一种低温工质汽轮机设备及使用方法技术

本发明专利技术实施例提供一种低温工质汽轮机设备及使用方法和工艺，属于新型汽轮机设备及其应用的技术领域，尤其涉及一种低温工质汽轮机设备的输入端和输出的高度密封以及其轴承的润滑系统。也包括膨胀机和气动机等其他相类似设备的轴端高度密封和轴承润滑系统。所述低温工质汽轮机设备的高压进气口气体必须高于工质临界温度；输出的乏汽必须达到发电工质的临界温度，因此必须去掉汽轮机设备临界温度以下部分；汽轮机设备工况区始终处在工质临界温度以上。为更明确的阐述该低温工质汽轮机设备的新颖性、创造性和实用性，本发明专利技术实施例还提供一种低温工质汽轮机设备的使用方法和工艺。

A Low Temperature Working Fluid Steam Turbine Equipment and Its Application Method

The embodiment of the present invention provides a cryogenic working fluid steam turbine equipment and its use method and process, belonging to the technical field of new type steam turbine equipment and its application, in particular to a high seal of the input and output of cryogenic working fluid steam turbine equipment and a lubrication system of its bearings. It also includes shaft end height seal and bearing lubrication system of expander and pneumatic engine and other similar equipment. The high-pressure intake gas of the cryogenic working fluid steam turbine equipment must be higher than the critical temperature of the working fluid; the exhaust steam output must reach the critical temperature of the power generation working fluid, so the part below the critical temperature of the steam turbine equipment must be removed; and the working area of the steam turbine equipment must always be above the critical temperature of the working fluid. In order to more clearly explain the novelty, creativity and practicability of the cryogenic working fluid steam turbine equipment, the embodiment of the present invention also provides a method and process for using the cryogenic working fluid steam turbine equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种低温工质汽轮机设备及使用方法
本专利技术提供一种低温工质汽轮机设备和使用方法，应用于热水发电、低温余热发电、中高温余热、生物质发电等领域，属一种低温发电工质特殊汽轮机设备及其应用的

技术介绍
汽轮机是一种以蒸汽为动力，并将蒸气热能转化为机械功的旋转机械。汽轮机具有单机效率高、功率大、寿命长等优点，被广泛应用在火力电站、生物质发电、余热发电和大中小型机械动力设备等工业应用中。传统火力发电、生物质发电和余热发电，大部分都采用水作工质，通过水泵加压将水输送到余热锅炉中，水吸热能气化形成高压蒸汽，驱动汽轮机(或膨胀机)高速旋转，并带动发电机高速旋转输出电能。汽轮机(或膨胀机)排出的乏汽，经冷却塔与环境中冷水冷空气换热，释放乏汽潜热能量，冷凝成水再用水泵输送给锅炉重新加热成蒸汽，驱动汽轮机设备输出机械能或带动发电机输出电能，如此循环。市场上还有一种低温有机朗肯循环发电，该低温的余热发电技术采用沸点温度为15℃左右的有机工质，可实80℃(甚至低至60℃)以上的热水和蒸汽发电。缺点是有约10％左右的发电效率，最高也就约20％左右的发电效率，近80～90％的热能量被冷却塔白白的浪费，同时还采用每吨成本价格为10万元左右的昂贵有机工质。另外还有，汽轮机缸体静止不动，汽轮机转子(或者膨胀机转子)的转速非常快，高速旋转的转轴与静止不动的缸体之间需要进行密封，否则汽轮机输入的超高压蒸汽，就会顺着汽轮机转轴外泄，且泄漏压力很大。另外还有，高温高压蒸汽还会冲击到安装在汽轮机轴端的轴承和轴承座，造成汽轮机轴承润滑油乳化，将进一步造成汽轮机的轴承失去润滑而损坏，进而危及到整个汽轮机的安全和正常运行。汽轮机需要有轴封系统，传统有齿形汽封、布莱登汽封、蜂窝式汽封、刷子汽封、柔齿汽封、弹性齿汽封；高压进气端虽然装有轴封，但是仍然不能够避免蒸汽通过轴封进行外漏。大型汽轮机设备的泄漏量每小时达到10吨以上，为减少损失把高压端轴封分成若干段，每段之间留有一定空室，再将这些空室中漏汽按照其压力的不同，通过管道分别引至不同的地方加以利用，并设置有自密封等系统。系统也相对比较复杂，汽轮机启动和停机过程中，高压端轴封没蒸汽，则需要引用经过减温减压的新蒸汽，同时送入到高压端和低压端轴封中，达到80％左右负荷后再结合自密封等系统，整个轴封系统也是相当复杂。其余少量漏气再经过几道轴封片后，由信号管排放至大气，运行中可通过观察信号管的冒汽情况来监视轴封工作的好坏。尤其是低温的有机工质，每吨成本达10万左右，因此轴封的泄漏，成本也相当的昂贵。标准大气压下，沸点温度低于0℃的低温发电工质，国内和国际都还处于比较早期的研究阶段，对于搞发电的技术人员来说，极其低温的液氮和液空发电工质，沸点远低于环境温度，最大难点是低温发电工质驱动汽轮机做功后，极其低温的乏汽如何还原是最大的难点。为解决这些问题，申请人经过二十多年的探索，最终找到一种防止低温发电工质汽轮机轴封泄漏的技术和低温工质还原的技术。低温发电工质汽轮机做功后，可以低成本的将低温的乏汽还原成极其低温的低温液体；并且还找到提高汽轮机系统发电效率的方法。人们为获得更多的发电输出，不断提高进气温度和压力，并且尽可能降低乏汽的温度和压力，现汽轮机设备的进气温度已经达到600℃以上，乏汽温度已经低于工质的标准沸点，排气压力也多为真空，在获取更多发电输出的同时，乏汽中所蕴藏的极其巨大低品位潜热能量无法利用，只能把潜热释放掉才能实现乏汽冷凝成水，这样做也导致乏汽中蒸汽工质的密度极其低，汽轮机的末级叶片和次末级叶片长度明显增加，从而造成汽轮机设备的体积庞大。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低温工质汽轮机设备及使用方法，所述低温工质汽轮机设备由静止部分和转动部分构成；所述汽轮机的缸体从中分结合面分为下汽缸和上汽缸；所述汽轮机从输入到输出又分为，汽轮机输入端、汽轮机设备本体、和汽轮机输出端；所述汽轮机输入端，包括输入端缸体、输入端轴承和轴承座、输入端转轴、高压进气口；所述输入端轴承和轴承座包括有支撑轴承和推力轴承，在所述输入端轴承和轴承座外面，还设置有绝热壳体；所述绝热壳体分上绝热壳体和下绝热壳体；所述下绝热壳体设在输入端轴承和轴承座位置的下汽缸内，并与下汽缸紧密结合；所述输入端轴承和轴承座安装在下汽缸内的所述下绝热壳体中；所述下绝热壳体与所述上绝热壳体设有法兰(上绝热壳体与下绝热壳体结合部边沿设置螺丝紧固的法兰结构)，通过所述法兰和螺栓紧固，所述下绝热壳体与所述上绝热壳体的内腔，形成一个密闭的绝热空间；所述输入端转轴、所述输入端轴承和轴承座及润滑油，被密闭在所述绝热壳体的绝热空间内部；在所述绝热壳体包裹所述输入端转轴的接触位置，还设置有绝热壳体密封，所述绝热壳体密封阻止绝热壳体内的轴承润滑油从绝热壳体密封处对外泄漏；所述汽轮机设备本体，包括汽轮机设备缸体、转子叶轮和汽轮机隔板；所述汽轮机输出端包括乏汽出口、输出端缸体、输出端轴承和轴承座、联轴器和发电机；所述低温工质汽轮机设备的高压进气口所输入的高压气体工质，温度必须高于所述气体工质的临界温度；所述低温工质汽轮机设备输出的乏汽，温度必须要达到所述发电工质的临界温度；所述汽轮机设备的实际工况区，始终处在所述发电工质的临界温度以上；所述低温工质汽轮机设备的静止部分和/或转动部分的材料为耐低温材料，包括并不局限于奥氏体低温钢、铁素体低温钢及合金钢；进一步地，所述绝热壳体的上绝热壳体与下绝热壳体通过所述法兰和螺栓紧固，内部形成一个密闭的绝热空间；可选的，在所述上绝热壳体顶部设润滑油注入孔，令所述轴承和轴承座的绝热空间内注入润滑油(适用于成本相对较低，中小型设备，不长期运行，使用温度不很高的汽轮机或者螺杆膨胀机等机械设备；所述绝热壳体还包括有与所述绝热壳体相连的润滑油输出管道、润滑油过滤器、润滑油冷却器和润滑油泵；所述润滑油泵输出的低温高压润滑油经润滑油输入管道送至所述绝热壳体内的轴承和轴承座；可选的，所述润滑油过滤器、所述润滑油冷却器和所述润滑油泵设置在汽轮机设备缸体内部，适用于中小型设备，安装简单快捷，成本相对较低；优选的，汽轮机设备较大，拥有充足的场地且不计较成本，所述润滑油过滤器、所述润滑油冷却器和所述润滑油泵优选外置，优选性能优良的上等材料，优选设置两套及以上系统，一用一备，确保所述汽轮机设备的轴承和轴承座以及轴承润滑系统绝对的安全和可靠；所述汽轮机设备的缸体内，还设置有润滑油温度探头、润滑油压力探头、润滑油量探头，以及汽轮机缸体内部的压力探头；通过以上探测设备，可随时掌握汽轮机设备缸体内部的情况，以确保所述汽轮机设备的绝对安全和可靠；高压进气口与所述绝热壳体之间，还设置有轴封，所述绝热壳体与所述轴封之间，还设有输入端预留空间或者管道，所述输入端预留空间或者管道设在下汽缸中，储存从绝热壳体密封处泄漏的润滑油，并通过第一管道阀门将所述泄漏出来的润滑油排出。条件允许，所述轴封与所述绝热壳体之间保持有足够距离和空间，预留空间可以缓冲高压进气口对绝热壳体的温度影响，优选的，设置一套以上的绝热壳体和密封，以确保汽轮机设备的轴承和轴承座绝对安全和可靠。可选的，所述低温工质汽轮机设备将输出端轴承和轴承座以及发电机设备，均隐藏到汽轮机设备的输出端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温工质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由静止部分和转动部分构成；所述汽轮机的缸体从中分结合面分为下汽缸和上汽缸；所述汽轮机从输入到输出又分为，汽轮机输入端、汽轮机设备本体、和汽轮机输出端；所述汽轮机输入端，包括输入端缸体、输入端轴承和轴承座、输入端转轴、高压进气口；所述输入端轴承和轴承座包括有支撑轴承和推力轴承，在所述输入端轴承和轴承座外面，还设置有绝热壳体；所述绝热壳体分上绝热壳体和下绝热壳体；所述下绝热壳体设在输入端轴承和轴承座位置的下汽缸内，并与下汽缸紧密结合；所述输入端轴承和轴承座安装在下汽缸内的所述下绝热壳体中；所述下绝热壳体与所述上绝热壳体设有法兰，通过所述法兰和螺栓紧固，所述下绝热壳体与所述上绝热壳体的内腔，形成一个密闭的绝热空间；所述输入端转轴、所述输入端轴承和轴承座及润滑油，被密闭在所述绝热壳体的绝热空间内部；在所述绝热壳体包裹所述输入端转轴的接触位置，还设置有绝热壳体密封，所述绝热壳体密封阻止绝热壳体内的轴承润滑油从绝热壳体密封处对外泄漏；所述汽轮机设备本体，包括汽轮机设备缸体、转子叶轮和汽轮机隔板；所述汽轮机输出端包括乏汽出口、输出端缸体、输出端轴承和轴承座、联轴器和发电机；所述低温工质汽轮机设备的高压进气口所输入的高压气体工质，温度必须高于所述气体工质的临界温度；所述低温工质汽轮机设备输出的乏汽，温度必须要达到所述发电工质的临界温度；所述汽轮机设备的实际工况区，始终处在所述发电工质的临界温度以上；所述低温工质汽轮机设备的静止部分和/或转动部分的材料为耐低温材料，包括并不局限于奥氏体低温钢、铁素体低温钢及合金钢。...

【技术特征摘要】
1.一种低温工质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由静止部分和转动部分构成；所述汽轮机的缸体从中分结合面分为下汽缸和上汽缸；所述汽轮机从输入到输出又分为，汽轮机输入端、汽轮机设备本体、和汽轮机输出端；所述汽轮机输入端，包括输入端缸体、输入端轴承和轴承座、输入端转轴、高压进气口；所述输入端轴承和轴承座包括有支撑轴承和推力轴承，在所述输入端轴承和轴承座外面，还设置有绝热壳体；所述绝热壳体分上绝热壳体和下绝热壳体；所述下绝热壳体设在输入端轴承和轴承座位置的下汽缸内，并与下汽缸紧密结合；所述输入端轴承和轴承座安装在下汽缸内的所述下绝热壳体中；所述下绝热壳体与所述上绝热壳体设有法兰，通过所述法兰和螺栓紧固，所述下绝热壳体与所述上绝热壳体的内腔，形成一个密闭的绝热空间；所述输入端转轴、所述输入端轴承和轴承座及润滑油，被密闭在所述绝热壳体的绝热空间内部；在所述绝热壳体包裹所述输入端转轴的接触位置，还设置有绝热壳体密封，所述绝热壳体密封阻止绝热壳体内的轴承润滑油从绝热壳体密封处对外泄漏；所述汽轮机设备本体，包括汽轮机设备缸体、转子叶轮和汽轮机隔板；所述汽轮机输出端包括乏汽出口、输出端缸体、输出端轴承和轴承座、联轴器和发电机；所述低温工质汽轮机设备的高压进气口所输入的高压气体工质，温度必须高于所述气体工质的临界温度；所述低温工质汽轮机设备输出的乏汽，温度必须要达到所述发电工质的临界温度；所述汽轮机设备的实际工况区，始终处在所述发电工质的临界温度以上；所述低温工质汽轮机设备的静止部分和/或转动部分的材料为耐低温材料，包括并不局限于奥氏体低温钢、铁素体低温钢及合金钢。2.根据权利要求1所述的低温工质汽轮机设备及使用方法，其特征在于，所述绝热壳体的上绝热壳体与下绝热壳体通过所述法兰和螺栓紧固，内部形成一个密闭的绝热空间，并在所述上绝热壳体顶部设润滑油注入孔，令所述轴承和轴承座的绝热空间内注入润滑油；所述绝热壳体还包括有与所述绝热壳体相连的润滑油输出管道、润滑油过滤器、润滑油冷却器和润滑油泵；所述润滑油泵输出的低温高压润滑油经润滑油输入管道送至所述绝热壳体内的轴承和轴承座；所述润滑油过滤器、所述润滑油冷却器和所述润滑油泵设置在汽轮机设备缸体内部和/或设置在汽轮机设备缸体的外部；所述汽轮机设备的缸体内，还设置有润滑油温度探头、润滑油压力探头、润滑油量探头，以及汽轮机缸体内部的压力探头；高压进气口与所述绝热壳体之间，还设置有轴封，所述绝热壳体与所述轴封之间，还设有输入端预留空间或者管道，所述输入端预留空间或者管道设在下汽缸中，储存从绝热壳体密封处泄漏出来的润滑油，并通过第一管道阀门将所述泄漏出来的润滑油排出。3.根据权利要求1-2所述的低温工质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将输出端轴承和轴承座以及发电机设备，均隐藏到汽轮机设备的输出端缸体内，并对汽轮机设备输出端的缸体做安装发电机位置的改进，以便于适合安置发电机设备；所述低温工质汽轮机的输入端，所述低温工质汽轮机设备的输出端，均设置在汽轮机设备的缸体内，用汽轮机设备缸体的高度密闭性结构进行密封，避免成本昂贵的低温发电工质从所述低温工质汽轮机设备转轴两端的轴封处泄漏。4.根据权利要求1所述的低温工质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输出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；所述乏汽回热器高温管路的输入端连接所述低温工质汽轮机的乏汽出口，所述乏汽回热器高温管路的输出端连接所述低温液体工质存储器的输入端；所述乏汽回热器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、所述乏汽回热器低温管路、所述主换热器，所述低温工质汽轮机、所述乏汽回热器高温管路依次连接；所述乏汽回热器高温管路的输出口，连接所述低温液体工质存储器的输入口，形成闭环；所述主换热器为低温发电工质与外部热源进行换热的主要设备，包括并不局限于锅炉、核电锅炉、太阳光热发电热交换装置、余热锅炉、高温热水烟气热交换器，地热交换器的任意一种或多种组合。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，所述热交换器低温管路设置在所述乏汽回热器低温管路出口或者设置在所述乏汽回热器高温端，并将所述压缩机设备压缩气体产生的热能量，释放到所述乏汽回热器低温管路出口的发电工质中，或者释放到所述乏汽回热器高温端的发电工质中；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...

【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