CN1687566A - 机内除湿再热的多级冲动式汽轮机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机内除湿再热的多级冲动式汽轮机，该汽轮机汽缸内的其中一相邻级或若干相邻级的级间设置有级间蒸汽再热器，由该汽轮机的主汽门后的主蒸汽管上引出一股新蒸汽通入蒸汽再热器中，用于加热汽轮机中膨胀到一定程度的湿饱和蒸汽，降低其湿度，以保护汽轮机不受水蚀损害；该蒸汽再热器的出口通过疏水阀连接到疏水膨胀箱，疏水膨胀箱的排水口连接到冷凝器。该汽轮机能在汽轮机级间直接对蒸汽进行除湿再热处理，然后提高干度的蒸汽直接进入汽轮机的后续级继续膨胀作功。

Description

机内除湿再热的多级冲动式汽轮机

技术领域

本发明涉及一种工作在湿蒸汽区的汽轮机技术，尤其是中、低参数汽轮机的机内的蒸汽除湿再热技术。

背景技术

公知的汽轮机是火力发电厂中用来把蒸汽的热能转换成机械能的设备。我国电厂中通常使用多级冲动式汽轮机。在多级汽轮机中，级是能量转换的基本单元。一列喷咀(或称静叶栅)加上一级叶轮叶片(或称动叶栅)称为汽轮机的一个级。蒸汽经过喷咀降压膨胀，将其部分热能转换成蒸汽流的动能，然后高速的蒸汽射流推动叶轮叶片旋转，将蒸汽流的动能转换成汽轮机转子的机械能。在多级汽轮机中，蒸汽逐级膨胀做功，将其热能转换成汽轮机转子的机械能。

饱和蒸汽在汽轮机中膨胀作功时，随着压力的降低，蒸汽的湿度迅速增大。蒸汽湿度的增加对汽轮机的运行十分不利。首先，蒸汽的湿份会使汽轮机级的内效率降低。蒸汽的湿度每增加1％，汽轮机级效率相应下降约1％。更严重的是蒸汽中的雾滴会冲蚀叶片，使汽轮机叶片产生水蚀，造成汽轮机的损坏。蒸汽的湿度越大，水蚀现象越严重。长期的设计和运行实践经验证明，汽轮机末级蒸汽的最大湿度不得超过10％至12％，否则将严重影响汽轮机的工作寿命和安全运行。

为了避免上述的问题，一般使用过热蒸汽作为汽轮机的新蒸汽，蒸汽的膨胀过程大部分在蒸汽过热区中进行。汽轮机的膨胀过程到达饱和蒸汽区时压力已降低到2或3个绝对大气压。这样蒸汽继续膨胀到汽轮机的末级时，蒸汽湿度仍不致过大。

但很多情况下，我们不得不使用饱和蒸汽或是过热度比较小的过热蒸汽来发电，比如在工业余热发电时就往往出现这种情况，此时不可避免的会碰到汽轮机中蒸汽湿度过大的难题。

解决上述难题的一般办法是采用蒸汽再热循环来代替简单的朗肯循环。也就是把汽轮机中的湿蒸汽引出来，送到锅炉或加热器中加热成过热蒸汽，再送回汽轮机中继续膨胀作功。这个办法非常有效，但做起来非常麻烦。湿蒸汽从汽轮机的某一级后面引出再送入其后续级的前面，出汽口和进汽口之间必须隔开。这样，一个汽缸就隔开成两段。这就相当于串联在一起的两台汽轮机，其结构复杂，成本高。只有对高参数大功率的汽轮发电机组才值得采用这种昂贵的措施。对于功率25MW以下的中小型汽轮机或工业余热发电用汽轮机采用上述做法经济性上将是不合算的。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术难题而提出一种机内除湿再热的多级冲动式汽轮机，该汽轮机能在汽轮机级间直接对蒸汽进行除湿再热处理，然后提高干度的蒸汽直接进入汽轮机的后续级继续膨胀作功。

本发明的机内除湿再热的多级冲动式汽轮机的结构特征是：汽轮机汽缸内的其中一相邻级或若干相邻级的级间设置有级间蒸汽再热器，由该汽轮机的主汽门后的主蒸汽管上引出一股新蒸汽通入蒸汽再热器中，用于加热汽轮机中膨胀到一定程度的湿饱和蒸汽，降低其湿度，以保护汽轮机不受水蚀损害；该蒸汽再热器的出口通过疏水阀连接到疏水膨胀箱，疏水膨胀箱的排水口连接到冷凝器。

所述的级间蒸汽再热器是一种表面式换热器，该换热器由两半圆环所组成，两半圆环组成一个整圆，两半圆环的结合面在通过汽轮机中心线的垂直面上，两半圆环通过各自的下部支脚固结在汽轮机的汽缸上。

所述的级间蒸汽再热器可以采用普通的表面式换热器，也可以采用热管式加热器。

在本发明的机内除湿再热的多级冲动式汽轮机中，至少设置有一个所述的级间蒸汽再热器；也可以设置两个或多个级间蒸汽再热器，分别位于两个或多个相邻级之间。

所述的级间加热器的管束间可设置丝网式或波纹板式除湿结构，以增强除湿功能。

所述的级间蒸汽再热器出口处通过装设疏水阀，疏水排往疏水膨胀箱；疏水膨胀箱中产生的蒸汽可引入汽轮机中间级或汽封系统。疏水膨胀箱中的冷凝水则排入冷凝器。

使用本发明的技术，汽轮机的结构不需要做大的变动，蒸汽不需要从汽轮机汽缸中引出来后再送进去，省去了把蒸汽从汽轮机中引出、送进的粗大的蒸汽管路和阀门。只需把要进行级间再热处的级间轴向间隙适当加大，留出安装级间再热装置的空间。级间再热的热源可以从主汽门后的主蒸汽管路中引出一小股新蒸汽。由于再热用的蒸汽量很少，大概只占新蒸汽量的5％左右，因此再热蒸汽管路很小，制作方便成本低。

本发明的机内除湿再热的多级冲动式汽轮机可在结构不做过大改动情况下彻底解决蒸汽湿度问题。汽轮机可以自由使用饱和蒸汽或是过热度比较低的蒸汽，在保持比较高的效率情况下不用担心叶片的水蚀问题。这种方法大大拓宽了汽轮机所能利用的蒸汽的参数范围。任何压力的饱和蒸汽、湿蒸汽、过热度过小的蒸汽都可直接用来发电。这对工业余热发电和低参数热能发电具有重大意义。

从下面的对比中可以看出本发明较之普通汽轮机的优越性：

流量为32吨/时的1.0MPa的饱和蒸汽，采用普通冷凝式汽轮机发电，排汽背压为0.006MPa。设该汽轮机的内效率为76％，则其末级蒸汽湿度将超过16％。这是不允许的。为使末级蒸汽湿度降低至许可值，汽轮机的内效率必须降低到60％。此时该机的设计功率为3600kW。

若采用本发明的机内除湿再热技术，32吨/时新蒸汽中需取出2吨/时的蒸汽作为机内再热的热源，其余30吨/时的蒸汽进入汽轮机做功，当蒸汽膨胀到0.2MPa湿度达到10％时，利用机内除湿再热技术降低其湿度后继续膨胀做功至0.006MPa背压时排汽。在这种情况下，机组的内效率可以达到76％以上，设计功率可达到4500kW。

从上述对比中看到，在相同的条件下，采用本发明可以增加25％的发电量。发电量增加的原因主要来源于两个方面：首先是蒸汽的回热和再热效应。两吨加热用的蒸汽的汽化潜热全部进入工作蒸汽在汽轮机中做功，而不是像工作蒸汽一样把80％以上的潜热都带进冷凝器浪费掉。其次是工作蒸汽再热后干度提高，减少了蒸汽湿度带来的损失，提高了级效率。这两项效应的联合作用大幅度的增加了发电量。

附图说明

图1为本发明的机内除湿再热的多级冲动式汽轮机的热力系统图。

图2为本发明的级间蒸汽再热器的结构示意图。

图3为图2的A-A向剖视图。

具体实施方式

如图1所表示的本发明实施例的热力系统图(图中我们只示出一级机内再热，实际上可以根据需要设置两级以至多级机内再热)。在主汽门1后的主蒸汽管路2上接出一根小口径(例如DN80mm)的再热蒸汽管3，该管把总蒸汽量的3％～8％供给位于汽轮机汽缸内的级间蒸汽再热器4。蒸汽在再热器4中放热后变成的饱和凝结水由疏水阀7控制进入疏水膨胀箱8，在该处凝结水降压闪蒸出部分蒸汽经由蒸汽管9再进入汽轮机5膨胀做功。疏水膨胀箱8中的低压饱和水经管道10排出到冷凝器11中与主流工作蒸汽的冷凝水混合，然后由凝结水泵12抽出送到蒸汽发生器中重新变为蒸汽。这样形成了一个完整的热力循环。

图2、图3为级间蒸汽再热器4的结构示意图。该级间蒸汽再热器为一表面式换热器，由左、右两半两半圆环20、21组成。其基本构成是由半环形的加热管管束22，管束端部的蒸汽集箱24，管束间的丝网型雾滴捕集装置23，引导蒸汽和冷凝水进出加热管束的接管25以及安装法兰26组成。流体在级间蒸汽再热器4中的流程是：蒸汽从左半圆环20的加热管束的接管25流入左半圆环20的蒸汽集箱24，由该蒸汽集箱24分配到左半圆环20的加热管管束22，然后流入右半圆环21的加热管管束22，换热产生的冷凝水经该右半圆环21的蒸汽集箱24后由右半圆环21加热管束的接管25排出。图2中的28为级间蒸汽再热器4的壳体，27为汽轮机的主轴。

Claims (6)

1、一种机内除湿再热的多级冲动式汽轮机，其特征在于汽轮机(5)汽缸内的其中一相邻级或若干相邻级的级间设置有级间蒸汽再热器(4)，由该汽轮机(5)的主汽门后的主蒸汽管上引出一股新蒸汽通入蒸汽再热器(4)中，用于加热汽轮机中膨胀到一定程度的湿饱和蒸汽，该蒸汽再热器(4)的出口通过疏水阀(7)连接到疏水膨胀箱(8)，疏水膨胀箱(8)的排水口连接到冷凝器(11)。

2、根据权利要求1所述的汽轮机，其特征是：所述的级间蒸汽再热器(4)是一种表面式换热器，该换热器由两半圆环所组成，两半圆环组成一个整圆，两半圆环的结合面在通过汽轮机中心线的垂直面上，两半圆环通过各自的下部支脚固结在汽轮机的汽缸上。

3、根据权利要求1所述的汽轮机，其特征是：所述的级间蒸汽再热器(4)为热管式加热器。

4、根据权利要求1、2或3所述的汽轮机，其特征在于所述的级间蒸汽再热器(4)可以是两个或多个，分别位于两个或多个相邻级之间。

5、根据权利要求1、2或3所述的汽轮机，其特征是：所述的级间加热器(4)的管束间设置有丝网式或波纹板式除湿结构。

6、根据权利要求1所述的汽轮机，其特征是：所述的疏水膨胀箱(8)中产生的蒸汽引入汽轮机中间级或汽封系统，疏水膨胀箱(8)中的冷凝水则排入冷凝器(11)。

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