一种提高汽轮机效率的改进朗肯循环动力系统

摘要

本发明涉及蒸汽动力领域，涉及一种提高汽轮机效率的改进朗肯循环动力系统，其包括加压泵、加热器、膨胀涡轮、冷凝器以及工质液，所述加压泵、加热器、膨胀涡轮、冷凝器首尾依次闭合连接构成回路，所述膨胀涡轮与发电机相连接，所述的加热器与膨胀涡轮之间设有汽汽引射增压器，加热器的出汽口与汽汽引射增压器的主引射进汽口相连接，汽汽引射增压器的出汽口与膨胀涡轮的进汽口相连接，膨胀涡轮中间级设有支路出汽口，支路出汽口与汽汽引射增压器的被引射进汽口相连接。本发明通过增加一台汽汽引射增压器，使得循环中有一部分支路的循环工质可以不用冷凝，直接被高温高压蒸汽引射加温加压，从而完成不冷凝循环，使得该改进的朗肯循环效率要比传统的朗肯循环有显著的提高。

说明书

技术领域

本发明涉及蒸汽动力领域，具体而言，涉及一种部分工质循环过程不冷凝为特征的用于汽轮机的改进朗肯循环动力系统。

背景技术

蒸汽动力循环(朗肯循环)作为传统的动力循环，是以水或有机物作为工质的外热闭式动力循环，在工业的能源供应中起着举足轻重的作用，并被用于传统的大型燃煤火力发电站和核动力电站中，以及以蒸汽作为动力的舰船中，并且近年来随着有机朗肯循环的兴起，更被广泛用于低品位热源能量的利用中。多年来，作为很成熟的热力循环，现在提高循环热效率的方法主要是采用提高蒸汽的温度和压力，目前已经实现了超临界和超超临界甚至更高的水蒸汽温度和压力，提高了朗肯循环的热效率，但同时也带来了动力系统设备成本的急剧升高，但提高的热效率的幅度却很有限。

目前以水为工质的典型朗肯循环的热转换效率，在超临界和超超临界的参数下最多能达到43％左右，这样循环中有57％以上的热量散失主要是循环中由汽轮机的乏蒸汽冷凝为液态工质的相变过程中大量气化潜热的散失，从而造成整个朗肯循环的热效率不是很高。朗肯循环中蒸汽工质进行冷凝的主要目的是为了使工质能在液态下进行高效的增压，因为工质在循环中的高增压比(增压比可达几千)采用气态压缩，在能耗上是无法承受的，目前工业上也没有能够实现这种高增压比的气体压缩机。

发明内容

本公开的发明解决的一个技术问题是提供一种新型提高汽轮机效率的改进朗肯循环动力系统，本系统只有部分循环工质冷凝的改进朗肯循环，而让部分的气态循环工质不冷凝，让其通过本发明增设的引射器，利用那部分被冷凝、增压、吸热变成的高温高压蒸汽作为引射器的主引射蒸汽，对汽轮机排出的低温低压蒸汽进行引射增压，生成中压蒸汽，再热后变成高温中压蒸汽送入汽轮机做功。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括加压泵、加热器、膨胀涡轮、冷凝器以及工质液，所述加压泵、加热器、膨胀涡轮、冷凝器首尾依次闭合连接构成回路，所述膨胀涡轮与发电机相连接，其技术特征在于，所述的加热器与膨胀涡轮之间设有汽汽引射增压器，加热器的出汽口与汽汽引射增压器的主引射进汽口相连接，汽汽引射增压器的出汽口与膨胀涡轮的进汽口相连接，膨胀涡轮的中间级设有支路出汽口，支路出汽口与汽汽引射增压器的被引射进汽口相连接。

在其中一个实施例中，所述的支路出汽口设置在膨胀涡轮的中间级，在膨胀涡轮的中间级设置一个出汽口作为膨胀涡轮的支路出汽口，该支路出汽口将膨胀涡轮中间级的蒸汽引入汽汽引射增压器。

在其中一个实施例中，所述的支路出汽口为膨胀涡轮出汽口的支路出汽口，将膨胀涡轮的尾部出汽口分成两路，一路与冷凝器的进汽口相连接，另一路与汽汽引射增压器的被引射进汽口相连接。

在其中一个实施例中，所述的汽汽引射增压器与膨胀涡轮之间设有过热器。

此外，本发明中，所述的工质液为任何具有从液相变成气相的物质。

此外，本发明中，所述加热器采用锅炉。

此外，本发明中，所述膨胀涡轮采用汽轮机。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明提供的这种用于提高汽轮机做功效率的改进朗肯循环蒸汽动力系统，针对现在的传统朗肯循环热效率低下的主要原因，通过增加一台汽汽引射增压器，使得循环中有一部分支路的循环工质可以不用冷凝，直接被高温高压蒸汽引射加温加压，从而完成不冷凝循环。本发明的蒸汽循环构成了两个回路，一个冷凝循环回路，一个是不凝循环回路。对于不凝循环回路来看，除了不可逆的一些耗散损失外，没有对外排热损失，所以其循环的效率是非常高的，而冷凝循环回路就是传统的朗肯循环回路，两者相加，从整体上看，由于只有部分循环工质有散热损失，因此本发明提出的改进朗肯循环热效率要高于传统的朗肯循环热效率。从而打破了提升传统朗肯循环效率的瓶颈，并还可通过确定合适的循环参数和高效的汽汽引射增压器，使得该改进的朗肯循环效率要比传统的朗肯循环有显著的提高。

本发明的一种实施方案是在汽轮机中间级抽汽，通过汽汽引射器增压、过热后进入汽轮发电机发电的原理与传统的级间抽汽再热不同，通过本改进循环的级间抽气工质是在汽汽引射增压器中被增压的，而且这部分工质是永远在气态循环，没有冷凝放热。而传统朗肯循环采用的级间抽气再热的过程中，工质的压力在再热期间是不会增高的，最终还是要全部去冷凝散掉全部的气化潜热。因此本发明的改进朗肯循环提高效率的原理和级间再热循环的原理不同，由于不冷凝放出气化潜热，效率也要高于级间再热的效率。

另外，本发明的改进朗肯循环蒸汽动力系统中的汽轮机等大部分装置都工作在中压环境，只有部分蒸汽是高压系统，整个系统的造价比传统超超临界参数发电系统低很多，具有较高的成本优势和便于推广实施。

附图说明

图1是根据本公开的一个方面的整体结构示意图；

图2是根据本公开的一个方面的另一个实施例整体结构示意图；

图中：1-加压泵、2-锅炉、3-汽轮机、4-冷凝器、5-过热器、6-汽汽引射增压器、601-主引射进汽口、602-被引射进汽口、603-出汽口、7-支路出汽口、8-发电机。

具体实施方式

下面将结合具体的实施方案对本发明进行进一步的解释，但并不局限本发明，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例一，请参阅图1，一种提高汽轮机效率的改进朗肯循环动力系统，包括加压泵1、加热器、膨胀涡轮、冷凝器4以及工质液，本实施例中的加热器采用锅炉2，本实施例中的膨胀涡轮为汽轮机3，所述工质液为任何具有从液相变成气相的物质，所述加压泵1、锅炉2、汽轮机3、冷凝器4首尾依次闭合连接构成回路，工质液在回路中循环，所述汽轮机3与发电机8相连接，所述的锅炉2与汽轮机3之间设有汽汽引射增压器6，锅炉2的出汽口与汽汽引射增压器6的主引射进汽口601相连接，汽汽引射增压器6的出汽口603与汽轮机3的进汽口相连接，汽轮机3的中间级设有支路出汽口7，支路出汽口7与汽汽引射增压器6的被引射进汽口602相连接，在汽汽引射增压器6与汽轮机3之间设有过热器5。

具体而言，本发明设有两个循环回路，一个回路是部分蒸汽工质从汽轮机3的出汽口排出后进入到冷凝器4中冷凝，再通过液体加压泵1加压后进入锅炉2中吸热变成高温高压蒸汽，该蒸汽进入汽汽引射增压器6中引射汽轮机3支路出汽口7排出的低压蒸汽，与之掺混后形成中压蒸汽，再通过过热器5后变成高温中压蒸汽进入到汽轮机3中做功发电，完成一路循环，该回路可称为冷凝循环回路；另一回路是从汽轮机3的中间级设置的支路出汽口7排出的部分低压蒸汽工质进入到汽汽引射增压器6中，被另一回路生成的高温高压蒸汽引射，并与之掺混形成中压蒸汽，经过热器5后变成高温中压蒸汽进入到汽轮机3中做功，完成循环回路，该回路的循环工质在循环过程中没有发生相变冷凝，可称为不凝循环回路。对于不凝循环回路来看，除了不可逆的一些耗散损失外，没有对外排热损失，所以其循环的效率是非常高的，而冷凝循环回路就是传统的朗肯循环回路，两者相加，从整体上看，由于只有部分循环工质有散热损失，因此本实施例提出的改进朗肯循环热效率要高于传统的朗肯循环热效率。从而打破了提升传统朗肯循环效率的瓶颈，并还可通过确定合适的循环参数和高效的汽汽引射增压器，使得该改进的朗肯循环效率要比传统的朗肯循环有显著的提高。

实施例二，请参阅图2，由于某些汽轮机的中间级无法设置支路出汽口，因此，将实施例一的支路出汽口7设置在汽轮机3的尾部排汽口处，将汽轮机3的尾部出汽口分成两路，一路与冷凝器4的进汽口相连接，另一路作为支路出汽口7与汽汽引射增压器6的被引射进汽口602相连接。虽然从汽轮机3尾部出汽口出来的乏蒸汽压力和温度都比较低，直接用该参数的乏蒸汽进入汽汽引射增压器6引射，会拖低汽汽引射增压器6出口蒸汽的参数，使得汽轮机3的做功效率降低，但对于不凝循环回路来看，除了不可逆的一些耗散损失外，没有对外排热损失，因此，本实施例提出的改进朗肯循环热效率仍然高于传统的朗肯循环热效率。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。