提高用太阳能光热/工业余热发电的汽轮发电机组效率的方法及结构

摘要

本发明公开一种提高用太阳能光热/工业余热发电的汽轮发电机组效率的方法，主要是将传统的单缸、单轴机组改为双缸、双轴、双转速机组，高压缸转速4000rpm~7200rpm，低压缸转速3000rpm或3600rpm；采用中间再热循环，再热压力选择为初压的13%~30%，高压缸动叶片片根径降低15%~55%，叶片有效高度增加50%~140%，回热级数3-10级，大幅度提高了机组效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽轮发电机组，主要用于太阳能光热发电、工业余热发电，属于工业透平技术领域。

背景技术

由于光热发电技术在系统效率、建设规模、负荷稳定性等独特的优势，成为清洁能源发展最快的行业。全球近五年光热发电增长率100%，据IEA预测，到2015 年全球光热发电累计装机将达到24.50GW，2050 年全球太阳能光热发电装机容量将达1089GW。         目前，国外单机最大130MW已投入商业运行，而国内光热发电项目处于快速起步阶段。据《太阳能发电发展中期规划》，2015 年目标是开建光热发电项目100 万千瓦。2020 年的建设目标是300 万千瓦，太阳能光热发电具有巨大的市场前景。据产业信息提供的数据，875前期规划中，10MW等级项目1个，50MW等级项目11个，60MW等级项目2个，100MW等级项目2个。

另一方面，随着节能减排政策的贯彻执行，各种工业余热发电项目也日益增多。

太阳能光热和工业余热发电项目的特点是初始投资高、运行费用低，因此机组运行的效率成为决定投资回报率最关键的因素。

常规的太阳能光热和工业余热发电汽轮机电机组为单缸结构，额定转速3000rpm（频率50Hz）或3600rpm（频率60Hz），存在如下不利机组效率的缺点：

1、单缸机组受轴系跨距限制，通流部分轴向长度有限，通流级数偏少，每级焓降偏高，级速比偏小，偏离了最佳级速比，机组效率未达到最优。

2、太阳能光热和工业余热发电机组的蒸汽参数一般压力较高，温度偏低，且因通流级数少，级间焓降高，温、压差大，导致排汽温度偏低，湿度大，低压段通流水蚀严重，效率低下。

3、太阳能光热和工业余热发电机组功率较小（5MW~125MW），高中压段容积流量较小，叶型损失和部分进汽损失较大，导致高中压通流的效率低下。

4、单缸机组的凝汽器布置在汽缸侧面，排汽路径长且弯折，功率损失大，也会降低机组效率。

另外，单缸机组的汽缸体积大，热容量大，开、停机时间长，而太阳能光热和工业余热发电机组通常要求具有快速启、停功能。

发明内容

本发明的目的之一，是提供一种提高上述汽轮发电机组效率的方法。

本发明的目的之二，是提供一种根据上述方法改进的汽轮发电机组。

实现上述目的技术方案是：

提高用太阳能光热/工业余热发电的汽轮发电机组效率的方法，包括如下技术措施：

-将传统的单缸、单轴结构改为双缸、双轴结构，即汽缸分为高压缸和低压缸，高压缸转速4000rpm~7200rpm，低压缸转速3000rpm或3600rpm；一方面，增大轴系跨度，增加汽轮机做功级数，提高高压缸转速，可使级速比设计在轮周效率最优点，从而提高整个汽轮机效率；速比根据每级反动度选择，保证每级速比在效率最优点；另一方面，可设置尽量多的回热级数，通常设置3~10级，提高蒸汽发生装置的进水温度，减少冷端损失；再一方面，高压缸、低压缸各自的体积、热容量均比原单缸小，利于机组快速启、停；

-采用中间再热循环，高压缸排汽经再热器再次加热后进入低压缸继续做功，再热压力选择为初压的13%~30%，落在循环效率的最优点；以提高机组的平均吸热温度，同时降低排汽湿度，机组的循环效率将显著提高；

-改进高压缸动叶片设计，与常规设计相比，叶片的节圆直径降低，叶片根径降低15%~55%，叶片部分进汽度消失；叶片有效长度增加50%~140%，从而减少叶片的叶型损失，提高整个高压缸的通流效率；

-将凝汽器布置在低压缸尾端，实现轴向排汽，使排汽路径缩短且直顺，减少排汽损失。

根据上述方法，本机组的一种结构是:

一种用太阳能光热/工业余热发电的汽轮发电机组，包括汽轮机和发电机，所述汽轮机包括高压缸和低压缸，其特征在于，所述高压缸的额定转速为4000rpm~7200 rpm，所述低压缸的额定转速为3000rpm或3600rpm；采用中间再热方式，高压缸排汽经再热器再次加热后进入低压缸继续做功；所述发电机布置在高压缸、低压缸之间，其一端联结低压缸，另一端通过变速器联结高压缸。

所述再热蒸汽的压力为初压的13-30%。

所述高压缸的动叶片与常规设计相比，叶片根径降低15%~55%，叶片有效高度增加50%~140%。

所述高压缸和低压缸设有回热抽气口，回热级数3-10级。

本机组的另一种结构是:

一种用太阳能光热/工业余热发电的汽轮发电机组，包括汽轮机和发电机，所述汽轮机包括高压缸和低压缸，其特征在于，所述高压缸的额定转速为4000rpm~7200 rpm，所述低压缸的额定转速为3000rpm或3600rpm；采用中间再热方式，高压缸排汽经再热器再次加热后进入低压缸继续做功；所述发电机布置在高中压缸前端，通过第一变速器联结高压缸的前端，高压缸的后端通过第二变速器联结低压缸。

所述再热蒸汽的压力为初压的13-30%。

所述高压缸的动叶片与常规设计相比，叶片根径降低15%~55%，叶片有效高度增加50%~140%。

所述高压缸和低压缸设有回热抽气口，回热级数3-10级。

本发明的有益效果：

通过上述改进，大幅度提高了用太阳能光热/工业余热发电的汽轮发电机组的效率。

下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明的一种结构图

图2是本发明的另一种结构图。

具体实施方式

    实施例一

参见图1，本用太阳能光热/工业余热发电的汽轮发电机组，包括顺序布置的高压缸1、第一联轴器2、齿轮变速箱3、第二联轴器4、发电机5、第三联轴器6、低压缸7、凝汽器8，以及蒸汽发生装置10和润滑油箱9。

高压缸1的额定转速为4000rpm~7200 rpm，具体转速由叶片通流效率和强度决定，在完成叶片选型后，计算得出。低压缸7的额定转速为3000rpm或3600rpm；采用中间再热方式，高压缸排汽经蒸汽发生装置10的再热器再次加热后进入低压缸7继续做功，再热蒸汽的压力为初压的13-30%。

高压缸1的动叶片与常规设计相比，叶片根径降低15%~55%，叶片有效高度增加50%~140%。

高压缸1和低压缸7均设有回热抽气口，回热级数3-10级。

凝汽器8布置在低压缸7的尾端，实现轴向排汽。

润滑油箱9用于向机组的各个齿轮箱及轴承提供润滑油。

实施例二

参见图2，本用太阳能光热/工业余热发电的汽轮发电机组，包括顺序布置的发电机5、第一联轴器6、第一齿轮变速箱11、第二联轴器12、高压缸1、第三联轴器2、第二齿轮变速箱3、第四联轴器4、低压缸7、凝汽器8，以及蒸汽发生装置10和润滑油箱9。

其余与实施例一相同。

以上实施例优先推荐实施例一，它比实施例二部件少，造价低，结构更紧凑，占地面积小，传动环节少、效率高，功率损失小。

本机组与传统的单缸、单轴机组相比，有如下改进：

-将传统的单缸、单轴结构改为双缸、双轴结构，即汽缸分为高压缸和低压缸，高压缸转速4000rpm~7200rpm，具体转速由叶片通流效率和强度决定，在完成叶片选型后，计算得出。低压缸转速3000rpm或3600rpm；一方面，增大轴系跨度，增加汽轮机做功级数，提高高压缸转速，可使级速比设计在轮周效率最优点，从而提高整个汽轮机效率；速比根据每级反动度选择，保证每级速比在效率最优点；另一方面，可设置尽量多的回热级数，通常设置3~10级，提高蒸汽发生装置的进水温度，减少冷端损失；再一方面，高压缸、低压缸各自的体积、热容量均比原单缸小，利于机组快速启、停；

-采用中间再热循环，高压缸排汽经再热器再次加热后进入低压缸继续做功，再热压力选择为初压的13%~30%，落在循环效率的最优点；以提高机组的平均吸热温度，同时降低排汽湿度，机组的循环效率将显著提高；

-改进高压缸动叶片设计，与常规设计相比，叶片的节圆直径降低，叶片根径降低15%~55%，叶片部分进汽度消失；叶片有效长度增加50%~140%，从而减少叶片的叶型损失，提高整个高压缸的通流效率；

-将凝汽器布置在低压缸尾端，实现轴向排汽，使排汽路径缩短且直顺，减少排汽损失。