一种冷凝式热电联产汽轮机 一、技术领域
本发明属于非变容式机器或发动机技术。
二、技术背景
现有的热电联产汽轮机有背压式、抽汽凝汽式和凝汽式低真空运行三种形式。背压式直接用乏汽供热，体积小、结构简单、热电联产综合热效率高，但是单位发电量煤耗高、非供热期单纯发电热效率低、不适宜大功率应用。抽汽凝汽式即可热电联产也可单纯发电、单纯发电热效率比背压式高、适宜大功率应用，但是热电联产时仍然有大量低压缸5排出的乏汽冷凝热的品味低无法用来供热，而通过散热装置散发造成潜热损失，因而在热电联产时综合热效率比背压式低；供热时随着抽汽量的增大，低压缸5的焓降减小，低压缸5的内效率骤减，甚至出现低压缸5做副功，汽轮机输出机械功率下降，综合热效率下降。凝汽式低真空运行即可热电联产，也可单纯发电；单纯发电时热效率高；热电联产时乏汽冷凝热可全部用于供热，综合热效率较抽汽凝汽式高；但是热电联产时供热温度低(一般为80℃左右)；供热时低压缸5的焓降减小，低压缸5的内效率骤减，甚至出现低压缸5做副功，汽轮机输出机械功率下降，发电能耗显著下降。
三、发明内容
本发明提供一种冷凝式热电联产汽轮机，目的是热电联产时乏汽冷凝热可全部用于供热，供热温度较高(100℃左右)时低压缸5焓降适宜、出力适宜，整机内效率高，单位发电量煤耗接近凝汽式单纯发电煤耗；单纯发电时热效率和单位发电量煤耗与普通凝汽式汽轮机相同。
本发明技术方式：
机型1-常年供热型：在热负荷常年稳定的情况下，以供热温度和压力为凝汽器6汽侧温压参数设计汽轮机。相对于普通凝气汽轮机，用减小低压叶轮直径、减少汽轮机级数等方式使凝汽器6汽侧的温压达到供热参数(如图1所示)，使得热电联产汽轮机在凝汽器6汽侧温压为供热温压下运行时高压缸3、中压缸4、低压缸5的内效率高于0.6，出力率大于0.5。
将普通凝气汽轮机改造成热电联产机型1的方式一：用增压旁路8从锅炉1引高压蒸汽至混汽器9，与中压缸4排汽混合后进入低压缸5，以增加供热时低压缸5的焓降，设置增压调节阀7，使得高压缸3、中压缸4、低压缸5的内效率高于0.6，出力率大于0.5。
将普通凝气汽轮机改造成热电联产机型1的方式二：是通过增压旁路8从锅炉1引高压蒸汽至增压器10驱动缸21，驱动缸21产生的动力驱动增压缸22，低压缸5进汽首先进入低压进汽口25增压后排入混汽室与在驱动缸21的排汽混合升温后，进入低压缸5。使得高压缸3、中压缸4、低压缸5的压差适宜，内效率高于0.6，出力率大于0.5。
驱动缸21是进气口压力大于排气口压力的发生动力叶片汽机，增压缸22是进汽压力小于排汽压力的有鼓风作用的消耗动力叶片汽缸。
机型2-季节供热型：在温暖季节不供热的情况下，凝汽器6汽侧温压参数与普通凝气汽轮机一样，增加低压缸5增压装置a(从锅炉1引高压蒸汽至混汽器9，用调节阀调节进汽量)，无论热电联产和单纯发电时高压缸3、中压缸4、低压缸5的内效率高于0.6，出力率大于0.5。将普通凝气汽轮机改造成热电联产机型2的方式是用增压旁路8从锅炉1引高压蒸汽至混汽器9，与中压缸4排汽混合后进入低压缸5，以增加供热时低压缸5的焓降，设置增压调节阀7，使得高压缸3、中压缸4、低压缸5的内效率高于0.6，出力率大于0.5。
机型3-季节供热型：在温暖季节不供热的情况下，凝汽器6汽侧温压参数与普通凝气汽轮机一样，增加低压缸5增压装置b(通过增压旁路8从锅炉1引高压蒸汽至增压器10驱动缸21，驱动缸21产生的动力驱动增压缸22，低压缸5进汽首先进入低压进汽口25增压后排入混汽室与在驱动缸21的排汽混合升温后，进入低压缸5)，无论热电联产和单纯发电时高压缸3、中压缸4、低压缸5的内效率高于0.6，出力率大于0.5。将普通凝气汽轮机改造成热电联产机型3的方式是通过增压旁路8从锅炉1引高压蒸汽至增压器10驱动缸21，驱动缸21产生的动力驱动增压缸22，低压缸5进汽首先进入低压进汽口25增压后排入混汽室与在驱动缸21的排汽混合升温后，进入低压缸5，使得高压缸3、中压缸4、低压缸5的内效率高于0.6，出力率大于0.5。
本发明所指的：低压缸5是其排汽进入凝汽器6的汽缸，进汽为锅炉1高压新汽的为高压缸3，高压缸3、低压缸5之间的缸为中压缸4，内效率＝有效焓降÷实际焓降，出力率＝汽缸实际出力÷汽缸内效率0.9时的出力，凝汽器6汽侧温压为低压缸5排出的乏汽的温度和压力，发电能耗＝燃料消耗量÷发电量，综合热效率＝(发电量+供热量)/能耗。
本发明的优点是热电联产汽轮机兼有背压式热电联产综合热效率高的优点，又有普通凝汽式汽轮机发电能耗低的优点；避免抽汽凝汽式或普通凝汽式汽轮机低真空运行那种供热时低压缸5内效率和出力率骤减，甚至低压缸5做副功、出反力的现象；机组易于在热电联产模式和单纯发电模式之间相互转换；适应大功率应用；现有普通凝汽式汽轮机易于热电联产改造，改造后单纯发电时发电能耗不变，热电联产时发电能耗不会显著上升。使电厂在不显著增加发电能耗的前提下实现供热成为可能。
四、附图说明
附图标记对应的部件名称表
编号名称 编号名称 编号名称
1锅炉 7增压调节器 21驱动缸
2主汽管 8增压旁路 22增压缸
3高压缸 9混汽器 24混汽室
4中压缸 10增压器 25增压后排汽口
5低压缸 11汽水系统 26低压进汽口
6凝汽器 27高压进汽口
图1为实施例2、4的示意图
图2为实施例3的示意图
图3为增压器10的示意图
五、具体实施方式
实施例1
用减小低压叶轮直径和减少汽轮机级数的方式设计生产的一常年供热平均温度105℃的热电联产60万千瓦超临界凝汽式汽轮机，运行时低压缸5排汽平均温度109℃、平均压力0.11兆帕，高压缸3、中压缸4、低压缸5的平均内效率高于0.8，低压缸5平均出力率0.9。
实施例2
一原本单纯发电的凝气式汽轮机改造前以低真空运行方式常年供热，低压缸5排汽温度85℃、压力0.052兆帕，低压缸5出力率-0.1。
通过增压旁路8从锅炉1引高压蒸汽至增压器10驱动缸21，驱动缸21产生的动力驱动增压缸22，低压缸5进汽首先进入低压进汽口25增压后排入混汽室与在驱动缸21的排汽混合升温后，进入低压缸5的方式设施改造后，运行时低压缸5排汽平均温度109℃、平均压力0.11兆帕，高压缸3、中压缸4、低压缸5的平均内效率高于0.8，低压缸5平均出力率0.9。
实施例3
一新汽温度600℃的凝气式超临界汽轮机改造前以低真空运行方式冬春季供热，夏秋季单纯发电。供热时低压缸5排汽平均温度85℃、平均压力0.052兆帕，低压缸5平均出力率-0.1，单纯发电时低压缸5排汽平均温度35℃、平均压力0.0056兆帕，低压缸5平均出力率0.9。
用增压旁路8从锅炉1引高压蒸汽至混汽器9，与中压缸4排汽混合后进入低压缸5，以增加供热时低压缸5的焓降，设置增压调节阀7的方式设施改造。供热时开启增压调节阀7，低压缸5排汽平均温度109℃、平均压力0.11兆帕，低压缸5出平均力率0.9；单纯发电时关闭低压缸5调节阀，低压缸5排汽平均温度35℃、平均压力0.0056兆帕，低压缸5平均出力率0.9。
实施例4
一原本单纯发电的凝气式汽轮机改造前以低真空运行方式冬春季供热，夏秋季单纯发电。供热时低压缸5排汽平均温度85℃、平均压力0.052兆帕，低压缸5平均出力率-0.1，单纯发电时低压缸5排汽平均温度35℃、平均压力0.0056兆帕，低压缸5平均出力率0.9。
通过增压旁路8从锅炉1引高压蒸汽至增压器10驱动缸21，驱动缸21产生地动力驱动增压缸22，低压缸5进汽首先进入低压进汽口25增压后排入混汽室与在驱动缸21的排汽混合升温后，进入低压缸5的方式设施改造后，热电联产运行时低压缸5排汽平均温度109℃、凝汽器6汽侧排水温度100℃，平均压力0.101兆帕，高压缸3、中压缸4、低压缸5的平均内效率高于0.8，低压缸5平均出力率0.99。单纯发电时低压缸5排汽平均温度35℃、平均压力0.0056兆帕，低压缸5平均出力率1。
相对于单纯发电时排汽压力0.0056兆帕的高真空运行，热电联产时排汽压力提高到0.101兆帕，蒸汽可利用焓降仅减少111千焦/千克。但是将35℃的水加热到95℃却需要焓增251千焦/千克，尾气抽真空耗能和循环泵因压差降低导致的耗能也相应减少，利用富余的锅炉功率生产增压器10所需的新汽，汽轮机输出机械功率不降低，单位发电能耗并不比单纯发电时增加。