汽轮机发电机组及其发电方法与流程

本申请涉及发电技术领域，尤其涉及一种汽轮机发电机组及其发电方法。

背景技术：

一般蒸汽发电装置包括汽轮机、发电机和高压蒸汽锅炉，高压蒸汽锅炉为汽轮机提供高压蒸汽，汽轮机带动发电机发电。现代的中小机组均采用单循环，热效率最高只能达35％～38％。大量的能源没有得到有效的利用。

为了充分利用蒸汽热量，一些发电装置利用再热原理，蒸汽在汽轮机内做了一部分功后，从中间引出，通过锅炉的再热器提高温度(一般升高到机组额定温度)，然后再回到汽轮机继续做功，最后排入凝汽机的汽轮机。蒸汽采用中间再热，不仅减少了汽轮机排气湿度，还改善了汽轮机末几级叶片的工作条件，提高了汽轮机的相对内效率。

例如，专利号为201110087438.4的申请专利公开了一种汽轮机机组，该专利讲述了再热技术的方案，该汽轮机机组包括高压蒸汽机、第一至第n再热器及第一至n再热汽轮机，其中第一再热器加热从高压蒸汽机排出的蒸汽，加热后的蒸汽驱动第一再热蒸汽机，第二至第n再热器分别利用第一至第n～1再热汽轮机排出的蒸汽。

但是现有的再热发电机组的容量基本都是在几百甚至上千兆瓦，在小容量的发电机组中，再热技术发展不是很成熟。

因此，如何针对上述现有技术所存在的缺点进行研发改良，实为相关业界所需努力研发的目标，本申请设计人有鉴于此，乃思及创作的意念，遂以多年的经验加以设计，经多方探讨并试作样品试验，及多次修正改良，乃推出本申请。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本申请提供了一种汽轮机发电机组。

(二)技术方案

本申请提供了一种汽轮机发电机组，装机容量小于50mw，包括彼此衔接成形一个循环体的：

蒸汽发生部，包括锅炉；

一级发电组，包括一级汽轮机和一级发电机，所述高压蒸汽通入一级汽轮机内，驱动一级汽轮机以5000～6700r/min的额定转速工作，一级汽轮机带动一级发电机发电；

蒸汽再热装置，引导自一级发电组流出的蒸汽再次流入蒸汽发生部，在蒸汽发生部内发生热交换；

二级发电组，包括二级汽轮机和二级发电机，经蒸汽再热装置的中压蒸汽流入二级汽轮机，驱动二级汽轮机带动二级发电机发电。

在本申请的一些实施例中，所述汽轮机发电机组额定发电功率为30～50mw。

在本申请的一些实施例中，所述锅炉蒸汽压力为11.5～16mpa。

在本申请的一些实施例中，所述一级汽轮机额定转速为5500r/min。

在本申请的一些实施例中，所述一级发电机额定发电功率为8.5～15mw。

在本申请的一些实施例中，所述二级汽轮机额定转速为3000r/min。

在本申请的一些实施例中，所述再热后的蒸汽压力为2.0～3.0mpa。

在本申请的一些实施例中，所述二级发电机额定发电功率为24～35mw。

在本申请的一些实施例中，所述锅炉为热电锅炉或太阳能光热锅炉。

本申请还提供了一种上述汽轮机发电机组的发电方法，蒸汽发生部产生压力为11.5～16mpa的高压蒸汽，高压蒸汽通入一级发电组，驱动一级汽轮机，一级汽轮机转速为5500r/min，一级汽轮机带动一级发电机发电；从一级汽轮机排出的中压蒸汽经蒸汽再热装置加热后压力为2.0～3.0mpa，该中压蒸汽又通入二级发电组，驱动二级汽轮机，二级汽轮机转速为3000r/min，带动二级发电机发电。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本申请至少具有以下有益效果其中之一：

(1)在小容量发电机组中采用一次再热技术，即采用一个高速汽轮机和一个普通转速的汽轮机串连，从高速汽轮机排出的蒸汽经再热后驱动普通转速的汽轮机动作，且高速汽轮机和普通转速汽轮机各自驱动一个电机，该机组的容量为两个发电机的发电功率总和；进入高速汽轮机内的蒸汽压力高于无再热机组的蒸汽压力，但是总容量大于无再热机组，达到节能的目的；

(2)进入高速汽轮机的蒸汽压力为11.5～16mpa，高速汽轮机转速为5000～6700r/min，其驱动的一级发电机的发电功率为10mw左右，从高速汽轮机排出的蒸汽变为中压蒸汽，该中压蒸汽经再热后驱动普通转速汽轮机转动，普通转速蒸汽机转速为3000r/min，其驱动的发电机的发电功率为30mw左右，该发电机组的总容量为40mw左右，比同容量的无再热过程的发电机组需要的蒸汽压力小，比同等情况下的无再热过程的发电机组发电功率大，提高了能源利用效率，适合小容量发电机组；

(3)整个发电机组采用两级汽轮机分别带动两个发电机，此种组合比传统的小功率发电机组中两个汽轮机同时带动一个同轴发电机增加了灵活性，输出电量可分别接入不同的升压变压器或直供用电端，低压汽轮机还可单独运行，更加充分利用了能源，能源利用率提高40％以上。

附图说明

图1为本申请实施例的示意图。

图2为本申请实施例的安装布置图。

【本申请主要元件符号说明】

11、锅炉；12、燃料站；2、一级汽轮机；

3、一级发电机；4、再热器；5、二级汽轮机；

5、再热管道；6、二级发电机；7、高位平台；

8、过热器；9、烟囱；10、蒸汽主管道；

13、水汽分离装置。

具体实施方式

本申请提供了一种汽轮机发电机组。采用串联的两个汽轮机，蒸汽自第一个汽轮机排出经加热后驱动第二个汽轮机，第一个汽轮机为高速汽轮机，第二个汽轮机为普通汽轮机，两者结合，达到小容量发电机组的高效运行。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。

实施例一

在本申请的一个示例性实施例中，提供了汽轮机发电机组。如图1、图2所示，本申请发电机组发电功率在30～50mw之间，由蒸汽发生部、一级发电组、二级发电组彼此衔接成一个循环体，其中一级发电组中包含一级汽轮机和一级发电机，二级发电组包括二级汽轮机和二级发电机。

以下分别对本实施例的各个组成部分进行详细描述。

蒸汽发生部用于生成高压蒸汽，同时回收循环后的蒸汽，包括煤气燃料站12和高压蒸汽锅炉11；蒸汽锅炉11产生压力在11.5～16mpa的高压蒸汽，高压蒸汽通过蒸汽主管道10流入一级发电组中的一级汽轮机2，燃料燃烧后的烟气从蒸汽锅炉烟囱9排出。

一级发电组包括一级汽轮机2和一级发电机3，高压蒸汽通入一级汽轮机2内后，驱动一级汽轮机2以5000～6700r/min转速工作，带动一级发电机3发电，蒸汽在做功后排出一级汽轮机2，进入蒸汽再热装置。

主蒸汽系统包括从锅炉过热器出口联箱至一级汽轮机进口主汽阀的主蒸汽管道、阀门、疏水装置及通往进汽设备的蒸汽支管所组成的系统，还包括从一级汽轮机高压缸排汽至锅炉再热器出口联箱的再热冷段管道、阀门及从再热器出口联箱到二级汽轮机中压缸进口阀门的再热热段管道、阀门。本申请采用的双管～单管～双管式主蒸汽系统，从过热器出口接出后在炉前合并成一根单管，到一级汽轮机高压缸前又分为两根支管，分别接到一级汽轮机高压缸两侧的主汽门，由于主蒸汽管道中间部分采用了单管，使汽流能够很好的混和，减小了进入一级汽轮机的蒸汽温度偏差和压力偏差。

蒸汽再热装置为布置在蒸汽锅炉内的再热器4，再热器4实质上是一种把作过功的低压蒸汽再进行加热并达到一定温度的蒸汽过热器，再热器4的作用进一步提高了电厂循环的热效率，并使二级汽轮机末级叶片的蒸汽湿度控制在允许的范围内。再热器4由管子和集箱组成。蒸汽和烟气分别在管内、外流过。按传热方式的不同，再热器4可分为对流式和辐射式。对流式再热器4布置在对流烟道内；辐射式再热器4布置在炉膛内。

采用低温再热器+高温再热器4的两级受热面布置，采用燃烧器摆动方式调节再热蒸汽温度的汽温，在炉膛上部或炉膛出口辐射区域布置一定的低温级再热器辐射受热面，采用辐射+对流受热面布置，以便在低负荷下增加再热器系统吸热量达到汽温调节的目的。为达到汽机所需的蒸汽温度的要求、达到过热蒸汽所需要的80％左右的吸热比例要求，炉膛上部需要布置一定的过热器8辐射受热面积，通常布置全辐射吸热但蒸汽温度较低的屏式过热器8。

蒸汽自一级发电组流出，通过再热管道51流到再热器4内，与蒸汽锅炉11内发生热交换，再次升温，升温后的蒸汽进入二级发电组。

二级发电组包括二级汽轮机5和二级发电机6，经蒸汽再热装置的高压蒸汽的压力在2.0～3.0mpa，该蒸汽流入二级汽轮机5，驱动二级汽轮机5以3000r/min转速工作，带动二级发电机6发电。

再热是提高发电机组热效率的措施，采用再热技术后，蒸汽管道的长度增加，导致建设成本增加，且管道长度增加，对管道内的蒸汽的阻力也增加，消耗了蒸汽的能量，不利于能源的充分利用。传统的布置方式，都是将机组布置在低位，由于蒸汽管道均是从蒸汽锅炉11的高位引出，低位的安装方式增长了蒸汽管道的长度，不利于提高机组热效率。对此，将汽轮机的安装平台设置在引出蒸汽管道的高位，一级汽轮机2和二级汽轮机5前后布置，缩短了汽轮机与蒸汽锅炉和汽轮机之间的蒸汽管道长度，减少了在蒸汽管道内损失的能量，提高了热效率。

经过一级发电组或者二级发电组的热蒸汽还经过有水汽分离装置13，将气体和液体分别回收再次利用。水汽分离装置13为压力容器结构碳钢或不锈钢设备，接口型式是法兰结构。

蒸汽发生部可以为煤气锅炉，也可以为热电锅炉或太阳能光热锅炉。

实施例二

在实施例一的基础上，进入一级汽轮机的蒸汽压力为11.5mpa，一级汽轮机的转速为6500r/min，一级电机的发电功率为8.5mw。

实施例三

在实施例一的基础上，进入一级汽轮机的蒸汽压力为13mpa，一级汽轮机的转速为5500r/min，一级电机的发电功率为10mw。

实施例四

在实施例一的基础上，进入一级汽轮机的蒸汽压力为16mpa，一级汽轮机的转速为5500r/min，一级电机的发电功率为15mw。

实施例五

在一至三任一实施例的基础上，进入二级汽轮机的中压蒸汽压力为2.1mpa，二级汽轮机的转速为3000r/min，二级电机的发电功率为24mw。

实施例六

在一至三任一实施例的基础上，进入二级汽轮机的中压蒸汽压力为2.3mpa，二级汽轮机的转速为3000r/min，二级电机的发电功率为30mw。

实施例七

在实施例四的基础上，进入二级汽轮机的中压蒸汽压力为2.8mpa，二级汽轮机的转速为3000r/min，二级电机的发电功率为35mw。

上述实施例一至四的技术效果情况汇总如下表：

上述实施例五至七的技术效果情况汇总如下表：

传统无再热的小容量发电机组高温蒸汽的压力一般需要控制在8～8.8mpa、130t/h才能达到30mpa的发电功率，其能源消耗是本申请的105～108％。从上表可以看出，本专利的发电效率显著提高。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本申请有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式。

还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本申请的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。