一种没有乏汽潜热的汽轮机设备和使用方法技术

本发明专利技术实施例提供一种没有乏汽潜热的汽轮机设备及使用方法，属于汽轮机设备领域，尤其涉及一种低温工质汽轮机设备。同时也包括膨胀机、气动机和其他相类似的透平机械和设备。为了提高汽轮机或膨胀机设备发电效率，将汽轮机或膨胀机从工质临界温度点去掉。去掉汽轮机或膨胀机尾部临界温度以下部分，就没有乏汽潜热形成，汽轮机或膨胀机出气端连接乏汽回热器，与低温液体泵输出的液体发电工质换热，令汽轮机或膨胀机设备输出的乏汽冷凝还原成为液体。另外，本发明专利技术实施例还提供一种缸体密封的技术方法，以解决低温工质汽轮机或膨胀机设备轴端泄漏的技术难题。这种没有乏汽潜热的汽轮机或膨胀机设备结构紧凑，体积较小，但驱动扭矩力强劲。

【技术实现步骤摘要】
一种没有乏汽潜热的汽轮机设备和使用方法
本专利技术提供一种没有乏汽潜热的汽轮机设备和使用方法，属于汽轮机设备的
尤其涉及一种低温工质汽轮机设备，同时也包括膨胀机、气动机和其他相类似的透平机械和设备。
技术介绍
1882年瑞典工程师拉瓦尔设计制造出了第一台单级冲动式的汽轮机，汽轮机是一种以蒸汽为动力，并将蒸气的热能转化为机械功的旋转机械，是现代火力发电厂中应用最广泛的原动机。汽轮机具有单机功率大、效率高、寿命长等优点，被广泛应用在电站、航海和大型工业中。为了提高汽轮机设备的功率和效率，130多年我们也不断在进行改进，进气温度和压力也在不断的提高，从低压汽轮机到高压汽轮机，再从亚临界到超临界汽轮机，汽轮机的功率最高做到1200MW，进气温度达到650℃，压力达到25MPa；纯凝式汽轮机低压缸排气温度低至30-45℃，排气压力低至10-13kPa，人们通过不断的提高汽轮机输入的进气温度和压力，和尽可能的降低汽轮机的排气温度和压力，可获得最大的焓差和最大的输出功率，这也是我们现有大型汽轮机设备提高发电效率的最重要途经。现在发电站应用的纯冷凝汽轮机设备输出的乏汽温度，远低于水的沸点温度(低至约30℃)，排气压力也是真空压，目的是为了提高发电效率，尽可能多的发电输出，但其直接的后果就是造成大量的低品位乏汽潜热无法回收利用。因此，造成乏汽潜热所占的热量约为已利用热量的2～3倍，例如：某高压汽轮机进汽含热量约3433kJ/kg，这些热量中只有约837kJ/kg是做功的，凝结水中含有约126kJ/kg热量，每公斤水约有2240kJ潜热能量是被冷却系统的冷却水带走，损失能量相当5倍0℃水加热到100℃的热水所吸收的能量；这是一个非常巨大的损失和浪费。其产生的大量低品位乏汽潜热需要用大量的水或者空气进行冷却，即不节能也不经济。这些低品位潜热能量需通过冷却塔、空冷岛等冷却设备释放到环境中的空气或者水中，不但造成极其巨大的能量浪费，而且这些热能量释放到环境中还将会对环境造成热污染，冷却塔释放能量和蒸发大量水，这些水蒸汽蒸发并汇聚到一起后，就会形成大暴雨和洪灾。我们燃烧大量的煤炭，不但造成大量的发电成本白白的浪费；大量的煤炭燃烧后，烟囱所释放出来的极其大量的二氧化碳，二氧化硫等有害气体也严重破坏着我们的环境，全世界各地的发电厂都是发电功率庞大，因此也是形成雾霾和温室效应的一个极其重要原因，并造成环境变暖，冰川融化等极其严重的恶果。我们发电就是将燃烧的煤炭热能量转为电能输出，为何要排放掉这样巨大体量的潜热和能量呢，申请人经过二十多年苦心探索，找到问题核心，人们为了获得更多的发电输出，不断的提高进气温度和压力，同时尽可能的降低乏汽温度和压力，现在的发电站乏汽温度已经远远低于其标准沸点，排气压力为负的真空压，在获取更多发电输出同时，乏汽中也形成极其巨大的低品位潜热能量无法被利用，只能够把潜热释放掉才能够实现乏汽冷凝成为水，同时这样做也导致汽轮机的末级叶片和次末级叶片长度增加，汽轮机体积庞大，汽轮机末端需维持高度真空，末级次末级叶片容易遭受冷凝水侵蚀等一系列的问题。本专利技术申请就是针对这些难题进行解决。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种没有乏汽潜热的汽轮机设备和使用方法，申请人研究发现，精简优化掉汽轮机的末级叶片和次末级叶片，使汽轮机设备的工况区，或工作区域始终高于发电工质的临界温度，并使汽轮机排出的乏汽温度达到发电工质临界温度，乏汽潜热为0，潜热变显热，利用低温液体泵输出的低温液体工质，就能够实现乏汽的冷凝。相比传统汽轮机设备，不仅精简体积，而且降低传统汽轮机叶片过大造成颤振断裂的几率，提高了汽轮机设备的效率和可靠性，并且还能够降低汽轮机的成本。通过汽轮机设备、低温液体泵、乏汽回热器等设备协同作用，实现了一种没乏汽潜热的高效率发电系统，所述高效率的发电系统，没有传统朗肯循环发电系统中的冷却系统，在提高发电效率的同时，还能降低汽轮机设备成本和电站投资成本。本专利技术的实施例是这样实现的：第一方面，本专利技术实施例提供一种没有乏汽潜热的汽轮机设备及使用方法，所述汽轮机设备由汽轮机进气端，汽轮机本体和汽轮机出气端构成；所述汽轮机进气端的工质温度及压力始终高于所述汽轮机出气端的乏汽温度和压力；所述汽轮机设备进气端工质温度，始终高于工质的临界温度；所述汽轮机设备的工况区，始终不低于发电工质的临界温度；所述汽轮机设备出气端的乏汽温度，为发电工质的临界温度，也包括临界温度点附近温度(工质临界温度理论上说应该是一个极其精确的点，实际是不可能做到那么精确的，因此需要包括临界温度点附近的温度)，由此令所述汽轮机设备出气端的乏汽潜热为零；所述汽轮机设备出气端连接乏汽回热器，所述乏汽回热器与低温液体泵输出的低温液体发电工质进行换热，令所述低温液体发电工质来冷却所述汽轮机设备的高温乏汽，并将乏汽还原成为液体。所述汽轮机设备相对于传统汽轮机设备来说，设备体积小很多；传统汽轮机设备需要通过做功将工质乏汽温度降低到标准沸点以下，因此，导致汽轮机末级叶片和次末级叶片很长，造成汽轮机体积庞大，相对来说材料和制造成本较高，体积庞大；所述汽轮机设备从工质的临界温度点就被“去掉”，被去掉的部分是工质密度比较低和汽轮机体积庞大部分，去掉汽轮机尾部和临界温度以下部分，不但没有了乏汽潜热形成，并使汽轮机体积和重量及制造成本都得到降低。进一步地，所述汽轮机设备的出气端还设置有乏汽回热器和低温液体工质存储器，以及低温液体泵和主换热器；所述乏汽回热器的高温管路设置在所述汽轮机的出气端与所述低温液体工质存储器之间；所述乏汽回热器的低温管路设置在所述低温液体泵与所述主换热器之间；所述低温液体工质存储器、所述低温液体泵、所述乏汽回热器的低温管路、所述主换热器，所述汽轮机设备、所述乏汽回热器的高温管路依次连接；所述乏汽回热器的高温管路的出口，连接所述低温液体工质存储器入口，形成闭环回路；所述主换热器为发电工质与系统主热源进行换热的设备，包括并不局限于锅炉、核电锅炉、太阳光热发电的热交换装置、余热锅炉、高温烟气热水废液的热交换器及地热换热器的任意一种或多种组合。进一步地，所述低温液体工质存储器还设置有工质降温装置，所述工质降温装置内的工质温度高于环境时，所述工质降温装置为冷却器，所述冷却器直接与环境空气或者水换热，令工质温度降低；所述工质降温装置还包括依次连接的压缩机、热交换器和节流降压装置，主要用于低温液体工质存储器中工质的温度低于环境；所述压缩机设在所述低温液体工质存储器与所述热交换器之间，所述节流降压装置设在所述热交换器与所述低温液体工质存储器之间，所述节流降压装置出口连接所述低温液体工质存储器，形成闭环；所述热交换器的高温管路设在所述压缩机和所述节流降压装置之间，所述热交换器的低温管路设置在所述乏汽回热器的低温管路出口或者所述乏汽回热器的高温端，并将所述压缩机压缩产生的热能，释放到所述乏汽回热器的低温管路出口或者所述乏汽回热器的高温端的发电工质中，用于发电；所述节流降压装置包括具有节流降压功能的节流阀、截止阀、膨胀阀、或者膨胀机设备；优选膨胀机设备。所述节流降压装置的作用为膨胀制冷，与制冷机和空调设备中的节流阀和膨胀阀功能相同，不做赘述。优选膨胀机设备，可在制冷时，对所述压缩机设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种没有乏汽潜热的汽轮机设备及使用方法，其特征在于，所述汽轮机设备由汽轮机进气端，汽轮机本体和汽轮机出气端构成；所述汽轮机进气端的工质温度及压力始终高于所述汽轮机出气端的乏汽温度和压力；所述汽轮机设备进气端工质温度，始终高于工质的临界温度；所述汽轮机设备的工况区，始终不低于发电工质的临界温度；所述汽轮机设备出气端的乏汽温度，为发电工质的临界温度，由此令所述汽轮机设备出气端的乏汽潜热为零；所述汽轮机设备出气端连接乏汽回热器，所述乏汽回热器与低温液体泵输出的低温液体发电工质进行换热，令所述低温液体发电工质来冷却所述汽轮机设备的乏汽。

【技术特征摘要】
1.一种没有乏汽潜热的汽轮机设备及使用方法，其特征在于，所述汽轮机设备由汽轮机进气端，汽轮机本体和汽轮机出气端构成；所述汽轮机进气端的工质温度及压力始终高于所述汽轮机出气端的乏汽温度和压力；所述汽轮机设备进气端工质温度，始终高于工质的临界温度；所述汽轮机设备的工况区，始终不低于发电工质的临界温度；所述汽轮机设备出气端的乏汽温度，为发电工质的临界温度，由此令所述汽轮机设备出气端的乏汽潜热为零；所述汽轮机设备出气端连接乏汽回热器，所述乏汽回热器与低温液体泵输出的低温液体发电工质进行换热，令所述低温液体发电工质来冷却所述汽轮机设备的乏汽。2.根据权利要求1所述的汽轮机设备及使用方法，其特征在于，所述汽轮机设备的出气端还设置有乏汽回热器和低温液体工质存储器，以及低温液体泵和主换热器；所述乏汽回热器的高温管路设置在所述汽轮机的出气端与所述低温液体工质存储器之间；所述乏汽回热器的低温管路设置在所述低温液体泵与所述主换热器之间；所述低温液体工质存储器、所述低温液体泵、所述乏汽回热器的低温管路、所述主换热器，所述汽轮机设备、所述乏汽回热器的高温管路依次连接；所述乏汽回热器的高温管路的出口，连接所述低温液体工质存储器入口，形成闭环回路；所述主换热器为发电工质与系统主热源进行换热的设备，包括并不局限于锅炉、核电锅炉、太阳光热发电的热交换装置、余热锅炉、高温烟气热水废液的热交换器及地热换热器的任意一种或多种组合。3.根据权利要求2所述的汽轮机设备及使用方法，其特征在于，所述低温液体工质存储器还设置有低温工质降温装置；所述低温工质降温装置包括依次连接的压缩机、热交换器和节流降压装置；所述压缩机设在所述低温液体工质存储器与所述热交换器之间，所述节流降压装置设在所述热交换器与所述低温液体工质存储器之间，所述节流降压装置出口连接所述低温液体工质存储器，形成闭环；所述热交换器的高温管路设在所述压缩机和所述节流降压装置之间，所述热交换器的低温管路设置在所述乏汽回热器的低温管路出口或者所述乏汽回热器的高温端，并将所述压缩机压缩产生的热能，释放到所述乏汽回热器的低温管路出口，或者所述乏汽回热器的高温端的发电工质中，用于发电；所述节流降压装置包括具有节流降压功能的节流阀、截止阀、膨胀阀、或者膨胀机设备；优选膨胀机设备。4.根据权利要求1所述的汽轮机设备及使用方法，还包括一种汽轮机设备的密封方法，尤其涉及一种低温工质汽轮机的密封方法，其特征在于，所述低温工质汽轮机的进气端，将轴承及其润滑设置在所述低温工质汽轮机的缸体内；用汽轮机外缸体的高度密闭性结构，令所述低温工质汽轮机进气端的漏气降到接近于零；取消掉现汽轮机设备所安装的，复杂的，并存有漏气的高压气封系统，用汽轮机外缸的高度密闭性结构，有效避免成本昂贵的低温发电工质从进气端口，及轴端的高压气封处泄漏掉。5.根据权利要求4所述的汽轮机设备及使用方法，其特征在于，所述低温工质汽轮机设备的出气端，将轴承及润滑以及发电机设备均隐藏到汽轮机设备的缸体内，并对汽轮机设备出气端的缸体做改进，以便于适合安置发电机；用汽轮机缸体的高度密闭结构，令所述汽轮机设备的进气端和出气端的高压气封的漏气现象降到最低；所述汽轮机设备的转轴将两端移到汽轮机缸体内，避免高压低温发电工质从所述汽轮机转轴的两端泄漏；采用汽轮机缸体的高度密闭性结构，避免成本昂贵的低温发电工质从汽轮机的轴端泄漏掉。6.根据权利要求4-5所述的低温工质汽轮机设备及使用方法，其特征在于，所述汽轮机缸体内的轴承及润滑系统设在汽轮机缸体内，并与汽轮机的进气口和出气口保持有一定距离，利用两者之间的距离和在两者之间设置多重绝热材料和绝热结构，以及多重的密封措施，确保轴承润滑小空间的绝对安全，降低工质对轴承和润滑油的影响；确保轴承和润滑系统的安全和轴承温度始终在可控范围；可选的，所述汽轮机缸体内的轴承及其润滑系统与汽轮机进气口和出气口之间，设置有隔离结构和多重的密封结构，避免润滑油泄漏出来，和污染到汽轮机设备进气端和汽轮机设备出气端的发电工质；可选的，所述汽轮机设备缸体内的轴承和润滑系统还包括有润滑油泵和润滑油过滤装置，润滑油量探头，润滑油及轴承温度探头，润滑油压力及汽轮机设备缸体内部的压力探头；可选的，所述润滑系统还包括有润滑油温度的调节装置，所述润滑油温度调节装置为浸在润滑油中的换热管道及其控制系统构成，所述换热管道与外界换...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁志远，
申请(专利权)人：北京宏远佰思德科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11