CN1034246A - 低背压再生凝汽式汽轮机设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种充分利用热能的蒸汽动力设备， 尤其是低背压再生凝汽式汽轮机设备。它利用乏汽 抽吸压缩装置将乏汽升温升压后再循环利用，它能保 持低背压，提高热机效率，且不需冷水塔之类的建 筑。乏汽抽吸压缩机利用了永动机的原理，耗能少。 汽轮机采用多工质工作，提高了发电效率。与已有技 术相比具有热效率高，设备简单、省水等优点。

Description

本发明涉及一种可充分利用热能的蒸汽动力装置，尤其是一种低背压再生凝汽式汽轮机设备。

现今世界各国的核电站和绝大多数火力发电厂的发电都采用汽轮机，凝汽式用得最多，也有用其它方式的，但无论用何种方式，其发电效率均不高，一般只有20%-40%，究其原因主要是汽轮机的热效率太低，热能没有得到充分利用，竟有50%以上的热量在凝汽器中被冷却水带走，散失在周围环境中。现有的凝汽冷却系统既散失大量热，浪费大量水，又消耗能源，污染周围环境，还需诸如冷水塔之类的许多建筑和机械设备，很不经济。

凝汽冷却系统的主要功能是从凝汽器中带走乏汽液化时所放出的热，保证液化持续进行，使汽轮机的排汽端建立并维持一定的真空度，使进入汽机工作的蒸汽能膨胀到尽可能低的压力，从而增加可以利用的焓降，提高汽轮机的热效率。但由于冷却水从中带走大量的热量，且带走热量的水的热能属于低品位热能，利用价值不大，所以汽机的热效率并不可能提得很高。如果采用另外的方法，既能使汽轮机的排汽端建立并维持一定的真空度，又不放走乏汽余热且使乏汽升压后再利用的话，那么汽轮机的热效率就必然很高。

本发明的目的是为了克服上述现有技术缺点而提供的一种低背压再生凝汽式汽轮机设备，它能不放走或少放走乏汽余热，充分利用热能，保持低背压，取销冷水塔之类的建筑。

本发明的目的是这样实现的：在现有的凝汽动力装置最简单的基本循环-朗肯循环中的汽轮机出口端加装乏汽抽吸压缩装置，使乏汽升压后经凝汽器液化成高温水，然后再回到热源加热，重新进入汽轮机循环。由于乏汽压缩后温度升高，成为较高品位的热能，所以乏汽液化时所放出的热又可作为热源使用，可直接采用低沸点工质（如氟利昂11）将热量从凝汽器中带出到下一级汽轮机去做功，然后将做过功的该工质再变为液态，循环利用;也可用循环水将热量从凝汽器中带出后直接供热或再经换热器传给其它工质再行利用。

本发明的具体结构由下文和附图给出。

图1是低背压再生循环式汽轮机发电装置示意图，图2是乏汽抽吸压缩机的剖面示意图。

图1主要由锅炉1，汽轮机2，乏汽抽吸压缩装置3及凝汽器4组成。锅炉1，汽轮机2，均采用现有技术不变，乏汽抽吸压缩装置3可采用一个过汽室5和若干个乏汽抽吸压缩机6构成。过汽室5是连通汽轮机2的出汽口和乏汽抽吸压缩机6的入汽口的乏汽过渡装置，与外界保持密闭。乏汽抽吸压缩机6由汽缸8，入汽口9，进汽阀10，活塞11，出汽阀12，出汽口13，连杆14和曲轴15组成。入汽口9和出汽口13位于抽吸压缩机6同一端，活塞11位于汽缸8内，与缸壁垂直且密切接触，可上下滑动且不漏汽，进汽阀10位于入汽口9下方，此阀可用气动方式自动开闭，具有单向进汽作用，出汽阀12位于出汽口13内端，具有单向出汽功能。当连杆14带动活塞11向曲轴15的方向运动时，出汽阀12关闭，进汽阀10开放。汽进入汽缸8内，当活塞11向上运动时，进汽阀10关闭，压力逐渐增大，当压力超过出气阀12的固有张力（此阀根据所需压力装有阻力装置）时，此阀开放，经压缩的乏汽排入凝器4。随着活塞10的往复运动，乏汽不断从汽轮机排汽端被抽出，压缩，送入凝器4。当抽气量大于汽轮机2的排放量时，过汽室5内及汽轮机排汽端就会形成一定的真空度，造成低背压，可利用的焓降增加。在运行中活塞11用转动的曲轴15（可采用偏心轮）通过连杆14牵动，当活塞11向下运动时，由于活塞下端与外界相通，其气压一般为一个大气压左右，而缸内为负压（0.03at），所以曲轴就要在有压力差的条件下工作，当曲轴从A点转至B点时，曲轴要做正功W₁，动能变成了活塞的势能，当曲轴从B点转至A点时，大气压力迫使活塞上行，曲轴做负功W₂，势能又变成了动能，当缸内气压与外界气压相等时，如果将摩擦力忽略不计的话，那么W₁与W₂正好数值相等且方向相反，曲轴所做的功W₁+W₂＝0，也就是说若将摩擦力忽略不计的话，无论汽轮机排汽端的负压有多大，乏汽经抽吸压缩机变成与外界的压力相等时，压缩机本身可不耗能。但实际上摩擦力是存在的，曲轴15需要克服摩擦力做功才能实现乏汽抽吸压缩的功能。若想使乏汽压缩到更高的压力，只需造成一个人为的“外界”高压环境即可。本压缩机所消耗的能比起乏汽从某一压力（如1at）降至更低值（如0.03at）进一步发电与乏汽在该压力（如1at）时直接进入凝汽器所多发出的电能要小很多很多。也就是说净增了相当多的电量。经抽吸增压的乏汽进入凝汽器4后，放出汽化热形成高温水，再用回水泵7送回锅炉1加热，循环利用。

由于乏汽压缩后体积大大缩小，所以凝汽器4的体积也可缩小。为了改善换热效果，凝汽器4中的换热管最好由水平管改成垂直管，并且使冷凝工质（如氟利昂11）呈螺旋形上升。从凝汽器4中获得热能的低沸点工质（如氟利昂11）变成高压蒸汽，推动汽轮机2′工作，做功后再使之凝成液态，再到凝汽器4循环利用。若发电兼供热的话，则可用凝汽器出来的冷却用循环水直接到热用户供热。乏汽余热再利用后，等于又增加了一个同样的锅炉，节约了能源。

本发明与已有技术相比具有效率高、设备简单、省水等优点。

Claims (4)

1、一种充分利用热能的蒸汽动力设备，由锅炉1、汽轮机2、乏汽抽吸压缩装置3、凝汽器4等组成，其特征在于乏汽抽吸压缩装置3位于汽轮机2的排汽端与凝汽器4之间。

2、根据权利要求1所述的设备，其特征在于乏汽抽吸压缩装置3由过汽室5和乏汽抽吸压缩机6组成，乏汽抽吸压缩机6由汽缸8、入汽口9、进汽阀10，活塞11，出汽阀12，出汽口13，连杆14和曲轴15组成。入汽口9和出汽口13位于抽吸压缩机6同一端，活塞11位于汽缸8内，进汽阀10位于入汽口9下方，具有单向进汽作用，出汽阀12位于出汽口13内端，具有单向出汽功能，曲轴15通过连杆14牵动活塞往复运动。

3、根据权利要求1所述的设备，其特征在于凝汽器4中的换热管为垂直排列，冷凝工质螺旋形上升。

4、根据权利要求1所述的设备，其特征在于采用水和低沸点工质（如氟利昂11等）多工质、汽轮机2和汽轮机2′等多汽轮机工作。