一种多级冲动式汽轮机的机内蒸汽再热器

摘要

本发明为一种多级冲动式汽轮机的机内蒸汽再热器，属于多级冲动式汽轮机领域，具体涉及一种对饱和蒸汽进行机内除湿和再热的蒸汽再热器，包括在汽轮机级之间设置一个或若干个蒸汽再热器，该蒸汽再热器的蒸汽入口通过引汽管与其前一级前侧或前若干级前侧的蒸汽引出口连接，蒸汽再热器包括上半圆再热器和下半圆再热器，其中设置上、下半圆加热管组，再热器通过上、下联箱连通，在上、下联箱的连接面处上下对应设置供蒸汽和冷凝水通过的若干孔口，本发明解决了现有的左右剖分的环形再热器的结构与汽轮机的典型结构不相容的问题，所提出的上下剖分结构的蒸汽再热器充分利用汽轮机汽缸内空间并使用前级抽汽作为再热器热源，从而提高了再热器工作能力，改善了饱和蒸汽汽轮机的性能。

说明书

技术领域

本发明属于多级冲动式汽轮机领域，具体涉及一种对饱和蒸汽进行机 内除湿和再热的蒸汽再热器。

背景技术

在工业生产过程中，经常会副产大量的饱和蒸汽。饱和蒸汽不能直接 用于发电，否则会造成汽轮机末级叶片的水蚀破坏。为防止汽轮机叶片发 生水蚀事故，一个最有效的方法是对蒸汽进行再热，降低蒸汽的湿度。蒸 汽的再热可以在锅炉中进行，也可以在再热器中进行。再热器可以放在汽 轮机外面，也可以放在汽轮机的汽缸里面。

中国发明专利“机内除湿再热的多级冲动式汽轮机” (ZL200510034193.3)公开了一种汽轮机汽缸内的机内级间蒸汽再热器， 该再热器由左右两半环组成。该再热器使用从主蒸汽管上引出的新蒸汽作 为再热器的热源，把膨胀做功降压降温变湿的主流蒸汽加热成干饱和蒸 汽，但由于汽轮机的基本结构型式是上下剖分的。因此存在以下问题：

第一、由于左、右半再热器为半环形结构，下端还有安装座，像一把 刀把向下的镰刀，只能由吊车吊着平行移动穿过由下汽缸和转子构成的圆 弧形通道。要通过该通道则再热器圆环形的宽度必须显著小于下汽缸和转 子构成的弧形通道的宽度。这意味着再热器的环形通流面积只能大大小于 汽缸中的可利用面积，估计只能利用30％的可利用面积。这将导致通过再 热器的蒸汽流速过高，阻力过大，从而降低汽轮机的内效率。机组的功率 越大，这个缺点越明显。

第二、再热器通流面积缩小也造成了单位长度中换热面积的降低。为 了使再热器有足够的换热面积，只能增加再热器的长度，这一方面将导致 整个汽轮机长度增加，造价增加，更糟的是再热器的气流阻力也将进一步 增高，汽轮机内效率进一步下降。

第三、由于换热面积不够，该发明不得不直接使用主蒸汽管上的新蒸 汽作为再热热源，以提高换热温差，这造成了蒸汽品位的浪费，降低了整 体的发电效率。

发明内容

本发明针对上述汽轮机机内除湿再热装置结构上存在的缺点提出一 种上下剖分的多级冲动式汽轮机的机内蒸汽再热器，具体技术方案如下：

一种多级冲动式汽轮机的机内蒸汽再热器，包括在汽轮机级之间设置 一个或若干个蒸汽再热器，该蒸汽再热器的蒸汽入口通过引汽管与其前一 级前侧或前若干级前侧的蒸汽引出口连接。

具体地，所述的机内蒸汽再热器包括包围着汽轮机主轴的上半圆再热 器和下半圆再热器，上、下半圆再热器的连接面处于通过汽轮机中心线的 水平面上；上半圆再热器包括上半圆外壳体、上半圆内壳体、位于所述内、 外壳体之间的上半圆加热管组、位于所述连接面处与上半圆内、外壳体和 上半圆加热管组的端部连接的上左联箱、上右联箱；下半圆再热器包括下 半圆外壳体、下半圆内壳体，位于所述内、外壳体之间的下半圆加热管组， 位于所述连接面处与下半圆内、外壳体和下半圆加热管组的端部连接的下 左联箱、下右联箱；所述的上、下半圆加热管组与所述的上左、上右、下 左、下右联箱连通；所述的下半圆外壳体底部设有安装座，再热器通过安 装座固定在汽轮机下汽缸的安装板上，所述安装座上设置有通往汽缸外的 蒸汽引入口和冷凝水排出口。所述蒸汽再热器的上、下半圆外壳体的两端 面与汽轮机汽缸的安装槽的两侧面为滑动配合连接，所述的上、下半圆内 壳体的出口端面与相邻下一汽轮机级的隔板接触连接。

进一步地，所述的上右联箱和下右联箱的连接部、上左联箱和下左联 箱的连接部设置在联箱与汽缸壁相邻的一侧，在所述的上右联箱和下右联 箱的连接部、上左联箱和下左联箱的连接部对应设置供蒸汽和冷凝水通过 的若干孔口，在孔口周围设置密封凸缘；在所述的上右联箱的连接部位、 上左联箱的连接部位设置若干螺栓的通孔，在下右联箱的连接部位、下左 联箱的连接部位对应设置若干内螺孔，上、下半联箱通过螺栓固定连接。

所述的上半圆和下半圆加热管组的加热管为椭圆形管，所述椭圆的长 轴与汽轮机内主蒸汽流的方向平行。在所述的椭圆形管上设置翅片。

本发明解决了现有的左右剖分的环形再热器的结构与汽轮机的典型 结构不相容的问题，所提出的上下剖分的再热器结构充分利用汽轮机汽缸 内空间并使用前级抽汽作为再热器热源，不但简化了再热器的安装工艺、 实现了节能降耗，而且提高了再热器工作能力，改善了饱和蒸汽汽轮机的 性能，因此特别适用于大功率汽轮机。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明的机内除湿汽轮机系统示意图。

图2为图1中蒸汽再热器的局部放大示意图。

图3为本发明的蒸汽再热器横截面示意图。

图4为图3中上、下联箱的连接结构示意图。

图5为图4的A-A剖面示意图。

具体实施方式

图1所示为本发明实施例的机内除湿再热汽轮机系统示意图。如图所 示，该汽轮机为七级冲动式汽轮机，每级包括静叶栅和动叶栅，蒸汽由主 蒸汽管路1直接送入汽轮机2，蒸汽再热器3设置在汽轮机内相邻的第四 级2.4与第五级2.5之间，蒸汽再热器3的蒸汽引入口4.1通过引汽管4 与第四级的前一级即第三级2.3的前侧的蒸汽引出口4.2连接。图中所示 为一级机内再热，即只设置一个蒸汽再热器。必要时，也可以在汽轮机内 设置若干个如两个或三个蒸汽再热器。

所述蒸汽再热器的冷凝水通过冷凝水排出口5.1和排水管5连接疏水 阀6和闪蒸器7，闪蒸出的低压蒸汽通过蒸汽管8进入处于蒸汽再热器后 面的汽轮机级，闪蒸器的排水通过水管9进入冷凝器10。

该系统的工作过程是，从蒸汽再热器3的前一级2.3之前引出一股蒸 汽通过引汽管4将蒸汽引入蒸汽再热器3的加热管组，该蒸汽在加热管组 内经与管组外的主蒸汽流换热后产生的冷凝水通过排水管5进入疏水阀6 和闪蒸器7，闪蒸出的低压蒸汽通过蒸汽管9进入处于蒸汽再热器后面的 汽轮机级进一步膨胀做功，以进一步提高该系统的发电效率，闪蒸器7内 的冷凝水则经过水管9进入冷凝器10回收利用。

图2为图1中蒸汽再热器的局部放大示意图，图3为本发明的蒸汽 再热器横截面示意图。如图2和图3所示，包括包围着汽轮机主轴2.0的 上半圆再热器和下半圆再热器，上、下半圆再热器的连接面处于通过汽轮 机2中心线的水平面上；上半圆再热器包括上半圆外壳体3.10、上半圆内 壳体3.11、位于所述内、外壳体之间的上半圆加热管组3.12、位于所述 连接面处与上半圆内、外壳体和上半圆加热管组的端部连接的上左联箱 3.13、上右联箱3.14；下半圆再热器包括下半圆外壳体3.20、下半圆内 壳体3.21，位于所述内、外壳体之间的下半圆加热管组3.22，位于所述 连接面处与下半圆内、外壳体和下半圆加热管组的端部连接的下左联箱 3.24、下右联箱3.23；所述的上、下半圆加热管组与所述的上左、上右、 下左、下右联箱连通；所述的下半圆外壳体3.20底部设有安装座11，所 述安装座固定在汽轮机下汽缸的安装板12上，在安装座上设置有通往汽 缸外的蒸汽引入口4.1和冷凝水排出口5.1。

所述蒸汽再热器的上、下半圆外壳体的两端面与汽轮机汽缸壳2.1 的安装槽2.2的两侧面为滑动配合连接，所述的上、下半圆内壳体的出口 端面与相邻下一汽轮机级的隔板2.50接触连接，使主蒸汽流通过再热器 时不会外泄。

本发明的上述的蒸汽再热器结构符合汽轮机结构特点，大大方便了蒸 汽再热器的安装。更重要的是这种结构使再热器可以充分利用汽轮机汽缸 的内部空间，使对汽缸中的可利用面积的利用比达到80％以上,大大增加再 热器的蒸汽流通面积和换热面积。由于再热器有足够大的换热面积，因此 可以不使用主蒸汽管中的新蒸汽，而只要使用在汽轮机中做过功的前级抽 汽作为再热热源就足够了。这样做符合能源梯级利用的原则，可进一步提 高汽轮机的热效率，同时也减少了再热器加热管内外的蒸汽压差。因为原 有的左右剖分的结构的加热管内采用的是高压的新蒸汽，而本发明的上下 剖分结构的加热管中采用低压的级间抽汽，因此压差较小，使上下剖分的 再热器结构的安全性得到进一步的提高。本发明把左、右剖分的再热器结 构改成上、下剖分的结构。上下两半圆环组成一个整园，其结合面在通过 汽轮机中心线的水平面上。这样的结构与汽轮机的基本结构相互兼容，再 热器能充分利用汽缸中的环形空间，再热器的通流能力和换热能力大大提 高，能充分满足大型汽轮机的机内再热要求。

由于上下剖分的结构造成了左右两个水平结合面，其结合面积分别达 到0.5平方米左右。因为结合力＝结合面面积×蒸汽压力，当蒸汽压力为 3MPa时，则单个水平结合面的结合力将大于150吨。在这样狭小的空间中 要安排下这么大强度的紧固结构是很困难的，甚至会因占用空间过大而抵 消了水平剖分结构的好处。因此特设计了如下特殊的联箱连接结构。

图4为图3中的上、下联箱的连接结构示意图，图5为图4的A-A 剖面示意图。如图4和图5所示，所述的上右联箱3.13和下右联箱3.23 的连接部、上左联箱3.14和下左联箱3.24的连接部设置在联箱与汽缸壳 2.1相邻的一侧，在所述的上右联箱3.13和下右联箱3.23的连接部、上 左联箱3.14和下左联箱3.24的连接部对应设置供蒸汽和冷凝水通过的若 干孔口13，在孔口周围设置密封凸缘14；在所述的上右联箱3.13的连接 部位、上左联箱3.14的连接部位设置若干螺栓15的通孔，在下右联箱的 连接部位、下左联箱的连接部位对应设置若干内螺孔15.1，上、下半联箱 通过螺栓15固定连接。

密封凸缘14采用精磨刚性密封面，既可以保证连接面处的密封性， 也可以保证其尺寸的稳定性。从上述的连接结构可以看出，由于蒸汽是从 孔口13处通过，而孔口的面积仅为120平方厘米左右，再加上使用低压 蒸汽，因此所需的紧固螺栓的压紧力可以大幅度下降，只有常规紧固螺栓 的1％左右。这样的结构还使螺栓15处在靠近气缸壁2.1的边缘位置，因 此不会对主蒸汽流通道形成阻碍。

采用上述结构，在再热器加热管组中蒸汽和冷凝水的流动路径为：汽 轮机的前级抽汽由再热器的蒸汽引入口4.1进入下半圆加热管组3.22，然 后进入下右联箱3.23，再由上、下联箱的连接处的孔口13进入上右联箱 3.13，然后进入上半圆加热管组3.12，再进入到上左联箱3.14，再由上、 下联箱的连接处的孔口13进入下左联箱3.24，然后通过下半圆加热管组 3.22使在换热过程中产生的冷凝水从冷凝水排出口5.1排出。

为进一步加强换热效果，提高汽轮机的发电效率，如图5所示，所述 的上半圆和下半圆加热管组的加热管为椭圆形管3.01，椭圆的长轴与汽轮 机内主蒸汽流的方向平行。椭圆管相比于圆形管，在换热面积相等的条件 下，可增加50％左右的主蒸汽通流面积，并进一步降低再热器的气流阻力。 在所述的椭圆形管上设置翅片3.02，以进一步加大换热面积。

总之，本发明提出的上下剖分的再热器的技术方案，充分利用汽轮机 汽缸内空间并使用前级抽汽作为再热器热源，不但简化了再热器的安装工 艺、实现了节能降耗，而且提高了再热器工作能力，改善了饱和蒸汽汽轮 机的性能，因此特别适用于大功率汽轮机。