CN103122777A - 一种超高温蒸汽发电工艺 - Google Patents
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Abstract
一种超高温蒸汽发电新工艺，其特征包括以下工艺过程：首先将经过处理适合锅炉汽化的水，在1.0—30MPa蒸汽压力下，通过锅炉加热汽化，使蒸汽温度＞400℃，然后将高压蒸汽经过蓄热式卧式热风炉再加热到630℃~1450℃，再将蒸汽经过有耐火材料或高温陶瓷内衬管道输送到可耐高温的蒸汽轮机或者燃气轮机拖动发电机组发电。本发明具有热效率高、电耗低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种蒸汽轮机发电工艺，尤其是一种超高温蒸汽发电工艺。
背景技术
当代蒸汽轮机发电所用蒸汽都是通过锅炉加热高压水和蒸汽得到；蒸汽温度越高，用于发电的热效率越高。
由于受锅炉用钢在高温下的热强度的限制，现有制造锅炉和锅炉用钢管的耐热钢在高温下能承受的蒸汽最高温度为630℃。在不考虑高温高压热水和低温蒸汽综合利用的前提下，仅依靠高压蒸汽膨胀做功转换成机械功的热效率最高很难超过27.8%，一般情况下，仅能达到25%。
发明内容：
为解决现有蒸汽轮机发电热效率低的问题，本发明提供一种热效率高、电耗低的超高温蒸汽发电工艺。
采用的技术方案
本发明的一种超高温蒸汽发电工艺，其特征在于包括以下工艺过程：
首先将经过处理适合锅炉汽化的水，在1.0—40MPa蒸汽压力下，通过锅炉加热汽化，使蒸汽温度＞400℃，然后将高压蒸汽经过蓄热式卧式热风炉再加热到630℃~1450℃，再将蒸汽经过有耐火材料或高温陶瓷内衬管道输送到可耐高温的蒸汽轮机或者燃气轮机拖动发电机组发电。
上述蓄热式卧式热风炉的耐火材料采用60-80%碳化硅和20—40%莫来石粉料加3—7的磷酸二氢铝为粘结剂，挤压预制成型，再经高温焙烧，焙烧温度大于1600℃制成。
上述蓄热式卧式热风炉上的热风换向阀，采用水冷式旋塞热风阀，该阀主要包括锥形阀芯、阀体、轴套、冷却水道、压力平衡阀、法兰、密封盖，锥形阀芯外壳与阀体内壳同轴配合；法兰与阀体用螺栓固定；轴套与法兰过渡配合，并用螺栓固定，防止转动。轴套对轴起到支撑作用，轴套与轴颈之间加一密封圈，形成第一道密封，轴套与轴头之间加石棉绳，用密封盖压紧，形成第二道密封，密封盖上有一个水孔，定期给石棉绳加水。阀芯采用锥体，锥度为8°9′，锥体的外壳用2Cr13焊接后经机械加工而成，内壳与外壳形成3—5毫米的环形水缝。内孔由水冷壁和高温耐火材料组成，水冷壁与内壳形成个空腔，上下两个对应腔与环形水缝形成阀芯外壁冷却水道，上下两个对应腔与水冷壁形成内孔冷却水道。阀体由外壳、第一层内壁、第二层内壁、第三层内壁组成，第一层内壁为锥体，锥度与阀芯外壳锥度相同，且与阀芯外壳配合形成密封，第一层内壁与第二层内壁之间形成2-6毫米的环形水缝，第二层内壁和第三层内壁与肋板形成上下两个空腔，上下空腔与环形水缝形成壳体冷却水道。轴套采用高硫自润滑合金制成，。
本发明中所提及的“蓄热式卧式热风炉”已申报专利，专利号：zl200820012324.7，适合本发明制作卧式热风炉的耐火材料和蓄热材料需要高温热稳定性好，并且在高温下有较高的强度和荷重软化度，保证在加热过程中不破损，不掉渣，以免损坏汽轮机。
当本阀关闭时，系统高压从入口端注入阀芯大端，产生足够大的压力，保证阀芯和阀体可靠密封。当本阀开启时，系统压力经平衡阀8同时进入阀芯大端和小端，由于小端的压力抵消了大端等面积的压力，使大端压力明显减小，阀芯和阀体的摩擦力也随之减小，同时大小端的压差保证了阀芯与阀体紧密接触，防止阀芯与阀体产生间隙，进入杂质而影响密封。
蓄热式卧式热风炉加热是通过煤气或者天然气反复加热耐火球，再使高温高压蒸汽通过已被加热的耐火球使蒸汽可加热到1000℃-1600℃，本发明条件下，由于受可能制作高温汽轮机的限制，最高加热温度达到630℃~1450℃即可，当蒸汽温度由540℃加热到1300℃时，在高压条件下，热能转换成蒸汽轮机的机械能效率可以达到46%。如果利用好高温低压蒸汽，综合热效率可达到62%，由于单位质量热效率提高，单位电量所需高压水泵耗电降低46%。
本发明具有如下优点：
1、 热效率高，热能转换成蒸汽轮机的机械能效率可以达到46%，综合热效率可达62%。
2、 电耗低，单位电量所需高压水泵电耗降低46%。
附图说明
图1是本发明使用的蓄热式卧式热风炉上用的水冷式旋塞热风阀的机构示意图。
图2是图1的左视图。
图3是图1的B—B剖视图。
具体实施方式
实施例1：
本发明的一种超高温蒸汽发电工艺，具体包括以下工艺过程：
先将经过处理适合锅炉汽化的水，在21 MPa蒸汽压力下，通过锅炉加热汽化，使蒸汽温度达到500℃，再将高压蒸汽经过蓄热式卧式热风炉再加热到1300℃，然后将蒸汽经过有耐火材料或高温陶瓷内的衬管道输送到可耐高温的蒸汽轮机，驱动汽轮机多级叶片，使发电机组发电。尾气温度230℃，尾气压力0.15MPa。此时汽轮机轴功率可以达到1300℃高压蒸汽热焓的45%，如果将低温低压蒸汽再加压返回锅炉加热，综合热效率可达63%。
本发明采用的设备蓄热式卧式热风炉已为公知技术，蓄热式卧式热风炉的耐火材料采用65%碳化硅和30%莫来石粉料加5的磷酸二氢铝为粘结剂，挤压预制成型，再经高温焙烧，焙烧温度在1650℃制成。
蓄热式卧式热风炉上的热风换向阀采用水冷式旋塞热风阀，该阀主要包括锥形阀芯5、阀体1、轴套6、密封圈7、压力平衡阀8、法兰2、密封盖3，阀芯5为锥形，阀芯5与阀体1内壳同轴配合；法兰2与阀体1用螺栓固定；轴套6与法兰2过渡配合，并用螺栓固定，防止转动。轴套对轴起到支撑作用，轴套6与轴颈之间加一密封圈7，形成第一道密封，轴套6与轴头之间加石棉绳，用密封盖3压紧，形成第二道密封，密封盖3上有一个水孔，定期给石棉绳加水。阀芯1采用锥体，锥度为8°9′，锥体的外壳用2Cr13焊接后经机械加工而成，内壳与外壳形成4毫米的环形水缝9。内孔由水冷壁10和高温耐火材料组成，水冷壁10与内壳形成8个空腔，其中上下两个对应腔与环形水缝形成阀芯外壁冷却水道，另外上下两个对应腔与水冷壁形成内孔冷却水道17。阀体1上有第一层内壁12、第二层内壁13、第三层内壁14组成，第一层内壁12为锥体，锥度与阀芯5锥度相同，且与阀芯5配合形成密封，第一层内壁12与第二层内壁13之间形成4毫米的环形水缝11，第二层内壁13和第三层内壁14与肋板15形成上下两个空腔，上下空腔与环形水缝11形成壳体冷却水道16。轴套6采用高硫自润滑合金制成，能够保证在无润滑状况下长期工作。
实施例2
本实施方案采用高温高压蒸汽通入燃气轮机发电的工艺，燃气轮机的参数如下：额定功率：1.15MW
点火温度：1028℃
压比 ：11.76：1
排气温度：495℃
排气流量：59.86kg/s
转速 ：4700rpm
热效率 ：27%
先将经过处理适合锅炉汽化的水，在12MPa蒸汽压力下，通过锅炉加热汽化，使蒸汽温度达到600℃，再将高压蒸汽经过蓄热式卧式热风炉再加热到1400℃，然后将蒸汽经过有耐火材料或高温陶瓷内的衬管道输送到燃气轮机，蒸汽的出口压力：0.1MPa，出口蒸汽温度：248℃，蒸汽流量：59.86kg/s，输出轴功率：140.2MW，热效率： 44.05如果高温蒸汽进一步利用，热效率还将进一步提高，综合热效率可达63%。实施例二所采用的设备与实施例一相同。
Claims (3)
1.一种超高温蒸汽发电新工艺，其特征包括以下工艺过程：
首先将经过处理适合锅炉汽化的水，在1.0—30MPa蒸汽压力下，通过锅炉加热汽化，使蒸汽温度＞400℃，然后将高压蒸汽经过蓄热式卧式热风炉再加热到630℃~1450℃，再将蒸汽经过有耐火材料或高温陶瓷内衬管道输送到可耐高温的蒸汽轮机或者燃气轮机拖动发电机组发电。
2.根据权利要求书1所述的一种超高温蒸汽发电新工艺，其特征在于所述的蓄热式卧式热风炉的耐火材料均采用60-80%碳化硅和20—40%莫来石粉料及5—10%的磷酸二氢铝粘结剂经混合、搅拌、挤压预制成型，再经高温焙烧，焙烧温度大于1600℃制成。
3.根据权利要求1所述的一种高温蒸汽发电工艺，其特征在于所述的蓄热式卧式热风炉采用的热风阀为水冷式旋塞热风阀，该阀主要包括锥形阀芯、阀体、轴套、冷却水道、压力平衡阀、法兰、密封盖，锥形阀芯外壳与阀体内壳同轴配合；法兰与阀体用螺栓固定；轴套与法兰过渡配合，并用螺栓固定，防止转动,轴套对轴起到支撑作用，轴套与轴颈之间加一密封圈，形成第一道密封，轴套与轴头之间加石棉绳，用密封盖压紧，形成第二道密封，密封盖上有一个水孔，定期给石棉绳加水,阀芯采用锥体，锥度为8°9′，锥体的外壳用2Cr13焊接后经机械加工而成，内壳与外壳形成3—5毫米的环形水缝,内孔由水冷壁和高温耐火材料组成，水冷壁与内壳形成个空腔，上下两个对应腔与环形水缝形成阀芯外壁冷却水道，上下两个对应腔与水冷壁形成内孔冷却水道,阀体由外壳、第一层内壁、第二层内壁、第三层内壁组成，第一层内壁为锥体，锥度与阀芯外壳锥度相同，且与阀芯外壳配合形成密封，第一层内壁与第二层内壁之间形成2-6毫米的环形水缝，第二层内壁和第三层内壁与肋板形成上下两个空腔，上下空腔与环形水缝形成壳体冷却水道,轴套采用高硫自润滑合金制成。
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