[發(fā)明專利]提高用太陽(yáng)能光熱/工業(yè)余熱發(fā)電的汽輪發(fā)電機(jī)組效率的方法及結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510081304.X
• 申請(qǐng)日: 2015-02-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104675455A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬少林;張?jiān)?/a>;張陸新;尹剛;吳方松;樊小平;李伯武;張健;廖上斌;王星釗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司
• 主分類號(hào): F01K3/18
• 分類號(hào): F01K3/18;F01D15/10;F01D5/14;F01D5/30;F01D25/30
• 代理公司: 成都蓉信三星專利事務(wù)所(普通合伙) 51106
• 代理人: 劉克勤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種汽輪發(fā)電機(jī)組，主要用于太陽(yáng)能光熱發(fā)電、工業(yè)余熱發(fā)電，屬于工業(yè)透平技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于光熱發(fā)電技術(shù)在系統(tǒng)效率、建設(shè)規(guī)模、負(fù)荷穩(wěn)定性等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，成為清潔能源發(fā)展最快的行業(yè)。全球近五年光熱發(fā)電增長(zhǎng)率100%，據(jù)IEA預(yù)測(cè)，到2015?年全球光熱發(fā)電累計(jì)裝機(jī)將達(dá)到24.50GW，2050?年全球太陽(yáng)能光熱發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)1089GW。?????????目前，國(guó)外單機(jī)最大130MW已投入商業(yè)運(yùn)行，而國(guó)內(nèi)光熱發(fā)電項(xiàng)目處于快速起步階段。據(jù)《太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展中期規(guī)劃》，2015?年目標(biāo)是開(kāi)建光熱發(fā)電項(xiàng)目100?萬(wàn)千瓦。2020?年的建設(shè)目標(biāo)是300?萬(wàn)千瓦，太陽(yáng)能光熱發(fā)電具有巨大的市場(chǎng)前景。據(jù)產(chǎn)業(yè)信息提供的數(shù)據(jù)，875前期規(guī)劃中，10MW等級(jí)項(xiàng)目1個(gè)，50MW等級(jí)項(xiàng)目11個(gè)，60MW等級(jí)項(xiàng)目2個(gè)，100MW等級(jí)項(xiàng)目2個(gè)。

另一方面，隨著節(jié)能減排政策的貫徹執(zhí)行，各種工業(yè)余熱發(fā)電項(xiàng)目也日益增多。

太陽(yáng)能光熱和工業(yè)余熱發(fā)電項(xiàng)目的特點(diǎn)是初始投資高、運(yùn)行費(fèi)用低，因此機(jī)組運(yùn)行的效率成為決定投資回報(bào)率最關(guān)鍵的因素。

常規(guī)的太陽(yáng)能光熱和工業(yè)余熱發(fā)電汽輪機(jī)電機(jī)組為單缸結(jié)構(gòu)，額定轉(zhuǎn)速3000rpm（頻率50Hz）或3600rpm（頻率60Hz），存在如下不利機(jī)組效率的缺點(diǎn)：

1、單缸機(jī)組受軸系跨距限制，通流部分軸向長(zhǎng)度有限，通流級(jí)數(shù)偏少，每級(jí)焓降偏高，級(jí)速比偏小，偏離了最佳級(jí)速比，機(jī)組效率未達(dá)到最優(yōu)。

2、太陽(yáng)能光熱和工業(yè)余熱發(fā)電機(jī)組的蒸汽參數(shù)一般壓力較高，溫度偏低，且因通流級(jí)數(shù)少，級(jí)間焓降高，溫、壓差大，導(dǎo)致排汽溫度偏低，濕度大，低壓段通流水蝕嚴(yán)重，效率低下。

3、太陽(yáng)能光熱和工業(yè)余熱發(fā)電機(jī)組功率較小（5MW~125MW），高中壓段容積流量較小，葉型損失和部分進(jìn)汽損失較大，導(dǎo)致高中壓通流的效率低下。

4、單缸機(jī)組的凝汽器布置在汽缸側(cè)面，排汽路徑長(zhǎng)且彎折，功率損失大，也會(huì)降低機(jī)組效率。

另外，單缸機(jī)組的汽缸體積大，熱容量大，開(kāi)、停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，而太陽(yáng)能光熱和工業(yè)余熱發(fā)電機(jī)組通常要求具有快速啟、停功能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一，是提供一種提高上述汽輪發(fā)電機(jī)組效率的方法。

本發(fā)明的目的之二，是提供一種根據(jù)上述方法改進(jìn)的汽輪發(fā)電機(jī)組。

實(shí)現(xiàn)上述目的技術(shù)方案是：

提高用太陽(yáng)能光熱/工業(yè)余熱發(fā)電的汽輪發(fā)電機(jī)組效率的方法，包括如下技術(shù)措施：

-將傳統(tǒng)的單缸、單軸結(jié)構(gòu)改為雙缸、雙軸結(jié)構(gòu)，即汽缸分為高壓缸和低壓缸，高壓缸轉(zhuǎn)速4000rpm~7200rpm，低壓缸轉(zhuǎn)速3000rpm或3600rpm；一方面，增大軸系跨度，增加汽輪機(jī)做功級(jí)數(shù)，提高高壓缸轉(zhuǎn)速，可使級(jí)速比設(shè)計(jì)在輪周效率最優(yōu)點(diǎn)，從而提高整個(gè)汽輪機(jī)效率；速比根據(jù)每級(jí)反動(dòng)度選擇，保證每級(jí)速比在效率最優(yōu)點(diǎn)；另一方面，可設(shè)置盡量多的回?zé)峒?jí)數(shù)，通常設(shè)置3~10級(jí)，提高蒸汽發(fā)生裝置的進(jìn)水溫度，減少冷端損失；再一方面，高壓缸、低壓缸各自的體積、熱容量均比原單缸小，利于機(jī)組快速啟、停；

-采用中間再熱循環(huán)，高壓缸排汽經(jīng)再熱器再次加熱后進(jìn)入低壓缸繼續(xù)做功，再熱壓力選擇為初壓的13%~30%，落在循環(huán)效率的最優(yōu)點(diǎn)；以提高機(jī)組的平均吸熱溫度，同時(shí)降低排汽濕度，機(jī)組的循環(huán)效率將顯著提高；

-改進(jìn)高壓缸動(dòng)葉片設(shè)計(jì)，與常規(guī)設(shè)計(jì)相比，葉片的節(jié)圓直徑降低，葉片根徑降低15%~55%，葉片部分進(jìn)汽度消失；葉片有效長(zhǎng)度增加50%~140%，從而減少葉片的葉型損失，提高整個(gè)高壓缸的通流效率；

-將凝汽器布置在低壓缸尾端，實(shí)現(xiàn)軸向排汽，使排汽路徑縮短且直順，減少排汽損失。

根據(jù)上述方法，本機(jī)組的一種結(jié)構(gòu)是:

一種用太陽(yáng)能光熱/工業(yè)余熱發(fā)電的汽輪發(fā)電機(jī)組，包括汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，所述汽輪機(jī)包括高壓缸和低壓缸，其特征在于，所述高壓缸的額定轉(zhuǎn)速為4000rpm~7200?rpm，所述低壓缸的額定轉(zhuǎn)速為3000rpm或3600rpm；采用中間再熱方式，高壓缸排汽經(jīng)再熱器再次加熱后進(jìn)入低壓缸繼續(xù)做功；所述發(fā)電機(jī)布置在高壓缸、低壓缸之間，其一端聯(lián)結(jié)低壓缸，另一端通過(guò)變速器聯(lián)結(jié)高壓缸。

所述再熱蒸汽的壓力為初壓的13-30%。

所述高壓缸的動(dòng)葉片與常規(guī)設(shè)計(jì)相比，葉片根徑降低15%~55%，葉片有效高度增加50%~140%。

所述高壓缸和低壓缸設(shè)有回?zé)岢闅饪冢責(zé)峒?jí)數(shù)3-10級(jí)。

本機(jī)組的另一種結(jié)構(gòu)是: