《機內除濕再熱的多級衝動式汽輪機》是廣州市瑞溥能源環保科技有限公司於2005年4月19日申請的專利，該專利的申請號為2005100341933，申請公布號為CN1687566，公布日為2005年10月26日，發明人是陳恩鑒。該發明涉及一種工作在濕蒸汽區的汽輪機技術，尤其是中、低參數汽輪機的機內的蒸汽除濕再熱技術。
《機內除濕再熱的多級衝動式汽輪機》的汽輪機汽缸內的其中一相鄰級或若干相鄰級的級間設定有級間蒸汽再熱器，由該汽輪機的主汽門後的主蒸汽管上引出一股新蒸汽通入蒸汽再熱器中，用於加熱汽輪機中膨脹到一定程度的濕飽和蒸汽，降低其濕度，以保護汽輪機不受水蝕損害；該蒸汽再熱器的出口通過疏水閥連線到疏水膨脹箱，疏水膨脹箱的排水口連線到冷凝器。該汽輪機能在汽輪機級間直接對蒸汽進行除濕再熱處理，然後提高幹度的蒸汽直接進入汽輪機的後續級繼續膨脹作功。
2013年10月，《機內除濕再熱的多級衝動式汽輪機》獲得第十五屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《機內除濕再熱的多級衝動式汽輪機》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：機內除濕再熱的多級衝動式汽輪機
- 類別：發明專利
- 公布號：CN1687566
- 公布日：2005年10月26日
- 申請號：2005100341933
- 申請日：2005年4月19日
- 申請人：廣州市瑞溥能源環保科技有限公司
- 地址：廣東省廣州市天河區能源路1號
- 發明人：陳恩鑒
- 分類號：F01D25/00、F01D25/10、F01D25/32
- 專利代理機構：廣州科粵專利代理有限責任公司
- 代理人：余炳和
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2005年4月公知的汽輪機是火力發電廠中用來把蒸汽的熱能轉換成機械能的設備。中國電廠中通常使用多級衝動式汽輪機。在多級汽輪機中，級是能量轉換的基本單元。一列噴咀（或稱靜葉柵）加上一級葉輪葉片（或稱動葉柵）稱為汽輪機的一個級。蒸汽經過噴咀降壓膨脹，將其部分熱能轉換成蒸汽流的動能，然後高速的蒸汽射流推動葉輪葉片旋轉，將蒸汽流的動能轉換成汽輪機轉子的機械能。在多級汽輪機中，蒸汽逐級膨脹做功，將其熱能轉換成汽輪機轉子的機械能。
飽和蒸汽在汽輪機中膨脹作功時，隨著壓力的降低，蒸汽的濕度迅速增大。蒸汽濕度的增加對汽輪機的運行十分不利。首先，蒸汽的濕份會使汽輪機級的內效率降低。蒸汽的濕度每增加1%，汽輪機級效率相應下降約1%。更嚴重的是蒸汽中的霧滴會沖蝕葉片，使汽輪機葉片產生水蝕，造成汽輪機的損壞。蒸汽的濕度越大，水蝕現象越嚴重。長期的設計和運行實踐經驗證明，汽輪機末級蒸汽的最大濕度不得超過10%至12%，否則將嚴重影響汽輪機的工作壽命和安全運行。
為了避免上述的問題，一般使用過熱蒸汽作為汽輪機的新蒸汽，蒸汽的膨脹過程大部分在蒸汽過熱區中進行。汽輪機的膨脹過程到達飽和蒸汽區時壓力已降低到2或3個絕對大氣壓。這樣蒸汽繼續膨脹到汽輪機的末級時，蒸汽濕度仍不致過大。
但很多情況下，人們不得不使用飽和蒸汽或是過熱度比較小的過熱蒸汽來發電，比如在工業餘熱發電時就往往出現這種情況，此時不可避免的會碰到汽輪機中蒸汽濕度過大的難題。
解決上述難題的一般辦法是採用蒸汽再熱循環來代替簡單的朗肯循環。也就是把汽輪機中的濕蒸汽引出來，送到鍋爐或加熱器中加熱成過熱蒸汽，再送回汽輪機中繼續膨脹作功。這個辦法非常有效，但做起來非常麻煩。濕蒸汽從汽輪機的某一級後面引出再送入其後續級的前面，出汽口和進汽口之間必須隔開。這樣，一個汽缸就隔開成兩段。這就相當於串聯在一起的兩台汽輪機，其結構複雜，成本高。只有對高參數大功率的汽輪發電機組才值得採用這種昂貴的措施。對於功率25兆瓦以下的中小型汽輪機或工業餘熱發電用汽輪機採用上述做法經濟性上將是不合算的。
發明內容
專利目的
《機內除濕再熱的多級衝動式汽輪機》的目的是為解決上述技術難題而提出一種機內除濕再熱的多級衝動式汽輪機，該汽輪機能在汽輪機級間直接對蒸汽進行除濕再熱處理，然後提高幹度的蒸汽直接進入汽輪機的後續級繼續膨脹作功。
技術方案
《機內除濕再熱的多級衝動式汽輪機》的機內除濕再熱的多級衝動式汽輪機的結構特徵是：汽輪機汽缸內的其中一相鄰級或若干相鄰級的級間設定有級間蒸汽再熱器，由該汽輪機的主汽門後的主蒸汽管上引出一股新蒸汽通入蒸汽再熱器中，用於加熱汽輪機中膨脹到一定程度的濕飽和蒸汽，降低其濕度，以保護汽輪機不受水蝕損害;該蒸汽再熱器的出口通過疏水閥連線到疏水膨脹箱，疏水膨脹箱的排水口連線到冷凝器。
所述的級間蒸汽再熱器是一種表面式換熱器，該換熱器由兩半圓環所組成，兩半圓環組成一個整圓，兩半圓環的結合面在通過汽輪機中心線的垂直面上，兩半圓環通過各自的下部支腳固結在汽輪機的汽缸，上。
所述的級間蒸汽再熱器可以採用普通的表面式換熱器，也可以採用熱管式加熱器。
在該發明的機內除濕再熱的多級衝動式汽輪機中，至少設定有一個所述的級間蒸汽再熱器;也可以設定兩個或多個級間蒸汽再熱器，分別位於兩個或多個相鄰級之間。
所述的級間加熱器的管束間可設定絲網式或波紋板式除濕結構，以增強除濕功能。
所述的級間蒸汽再熱器出口處通過裝設疏水閥，疏水排往疏水膨脹箱;疏水膨脹箱中產生的蒸汽可引入汽輪機中間級或汽封系統。疏水膨脹箱中的冷凝水則排入冷凝器。
改善效果
使用該發明的技術，汽輪機的結構不需要做大的變動，蒸汽不需要從汽輪機汽缸中引出來後再送進去，省去了把蒸汽從汽輪機中引出、送進的粗大的蒸汽管路和閥門。只需把要進行級間再熱處的級間軸向間隙適當加大，留出安裝級間再熱裝置的空間。級間再熱的熱源可以從主汽門後的主蒸汽管路中引出一小股新蒸汽。由於再熱用的蒸汽量很少，大概只占新蒸汽量的5%左右，因此再熱蒸汽管路很小，製作方便成本低。
該發明的機內除濕再熱的多級衝動式汽輪機可在結構不做過大改動情況下徹底解決蒸汽濕度問題。汽輪機可以自由使用飽和蒸汽或是過熱度比較低的蒸汽，在保持比較高的效率情況下不用擔心葉片的水蝕問題。這種方法拓寬了汽輪機所能利用的蒸汽的參數範圍。任何壓力的飽和蒸汽、濕蒸汽、過熱度過小的蒸汽都可直接用來發電。這對工業餘熱發電和低參數熱能發電具有重大意義。
從下面的對比中可以看出該發明較之普通汽輪機的優越性：
流量為32噸/時的1.0兆帕的飽和蒸汽，採用普通冷凝式汽輪機發電，排汽背壓為0.006兆帕設該汽輪機的內效率為76%，則其末級蒸汽濕度將超過16%。這是不允許的。為使末級蒸汽濕度降低至許可值，汽輪機的內效率必須降低到60%。此時該機的設計功率為3600千瓦。
若採用該發明的機內除濕再熱技術，32噸/時新蒸汽中需取出2噸/時的蒸汽作為機內再熱的熱源，其餘30噸/時的蒸汽進入汽輪機做功，當蒸汽膨脹到0.2兆帕濕度達到10%時，利用機內除濕再熱技術降低其濕度後繼續膨脹做功至0.006兆帕背壓時排汽。在這種情況下，機組的內效率可以達到76%以上，設計功率可達到4500千瓦。
從上述對比中看到，在相同的條件下，採用該發明可以增加25%的發電量。發電量增加的原因主要來源於兩個方面：首先是蒸汽的回熱和再熱效應。兩噸加熱用的蒸汽的汽化潛熱全部進入工作蒸汽在汽輪機中做功，而不是像工作蒸汽一樣把80%以上的潛熱都帶進冷凝器浪費掉。其次是工作蒸汽再熱後乾度提高，減少了蒸汽濕度帶來的損失，提高了級效率。這兩項效應的聯合作用增加了發電量。
附圖說明
圖1為《機內除濕再熱的多級衝動式汽輪機》的機內除濕再熱的多級衝動式汽輪機的熱力系統圖。
圖2為該發明的級間蒸汽再熱器的結構示意圖。
圖3為圖2的A-A向剖視圖。
權利要求
1、一種機內除濕再熱的多級衝動式汽輪機，其特徵在於汽輪機（5）汽缸內的其中一相鄰級或若干相鄰級的級間設定有級間蒸汽再熱器（4），由該汽輪機（5）的主汽門後的主蒸汽管上引出一股新蒸汽通入蒸汽再熱器（4）中，用於加熱汽輪機中膨脹到一定程度的濕飽和蒸汽，該蒸汽再熱器（4）的出口通過疏水閥（7）連線到疏水膨脹箱（8），疏水膨脹箱（8）的排水口連線到冷凝器（11）。
2、根據權利要求1所述的汽輪機，其特徵是：所述的級間蒸汽再熱器（4）是一種表面式換熱器，該換熱器由兩半圓環所組成，兩半圓環組成一個整圓，兩半圓環的結合面在通過汽輪機中心線的垂直面上，兩半圓環通過各自的下部支腳固結在汽輪機的汽缸上。
3、根據權利要求1所述的汽輪機，其特徵是：所述的級間蒸汽再熱器（4）為熱管式加熱器。
4、根據權利要求1、2或3所述的汽輪機，其特徵是：所述的級間加熱器（4）的管束間設定有絲網式或波紋板式除濕結構。
5、根據權利要求1所述的汽輪機，其特徵是：所述的疏水膨脹箱（8）中產生的蒸汽引入汽輪機中間級或汽封系統，疏水膨脹箱（8）中的冷凝水則排入冷凝器（11）。
實施方式
圖1所表示的是《機內除濕再熱的多級衝動式汽輪機》實施例的熱力系統圖（圖中只示出一級機內再熱，實際上可以根據需要設定兩級以至多級機內再熱）。在主汽門1後的主蒸汽管路2上接出一根小口徑（例如DN80毫米）的再熱蒸汽管3，該管把總蒸汽量的3%~8%供給位於汽輪機汽缸內的級間蒸汽再熱器4蒸汽在再熱器4中放熱後變成的飽和凝結水由疏水閥7控制進入疏水膨脹箱8，在該處凝結水降壓閃蒸出部分蒸汽經由蒸汽管9再進入汽輪機5膨脹做功。疏水膨脹箱8中的低壓飽和水經管道10排出到冷凝器11中與主流工作蒸汽的冷凝水混合，然後由凝結水泵12抽出送到蒸汽發生器中重新變為蒸汽。這樣形成了一個完整的熱力循環。
圖2、圖3為級間蒸汽再熱器4的結構示意圖。該級間蒸汽再熱器為一表面式換熱器，由左、右兩半兩半圓環20、21組成。其基本構成是由半環形的加熱管管束22，管束端部的蒸汽集箱24，管束間的絲網型霧滴捕集裝置23，引導蒸汽和冷凝水進出加熱管束的接管25以及安裝法蘭26組成。流體在級間蒸汽再熱器4中的流程是：蒸汽從左半圓環20的加熱管束的接管25流入左半圓環20的蒸汽集箱24，由該蒸汽集箱24分配到左半圓環20的加熱管管束22，然後流入右半圓環21的加熱管管束22，換熱產生的冷凝水經該右半圓環21的蒸汽集箱24後由右半圓環21加熱管束的接管25排出。圖2中的28為級間蒸汽再熱器4的殼體，27為汽輪機的主軸。
榮譽表彰
2013年10月，《機內除濕再熱的多級衝動式汽輪機》獲得第十五屆中國專利優秀獎。
