CN102606223A - 一种烟气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟气轮机，其中静叶片由上转盘、转轴、叶身和下转盘组成，且为一整体结构；静叶片的转轴穿过静叶外环插入由静叶外环和烟气轮机壳体组成的空腔内与摇臂相连，转轴与装在静叶外环上的轴承相配合，在转轴与轴承之间装有填料，通过填料压盖将填料压紧，静叶片的上转盘与静叶外环相连，静叶片的下转盘与静叶内环相连；在摇臂下侧与压盖之间设有碟簧，摇臂另一端通过摇臂球头在联动环的槽内滑动，联动环内侧设有与静叶片数相同的通槽，联动环的外侧设有两个连接点与驱动机构相连。通过静叶角度的动态调整，避免了采用阀门调节时的节流或旁路损失，实现催化再生系统的全压力能回收。

Description

一种烟气轮机

技术领域

本发明涉及石油化工领域，进一步地说，是涉及一种用于烟气能量回收的烟气轮机。

背景技术

石油化工领域的催化裂化装置是炼油厂重要的原油二次加工装置，目前我国正在运行的各种规模的流化催化裂化装置多达百余套。在这些装置中都采用了烟气轮机进行能量回收，为炼油厂创造了巨大的经济效益。

图1为现有催化裂化烟气轮机动力回收系统流程简图。包括烟气轮机1-1、空气压缩机1-2、电动机/发电机1-3、齿轮箱1-4，这是国内外最普遍的典型三机组动力回收系统，再生器1-8的压力采用入口阀1-5和旁路阀1-6分程控制。图中系统还包括第三级旋风分离器1-7、再生器压力控制器1-9、临界流量喷嘴1-10、再生器1-8和放空阀1-11。

烟气轮机是一种透平装置，用于回收炼油厂催化裂化装置烟气中的压力势能和热能。烟气轮机在工作时介质为烟气，通常烟气温度550-730℃，压力1-3Bar(g)，烟气中含有催化剂固体颗粒，其浓度不超过300mg/m3，粒度大于10μ的不超过3％。由于烟气轮机的工作条件十分恶劣，在国内外催化烟气轮机中，无一例外采用固定喷嘴的形式，其流通特性与孔板相似。

由于现有催化裂化装置原料和处理量的需要经常调整，烟气轮机大部分时间偏离设计工况下操作。当烟气流量低于设计值时，为了确保再生器压力保持恒定，在再生器压力控制器1-9的控制下，旁路阀1-6全关，烟气轮机入口阀1-5调节在某一开度，即通过阀门节流来实现。当烟气流量高于设计值时，为了确保再生器压力保持恒定，在再生器压力控制器1-9的控制下，烟机入口阀1-5全开，旁路阀门1-6控制在某一开度，即依靠旁路放空来实现。无论是放空还是节流，都将造成能量地损失。

经检索未发现用于烟气轮机可调喷嘴技术，其中相关的现有技术有：CN1057511A、CN1318686A、CN1239533A和US4399651A等，其中与本发明比较接近的是US4399651A，此专利为流化催化裂化动力回收机组的起动方法，用增加压缩空气比容的办法，降低起动负荷15％，不能实现全压力能回收，因而与本发明有实质上的不同。其它三件专利与本发明差别更大，所涉及的动力机组和方法，以及用途与效果都与本发明有实质上的不同。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种烟气轮机，通过静叶角度的动态调整，避免了采用阀门调节时的节流或旁路损失，实现催化再生系统的全压力能回收。

本发明的目的是提供一种烟气轮机，

包括进气壳体1、静叶组件、中间壳体、转子3、转子轴承4、轴承箱、排气壳体5和底座6，

静叶组件包括静叶片2、静叶内环9、静叶外环11、摇臂15和联动环18；

静叶片2由上转盘20、转轴10、静叶片叶身7和下转盘8组成，且为一整体结构；材料为高温锻造或铸造合金，采用的上下转盘具有结构上允许的最大的直径，保证了叶身与转盘具有较大的连接面积，降低工作时叶片转轴处被带有催化剂颗粒的气流冲蚀断裂的几率，静叶片叶身7的上端面和下端面为球面的一部分，且为同心球面，同心球面的球心在烟气轮机的中心轴线上，静叶片叶身7及上下端面(即通流部分)喷涂耐冲蚀的高温涂层。

静叶片的转轴10穿过静叶外环11插入由静叶外环11和中间壳体组成的空腔内与摇臂15相连，转轴10与装在静叶外环11上的轴承12相配合，在转轴10与轴承12之间装有填料13，通过压盖14将填料13压紧，静叶片的上转盘20与静叶外环11相连，静叶片的下转盘8与静叶内环9相连，静叶片的上转盘20和下转盘8可以在静叶外环11和内环9中转动；

在摇臂15下侧与压盖14之间设有碟簧16，碟簧16采用高温合金，保证静叶沿径向方向的定位及热态时的预紧力；摇臂15另一端通过摇臂球头17在联动环18的槽内滑动，联动环18内侧设有与静叶片数相同的通槽，联动环18的外侧设有两个连接点19与驱动机构相连；

静叶内环9和静叶片叶身7下端面的接合面与静叶外环11和静叶片叶身7上端面的接合面为同心球面，且球心在烟气轮机中心线上，此结构使烟气轮机的静叶旋转到任何角度时，叶片的间隙不变，保持最小的间隙，在大焓降的透平级可减小漏气损失，所述接合面喷涂耐冲蚀的高温涂层。

所述填料13为两级填料，分别设于轴承12两端，通过填料压盖14使填料具有一定的比压，保证静叶转轴处的密封。填料13采用不锈钢丝石墨填料，轴承12可采用高温合金制成的高温轴承。

所述的上转盘20和静叶外环11之间设有垫片21，垫片为抗高温咬合的调整垫片，垫片的材质可以采用高温合金或非金属材质。

静叶组件采用联动环驱动摇臂球头的方式，保证整级叶片的联动。联动环、摇臂球头和摇臂密封在静叶外环和烟机中间壳体之间的空腔内，此空腔通有氮气或其它惰性气体保护。联动环、摇臂球头和摇臂采用抗高温咬合的微膨胀的高温合金。

联动环由两侧对称的驱动机构驱动，驱动机构可以采用电动执行机构、气动执行机构或电液执行机构。驱动机构和烟机中间壳体之间设置了散热连接段，保证执行机构处于相对较低的工作温度。

执行机构通过连接点19带动联动环18转动，联动环18的转动带动摇臂球头17在联动环18的槽内滑动，摇头球头17的滑动带动摇臂15的转动，摇臂15的转动带动转轴10转动，从而带动静叶片叶身7转动。通过控制联动环18的转动方向，可以控制静叶的角度开大或关小。

当烟气流量低于设计值时，通过执行机构将静叶的角度关小，以使烟气轮机适应这一流量，避免了采用入口阀门调节流量而造成的压力损失，从而使所有烟气的压力能都能得到回收。

当烟气流量高于设计值时，通过执行机构将静叶的角度开大，使所有烟气进入烟气轮机作功，避免了一部分烟气走旁路，并使得这一部分烟气的能量得到回收。

本发明所述的烟气轮机，通过静叶角度的动态调整，避免了采用阀门调节时的节流或旁路损失，实现催化再生系统的全压力能回收。

附图说明

图1为现有典型的入口阀节流控制催化裂化烟气轮机动力回收系统(部分压力能回收)示意图

图2为本发明烟气轮机的剖面图

图3为本发明烟气轮机静叶组件径向剖面图

附图标记说明：

1-1烟气轮机     1-2空气压缩机、1-3电动机/发电机、   1-4齿轮箱、

1-5入口阀、     1-6旁路        1-7第三级旋风分离器、1-8再生器、

1-9再生器压力控制器、          1-10临界流量喷嘴、   1-11放空阀

1、进气壳体     2、静叶片      3、转子       4、转子轴承     5、排气壳体

6、底座         7、静叶片叶身  8、下转盘     9、静叶内环     10、转轴

11、静叶外环    12、轴承       13、填料      14、压盖        15、摇臂

16、碟簧        17、摇臂球头   18、联动环    19、连接点      20、上转盘

21、垫片

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例

如图2和图3所示：

烟气轮机，包括进气壳体1、静叶组件、中间壳体、转子3、转子轴承4、轴承箱、排气壳体5和底座6；

静叶组件包括静叶片2、静叶内环9、静叶外环11、摇臂15和联动环18；

静叶片2由上转盘20、转轴10、叶身7和下转盘8组成，且为一整体结构，材料为高温锻造合金，采用的上下转盘具有结构上允许的最大的直径，保证了叶身与转盘具有较大的连接面积，降低工作时叶片转轴处被带有催化剂颗粒的气流冲蚀断裂的几率，静叶片叶身7的上下端面为球面的一部分，且为同心球面，同心球面的球心在烟气轮机的中心轴线上，静叶片叶身及上下端面喷涂耐冲蚀的高温涂层。

静叶片的转轴10穿过静叶外环11插入由静叶外环11和中间壳体组成的空腔内与摇臂15相连，转轴10与装在静叶外环11上的轴承12相配合，在转轴10与轴承12之间装有填料13，通过压盖14将填料13压紧，静叶片的上转盘20与静叶外环11相连，静叶片的下转盘8与静叶内环9相连，静叶片的上转盘20和下转盘8可以在静叶外环11和内环9中转动；

在摇臂15下侧与压盖14之间设有碟簧16，碟簧16采用高温合金，保证静叶沿径向方向的定位及热态时的预紧力；摇臂15另一端通过摇臂球头17在联动环18的槽内滑动，联动环18内侧设有与静叶片数相同的通槽，联动环18的外侧设有两个连接点19与驱动机构相连；

静叶内环9和静叶片叶身7下端面的接合面与静叶外环11和静叶片叶身7的上端面的接合面为同心球面，且球心在烟气轮机中心轴线，接合面喷涂耐冲蚀的高温涂层；

填料13为两级填料，分别设于轴承12两端，通过填料压盖14使填料具有一定的比压，保证静叶转轴处的密封。填料13采用不锈钢丝石墨填料，轴承12米用局温合金；

上转盘20和静叶外环11之间设有垫片21，为抗高温咬合的垫片，垫片21的材质为高温合金材质；

静叶组件采用联动环驱动摇臂球头的方式，保证整级叶片的联动。联动环18、摇臂球头17和摇臂15密封在静叶外环和烟机中间壳体之间的空腔内，此空腔通有氮气保护，联动环18、摇臂球头17和摇臂15采用抗高温咬合的微膨胀的高温合金；

联动环由两侧对称的驱动机构驱动，驱动机构采用电液执行机构，驱动机构和烟机中间壳体之间设置了散热连接段，保证执行机构处于相对较低的工作温度。

电液执行机构通过连接点19带动联动环18转动，联动环18的转动带动摇臂球头17在联动环18的槽内滑动，摇头球头17的滑动带动摇臂15的转动，摇臂15的转动带动转轴10转动，从而带动静叶片叶身7转动。通过控制联动环18的转动方向，可以控制静叶的角度开大或关小。

当烟气流量低于设计值时，通过执行机构将静叶的角度关小，以使烟气轮机适应这一流量，避免了采用入口阀门调节流量而造成的压力损失，从而使烟气所有的压力能都能得到回收；当烟气流量高于设计值时，通过电液执行机构将静叶的角度开大，使所有烟气进入烟气轮机作功，避免了一部分烟气走旁路，并使得这一部分烟气的能量得到回收，从而实现了实现催化再生系统的全压力能回收。

Claims (10)

1.一种烟气轮机，包括进气壳体(1)、静叶组件、中间壳体、转子(3)、转子轴承(4)、轴承箱、排气壳体(5)和底座(6)，其特征在于：

所述静叶组件包括静叶片(2)、静叶内环(9)、静叶外环(11)、摇臂(15)和联动环(18)；

所述静叶片(2)由转轴(10)、上转盘(20)、静叶片叶身(7)和下转盘(8)组成，且为一整体结构；

静叶片的转轴(10)穿过静叶外环(11)插入由静叶外环(11)和中间壳体组成的空腔内与摇臂(15)相连，转轴(10)与装在静叶外环(11)上的轴承(12)相配合，在转轴(10)与轴承(12)之间装有填料(13)，通过压盖(14)将填料(13)压紧；

静叶片的上转盘(20)与静叶外环(11)相连，静叶片的下转盘(8)与静叶内环(9)相连；

在摇臂(15)下侧与压盖(14)之间设有碟簧(16)，摇臂(15)另一端通过摇臂球头(17)在联动环(18)的槽内滑动，联动环(18)内侧设有与静叶片数相同的通槽，联动环(18)的外侧设有两个连接点(19)与驱动机构相连。

2.如权利要求1所述的烟气轮机，其特征在于：

所述静叶片叶身(7)的上、下端面为球面的一部分，且为同心球面，同心球面的球心在烟气轮机的中心轴线上。

3.如权利要求2所述的烟气轮机，其特征在于：

所述静叶片叶身(7)及上下端面为耐冲蚀的高温涂层。

4.如权利要求1所述的烟气轮机，其特征在于：

所述的静叶内环(9)和静叶片叶身(7)下端面的接合面与静叶外环(11)和静叶片叶身(7)上端面的接合面为同心球面，且球心在烟气轮机中心轴线上。

5.如权利要求4所述的烟气轮机，其特征在于：

所述接合面为耐冲蚀的高温涂层。

6.如权利要求1所述的烟气轮机，其特征在于：

所述填料(13)为两级填料，在两级填料之间设有轴承(12)。

7.如权利要求1所述的烟气轮机，其特征在于：

所述的上转盘(20)和静叶外环(11)之间设有垫片(21)。

8.如权利要求1所述的烟气轮机，其特征在于：

所述的联动环(18)、摇臂球头(17)和摇臂(15)密封在所述空腔内，所述空腔通有惰性气体保护；联动环(18)、摇臂球头(17)和摇臂(15)采用抗高温咬合的微膨胀的高温合金。

9.如权利要求1～8之一所述的烟气轮机，其特征在于：

所述的驱动机构为电动执行机构、气动执行机构或电液执行机构。

10.如权利要求9所述的烟气轮机，其特征在于：

所述驱动机构和烟机中间壳体之间设有散热连接段。

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