CN102392700A - 带低真空回热的新型背压式汽轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于特殊用途的机器或发动机；发动机与其从动装置的组合装置，特别是一种带低真空回热的新型背压式汽轮机，其结构要点在于，还包括低真空系统和回热抽汽系统，其中低真空系统包括有低压蒸汽室、低压蒸汽缸、低压调节汽阀、低压抽汽口、低真空排汽口以及复数个压力级，回热系统包括有排汽吸收器、热井、回热水泵和抽气器。本发明的特点在于，充分利用了能量等级，实现可直接回收利用排汽汽化潜热进行回热，在发挥背压式汽轮机组高效、节能、环保、低碳等特点的基础上，避免了采用较高压力的背压排汽回热所造成的节流损失，是现有的背压式汽轮机组以及抽汽凝汽式汽轮机组在节能、环保、高效能上的改造基础，能够带来可观的经济效果。

Description

带低真空回热的新型背压式汽轮机

技术领域

本发明涉及一种适用于特殊用途的机器或发动机；发动机与其从动装置的组合装置，特别是一种带低真空回热的新型背压式汽轮机。

背景技术

现有技术中，高效、节能、经济、低碳的背压式汽轮机具有广泛的应用。但是，背压式汽轮机在运行中存在如下问题：首先是背压式汽轮机具有高压进汽部分和中压供汽部分，其进汽来自锅炉所提供的高压蒸汽，在汽轮机通流部分做功后的中压蒸汽供给热用户。运行中，背压式汽轮机组补水率高达70%以上，而将这些补水从20℃左右加热到锅炉给水温度，需要利用背压式汽轮机的部分排汽(占总背压排汽量的13%～25%)进行供给或降压后供给(也称背压排汽回热)。由于背压式汽轮机本身无低压汽源，因此要将0.8～1.3MPa(a)的排汽降压到高压除氧器所需要的0.6MPa(a)和大气式除氧器所需要的0.12MPa(a)，首先需要采用一系列的降压设备，其次是从高压到低压的纯节流降压过程直接导致了能量等级降低及其带来的系统总效能的降低，上述采用的背压排汽回热方式所损失的可用能占背压式汽轮机发电能力的12%左右，可见背压排汽回热能量效能利用率之[U1] 。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种能够充分利用能量梯级、提高系统总效能的带低真空回热的新型背压式汽轮机。

本发明的目的是通过以下途径来实现的：

带低真空回热的新型背压式汽轮机，包括有高压通流部分(或者和中压通流部分)，其结构要点在于，还包括低真空系统和回热抽汽系统，其中低真空系统包括有低压调节汽阀、低压蒸汽室、与该低压蒸汽室连接的低压蒸汽缸、低压抽汽口、低真空排汽口以及复数个压力级，低压蒸汽室的进汽口与高压通流部分或中压通流部分的背压排汽口连接，复数个压力级安装在低压蒸汽缸的内腔中，低压调节汽阀安装在低压蒸汽室与高/中压通流部分的背压排汽口的连接回路上，低压抽汽口安装于压力级叶片所对应的低压蒸汽缸的外侧面上，并通过管道连接到低压和/或真空用汽设备(如大气式除氧器)上；低真空排汽口位于低压蒸汽缸的尾端出汽口位置；

回热抽汽系统包括有排汽吸收器、热井、回热水泵和抽气器，其中低真空排汽口通过管道连接到排汽吸收器中，热井与排汽吸收器连通，位于排汽吸收器低端；回热水泵安装在热井下部，其出口通过管道连接到大气式除氧器，抽气器则与排汽吸收器连接。

本发明所提到的低真空，是指从略低于该地区大气压的稀簿气体状态，压力范围一般在0.02～0.10MPa(a)之间。使用时，低真空系统的低压蒸汽室经由高压通流部分或者中压通流部分的背压排汽口接收高压蒸汽或者中压蒸汽，该高压蒸汽或者中压蒸汽作用在复数个压力级上，继续对汽轮机做功，低压调节汽阀用于控制调节进入低压蒸汽室的蒸汽量，使之保持住最佳工作状态下；经由复数个压力级做功后，将进入低压蒸汽缸的蒸汽逐渐转化为低压蒸汽和低真空蒸汽，此时，在低压抽汽口处将该低压蒸汽抽出，并通过管道连接到回热抽汽系统的大气式除氧器等用汽设备上；最后，低真空蒸汽经低真空排汽口通过管道传送到回热抽汽系统的排汽吸收器中。

在排汽吸收器中，锅炉补水(除盐水)与低真空蒸汽进行混合传热，吸收蒸汽汽化潜热后形成一定温度的热水，与蒸汽凝结的热水一起收集到热井中，经由回热水泵将该热水传送到大气式除氧器进一步除氧加热，然后传送给锅炉用水。期间，低压调节汽阀用于控制进入排汽吸收器的蒸汽量，并和抽气器一起维持排汽吸收器的真空度，使之处于低真空状态，保持机组在最佳工作状态下，并使得蒸汽与补充水的混合传热效率提高。

本发明在现有技术中的背压式汽轮机基础上增加了低真空系统，利用其接收的高压蒸汽或者中压蒸汽继续对汽轮机膨胀做功，同时在做功过程中将高压蒸汽或者中压蒸汽成功地转换为低压蒸汽及低真空蒸汽，不但充分利用了高压蒸汽的梯级能量进行有效做功，而且无需另外设置降压设备，将直接获得低压蒸汽用于回热抽汽系统，将低真空蒸汽汽化潜热吸收后实现回热，充分利用了能量等级，大大提升了系统的总效能，在发挥背压式汽轮机组高效、节能、环保、低碳等特点的基础上，避免了采用较高压力的背压排汽节流减压回热所造成的能量损失，是现有的背压式汽轮机组以及抽汽凝汽式汽轮机组在节能、环保、高效能上的改造基础，能够带来可观的经济效果，也是热电联产企业担负节能减排的社会责任需要。

本发明可以具体为：

回热抽汽系统的排汽吸收器中安装有喷淋雾化设备，其连接补充水(除盐水)来源管道。

补充水经由喷淋雾化设备形成雾化水滴，进入到排汽吸收器的内室，该雾化水滴与吸收器内的低真空蒸汽能够充分接触、混合和传热，这样吸收低真空排汽的汽化潜热并形成和维持一定的真空度，保证机组运行的经济性。

综上所述，本发明提供了一种带低真空回热的新型背压式汽轮机，其在原有技术中的背压式汽轮机中增加了低真空系统，即低压做功部分，接收来自高压部分、中压部分的高压蒸汽的排汽，将其用于对汽轮机进行继续做功，充分利用了能量等级，并实现了将高压蒸汽高效转换为低压蒸汽和低真空蒸汽，实现可直接回收利用低真空排汽汽化潜热进行回热，在发挥背压式汽轮机组高效、节能、环保、低碳等特点的基础上，避免了采用较高压力的背压排汽节流减压回热所造成的能量损失，是现有的背压式汽轮机组以及抽汽凝汽式汽轮机组在节能、环保、高效能上的改造基础，能够带来可观的经济效果。

附图说明

图1所示为本发明所述带低真空回热的新型背压式汽轮机的流通结构示意图；

其中：1-前轴封，2-高压蒸汽室，3-高压复速级，4-高压汽缸，5-高压压力级，6-高/中压排汽口，7-低压蒸汽室，8-低压调节汽阀，9-低压复速级，10-低压压力级，11-低压蒸汽缸，12-低压抽汽口，13-低真空排汽口，14-后汽封。

图2所示为本发明所述带低真空回热的新型背压式汽轮机的热力系统简图；

其中：15-来自锅炉的新蒸汽，16-自密封系统，17-低真空排汽连接管，18-工业排汽，19-补充水(除盐水)，20-喷淋雾化设备，21-排汽吸收器，22-热井，23-回热水泵，24-锅炉，25-给水泵，26-大气式除氧器，27-表面式加热器，28-抽气器，29-发电机，13-低真空排汽口， 34-工业排汽口， 36-高压调节汽阀，2-汽轮机高压蒸汽室，7-汽轮机低压蒸汽室，8-低压调节汽阀，12-低压抽汽口。

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

具体实施例

实施例1：用于制造新型背压式汽轮机。根据实际情况背压式汽轮机有的只有高压流通部分，有的除了高压流通部分还有中压流通部分；以下以只有高压流通部分为例。

参照附图1，带低真空回热的新型背压式汽轮机，包括有高压流通部分、低真空系统和回热抽汽系统；其中，高压流通部分包括有前轴封1、高压蒸汽室2、高压复速级3、高压汽缸4、高压压力级5和高/中压排汽口6；低真空系统包括低压蒸汽室7、低压调节汽阀8、低压复速级9、4～9个低压压力级10，与低压蒸气室7连接的低压蒸汽缸11、低压抽汽口12、低真空排汽口13和后汽封14。其位置和连接关系如图1所示。

结合附图1，并参照附图2，低压蒸汽室7的进汽口与高压流通部分的高/中压排汽口6连接，4～9个低压压力级10安装在低压蒸汽缸11的内腔中，低压调节汽阀8安装在低压蒸汽室7与高/中压排汽口6的连接回路上，低压抽汽口12通过管道连接到大气式除氧器26等用汽设备上。

回热抽汽系统包括有喷淋雾化设备20、排汽吸收器21、热井22、回热水泵23和抽气器28，其中低真空系统的低真空排汽口13通过连接管17连接到排汽吸收器21中，喷淋雾化设备20安装在排汽吸收器21中，热井22与排汽吸收器21连通，回热水泵23安装在热井22底端，并通过管道连接到大气式除氧器26，抽气器28则与排汽吸收器21连接。

来自锅炉的新蒸汽15在高压调节汽阀36的控制下进入汽轮机高压蒸汽室2，在高压汽缸4内流经高压复速级3和复数个高压压力级5时不断进行膨胀做功，将热能转化为动能，带动转子旋转，驱动发电机29发电。做功后的蒸汽依然处于中温中压状态(蒸汽压低于新蒸汽)，大部分经由工业排汽18连接管传送给用汽企业，另一小部分通过低压调节汽阀8进入低压蒸汽室7，在低压调节汽阀8对进入蒸汽量的控制下，进入低压蒸汽缸11内，在低压复速级9和复数个低压压力级10的作用下，继续将蒸汽的热能转换为旋转的机械动能，驱动发电机29发电。

在低真空系统中做功后的高/中压蒸汽转换为低压蒸汽，在满足用汽设备蒸汽压力的条件下，分布在低压蒸汽缸上的低压抽汽口12将符合压力条件的蒸汽抽出，并通过管道连接到回热抽汽系统的大气式除氧器等用汽设备上，而其他蒸汽经由低压压力级10继续做功，最后传送到低压蒸汽缸11尾部的低真空排汽口13，并通过管道进一步传送到回热抽汽系统的排汽吸收器21中，而补充水19通过喷淋雾化设备20进入排汽吸收器21中与低真空蒸汽充分接触、混合、传热，吸收蒸汽的汽化潜热，形成具有一定温度的热水，与蒸汽凝结成的水一起被收集到热井22中，在回热水泵23的作用下，将热井22中的热水传送到大气除氧器26中进行除氧加热处理，然后再到表面式加热器27中进行再加热，达到锅炉24需要的温度，最后传送给锅炉24。

低真空系统中的低压抽汽口12的抽汽压力分别0.5～0.6MPa(a) 或0.15～0.17MPa(a)，低真空排汽口13的排汽压力为0.02～0.06MPa(a)，对应的所加热补充水温度为59～85℃。

以本技术方案制造的新型背压式汽轮机与常规背压式汽轮机相比，可以保持原有高、中压部分不变，通过增加低压调节汽阀、4～9个压力级和设置1～2个低压抽汽口与1个低真空排汽口，使背压式汽轮机具有自身低真空回热抽汽能力，不同压力等级的蒸汽分别供给表面式加热器或高压除氧器、大气式除氧器和直接加热补充水，做到能量梯级合理利用，提高了系统总效能。由于多了低真空回热部分，不仅可以避免节流损失，在同等热负荷下可增加12%左右发电量(值得特别指出的是，该发电量是汽轮机利用热功当量所发的电量，发电标煤耗率小于180g/kWh，远远低于全国平均水平)，还可以在孤网条件下发电带厂用电稳定运行，调节更灵活，经济性更高，适应性更强。

在技术方面具有如下创新点：1)新型背压式汽轮机主蒸汽与给水系统、部分回热设备及系统(包括高压加热器等)参数基本不变，可以继续保留使用。2)低真空部分轴封漏汽量较小，可以简化原有背压机组自密封系统，取消汽封加热器，高压轴封漏汽可直接排至大气式除氧器。3)增加大气式除氧器等回热抽汽管道及其系统。4)增加排汽吸收器、喷淋雾化设备、热井、回热水泵、抽气器等回热抽汽设备及系统，补充水经过喷淋雾化设备进入排汽吸收器，使水与低压排汽充分接触、混合与传热。

实施例2：用于改造原有的高、中压抽汽凝汽式汽轮机。

维持现有抽汽凝汽式汽轮机的高、中压部分基本不变，应缩减低压部分的通流截面积，拆除最后适量的末数级的叶轮、叶片、隔板、隔板套等，配重以保持转子的动、静平衡，拆除凝汽器、热井等，停运循环水泵，增设排汽吸收器(可用凝汽器改造)、喷淋雾化装置、热井等设备，改造凝结水泵以满足实际需求。这样，可以避免乏汽冷源损失，蒸汽热能得到了合理的、充分的利用，使改造后的抽汽凝汽式汽轮机具有背压式汽轮机的优点，可高效、节能、环保的运行，符合国家能源环保政策。与更换为常规背压式汽轮机相比较，将抽汽凝汽式汽轮机改造为带低真空回热的新型背压式汽轮机，投资可以节省50%～60%，改造工期缩短60%～80%，燃料利用效率提高6%左右。具体低真空系统和回热抽汽系统参见实施例1的说明。

与抽汽凝汽式汽轮机相比，带低真空回热的新型背压式汽轮机的热力系统具有如下技术特点和创新点：1)新型背压式汽轮机与抽汽凝汽式汽轮机的设计工况相同，主蒸汽与给水系统、部分回热设备及系统(包括高压加热器、部分低压加热器和除氧器等)参数变化不大，可以继续保留使用。2)新型背压式汽轮机的排汽压力较低，轴封漏汽量较小，原有机组自密封系统可以满足要求，继续使用。3)拆除凝汽器、热井等，停运循环水泵。4)改造凝结水泵，更换为更大容量的回热水泵，以满足实际需求。5)抽气器可以满足机组要求需要，保留使用。6)增加排汽吸收器(可用凝汽器进行改造)、喷淋雾化设备、热井等回热抽汽设备及系统，补充水经过喷淋雾化设备进入排汽吸收器，使水与低真空排汽充分接触、混合与传热，形成并维持真空。

通过优化机组调节控制系统，使其满足转速可调(启动阶段、按电负荷运行时)、供汽可调(按热负荷运行时)和低压回热抽汽可调(按补水量不同，补水温度不同和回水率不同进行调节)的需要。同时，调节系统可以做到除氧器水位控制、热井水位控制、补给水协调控制等。

本发明所述技术方案适用高、中压范围的带低真空回热的新型背压式汽轮机，该汽轮机不仅避免了抽汽凝汽式汽轮机存在的乏汽冷凝损失偏大、热能利用效率较低等缺点，同时避免了现有常规背压式汽轮机无低压回热抽汽、存在节流损失、系统总能效偏低、以热定电调节不灵活的缺点，具备了抽汽凝汽式汽轮机灵活调节的优点和常规背压式汽轮机热能利用效率高的优点，蒸汽热能可以得到充分的、有效的、合理的利用，能够更好地节约能源、改善环境。本发明不仅可以制造新的背压式汽轮机，还可以适用于现有高、中压抽汽凝汽式汽轮机的改造，使其更加高效、节能、环保的运行。

本发明未述部分与现有技术相同。

Claims (3)

1.带低真空回热的新型背压式汽轮机，包括有高压流通部分，其特征在于，还包括低真空系统和回热抽汽系统，其中低真空系统包括有低压调节汽阀（8）、低压蒸汽室（7）、与该低压蒸汽室（7）连接的低压蒸汽缸（11）、低压抽汽口（12）、低真空排汽口（13）以及复数个压力级（10），低压蒸汽室（7）的进汽口与高压通流部分的背压排汽口（6）连接，复数个压力级（10）安装在低压蒸汽缸（11）的内腔中，低压调节汽阀（8）安装在低压蒸汽室（7）与高压通流部分的背压排汽口（6）的连接回路上，低压抽汽口（12）安装于压力级叶片所对应的低压蒸汽缸（11）的外侧面上，并通过管道连接到低压和/或真空用汽设备上；低真空排汽口（13）位于低压蒸汽缸（11）的尾端出汽口位置； 回热抽汽系统包括有排汽吸收器（21）、热井（22）、回热水泵（23）和抽气器（28），其中低真空排汽口（13）通过管道连接到排汽吸收器（21）中，热井（22）与排汽吸收器（21）连通，位于排汽吸收器（21）低端；回热水泵（23）安装在热井（22）下部，其出口通过管道连接到大气式除氧器（26），抽气器（28）则与排汽吸收器（21）连接。

2.根据权利要求1所述的带低真空回热的新型背压式汽轮机，其特征在于，回热抽汽系统的排汽吸收器（21）中安装有喷淋雾化设备（20），其连接补充水来源管道。

3.根据权利要求1所述的带低真空回热的新型背压式汽轮机，其特征在于，低真空系统中的低压抽汽口（12）的抽汽压力分别0.5～0.6MPa(a) 或0.15～0.17MPa(a)，低真空排汽口（13）的排汽压力为对应的所加热补充水温度为59～85℃。

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