轴承13下设置升降装置12，避免转子的偏心震动。供热时通过增压旁路8从锅炉1引高压蒸汽至增压器10驱动缸21，驱动缸21产生的动力传递给增压缸22，中间缸4或末缸5进汽首先进入低压进汽口26增压后排入混汽室24与在驱动缸21的排汽混合升温后，进入中间缸4或末缸5。使得首缸3、中间缸4、末缸5的焓降、内效率和出力接近单纯发电时的高真空运行参数，内效率高于0.4，出力率大于0.4。驱动缸21的进气口压力大于排气口压力，新汽驱动叶片产生动力并将动力传递给同轴的增压缸22叶轮。增压缸22的进汽压力小于排汽压力，进汽被增压缸22叶片压缩后排出。升降装置12降低末缸轴承13高度，避免转子的偏心震动。在夏秋季节不供热的情况下，关闭增压旁路8，中间缸4或末缸5的进汽不再经过增压器10而直接进入汽缸，汽轮机恢复高真空运行。升降装置12升高末缸轴承13高度，避免转子的偏心震动。

本发明所指的：末缸5是其排汽进入凝汽器6的汽缸，进汽为锅炉1高压新汽的为首缸3，首缸3、末缸5之间的缸为中间缸4，内效率＝有效焓降÷实际焓降，出力率＝汽缸实际出力÷汽缸内效率0.9时的出力，凝汽器6汽侧温压为末缸5排出的乏汽的温度和压力，发电能耗＝燃料消耗量÷发电量，综合热效率＝(发电量+供热量)/能耗。

本发明的有益技术效果是：以0.05至0.12兆帕的某一值时的低真空设计制造汽轮机，使得汽缸(首缸3、中间缸4、末缸5)在这样的低真空下运行的焓降更加合理，内效率和出力更大，在末缸轴承13下设置升降装置12，避免转子的偏心震动，凝汽器6适应供热工况，避免凝结水和循环水的混合，提高机组运行安全，降低机组在低真空运行时的发电能耗。以增设增压旁路8或增压器10的方式将机组设计成热电联产或单纯发电两用的机型，有利于机组在热电联产时的发电效率接近单纯发电时的发电效率。以这样的方式对已有的凝汽式汽轮机做低真空改造，可以在保留原有的汽缸结构的前提下，提高中间缸4或末缸5的焓降、内效率和出力。使机组低真空热电联产时的发电效率接近单纯高真空发电时的发电效率。

四、附图说明

附图标记对应的部件名称表

编号 名称          编号 名称            编号 名称

1    锅炉          7    增压调节器      21   驱动缸

2    主汽管        8    增压旁路        22   增压缸

3    首缸          9    混汽器          24   混汽室

4    中间缸        10   增压器          25   增压后排汽口

5    末缸          12   升降装置        26   低压进汽口

6    凝汽器        13   末缸轴承        27   高压进汽口

图1为增压旁路和混汽器增压的示意图

图2为增压旁路和增压器增压的示意图

图3为增压器10的示意图

图4为升降装置的示意图

五、具体实施方式

实施例1

用减小低压叶轮直径和减少汽轮机级数的方式设计生产的一常年供热平均温度105℃的热电联产60万千瓦超临界凝汽式汽轮机，运行时末缸5排汽平均温度109℃、平均压力0.11兆帕，首缸3、中间缸4、末缸5的平均内效率高于0.8，末缸5平均出力率0.9。

实施例2

一原本单纯发电的凝气式汽轮机改造前以低真空运行方式常年供热，末缸5排汽温度85℃、压力0.052兆帕，末缸5出力率-0.1。

通过增压旁路8从锅炉1引高压蒸汽至增压器10驱动缸21，驱动缸21产生的动力驱动增压缸22，末缸5进汽首先进入低压进汽口26增压后排入混汽室24与在驱动缸21的排汽混合升温后，进入末缸5；运行时末缸5排汽平均温度109℃、平均压力0.11兆帕，首缸3、中间缸4、末缸5的平均内效率高于0.8，末缸5平均出力率0.9。

实施例3

一新建凝气式汽轮机组，以低真空运行方式冬春季供热，以高真空运行方式夏秋季单纯发电。供热时末缸5排汽平均温度102℃、平均压力0.1兆帕，首缸3、中间缸4和末缸5的平均内效率大于0.5，末缸5平均出力率0.5；单纯发电时末缸5排汽平均温度35℃、平均压力0.0056兆帕。

在末缸轴承13下设置升降装置12，避免转子的偏心震动。供热时，增压旁路8从锅炉1引高压蒸汽至增压器10驱动缸21，驱动缸21产生的动力传递给增压缸22，中间缸4进汽首先进入低压进汽口26增压后排入混汽室24与在驱动缸21的排汽混合升温后，进入中间缸4。使得首缸3、中间缸4、末缸5的焓降、内效率和出力接近单纯发电时的高真空运行参数，内效率高于0.4，出力率大于0.4。驱动缸21的进气口压力大于排气口压力，新汽驱动叶片产生动力并将动力传递给同轴的增压缸22叶轮。增压缸22的进汽压力小于排汽压力，进汽被叶片压缩后排出。升降装置12升高末缸轴承13高度，避免转子的偏心震动。

在温暖季节不供热的情况下，关闭增压旁路8，机组以高真空方式运行单纯发电。升降装置12降低末缸轴承13高度，避免转子的偏心震动。

实施例4

一原本单纯发电的凝气式汽轮机改造前以低真空运行方式冬春季供热，夏秋季单纯发电。供热时末缸5排汽平均温度85℃、平均压力0.052兆帕，末缸5平均出力率-0.1，单纯发电时末缸5排汽平均温度35℃、平均压力0.0056兆帕，末缸5平均出力率0.8。

在末缸轴承13下设置升降装置12，避免转子的偏心震动。通过增压旁路8从锅炉1引高压蒸汽至增压器10驱动缸21，驱动缸21产生的动力驱动增压缸22，末缸5进汽首先进入低压进汽口26增压后排入混汽室24与在驱动缸21的排汽混合升温后，进入末缸5的方式设施改造后，热电联产运行时凝汽器6循环水侧排水温度100℃，汽侧平均压力0.101兆帕，首缸3、中间缸4、末缸5的平均内效率高于0.7，末缸5平均出力率0.7。升降装置12升高末缸轴承13高度，避免转子的偏心震动。单纯发电时末缸5排汽平均温度35℃、平均压力0.0056兆帕，末缸5平均出力率0.8。升降装置12降低末缸轴承13高度，避免转子的偏心震动。

Claims (3)

1.一种凝汽式低真空汽轮机，锅炉(1)产生的新汽驱动首缸(3)、中间缸(4)、末缸(5)后成为乏汽，乏汽在凝汽器(6)中凝结成凝结水，凝汽器(6)的水侧出水给热用户供热，供热回水进入凝汽器(6)水侧，其特征在于增压器(10)增压中间缸(4)或末缸(5)的进汽，或者通过增压旁路(8)引新汽至末缸(5)，使得凝汽器(6)汽侧压力在0.05至0.12兆帕时，末缸(5)的出力率大于0.4，出力率＝汽缸实际出力÷汽缸内效率0.9时的出力。 

2.按照权利要求1所述的一种凝汽式低真空汽轮机，其特征在于末缸轴承(13)下设置升降装置(12)。 

3.一种权利要求1所述凝汽式低真空汽轮机，动力蒸汽进入驱动缸(21)，使驱动缸(21)产生动力，其特征在于驱动缸(21)将产生的动力传递给增压缸(22)，增压后排汽口(25)的蒸汽压力大于低压进汽口(26)的蒸汽压力。 

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