[發明專利]蒸汽輪機與堯式三型渦輪發動機聯合循環

無效

• 申請號: 200810033142.2
• 申請日: 2008-01-25
• 公開（公告）號: CN101493021A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 楊錫堯
• 申請（專利權）人: 楊錫堯
• 主分類號: F01K23/02
• 分類號: F01K23/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及蒸汽輪機與堯式三型渦輪發動機聯合循環。

背景技術

多少年來，傳統熱電技術一直只能停留在理論值的1/3的效率的階段。直到上世紀末，終于突破亞臨界制造技術的束縛，才使熱機效率越過了40％的大關。如今，雖已研制成功超超臨界發電機組，但最高效率也不可能超過50％，仍然還有剩余50％以上的熱能未被利用。盡管現有技術的鍋爐利用效率已經極高，也盡管采用了第二次對加熱蒸汽后的燃氣進行了熱交換的再利用，但仍然還有相當一部分的熱量，從煙道出口被白白浪費掉。能量損失更大的部分，是在第三段低壓透平后排放的蒸汽，即便是100℃的蒸汽凝結為100℃的熱水，所釋放的能量也大得驚人，何況第三段低壓蒸汽透平后所排放的溫度在100℃以上。如果現在對提升效率的研究仍然停留在技術層面再進行改進，其提升空間也是極其有限的，因為超超臨界的機組已經接近技術的極限，無論多么努力，發電效率已不可能大幅度再提高。

發明內容

本發明的目的是要提供蒸汽輪機與堯式三型渦輪發動機聯合循環。

本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：用蒸汽輪機和堯式三型渦輪發動機組成一個蒸汽輪機與堯式三型渦輪發動機聯合循環。堯式三型渦輪發動機由兩級渦輪、兩個渦輪軸、增壓泵輪和膨脹室殼體組成。第一級渦輪與增壓泵輪和內齒圈連接：第二級渦輪與行星架連接：行星架上均布有三個行星輪。內齒圈、行星架、三個行星輪和太陽輪一起構成一個行星動力匯流升速器，太陽輪作為行星動力匯流升速器的輸出端連接渦輪發電機。在膨脹室殼體的下方設置一個進風架。在膨脹室殼體上設置一個與膨脹室殼體低熱阻連接的換熱器，換熱器含有一個與蒸汽輪機乏汽管路相連接的輸入端口和一個與鍋爐給水裝置相連接的輸出端口。進一步，在膨脹室殼體內設置一個內置筒形夾套式換熱器，內置筒形夾套式換熱器含有一個與鍋爐煙道相連接的煙氣入口和一個與大氣連通的煙氣出口。

作為對上述技術方案的改進優化：采用與膨脹室殼體一體制造的殼體換熱器：采用兩級渦輪通過一個具有兩個同心安裝旋轉方向相反的輸入端和一個輸出端的行星動力匯流升速器形成動力匯流：在增壓泵輪的上方設置鐘型整流罩和/或在第一級渦輪的下方設置鐘型整流罩：以及在殼體換熱器上設置絕熱層。

本發明的有益效果包括：將從煙道口排放的煙氣和從蒸汽輪機排放的乏汽能量再次加以利用，能大大提高現有熱電廠的發電效率。專門針對利用這些剩余低品位能量的發動機，即大功率堯式低品位能量渦輪發動機由此而誕生。本發明應用科學手段來彌補傳統技術無法大幅度提高熱機效率的缺陷，用科學的智慧來彌補西方技術的不足。現代發電廠所使用的蒸汽輪機一般功率都很大，因此只需安排一臺大功率機組就可與堯式低品位能量渦輪發動機實現聯合循環。當然采用多臺組合方式也可以、甚至性能更好，可采用均布式方法來完成。在渦輪發動機膨脹室殼體上設置一個與膨脹室殼體低熱阻連接的換熱器，換熱器采用一個與蒸汽輪機乏汽管路相連接的輸入端口和一個與鍋爐給水裝置相連接的輸出端口：將從膨脹室殼體下端的出水口流出的冷凝水，經過機外加壓后，重新送回到燃燒鍋爐循環使用。大功率、低品位渦輪發動機，此時毅然成為一臺100％不再使用冷卻液的散熱裝置，真實替代了傳統熱電技術的冷凝塔而自身獲得的散熱能量，即可轉化為渦輪發動機的輸出動力。

進一步，對從煙道上排放出去的燃煤廢氣加以利用。具體方法包括兩種：方法一：將煙道管道排放的廢氣，與堯式三型渦輪發動機膨脹室殼體下端的進氣管路相連接。由于膨脹室殼體內存有一定的低壓，所以燃煤廢氣不會自動進入，反而會形成倒灌而進入煙道。因此，必須在管道的連接處，增設一臺風扇，強行將廢氣送入膨脹室殼體內，實現廢氣的第二次做功。風扇提供的壓力，應與堯式三型渦輪發動機增壓泵輪產生的壓力相同，以保證空氣進入和廢氣灌入能同時進行，并獲得一個穩定的配比。由于強制風扇耗用的功率很大，將廢氣直接灌入到膨脹室殼體內的方式，價值不一定很大。因此也可采用方法二：采用內置式換熱器為低品位發動機提供熱能。煙氣通過內置筒形夾套式換熱器加熱膨脹室殼體內的氣體。這兩種方式哪種更好，須由實驗決定。在煙氣和乏汽能量的雙重作用下，堯式三型渦輪發動機將會產生難以想象的巨大輸出動力。

蒸汽輪機與堯式低品位渦輪發動機實現聯合循環，共有五種不同結構和組合方式，堯式三型渦輪發動機綜合性能價格比最高，它采用一級增壓泵輪可使膨脹室殼體內的氣體獲得一定的壓力，能夠確保廢氣的動能和壓力的有效利用。這樣既能降低制造成本，又能使得渦輪發動機的效率得到提高。采用兩級渦輪制式當然更可以進一步提高發動機的效率。