CN105156157A - 一种蒸汽减压发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒸汽减压发电装置，包括高压蒸汽进口、低压蒸汽装置；在高压蒸汽进口至低压蒸汽装置的蒸汽管道上设置径向式汽轮机，径向式汽轮机与发电机连接。采用上述技术方案，将蒸汽减压过程中多余的能量回收利用，产生较好的节能收益；可以带动发电机发电或者拖动水泵、风机等耗能设备；径向式汽轮机具有运行维护工作量小、费用低、运行效率高的特点；采用常闭旁路管道，发电机组故障检修时，开启旁路蒸汽管道，不影响工厂正常疏送蒸汽；发电机组无需除蒸汽外的能源及其它运行成本；在下游蒸汽用户间断用汽、造成管内蒸汽脉动时，利用储汽罐，缓冲蒸汽脉动，提高径向式汽轮机运行平稳性。
Description
技术领域
本发明属于节能及能量回收利用的技术领域。具体地，本发明涉及一种蒸汽减压发电装置。
背景技术
现代工业、经济和社会的发展给人们带来了两个亟待解决的问题：一是能源的消耗及随之而来的价格上涨；二是环境污染日趋严重。各国都在致力于节能降耗与减少环境污染。我国对国内企业节能与环保的要求也越来越严格。国家能源局曾发布指导意见，凡供热容量在10～20t/h以上、有稳定热负荷、年利用时间在4000小时以上的企业，都要进行热电联产。因此，进行贴近用户侧的热电联产或者冷热电联产是能源领域的发展方向。
在石油、化工、化肥、制糖、造纸、纺织、印染等行业的生产过程中，产生了大量蒸汽。在很多情况下需要对生产过程来源的蒸汽进行减压调节，以满足下游生产工序或者排放要求。降压调节通常的做法是在蒸汽需要减压的地方设置节流阀减压。蒸汽从较高压力节流降压至较低压力，这一过程存在着严重的能量品质的浪费。
在现有技术中，利用蒸汽减压进行能量回收发电的装置，主要有螺杆膨胀机和轴流式汽轮机。螺杆膨胀机的缺点是：单机功率小，运行维护费用较高，且运行效率较低；轴流式汽轮机的缺点是：单位千瓦制造成本大且用于蒸汽压差发电时通常运行效率也不高。
综上所述，现有技术中蒸汽压差回收技术存在单机功率小、运行维护费用高、运行效率低的缺点。
发明内容
本发明提供一种蒸汽减压发电装置，其目的是提高蒸汽压差发电系统能量利用效率。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的蒸汽减压发电装置，应用于低压蒸气系统，该系统包括高压蒸汽进口、低压蒸汽装置，在所述的高压蒸汽进口至低压蒸汽装置的蒸汽管道上设置径向式汽轮机，所述的径向式汽轮机与发电机连接。
所述的径向式汽轮机通过减速器与发电机连接。
所述的低压蒸汽装置前的蒸汽管道上，设置储汽罐。
所述的蒸汽减压发电装置设置蒸汽支路管道，所述的蒸汽支路管道的一端与高压蒸汽进口连通，另一端与径向式汽轮机、低压蒸汽装置之间的蒸汽管道连通。
所述的高压蒸汽进口与径向式汽轮机之间的蒸汽管道上设置主管路调节阀；所述的蒸汽支路管道上设置蒸汽支路管道调节阀。
所述的主管路调节阀的进口管路上设置截止阀。
所述的径向式汽轮机包括汽轮机进汽口、汽轮机出汽口；所述的径向式汽轮机还设有导叶栅和叶轮；所述的导叶栅沿叶轮外圆周分布；所述的汽轮机进汽口环绕在导叶栅的外周上；所述的汽轮机出汽口与径向式汽轮机同轴分布；所述的叶轮的一个端面上设置沿其径向均布的叶轮片。
所述的叶轮片与叶轮的外缘切线成90°夹角。
所述的叶轮片上设置与旋转方向相反的弯曲。
所述的导叶栅中的导叶片的内边缘与叶轮片的外边缘方向一致；在所述的叶轮的横截面上，所述的导叶片与叶轮片在叶轮旋转方向相反一侧的夹角小于190°。
所述低压蒸汽装置为蒸汽加热器、蒸汽式溴化锂制冷机、蒸汽定型设备、暖风器、蒸汽用户中的任意一个或任意多个。
本发明采用上述技术方案，利用蒸汽压差对外输出动力，能够将蒸汽减压过程中被浪费的能量回收利用，产生较好的节能收益；可以带动发电机发电或者拖动水泵、风机等耗能设备；采用径向式汽轮机具有运行维护工作量小、费用低、运行效率高的特点；系统配有常闭旁路管道，发电机组故障检修时，开启旁路蒸汽管道，不影响工厂正常疏送蒸汽；发电机组无需除蒸汽外的能源及其它运行成本；在下游蒸汽用户间断用汽、造成管内蒸汽脉动时，利用储汽罐，缓冲蒸汽脉动，提高径向式汽轮机运行平稳性。
附图说明
附图内容及图中标记的简要说明如下：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的径向式汽轮机的横截面示意图；
图3是本发明的径向式汽轮机的叶轮示意图。
图中标记为：
1、高压蒸汽进口，2、蒸汽管道，3、截止阀，4、主管路调节阀，5、汽轮机进汽口，6、径向式汽轮机，7、汽轮机出汽口，8、传动轴，9、减速器，10、发电机，11、储汽罐，12、低压蒸汽装置，13、蒸汽支路管道调节阀，14、蒸汽支路管道，15、导叶栅，16、转轴，17、叶轮片，18、叶轮。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所示本发明的结构，为一种蒸汽减压发电装置，应用于低压蒸气系统，该系统包括高压蒸汽进口1、低压蒸汽装置12。为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现提高蒸汽压差发电系统能量利用效率的发明目的，本发明采取的技术方案为：
如图1所示，本发明的蒸汽减压发电装置，在所述的高压蒸汽进口1至低压蒸汽装置12的蒸汽管道2上设置径向式汽轮机6，所述的径向式汽轮机6与发电机10连接。
所述的径向式汽轮机6通过减速器9与发电机10连接。所述减速器9通过齿轮变速装置将汽轮机转速转换成被带动设备所需要的转速。
所述的低压蒸汽装置12前的蒸汽管道上，设置储汽罐11。所述径向式汽轮机出汽口7通过管道与储汽罐11连接，所述储汽罐11通过管道与低压蒸汽装置12连接；
所述的蒸汽减压发电装置设置蒸汽支路管道14，所述的蒸汽支路管道14的一端与高压蒸汽进口1连通，另一端与径向式汽轮机6、低压蒸汽装置12之间的蒸汽管道连通。
所述的高压蒸汽进口1与径向式汽轮机6之间的蒸汽管道2上设置主管路调节阀4；所述的蒸汽支路管道14上设置蒸汽支路管道调节阀13。
所述高压蒸汽进口1连接蒸汽管道2的同时与蒸汽支路管道14连接，所述蒸汽支路管道14上设有蒸汽支路管道调节阀13与储汽罐11连接。
所述的主管路调节阀4的进口管路上设置截止阀3。
所述蒸汽管道2上设有截止阀3，截止阀3后设有调节阀4。
如图2所示，所述的径向式汽轮机6包括汽轮机进汽口5、汽轮机出汽口7；所述的径向式汽轮机6还设有导叶栅15和叶轮18；所述的导叶栅15沿叶轮18外圆周分布；所述的汽轮机进汽口5环绕在导叶栅15的外周上；所述的汽轮机出汽口7与径向式汽轮机6同轴分布；所述的叶轮18的一个端面上设置沿其径向均布的叶轮片17。
所述径向式汽轮机进汽口5与高压蒸汽进口1通过蒸汽管道2连接；所述叶轮(18)上设有转轴16，所述的叶轮18的转轴16与减速器9的传动轴8同轴连接。所述转轴16连接转动轴8通过减速器9与发电机10连接。
所述的叶轮片17与叶轮18的外缘切线成90°夹角。
作为优选，径向式汽轮机6内的叶片与叶轮外缘切线成90°角。区别于普通叶轮叶片向前弯曲，本发明所采用的径向式汽轮机内叶轮的叶轮片前部全部为纯径向方向，与叶轮外缘切线成90°角。
如图3所示，所述的叶轮片17上设置与旋转方向相反的弯曲。设置这样的弯曲，使蒸汽对叶轮片17的产生更大的旋转驱动力。
所述的导叶栅15中的导叶片的内边缘与叶轮片17的外边缘方向一致；在所述的叶轮18的横截面上，所述的导叶片与叶轮片17在叶轮18旋转方向相反一侧的夹角小于190°。导叶栅15的方向使蒸汽对叶轮片17产生旋转推动力，且效率得到更大提高。
所述低压蒸汽装置12为蒸汽加热器、蒸汽式溴化锂制冷机、蒸汽定型设备、暖风器、蒸汽用户中的任意一个或任意多个。或者低压蒸汽装置12为其它设备。经过发电装置减压后，蒸汽的压力与低压蒸汽装置12所需要的蒸汽压力相同。
本发明的工作原理是：
本发明在减压过程中，从单位质量的蒸汽可获取的电能E，是通过高压蒸汽焓减去等熵减压的低压蒸汽焓后乘以能效系数来计算，如下式：
E＝(HSh–eLSh)×K
式中：
HSh——高压蒸汽焓；
eLSh——等熵减压的低压蒸汽焓；
K——能量转化效率系数，K通常取值为0.7～0.85。
本发明的工作原理如图1所示：
高压蒸汽由高压蒸汽进口1进入蒸汽管道2，蒸汽管道2进口处设有截止阀3，用来控制蒸汽管道内的通/断；在截止阀3后设有主管路调节阀4，用以调节高压蒸汽在蒸汽管道2内的流量大小。
经调节阀4控制流量大小后的高压蒸汽由径向式汽轮机6的进气口流入，经导叶栅15方向引导进入叶轮18，借助压力推动径向直立的叶轮片17，使得转轴16转动，转轴16在转动的同时牵动传动轴8转化成机械能，带动发电机10发电。
推动叶轮18后的蒸汽经过消耗由高压蒸汽转变成低压蒸汽，经蒸汽管道输送至储汽罐11进行低压蒸汽的收集储存，便于满足下级低压蒸汽装置的用汽要求。
所述蒸汽管道还设有蒸汽支路管道，避免蒸汽源通过径向式汽轮机6做工的消耗，通过蒸汽支路管道截止阀控制通/断，直接输送至储汽罐进行储存，满足下级用汽设备对高压用汽的要求。
一公斤蒸汽经本发明的蒸汽减压发电装置所能够产生的电能如下表所示：
| 高压蒸汽压力、温度 | 低压蒸汽压力 | 产生的电能 |
| 1兆帕、200℃ | 0.8兆帕 | 35.8千焦耳 |
| 1兆帕、200℃ | 0.7兆帕 | 56.4千焦耳 |
| 1兆帕、200℃ | 0.6兆帕 | 79.7千焦耳 |
| 1兆帕、200℃ | 0.5兆帕 | 106.7千焦耳 |
| 1兆帕、200℃ | 0.4兆帕 | 138.8千焦耳 |
| 1兆帕、200℃ | 0.3兆帕 | 179.1千焦耳 |
| 1兆帕、200℃ | 0.2兆帕 | 233.4千焦耳 |
实施例一：
径向式汽轮机6内部的转轴16通过转动轴7带动发电机发电，也可以带动风机、水泵耗功设备，径向式汽轮机6与被带动设备之间可以直接带动，也可以通过齿轮变速装置将汽轮机转速转换成被带动设备所需要的转速。
实施例二：
某化工厂工艺过程中需要对水蒸汽进行加热，蒸汽消耗量为每小时70吨。生产过程来源蒸汽压力为1.1兆帕，实际使用蒸汽压力为0.42兆帕，需要对蒸汽减压使用。可以采用径向式汽轮机对蒸汽进行减压，同时对外输出电能，避免由于直接节流降压而产生的蒸汽品质浪费。
经过计算可知：
汽轮机入口蒸汽焓值：3166.8kJ/kg；经汽轮机做功后焓值：3003.4kJ/kg；蒸汽流量：70000/3600＝19.4kg/s；
发电功率：2944kW；年发电量：2061万度。
实施例三：
如图1所示的蒸汽减压发电装置，为配合下级用汽设备不同的用汽要求，蒸汽管道2还设有蒸汽支路管道14，避免蒸汽源通过径向式汽轮机做工的消耗，通过蒸汽支路管道调节阀13调节，直接输送至储汽罐11进行储存，满足下级用汽设备对高压用汽的要求。
该系统运行维护工作量小。系统配有常闭旁路管道。发电机组故障检修时，开启旁路蒸汽管道，不影响工厂正常疏送蒸汽。发电机组无需除蒸汽外的能源及其它运行成本。在下游蒸汽用户间断用汽，造成管内蒸汽脉动时，作为优选，可在径向式汽轮机6出口至下游用户入口处设置储汽罐11，缓冲蒸汽脉动，提高径向式汽轮机6运行平稳性。
由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：利用径向式汽轮机运行维护费用低、运行效率高的特点，利用蒸汽压差对外输出动力，可以带动发电机发电或者拖动水泵、风机等耗能设备，应用本发明的装置能够将蒸汽减压过程中被浪费的能量利用起来，产生较好的节能收益。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种蒸汽减压发电装置，应用于低压蒸气系统，该系统包括高压蒸汽进口(1)、低压蒸汽装置(12)，其特征在于：在所述的高压蒸汽进口(1)至低压蒸汽装置(12)的蒸汽管道(2)上设置径向式汽轮机(6)，所述的径向式汽轮机(6)与发电机(10)连接。
2.按照权利要求1所述的蒸汽减压发电装置，其特征在于：所述的径向式汽轮机(6)通过减速器(9)与发电机(10)连接。
3.按照权利要求1所述的蒸汽减压发电装置，其特征在于：所述的低压蒸汽装置(12)前的蒸汽管道上，设置储汽罐(11)。
4.按照权利要求1所述的蒸汽减压发电装置，其特征在于：所述的蒸汽减压发电装置设置蒸汽支路管道(14)，所述的蒸汽支路管道(14)的一端与高压蒸汽进口(1)连通，另一端与径向式汽轮机(6)、低压蒸汽装置(12)之间的蒸汽管道连通。
5.按照权利要求4所述的蒸汽减压发电装置，其特征在于：所述的高压蒸汽进口(1)与径向式汽轮机(6)之间的蒸汽管道(2)上设置主管路调节阀(4)；所述的蒸汽支路管道(14)上设置蒸汽支路管道调节阀(13)。
6.按照权利要求5所述的蒸汽减压发电装置，其特征在于：所述的主管路调节阀(4)的进口管路上设置截止阀(3)。
7.按照权利要求1所述的蒸汽减压发电装置，其特征在于：所述的径向式汽轮机(6)包括汽轮机进汽口(5)、汽轮机出汽口(7)；所述的径向式汽轮机(6)还设有导叶栅(15)和叶轮(18)；所述的导叶栅(15)沿叶轮(18)外圆周分布；所述的汽轮机进汽口(5)环绕在导叶栅(15)的外周上；所述的汽轮机出汽口(7)与径向式汽轮机(6)同轴分布；所述的叶轮(18)的一个端面上设置沿其径向均布的叶轮片(17)。
8.按照权利要求7所述的蒸汽减压发电装置，其特征在于：所述的叶轮片(17)与叶轮(18)的外缘切线成90°夹角。
9.按照权利要求7所述的蒸汽减压发电装置，其特征在于：所述的叶轮片(17)上设置与旋转方向相反的弯曲。
10.按照权利要求7所述的蒸汽减压发电装置，其特征在于：所述的导叶栅(15)中的导叶片的内边缘与叶轮片(17)的外边缘方向一致；在所述的叶轮(18)的横截面上，所述的导叶片与叶轮片(17)在叶轮(18)旋转方向相反一侧的夹角小于190°。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Song Guoliang Inventor after: Zhou Daohong Inventor before: Wang Zhangsheng Inventor before: Zhou Daohong |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151216 |