CN103806963A - 改进型凝汽式汽轮发电机及其发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进型凝汽式汽轮发电机及其发电方法，其中改进型凝汽式汽轮发电机包括锅炉(15)、汽轮机(19)、发电机(22)、凝汽器(1)、热泵压缩机(3)、节流阀(4)、蒸汽再生器(12)、水泵(10)、水泵(8)、双向开关(7)；其中所述凝汽器(1)内设置有热泵蒸发器(2)，蒸汽再生器(12)内设置有热泵冷凝器(5)，热泵冷凝器(5)上部设置有喷淋装置(6)，蒸汽再生器(12)外上部设置有补水口(17)；汽轮机(19)通过管道与锅炉(15)上部、发电机(21)和凝汽器(1)相连，双向开关(7)通过管道和锅炉(15)底部相连。本发明充分利用热量、提高了热电转化率、降低发电成本。

Description

改进型凝汽式汽轮发电机及其发电方法

技术领域

本发明涉及一种汽轮发电机，特别是涉及改进型凝气式汽轮发电机。 

本发明还涉及使用上述改进型凝气式汽轮发电机发电的方法。 

  

背景技术

发电机是将机械能转变为电能的一种机器，通常由汽轮机、水轮机或内燃机驱动。用汽轮机驱动的发电机，由锅炉产生的过热蒸汽进入汽轮机内膨胀做功，使叶片转动而带动发电机发电，做功后的废汽经凝汽器、循环水泵、凝结水泵、给水加热装置等送回锅炉循环使用。 

现有技术中对于汽轮发电机所排放的高温热蒸汽一般采用水冷或者空冷，而无论水冷还是风冷都会将高温蒸汽中的热量带走，并且产生大量废弃热水，降低了热量的利用效率。同时采用水冷会用到大量的冷凝水，以及需要建设冷却塔，而使用空冷也需要使用大量金属结构来吸收蒸汽中热量，并且不容易再次利用这些热量。 

发明内容

本发明是为了解决以上现有技术中的不足而完成的，本发明通过热泵技术对排放的热蒸汽进行降温，并通过热泵将汽轮机中排放的热蒸汽中的热量转移，使用该热量将变为液体的蒸汽再次转化为低压蒸汽并补充到锅炉中，从而充分利用热量、减少热排放、提高了热电转化率、降低发电成本。 

本发明的改进型凝汽式汽轮发电机其特征在于：该改进型凝汽式汽轮发电机包括锅炉(15)、汽轮机(19)、发电机(21)、凝汽器(1)、热泵压缩机(3)、节流阀(4)、蒸汽再生器(12)、水泵(10)、水泵(8)、双向开关(7)、节流阀(4)，其中所述凝汽器(1)内设置有热泵蒸发器(2)，蒸汽再生器(12)内设置有热泵冷凝器(5)，热泵冷凝器(5)上部设置有喷淋装置(6)，蒸汽再生器(12)外上部设置有补水口(17)，所述锅炉(15)通过管道(18)和汽轮机(19)相连，涡轮机(19)通过管道(20)和发电机(21)相连，汽轮机(19)还通过管道(10)和凝汽器(1)相连，凝汽器(1)通过管道(11)和水泵(10)相连，水泵(10)通过管道(9)和双向开关(7)相连，双向开关(7)通过管道(13)和蒸汽再生器(12)上部相连，蒸汽再生器(12)下部通过管道(22)和水泵(8)相连，水泵(8)和双向开关(7)相连,双向开关(7)还通过管道(14)和锅炉(15)底部相连。 

进一步的上述的改进型凝气式汽轮发电机其特征在于：所述凝汽器(1)中设置有温度传感器，通过该温度传感器控制热泵压缩机(3)的运行。 

进一步上述的改进型凝气式汽轮发电机其特征在于：所述蒸汽再生器(12)中设置有水位传感器,并通过水位传感器触发双向开关(7)以控制蒸汽再生器(12)中的水位。 

本发明还包括使用上述改进型凝气式汽轮发电机的发电方法，其特征在于：包括以下步骤： 

步骤1，加热锅炉(15)，使锅炉(15)中的水受热产生蒸汽，蒸汽通过管道(18)进入汽轮机(19)，汽轮机(19)输出动力使得发电机(21)产生电力；

步骤2，汽轮机(19)中排出的热蒸汽通过管道(10)进入凝汽器(1)中，凝汽器(1)中温度传感器预先设定温度范围，当温度高于设定范围上限值，则开动热泵压缩机(3)，热泵压缩机(3)使得热泵蒸发器(2)中冷媒蒸发，吸收蒸汽中的热量，蒸汽放出热量变为冷凝水，变为气体的冷媒通过热泵压缩机(3)进入热泵冷凝器(5)并变为液体放出热量，若温度低于设定下限值，则关闭热泵压缩机(3)；

步骤3，凝汽器(1)中的冷凝水通过水泵(10)进入双向开关(7)，并通过管道(13)进入蒸汽再生器(12)上部的喷淋装置(6)，冷凝水通过蒸汽再生器(12)上部的喷淋装置(6)将水雾化喷淋，水吸收热泵冷凝器(5)放出的热量再次变为气体，气体通过管道(16)进入锅炉(15)从而完成循环，此时双向开关将管道(22)以及(13)相连，蒸汽再生器(12)底部未及时变为气体的冷凝水通过管道(22)以及水泵(8)进入双向开关(7)和管道(13)，并再次进入蒸汽再生器(12)上部的喷淋装置(6)继续喷淋雾化并吸收热量变为气体；

步骤4，当蒸汽再生器(12)下部残留冷凝水的水位超过一定高度时触发水位传感器，水位传感器控制双向开关(7)和管道(14)相连，通过双向开关将冷凝水通过管道(22)以及水泵(8)引入管道(14)并最终进入锅炉(15)底部，然后双向开关复位，保持管道(22)和管道(13)连接。

本发明的实施方案中所述的温度传感器为本领域常用器件，通过设置温度下限和上限值控制热泵压缩机进行制冷，当传感器测试到凝汽器中温度上升并超过温度上限值，则自动开动热泵压缩机开始制冷，当温度低于下限值则关闭热泵压缩机。该温度的设置范围一般在40-98摄氏度，并且优选为50-98摄氏度，更优选为60-90摄氏度，通过该温度传感器使得凝汽器中温度可以保持恒定状态达到良好的冷却效果。 

本发明的实施方案中所述的水位传感器为本领域常用器件，其通过监控水位变化控制双向开关(7)，使蒸汽再生器(12)中水位过高的情况下接通管道(22)和(14)，将水引入锅炉(15)中，从而保持蒸汽再生器(12)的正常工作，其水位设定值可以根据实际需要进行设定，一般设定水位高度不超过蒸汽再生器(12)的高度的1/3,优选不超过1/4，更优选不超过1/5。 

本发明的实施方案中可通过蒸汽再生器上部的补水口(17)向其中补充水，如果发电过程中水蒸汽不足则可以通过补水口(17)加水，从而增加水蒸气的产生。 

本发明的实施方案中的热泵为本领域常用器件，其作用是将凝汽器中排出的热蒸汽热量吸收，并搬运到蒸汽再生器中，使得蒸汽再生器中的冷凝水喷雾吸收该热量汽化，其热效率并无特别限定，效率越高，则转移同等热量下消耗电能越少，因此尽量选择较高效率的热泵。 

本发明通过用热泵技术对热量产生搬运作用，对排放的热蒸汽进行降温，并通过热泵将汽轮机中排放的热蒸汽中的热量转移，使用该热量将变为液体的蒸汽再次转化为低压蒸汽并补充到锅炉中，由于本发明基本上没有产生热排放，因此能够充分利用热量、减少热排放、提高了热电转化率、降低发电成本。 

附图说明

图1   本发明的热改进型凝气式汽轮发电机 

图号说明

1…凝汽器         2…热泵蒸发器      3…热泵压缩机       

4…节流阀         5…热泵冷凝器      6…喷淋装置

7…双向开关       8…水泵            9…管道

10…水泵          11…管道           12…蒸汽再生器

13…管道          14…管道           15…锅炉

16…管道          17…补水口         18…管道

19…涡轮机        20…管道           21…发电机

22…管道

具体实施方式

下面结合附图的图1对本发明的热改进型凝气式汽轮发电机和利用该发电机发电的方法作进一步详细说明。 

本发明的热改进型凝气式汽轮发电机，请参考图1，其包括锅炉15、汽轮机19、发电机21、凝汽器1、热泵压缩机3、节流阀4、蒸汽再生器12、水泵10、水泵8、双向开关7、节流阀4，其中所述凝汽器1内设置有热泵蒸发器2，蒸汽再生器12内设置有热泵冷凝器5，热泵冷凝器5上部设置有喷淋装置6，蒸汽再生器12外上部设置有补水口17，所述锅炉15通过管道18和汽轮机19相连，涡轮机19通过管道20和发电机21相连，汽轮机19还通过管道10和凝汽器1相连，凝汽器1通过管道11和水泵10相连，水泵10通过管道9和双向开关7相连，双向开关7通过管道13和蒸汽再生器12)上部相连，蒸汽再生器12下部通过管道22和水泵8相连，水泵8和双向开关7相连,双向开关7还通过管道14和锅炉15底部相连。 

进一步的上述的改进型凝气式汽轮发电机凝汽器1中设置有温度传感器（图中未画出），通过该温度传感器控制热泵压缩机3的运行。 

进一步上述的改进型凝气式汽轮发电机蒸汽再生器12中设置有水位传感器（图中未画出）,并通过水位传感器触发双向开关7以控制蒸汽再生器中12的水位。 

本发明还公开了利用上述的改进型凝气式汽轮发电机进行发电的方法，参考图1其包括以下步骤： 

步骤1，加热锅炉15，使锅炉15中的水受热产生蒸汽，蒸汽通过管道18进入汽轮机19，汽轮机19输出动力使得发电机21产生电力；

步骤2，汽轮机19中排出的热蒸汽通过管道10进入凝汽器1中，凝汽器1中温度传感器预先设定温度范围，当温度高于设定范围上限值，则开动热泵压缩机3，热泵压缩机3使得热泵蒸发器2中冷媒蒸发，吸收蒸汽中的热量，蒸汽放出热量变为冷凝水，变为气体的冷媒通过热泵压缩机3进入热泵冷凝器5并变为液体放出热量，若温度低于设定下限值，则关闭热泵压缩机3；

步骤3，凝汽器1中的冷凝水通过水泵10进入双向开关7，并通过管道13进入蒸汽再生器12上部的喷淋装置6，冷凝水通过蒸汽再生器12上部的喷淋装置6将水雾化喷淋，水吸收热泵冷凝器5放出的热量再次变为气体，气体通过管道16进入锅炉15从而完成循环，此时双向开关将管道22以及13相连，蒸汽再生器12底部未及时变为气体的冷凝水通过管道22以及水泵8进入双向开关7和管道13，并再次进入蒸汽再生器12上部的喷淋装置6继续喷淋雾化并吸收热量变为气体；

步骤4，当蒸汽再生器12下部残留冷凝水的水位超过一定高度时触发水位传感器，水位传感器控制双向开关7和管道14相连，通过双向开关将冷凝水通过管道22以及水泵8引入管道14并最终进入锅炉15底部，然后双向开关复位，保持管道22和管道13连接。

从上述实施方式来看，本发明的技术方案通过热泵技术对排放的热蒸汽进行降温，并通过热泵将汽轮机中排放的热蒸汽中的热量转移，使用该热量将变为液体的蒸汽再次转化为低压蒸汽并补充到锅炉中，从而不需要大量的冷凝水或者建设复杂的金属空气冷却器，并且充分利用了汽轮机中排除热蒸汽的热量，从而达到减少热排放、提高了热电转化率、降低发电成本的良好效果。 

上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。 

Claims (4)

1.一种改进型凝汽式汽轮发电机，其特征在于：该改进型凝汽式汽轮发电机包括锅炉(15)、汽轮机(19)、发电机(21)、凝汽器(1)、热泵压缩机(3)、节流阀(4)、蒸汽再生器(12)、水泵(10)、水泵(8)、双向开关(7)、节流阀(4)，其中所述凝汽器(1)内设置有热泵蒸发器(2)，蒸汽再生器(12)内设置有热泵冷凝器(5)，热泵冷凝器(5)上部设置有喷淋装置(6)，蒸汽再生器(12)外上部设置有补水口(17)，所述锅炉(15)通过管道(18)和汽轮机(19)相连，涡轮机(19)通过管道(20)和发电机(21)相连，汽轮机(19)还通过管道(10)和凝汽器(1)相连，凝汽器(1)通过管道(11)和水泵(10)相连，水泵(10)通过管道(9)和双向开关(7)相连，双向开关(7)通过管道(13)和蒸汽再生器(12)上部相连，蒸汽再生器(12)下部通过管道(22)和水泵(8)相连，水泵(8)和双向开关(7)相连,双向开关(7)还通过管道(14)和锅炉(15)底部相连。 

2.根据权利要求1所述的改进型凝汽式汽轮发电机其特征在于：所述凝汽器(1)中设置有温度传感器，通过该温度传感器控制热泵压缩机(3)的运行。 

3.根据权利要求1或2所述的改进型凝汽式汽轮发电机其特征在于：所述蒸汽再生器(12)中设置有水位传感器,并通过水位传感器触发双向开关(7)以控制蒸汽再生器(12)中的水位。 

4.权利要求1或2或3所述的改进型凝汽式汽轮发电机的发电方法，其特征在于：包括以下步骤： 

步骤1，加热锅炉(15)，使锅炉(15)中的水受热产生蒸汽，蒸汽通过管道(18)进入汽轮机(19)，汽轮机(19)输出动力使得发电机(21)产生电力； 

步骤2，汽轮机(19)中排出的热蒸汽通过管道(10)进入凝汽器(1)中，凝汽器(1)中温度传感器预先设定温度范围，当温度高于设定范围上限值，则开动热泵压缩机(3)，热泵压缩机(3)使得热泵蒸发器(2)中冷媒蒸发，吸收蒸汽中的热量，蒸汽放出热量变为冷凝水，变为气体的冷媒通过热泵压缩机(3)进入热泵冷凝器(5)并变为液体放出热量，若温度低于设定下限值，则 关闭热泵压缩机(3)； 

步骤3，凝汽器(1)中的冷凝水通过水泵(10)进入双向开关(7)，并通过管道(13)进入蒸汽再生器(12)上部的喷淋装置(6)，冷凝水通过蒸汽再生器(12)上部的喷淋装置(6)将水雾化喷淋，水吸收热泵冷凝器(5)放出的热量再次变为气体，气体通过管道(16)进入锅炉(15)从而完成循环，此时双向开关将管道(22)以及(13)相连，蒸汽再生器(12)底部未及时变为气体的冷凝水通过管道(22)以及水泵(8)进入双向开关(7)和管道(13)，并再次进入蒸汽再生器(12)上部的喷淋装置(6)继续喷淋雾化并吸收热量变为气体； 

步骤4，当蒸汽再生器(12)下部残留冷凝水的水位超过一定高度时触发水位传感器，水位传感器控制双向开关(7)和管道(14)相连，通过双向开关将冷凝水通过管道(22)以及水泵(8)引入管道(14)并最终进入锅炉(15)底部，然后双向开关复位，保持管道(22)和管道(13)连接。 

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