一种基于高效径向透平的分布式余压发电系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于高效径向透平的分布式余压发电系统，属于分布式余压发电技术领域。此系统包括透平膨胀机、发电机和变频器等，本实用新型专利技术中蒸汽由进气管路进入蜗壳，经喷嘴环叶片通道进入工作叶轮，膨胀做功使叶轮旋转从而输出机械功，带动转子旋转而切割磁感线产生电能，然后乏汽经扩压室排出。本实用新型专利技术采用径向透平可以减小高温气流对透平膨胀机的冲击，适应较大蒸汽流量，提高系统的发电量；采用静压气浮轴承，轴承摩擦系数小，转速可高于30000rpm，远高于一般的透平设备；采用高速大功率永磁发电机，取消齿轮箱设计，无需润滑油，辅以变频技术可灵活满足用户电力需求。

A distributed residual pressure power generation system based on efficient radial turbine

【技术实现步骤摘要】
一种基于高效径向透平的分布式余压发电系统
本技术属于分布式余压发电
，主要在能量参数不匹配的余压利用方面应用。
技术介绍
能源作为人类社会发展的原动力和物质基础的保障，是社会发展和技术进步不可或缺的基本条件，是人类生存和发展的重要物质基础。目前，在全世界范围内，对于能源的依赖有目共睹，并日益加剧。我国能源生产量和消费量均已居世界前列，但在能源利用方式上尚存一系列突出问题：能源结构不合理、能源利用率不高、可再生能源开发利用比例低。要求我们着力提高能源开发、转化和利用的效率，推动能源生产和利用方式的变革，加速我国低碳环保，资源节约型社会的建立。近年来，积极循环再利用二次能源已经成为降低能耗、节约能源、降低成本的有效措施。对余压余热的回收利用，则是其中行之有效的重要手段之一。余压发电技术主要利用天然气或水蒸气在降压降温过程中的压差能量及热能驱动透平膨胀机做功，将其转化为机械能，并由其驱动发电机发电从而实现能量的转换并输出电能。该技术不仅能够做到节能、提高资源利用率，而且对环境不造成任何形式的污染。目前，国内对余压发电的应用较多的领域是在冶金业里的高炉煤气中，通过高炉煤气发电装置（TRT）将冶炼炉中所产生的高温气体携带的能量进行回收利用。在目前技术条件下的工业级生产当中，常常面对供用双方参数不匹配的情况，此前常见的解决方法是通过减温减压阀，将供方的参数降低至用户端所需的参数，如申请号为201110454265.5的中国专利。虽然使用减温减压阀可以解决供用双方参数不匹配的问题，但是却使得所供蒸汽的㶲下降，白白浪费了蒸汽做功能力，而从能源利用角度看这种现象造成了可避免的不必要的浪费。
技术实现思路
针对使用减温减压阀带来的蒸汽品质下降的问题，本技术提出了高效无油运行径向透平发电系统，回收损失的能量发电可供给用户使用，以提高系统运行的经济性。本技术解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于高效径向透平的分布式余压发电系统，包括高蒸汽压力用户侧和低蒸汽压力用户侧，其特征在于，所述高蒸汽压力用户侧连接有蒸汽管道，且在蒸汽管道上安装有一号电动压力调节阀、疏水阀和流量计；所述蒸汽管道经主路管道与透平膨胀机的进气口连接，且在主路管道上安装有一号电动截止阀和电动流量调节阀，所述透平膨胀机的出气口与低蒸汽压力用户侧连接，在透平膨胀机的出口管路上安装有二号电动压力调节阀和背压阀；所述蒸汽管道经急停旁路管道连接至低蒸汽压力用户侧，且在急停旁路管道上安装有二号电动截止阀；所述透平膨胀机、发电机、变频器依次连接。进一步而言，所述发电机为永磁发电机。进一步而言，所述透平膨胀机的出口管路与急停旁路管道汇合并连接至低蒸汽压力用户侧，且在透平膨胀机的出口管路上安装有止回阀，用于防止急停旁路管道内蒸汽倒流入透平膨胀机的出口。工作原理：当气体具有一定的压力和温度时，就具有由压力而体现的势能和由温度所体现的动能，这两种能量总称为内能。透平膨胀机主要的作用是利用气体在其内部进行绝热膨胀而消耗气体本身的内能，从而实现对外做功。工作方法如下：当蒸汽进入透平膨胀机后，蒸汽由进气管路进入蜗壳，经喷嘴环叶片通道进入叶轮处，蒸汽膨胀做功使叶轮旋转从而输出机械功，带动转子旋转而切割磁感线产生电能，然后乏汽经扩压室排出。技术采用径向透平可以减小高温气流对透平机本体的冲击，适应较大蒸汽流量，提高系统的发电量；采用静压气浮轴承，轴承摩擦系数小，转速可高于30000rpm，远高于一般的透平设备；采用高速大功率永磁发电机，取消齿轮箱设计，无需润滑油，辅以变频技术可灵活满足用户电力需求。此余压发电系统的主体部分采用一个大的撬装进行封装，撬装内包括主路管道、急停旁路管道和透平膨胀机的出口管路。在主路管道上，当透平膨胀机正常工作时，一号电动截止阀处于打开状态，当透平膨胀机故障时，一号电动截止阀迅速关闭，以保护透平膨胀机；通过调节电动流量调节阀的开度来控制进入透平膨胀机的蒸汽流量，从而达到调节透平膨胀机输出功率的目的。在急停旁路管道上，当透平膨胀机正常工作时，二号电动截止阀处于关闭状态，当透平膨胀机故障时，将二号电动截止阀打开，用以泄压泄流，从而达到保护整个设备的目的。透平膨胀机的出口管路上安装有背压阀和止回阀，背压阀主要用来稳定透平膨胀机的出口压力，从而保证透平膨胀机出入口具有稳定的压力差；止回阀防止急停旁路蒸汽倒流入透平出口。此余压发电系统从供方蒸汽出口到撬装的这段蒸汽管道上，主要包含一号电动压力调节阀、疏水阀、流量计以及仪表等。疏水阀是用来排除管路上的水滴等，保证进入透平膨胀机的蒸汽质量；一号电动压力调节阀是用来调节进入撬装的蒸汽压力，以满足进入透平膨胀机的压力要求；流量计用来监测蒸汽管道内的蒸汽流量，并根据发电功率要求进行调节。此余压发电系统采用先进气动设计的径向透平装置替代原有的减温减压阀，透平热效率达到82%以上，透平膨胀机是径向流体运动，在叶轮旋转期间流体侧向移动；之后被置换的流体向上或向下移动，朝向叶轮返回中心；这样流体运动的结果是转子具有较小的机械应力（并且具有较小的热应力）。本技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：本技术将供热管道的余压损失的能量转换为可用的电能，带来了可观的直接经济效益。此外，本技术的应用，还有利于电厂开拓更广阔的用户市场，使得能源站的负荷增加，燃机系统得以在高效率点运行，从而提高了燃机发电效率，进一步提高系统运行的综合经济性。附图说明图1是本技术实施例的整体结构示意图。图2是本技术实施例中透平膨胀机前端结构示意图。图中：高蒸汽压力用户侧1、一号电动压力调节阀2、疏水阀3、流量计4、一号电动截止阀5、电动流量调节阀6、二号电动截止阀7、透平膨胀机8、二号电动压力调节阀9、背压阀10、发电机11、变频器12、低蒸汽压力用户侧13、蜗壳14、喷嘴环叶片通道15、叶轮16、轴承17、蒸汽管道21、主路管道22、急停旁路管道23。具体实施方式下面结合附图并通过实施例对本技术作进一步的详细说明，以下实施例是对本技术的解释而本技术并不局限于以下实施例。实施例。参见图1，本实施例中的基于高效径向透平的分布式余压发电系统，包括高蒸汽压力用户侧1和低蒸汽压力用户侧13，高蒸汽压力用户侧1连接有蒸汽管道21，且在蒸汽管道21上安装有一号电动压力调节阀2、疏水阀3和流量计4；蒸汽管道21经主路管道22与透平膨胀机8的进气口连接，且在主路管道22上安装有一号电动截止阀5和电动流量调节阀6，透平膨胀机8的出气口与低蒸汽压力用户侧13连接，在透平膨胀机8的出口管路上安装有二号电动压力调节阀9和背压阀10；蒸汽管道21经急停旁路管道23连接至低蒸汽压力用户侧13，且在急停旁路管道23上安装有二号电动截止阀7；透平膨胀机8、发电机11、变频器12依次连接。本实施例中，透平膨胀机8的出口管路与急停旁路管道23汇合并连接至低蒸汽压力用户侧13，且在透平膨胀机8的出口管路上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高效径向透平的分布式余压发电系统，包括高蒸汽压力用户侧（1）和低蒸汽压力用户侧（13），其特征在于，所述高蒸汽压力用户侧（1）连接有蒸汽管道（21），且在蒸汽管道（21）上安装有一号电动压力调节阀（2）、疏水阀（3）和流量计（4）；所述蒸汽管道（21）经主路管道（22）与透平膨胀机（8）的进气口连接，且在主路管道（22）上安装有一号电动截止阀（5）和电动流量调节阀（6），所述透平膨胀机（8）的出气口与低蒸汽压力用户侧（13）连接，在透平膨胀机（8）的出口管路上安装有二号电动压力调节阀（9）和背压阀（10）；所述蒸汽管道（21）经急停旁路管道（23）连接至低蒸汽压力用户侧（13），且在急停旁路管道（23）上安装有二号电动截止阀（7）；所述透平膨胀机（8）、发电机（11）、变频器（12）依次连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于高效径向透平的分布式余压发电系统，包括高蒸汽压力用户侧（1）和低蒸汽压力用户侧（13），其特征在于，所述高蒸汽压力用户侧（1）连接有蒸汽管道（21），且在蒸汽管道（21）上安装有一号电动压力调节阀（2）、疏水阀（3）和流量计（4）；所述蒸汽管道（21）经主路管道（22）与透平膨胀机（8）的进气口连接，且在主路管道（22）上安装有一号电动截止阀（5）和电动流量调节阀（6），所述透平膨胀机（8）的出气口与低蒸汽压力用户侧（13）连接，在透平膨胀机（8）的出口管路上安装有二号电动压力调节阀（9）和背压阀（10）；所述蒸汽管道（21）经急停旁路管道（23）连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮炯明，周宇昊，张钟平，林达，牟敏，柯冬冬，
申请(专利权)人：华电电力科学研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33