CN209083343U - 一种一体式集成发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一体式集成发电系统，属于余热发电技术领域。本实用新型包括安装在底盘上的汽轮发电机组、空冷器、水箱和给水泵，所述的汽轮发电机组安装在底盘的一角，该汽轮发电机组一端与蒸汽进入管道相连，另一端与蒸汽排出管道相连；蒸汽排出管道与安装在底盘长度方向上的空冷器相连，该空冷器下方为水箱，所述的水箱与给水泵相连，该给水泵位于汽轮发电机组的同一侧，给水泵将水箱内的水通过排水管道的排水口排出，且该排水口与蒸汽进入管道的蒸汽进入口设置在同一侧。本实用新型通过对余热发电系统的各部件的安装位置、结构设计以及设备选型进行优化，设计出集成度小的余热发电系统，实现高效、快速发电。

Description

一种一体式集成发电系统

技术领域

本实用新型涉及蒸汽发电技术领域，更具体地说，涉及一种一体式集成发电系统。

背景技术

蒸汽是钢铁冶金、化工等企业生产和生活必须的能源。根据对部分大中型企业的统计，蒸汽能耗占钢铁企业总能耗的10％左右，可回收利用的余热蒸汽量大。因此，优化蒸汽系统，提高余热蒸汽的回收利用率，将对企业的整体节能发挥重要作用。

近年来，为了回收余热和节约能源，钢铁等企业加大了余热蒸汽的回收和高效利用力度，但整个回收利用系统效率普遍偏低，与国外先进水平相比存在较大差距。现有技术中钢铁等企业新建了部分蒸汽发电项目，这些项目大多采用发电效率低的传统型汽轮发电机组，需要设计齿轮传动机构、润滑系统等，系统较为复杂，土建及安装工程量大，且为固定式，灵活性差。因此，设计制造一种效率高、体积小、安装方便、运输快捷的整体发电装置，是余热蒸汽发电领域中的一个研究方向。

经检索，中国专利号：ZL 201721877851.X，授权公告日：2018年7月24日，发明创造名称：一体化闭式余热蒸汽轮机机组，该申请案包括提供给水的储水罐、水泵、余热锅炉、蒸汽轮机和冷凝器；所述储水罐中的水由所述水泵压缩提高压力后输送至所述余热锅炉中，所述余热锅炉利用所述高温烟气的余热与经水泵提高压力的水进行热交换，蒸发形成高压水蒸气，所述高压水蒸气进入所述蒸汽轮机内膨胀做功后进入冷凝器形成液态水，回到储水罐；所述储水罐、水泵、余热锅炉、蒸汽轮机和冷凝器固定组装在集装箱内；所述余热锅炉和蒸汽轮机在集装箱的一侧，所述储水罐、水泵和冷凝器在集装箱的另一侧。

又如，中国专利申请号：201410638058.9，申请公布日2015年3月25日，发明创造名称：一种新型集成与节能型热力系统，该申请案由余热锅炉、汽轮机、发电机、冷凝器、除氧水箱、凝结泵和锅炉给水泵组成；余热锅炉通过蒸汽管道与汽轮机进汽口相连；汽轮机与发电机水平轴相连；汽轮机出汽口通过管道与冷凝器进汽口相连；冷凝器出水口通过管道与除氧水箱进水口相连；除氧水箱出水口通过管道与凝结泵进水口相连；凝结泵出水口通过管道与锅炉给水泵进水口相连；锅炉给水泵出水口通过管道与余热锅炉进水口相连。

上述两件对比专利都利用余热锅炉产生的蒸汽进行发电，并且两个对比文件都对各部件进行布局，其中对比文件1中通过将余热蒸汽轮机机组中的各部件安装进行合理布局，对比文件2将冷凝系统与真空除氧系统等进行集成，都简化了余热发电的热力系统工艺和设备，但两件对比文件都存在汽轮机和发电机不是共轴直连方式，需要配套齿轮箱、油系统等辅助设备，使得整个系统占用空间大；此外，冷凝器采用水冷形式，需要配套循环水泵、冷却塔、真空泵等设备，系统结构设计相对复杂。

实用新型内容

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于克服现有技术中余热发电系统占用空间大的问题，提供了一种一体式集成发电系统，本实用新型通过对余热发电系统的各部件的安装位置、结构设计以及设备选型进行优化，设计出集成度小的余热发电系统。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种一体式集成发电系统，包括安装在底盘上的汽轮发电机组、空冷器、水箱和给水泵，所述的汽轮发电机组安装在底盘的一角，该汽轮发电机组一端与蒸汽进入管道相连，另一端与蒸汽排出管道相连；蒸汽排出管道与安装在底盘长度方向上的空冷器相连，该空冷器下方为水箱，所述的水箱与给水泵相连，该给水泵位于汽轮发电机组的同一侧，给水泵将水箱内的水通过排水管道的排水口排出，且该排水口与蒸汽进入管道的蒸汽进入口设置在同一侧。

作为本实用新型的更进一步改进，所述的汽轮发电机组包括汽轮机和发电机，该汽轮机采用向心汽轮机，其叶轮与发电机转子通过竖直设置的拉杆相连。

作为本实用新型的更进一步改进，所述的汽轮机的侧壁设置有汽轮机进汽口，该汽轮机进汽口与蒸汽进入管道相连，且汽轮机进汽口与排水口的朝向相反；汽轮机的垂直向上设有汽轮机排汽口，该汽轮机排汽口与蒸汽排出管道相连。

作为本实用新型的更进一步改进，所述的发电机为永磁同步发电机，并采用磁悬浮轴承控制，该发电机与冷却风机相连。

作为本实用新型的更进一步改进，所述的蒸汽排出管道与两个支管想通，该支管与空冷器相连通。

作为本实用新型的更进一步改进，所述的空冷器采用翅片管式空冷器，并在空冷器的侧边设有两台风机，该空冷器位于风机与汽轮发电机组之间。

作为本实用新型的更进一步改进，所述的风机设置在框架内，并通过框架上的安装板进行固定。

作为本实用新型的更进一步改进，所述的给水泵采用往复泵，并在其出口处设有阻尼器。实用新型人在最初设计时，采用体积相对较小、性能较为稳定的离心泵，但经过使用发现，离心泵会产生气蚀，水在里面循环，靠的是离心力的作用，必然要求有一个最低的气蚀余量，不能在泵与叶轮之间出现真空，出现真空空气会发生爆炸，水就会不停地往空穴里走，会使离心泵的叶片损坏，所以对其有个硬性要求，就必须有个气蚀余量，经过核算，这个气蚀余量达到3米，3米就意味着水泵与空气之间净距离达到3米，这就导致其他部分无法排布，难以满足空间布局要求。同样的，当采用转子泵时，也存在一系列问题。

本实用新型所采用的高压往复泵，克服了气蚀余量问题，但经过后期实验发现，采用高压往复泵供水的流量和压力在可能会产生波动，作为优选，在往复泵的出口端，加一个阻尼器，泵在出进的时候会有一个产生流量波动，通过阻尼器进行平衡。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本实用新型所述的一种一体式集成发电系统，其汽轮发电机组安装在底盘的一角，且该汽轮发电机组一端与蒸汽进入管道相连，另一端与蒸汽排出管道相连；蒸汽排出管道与安装在底盘长度方向上的空冷器相连，该空冷器下方为水箱，水箱与给水泵相连，给水泵位于汽轮发电机组的同一侧，给水泵将水通过排水管道的排水口排出，且该排水口与蒸汽进入管道的蒸汽进入口设置在同一侧，该系统中的各部件通过合理的布局，集中在一块底盘上，组成一体式系统进行发电，整个系统的占用空间小，集成度高，方便移动。

(2)本实用新型所述的一种一体式集成发电系统，其汽轮机的一侧边设置有汽轮机进汽口，并在汽轮机的垂直向上设置有汽轮机排汽口，且该汽轮机的叶轮与发电机转子通过竖直设置的拉杆相连，使两者共轴直连，该结构设计与传统的卧式发电机组相比，一方面大大降低了汽轮发电机组的占用空间，并减少配套齿轮箱、油系统等辅助设备，降低生产成本，另一方面采用立式布置，侧面进汽、垂直向上排汽，叶轮所受的重力方向与发电机的轴方向相同，力学性能更加稳定，发电效率更高。

(3)本实用新型所述的一种一体式集成发电系统，其汽轮机采用向心汽轮机，发电机为永磁同步发电机，并采用磁悬浮轴承控制，蒸汽在汽轮机中膨胀做功，使得汽轮机的叶轮高速旋转，转速可达到62000rpm以上，进而使得发电效率达到95％以上；为了确保发电机本体发热量及时有效地冷却，在发电机上连接有冷却风机，能够及时的对发电机进行冷却。

(4)本实用新型所述的一种一体式集成发电系统，其蒸汽排出管道上设有两个支管，该支管与空冷器相连，通过两个支管将发电后的蒸汽均匀的输送至空冷器中，增强空冷器对蒸汽的冷凝效果；此外，空冷器采用翅片管式空冷器，且设有两台变频风机，能够根据空冷器内部发出的压力和温度信号自动调节风机转速以满足冷却工艺要求。

(5)本实用新型所述的一种一体式集成发电系统，由于传统蒸汽发电系统中的给水泵均选择离心泵，但离心泵对气蚀余量要求较高，需要与水箱具有5米以上的高度差，进而使系统总体高度将大幅上升；有鉴于此，本实用新型的给水泵采用的是高压往复泵，该高压往复泵对气蚀余量要求极低，能够有效降低整个发电系统的占用空间，使得整个系统的集成度得到大大提高；但该高压往复泵存在出口水流量和压力存在波动，本实用新型在水泵出水口处设置有阻尼器，能够有效保证出水流量和压力满足系统工艺要求。

附图说明

图1为本实用新型的一种一体式集成发电系统的结构示意图；

图2为本实用新型的一种一体式集成发电系统另一视角的结构示意图；

图3为本实用新型中汽轮机发电机组的结构示意图；

图4为本实用新型中汽轮机发电机组的剖面图；

图5为本实用新型的一种一体式集成发电系统布局结构示意图。

示意图中的标号说明：

100、底盘；201、蒸汽进入口；202、蒸汽进入管道；203、蒸汽排出管道；204、支管；300、汽轮发电机组；301、机组框架；302、汽轮机；303、汽轮机进汽口；304、汽轮机排汽口；305、发电机；306、冷却风机；307、叶轮；308、拉杆；309、发电机转子；310、碳环；400、空冷器；401、风机；402、框架；403、安装板；404、固定板；404、电机；500、水箱；600、给水泵；601、排水管道；602、排水口。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例1

结合图1和图2，本实施例的一种一体式集成发电系统，包括安装在底盘100上的汽轮发电机组300、空冷器400、水箱500和给水泵600，该底盘100由H型钢焊接而成。其中汽轮发电机组300安装在底盘100的一角，如图5中的A区域，该汽轮发电机组300进汽端与蒸汽进入管道202相连，排汽端与蒸汽排出管道203相连；蒸汽排出管道203与安装在底盘100长度方向上的空冷器400相连，该空冷器400下方为水箱500，空冷器400和水箱500的安装位置如图5中B所在的区域，水箱500与给水泵600相连，该给水泵600位于汽轮发电机组300的同一侧，如图5中D所在的区域，D所在的区域主要还包括其他管路等其他结构的辅助设备，例如，控制阀、管道压力测量装置等，保证整个发电系统的安全运行，该给水泵600将水箱500内的水通过排水管道601的排水口602排出，且该排水口602与蒸汽进入管道202的蒸汽进入口201设置在同一侧，便于与外部的产生蒸汽的装置、冷凝水收集装置配合使用，使产生蒸汽的装置、冷凝水收集装置位于整个发电系统的一侧，避免多个外部装置位于整个发电系统不同方向，降低与其他装置配合使用时的占用空间。

整个系统中的各部件通过合理的布局，集中在一块底盘100上，组成一体式系统进行发电，实现了整体安装，即时发电。整个系统的长宽高分别为3.5米、2.5米、3米，即整个发电系统的占用空间小，集成度高，方便将整个系统进行搬运。

如图3和图4所示，本实施例中的汽轮发电机组300包括汽轮机302和发电机305，汽轮机302和发电机305安装在机组框架301上，该机组框架301垂直安装在底盘100上，机组框架301底部通过螺栓固定连接在底盘100上，汽轮机302垂直固定安装在机组框架301的顶面上，且顶面安装部位上开设有孔，发电机305通过该孔与汽轮机302相连，汽轮机302蜗壳通过螺栓与发电机305的外壳构成一整体。

作为一种优选，本实施例中汽轮机302采用向心汽轮机，其侧壁设置有汽轮机进汽口303，该汽轮机进汽口303与蒸汽进入管道202相连，且汽轮机进汽口303与排水口602的朝向相反，便于整个系统管路布局设计简洁、减少管路的复杂程度，降低生产成本，此外也考虑到管道内热的流体对管道产生的热应力，该结构设计提高了整个系统的安全性。汽轮机排汽口304设在汽轮机302的垂直向上，该汽轮机排汽口304与蒸汽排出管道203相连。本实施例中汽轮机302的叶轮307与发电机转子309通过竖直设置的拉杆308相连，使两者共轴直连，该结构设计与传统的卧式发电机组相比，一方面大大降低了汽轮发电机组300的占用空间，并减少配套齿轮箱、油系统等辅助设备，降低生产成本，另一方面汽轮机302与发电机305与底盘100垂直，即采用立式布置，汽轮机302采用侧面进汽、垂直向上排汽的方式，使叶轮307所受的重力方向与发电机305的轴方向相同，力学性能更加稳定，旋转也更加稳定，发电效率更高。

本实施中的叶轮307采用五轴整体加工制作，使其为一整体，防止叶轮307在温度和湿度较高的环境中发生损坏，进而影响汽轮发电机组300的工作。为了减轻叶轮307的重量，保证叶轮307能够高速旋转，其材料采用钛合金，防止蒸汽中酸碱物质对叶轮307的侵蚀。

本实施例为了提高汽轮发电机组300的发电效率，其发电机305采用永磁同步发电机，并采用磁悬浮轴承控制，蒸汽在汽轮机302中膨胀做功，使得汽轮机302的叶轮307高速旋转，其转速可达到62000rpm以上，进而使得发电效率达到95％以上；为了确保发电机305本体发热量及时有效地冷却，在发电机305上连接有冷却风机306，能够及时的对工作状态中的发电机305进行冷却，保证设备的正常运行。

蒸汽从汽轮发电机组300发电后，利用完的蒸汽从汽轮机排汽口304进入到蒸汽排出管道203，再由蒸汽排出管道203进入到空冷器400中，对这部分蒸汽进行冷却。本实施例中将蒸汽排出管道203与两个支管204想通，通过两支管204与空冷器400上方相连通，且两支管204与空冷器400相连通的部分位于空冷器400的两侧边，该结构设计目的在于将蒸汽均匀的输送至空冷器400中的蒸汽冷凝管道中，使蒸汽分布更加合理，增强空冷器400对蒸汽的冷凝效果。本实施例中的蒸汽冷凝管道竖直设置，便于管内蒸汽冷凝进入到空冷器400下方的水箱500中。

作为一种优选，本实施例中的空冷器400采用翅片管式空冷器，且设有两台变频风机，为了便于控制两台变频风机的转速，达到很好的冷却蒸汽的效果，在空冷器400内部安装有压力和温度检测装置，检测装置对空冷器400内部的压力和温度进行检测，检测的结果反馈给风机401的控制单元，由控制单元根据结果自动调节两台变频风机的转速，以达到很好的冷却效果。

由于空冷器400、风机401和水箱500在整个发电系统中的占用空间比较大，为了对整个发电系统进行很好的布局，本实施例的通过框架402将三者固定在底盘100上，其中空冷器400和水箱500位置位于图5中B所在的区域，为了将风机401很好的与两者配合，共同对发电后的蒸汽进行处理，两个风机401安装在空冷器400的侧边，由框架402长度方向上的两块安装板403对风机401进行固定，风机401的安装位置位于图5中C所在的区域，即空冷器400位于风机401与汽轮发电机组300之间。此外，还可以把水箱500延伸到C区域两个风机401的下方。且水箱500架设在底盘100上方，底部用于排布管路。

作为一种优选，本实施例中的两个风机401沿空冷器400的长度方向进行设置，且风机401的扇叶位于涵道内，便于将风机401吸入的风集中送入到空冷器400，对空冷器400的蒸汽冷凝管道内的蒸汽进行冷凝，达到很好的冷凝效果；该涵道的设计通过把涵道的前端固定在两块安装板403上，便于将风机401固定在框架402上。此外，两台变频风机在改变转速时，其动载荷过大会造成风机401不稳，为了避免这种情况的发生，本实施例的框架402上安装有两块固定板404，该固定板404与涵道的尾端固定相连，提高风机401的安装稳定性，且控制风机401转动的电机404位于两块固定板404之间，对电机404起到一定的支撑作用。

此外，由于传统蒸汽发电系统中的给水泵600均选择离心泵，但离心泵对气蚀余量要求较高，需要与水箱500具有3米以上的高度差，进而使系统总体高度将大幅上升。有鉴于此，本实施例中为了有效提高整个系统的集成度，发明人通过不断试验，发现转子泵等给水泵均无法很好地满足这一要求。通过发明人的理论分析与无数次的试验，给水泵600采用高压往复泵。虽然高压往复泵对气蚀余量要求极低，能够有效降低整个发电系统高度，进而减少管道的设计，减小占用空间，使得整个系统的集成度得到大大提高，但高压往复泵存在一个较为严重的问题，其出口水流量和压力存在较大的波动，为了不影响整个系统的安全运行，本实施例在水泵600出水口处设置有阻尼器，能够有效保证出水流量和压力满足系统工艺要求，即在波动较大的时候，阻尼器将该波动进行阻挡，使其达到稳定后流出。

本实施例的一种一体式集成发电系统，其汽轮机302的叶轮307和发电机转子309直连，有效地降低了汽轮发电机组300的体积，叶轮307朝上布置，重力方向与轴方向一致，力学性能更加稳定，且汽轮发电机组300采用立式布置、向心进汽结构，提高了汽轮机302的工作效率。汽轮发电机组300、空冷器400、风机401、水箱500和给水泵600等附属设备全部安装在一个底盘100上，通过各部件运转时产生的动载荷以及力学分析，进行合理的布局，保证动静载荷在中轴线附近，使得整个发电系统运行更加平稳，管路的走向是主要是根据发电系统中各部件的安装位置，进行合理排布，尽量缩小管道流程，降低成本，减少管路中蒸汽损耗，使得整个系统的管路设计更加简洁。

实施例2

本实施例的一种一体式集成发电系统，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例中的蒸汽进入管道202与汽轮机进汽口303相连处安装有电动伺服调节阀，该调节阀保证蒸汽进入汽轮发电机组300中蒸汽的量，使得整个发电系统平稳的运行。

如图4所示，本实施例中汽轮机302与发电机305连接处设有碳环310，通过碳环310对其进行密封。如果不进行密封，汽轮机302与发电机305之间存在间隙，当内部的压力大于外界压力，会产生漏气；内部的压力小于外界压力，会发生吸气，这两种情况对汽轮发电机组300的运行都是不利的，所以为了保证其平稳安全运行，进行密封是必不可少的。

此外，本实施例中的水箱500的材质采用S304，减轻整个系统的重量，并在水箱500内部设置有温度、压力、液位检测仪以及自动放散阀，确保水箱500在系统安全稳定要求范围内运行。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种一体式集成发电系统，其特征在于：包括安装在底盘(100)上的汽轮发电机组(300)、空冷器(400)、水箱(500)和给水泵(600)，所述的汽轮发电机组(300)安装在底盘(100)的一角，该汽轮发电机组(300)一端与蒸汽进入管道(202)相连，另一端与蒸汽排出管道(203)相连；蒸汽排出管道(203)与安装在底盘(100)长度方向上的空冷器(400)相连，该空冷器(400)下方为水箱(500)，所述的水箱(500)与给水泵(600)相连，该给水泵(600)位于汽轮发电机组(300)的同一侧，给水泵(600)将水箱(500)内的水通过排水管道(601)的排水口(602)排出，且该排水口(602)与蒸汽进入管道(202)的蒸汽进入口(201)设置在同一侧。

2.根据权利要求1所述的一种一体式集成发电系统，其特征在于：所述的汽轮发电机组(300)包括汽轮机(302)和发电机(305)，该汽轮机(302)采用向心汽轮机，其叶轮(307)与发电机转子(309)通过竖直设置的拉杆(308)相连。

3.根据权利要求2所述的一种一体式集成发电系统，其特征在于：所述的汽轮机(302)的侧壁设置有汽轮机进汽口(303)，该汽轮机进汽口(303)与蒸汽进入管道(202)相连，且汽轮机进汽口(303)与排水口(602)的朝向相反；汽轮机(302)的垂直向上设有汽轮机排汽口(304)，该汽轮机排汽口(304)与蒸汽排出管道(203)相连。

4.根据权利要求3所述的一种一体式集成发电系统，其特征在于：所述的发电机(305)为永磁同步发电机，并采用磁悬浮轴承控制，该发电机(305)与冷却风机(306)相连。

5.根据权利要求1或4所述的一种一体式集成发电系统，其特征在于：所述的蒸汽排出管道(203)与两个支管(204)想通，该支管(204)与空冷器(400)相连通。

6.根据权利要求5所述的一种一体式集成发电系统，其特征在于：所述的空冷器(400)采用翅片管式空冷器，并在空冷器(400)的侧边设有两台风机(401)，该空冷器(400)位于风机(401)与汽轮发电机组(300)之间。

7.根据权利要求6所述的一种一体式集成发电系统，其特征在于：所述的风机(401)设置在框架(402)内，并通过框架(402)上的安装板(403)进行固定。

8.根据权利要求7所述的一种一体式集成发电系统，其特征在于：所述的给水泵(600)采用往复泵，并在其出口处设有阻尼器。