[發(fā)明專利]一種低溫工質(zhì)超臨界氣輪機(jī)或膨脹機(jī)及使用方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910255576.5
• 申請(qǐng)日: 2019-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN111749741A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翁志遠(yuǎn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京宏遠(yuǎn)佰思德科技有限公司
• 主分類號(hào): F01K25/10
• 分類號(hào): F01K25/10;F01D15/10;F01D25/20;F01D25/14;F01D25/16;F01D25/10;F01K17/02;F01K11/02;F01K11/00;F01C13/00;F01C21/04;F01C21/02;F01C21/06
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本發(fā)明實(shí)施例提供一種低溫工質(zhì)超臨界氣輪機(jī)或膨脹機(jī)及使用方法，屬于一種特殊用途的氣輪機(jī)或膨脹機(jī)。所述氣輪機(jī)主蒸汽管道輸入的氣體，溫度需明顯高于低溫工質(zhì)的臨界溫度；所述氣輪機(jī)排氣管道輸出的乏汽，溫度須達(dá)到或略微高于所述低溫工質(zhì)的臨界溫度；所述氣輪機(jī)的工況區(qū)域，始終都處在所述低溫工質(zhì)的臨界溫度以上。所述氣輪機(jī)排氣管道連接乏汽回?zé)崞鳎畹蜏匾后w泵輸出的低溫液體冷凝臨界溫度的高溫乏汽；另外，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種采用氣輪機(jī)外缸體進(jìn)行軸端密封的技術(shù)方法，以解決氣輪機(jī)或膨脹機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸兩端泄漏難題，尤其是昂貴的低溫工質(zhì)；所述氣輪機(jī)或膨脹機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小、成本低、扭矩力大等優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供一種低溫工質(zhì)超臨界氣輪機(jī)或膨脹機(jī)以及使用方法，屬一種氣體透平的機(jī)械和相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域。汽輪機(jī)一般指蒸汽輪機(jī)，本發(fā)明實(shí)施例發(fā)電工質(zhì)中沒水，因此改成氣輪機(jī)，包括但不僅限于氣輪機(jī)、氣動(dòng)機(jī)、氣體透平膨脹機(jī)、氣體螺桿膨脹機(jī)和其他相類似的氣體透平機(jī)械設(shè)備；除氣輪機(jī)以外，其他氣體透平機(jī)械設(shè)備一般都為小型氣體透平，且成本相對(duì)較高，在實(shí)際應(yīng)用也相對(duì)比較少；氣輪機(jī)可大型也可做成小型設(shè)備，應(yīng)用比較普及；因此，本發(fā)明實(shí)施例重點(diǎn)描述傳統(tǒng)的氣輪機(jī)設(shè)備，其他氣體透平設(shè)備雷同。

背景技術(shù)

1882年瑞典工程師拉瓦爾設(shè)計(jì)制造出了第一臺(tái)單級(jí)沖動(dòng)式的汽輪機(jī)，汽輪機(jī)是一種以蒸汽為動(dòng)力，并將蒸氣的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，是現(xiàn)代火力發(fā)電廠中應(yīng)用最廣泛的原動(dòng)機(jī)。汽輪機(jī)具有單機(jī)功率大、效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在電站、船舶航海和大型工業(yè)中。

為了提高汽輪機(jī)設(shè)備的功率和效率，100多年我們也不斷在進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)氣溫度和壓力在不斷的提高，從低壓汽輪機(jī)到高壓汽輪機(jī)，再?gòu)膩喤R界到超臨界汽輪機(jī)，汽輪機(jī)的功率最高做到1200MW，進(jìn)氣溫度達(dá)到650℃，壓力達(dá)到25MPa；純凝式汽輪機(jī)低壓缸排氣溫度低至30-45℃，排氣壓力低至10-13kPa，人們通過不斷的提高汽輪機(jī)進(jìn)氣溫度和壓力，和盡可能的降低汽輪機(jī)的排氣溫度和壓力，從而獲得最大的焓差和發(fā)電輸出。

現(xiàn)在發(fā)電站應(yīng)用的純冷凝汽輪機(jī)設(shè)備輸出的乏汽溫度，遠(yuǎn)低于水的沸點(diǎn)溫度(低至約30℃)，目的是為了提高發(fā)電效率，盡可能多的發(fā)電輸出，但其直接的后果就是造成大量的低品位乏汽潛熱無(wú)法回收利用。

例如：某高壓汽輪機(jī)進(jìn)汽含熱量3433kJ/kg左右，這些熱量中只有約837kJ/kg是做功的，凝結(jié)水中含有約126kJ/kg熱量，每公斤水約有2240kJ潛熱能量是被冷卻系統(tǒng)的冷卻水帶走，造成乏汽潛熱所占的熱量約為已利用熱量的2～3倍；這是一個(gè)非常巨大的損失和浪費(fèi)。其產(chǎn)生的大量低品位乏汽潛熱需要用大量的水或者空氣進(jìn)行冷卻，即不節(jié)能也不經(jīng)濟(jì)。

我們發(fā)電就是要將燃燒煤炭產(chǎn)生的熱能量轉(zhuǎn)為電能輸出，為何要排放掉如此巨大的潛熱能量呢，申請(qǐng)人經(jīng)過近二十多年苦心探索發(fā)現(xiàn)，人們?yōu)榱双@得更多的發(fā)電輸出，不斷的提高進(jìn)氣溫度和壓力，同時(shí)盡可能的降低乏汽溫度和壓力，現(xiàn)在的大型發(fā)電站乏汽溫度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的低于其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)，排氣壓力多為負(fù)的真空壓，在獲取更多發(fā)電輸出同時(shí)，乏汽中也形成極其巨大的低品位潛熱能量無(wú)法被利用，只能把潛熱釋放掉才能實(shí)現(xiàn)乏汽冷凝成為水，同時(shí)這樣做，還會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)的末級(jí)葉片和次末級(jí)葉片長(zhǎng)度增加，汽輪機(jī)體積龐大，汽輪機(jī)末端需維持高度真空，末級(jí)次末級(jí)葉片容易遭受冷凝水侵蝕等一系列的問題，本發(fā)明申請(qǐng)就是針對(duì)這些難題進(jìn)行解決。

我們發(fā)電通常采用水用作發(fā)電的工質(zhì)，余熱發(fā)電大部分也是用水做發(fā)電工質(zhì)，發(fā)電效率也是很低；對(duì)于低溫余熱發(fā)電，也有采用沸點(diǎn)溫度約15℃的有機(jī)工質(zhì)ORC朗肯循環(huán)，可實(shí)現(xiàn)80℃以上熱水發(fā)電；對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，沸點(diǎn)溫度低于0攝氏度的低溫發(fā)電工質(zhì)，國(guó)內(nèi)和國(guó)際都還處于研究階段，對(duì)于搞發(fā)電工作的技術(shù)人員來說，低溫發(fā)電工質(zhì)的儲(chǔ)存是一個(gè)難點(diǎn)，極其低溫的發(fā)電工質(zhì)，沸點(diǎn)遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度，設(shè)備里的低溫介子放置在環(huán)境中就會(huì)氣化，形成高壓氣體就無(wú)法再使用和發(fā)電了；另外還有一個(gè)最大難點(diǎn)，就是氣輪機(jī)做功以后，低溫乏汽再還原為液體是最大的痛點(diǎn)。