工業(yè)流體高余壓回收水力透平發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及工業(yè)流體高余壓回收水力透平發(fā)電裝置，有效解決余壓利用水力透平的級數(shù)多、尺寸大、難于與發(fā)電機直聯(lián)的問題，其結(jié)構(gòu)是，多級水力透平上部的進(jìn)口段經(jīng)第一閥門與高壓液體管道連接，多級水力透平通過主軸與三相同步交流發(fā)電機直接相連，多級水力透平下部的出口尾水管與第二閥門相連通，第二閥門與低壓液體管道相連通，高壓液體管道的高壓端A與低壓液體管道的低壓側(cè)B之間裝有減壓管道機構(gòu)，控制器分別與第一閥門、第二閥門、減壓管道機構(gòu)的第三閥門、第四閥門相連，構(gòu)成閥門控制結(jié)構(gòu)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，新穎獨特，適用于脫碳、脫硫等工藝環(huán)節(jié)的高余壓流體條件，單級利用水力比能高、相對級數(shù)少，具有超低比轉(zhuǎn)速性能、可與發(fā)電機直聯(lián)。
【專利說明】工業(yè)流體高余壓回收水力透平發(fā)電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)流體高余壓回收發(fā)電領(lǐng)域，特別是包括多級超低比轉(zhuǎn)速水力透平、發(fā)電機和工業(yè)流體減壓安全保證機構(gòu)的一種工業(yè)流體高余壓回收水力透平發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油、化工生產(chǎn)的脫碳、脫硫工藝過程中，需要通過減壓閥把高壓流體變?yōu)榈蛪毫黧w，在減壓過程中，損失掉了大量的工業(yè)余壓，造成無謂的浪費?；っ撎肌⒚摿蚬に嚨挠鄩旱奶攸c是高余壓，其范圍在100-1500m水頭之間，一套化工生產(chǎn)線的余壓能量可達(dá)數(shù)百kff至數(shù)千kW。在提倡節(jié)能、低碳和環(huán)保的時代，回收工業(yè)余壓是減少產(chǎn)品能耗和碳排放、增加企業(yè)效益的有效之舉。目前，應(yīng)用于氣體余熱余壓的回收利用技術(shù)與專利已較多，但在液態(tài)流體高余壓回收方面還很匱乏。
[0003]目前已有的流體余壓回收技術(shù)主要是采用反轉(zhuǎn)水泵作為水力透平，或基于泵設(shè)計原理開發(fā)的余壓回收水力透平，這些技術(shù)主要存在兩個問題，其一是，以反轉(zhuǎn)泵作為透平運行，效率低下，穩(wěn)定性差；其二是，基于泵的設(shè)計原理開發(fā)的水力透平，在性能上與工業(yè)高余壓利用的技術(shù)條件不符合，造成水力透平尺寸大、級數(shù)多，或者其轉(zhuǎn)速過高，與發(fā)電機不匹配，需要采用減速機與發(fā)電機聯(lián)結(jié)，安裝使用不方便，因此，發(fā)電裝置上的改進(jìn)和創(chuàng)新勢在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種工業(yè)流體高余壓回收水力透平發(fā)電裝置，可有效解決余壓利用水力透平的級數(shù)多、尺寸大、難于與發(fā)電機直聯(lián)的問題。
[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，以超低比轉(zhuǎn)速的多級水力透平、高壓液體管道、閥門、三相同步交流發(fā)電機和控制器構(gòu)成，多級水力透平上部的進(jìn)口段經(jīng)第一閥門與高壓液體管道連接，多級水力透平通過主軸與三相同步交流發(fā)電機直接相連，多級水力透平下部的出口尾水管與第二閥門相連通，第二閥門與低壓液體管道相連通，高壓液體管道的高壓端A與低壓液體管道的低壓側(cè)B之間裝有減壓管道機構(gòu)，控制器分別與第一閥門、第二閥門、減壓管道機構(gòu)的第三閥門、第四閥門相連，構(gòu)成閥門控制結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單,新穎獨特,適用于脫碳、脫硫等工藝環(huán)節(jié)的高余壓流體條件,單級利用水力比能高、相對級數(shù)少，具有超低比轉(zhuǎn)速性能、可與發(fā)電機直聯(lián)，安裝使用方便，是發(fā)電設(shè)備上的創(chuàng)新。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明的剖面主視圖。
【具體實施方式】[0008]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作詳細(xì)說明。
[0009]由圖1所示，本發(fā)明以超低比轉(zhuǎn)速的多級水力透平、高壓液體管道、閥門、三相同步交流發(fā)電機和控制器構(gòu)成，多級水力透平5上部的進(jìn)口段3經(jīng)第一閥門2與高壓液體管道I連接，多級水力透平5通過主軸6與三相同步交流發(fā)電機4相連，高壓液體流經(jīng)多級水力透平5產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)機械能，多級水力透平5按超低比轉(zhuǎn)速設(shè)計，以直聯(lián)方式拖動三相同步交流發(fā)電機4發(fā)出三相交流電，多級水力透平5下部的出口尾水管7與第二閥門8相連通，第二閥門8與低壓液體管道9相連通，經(jīng)過多級水力透平5做功后的低壓液體通過水力透平的出口尾水管7，再經(jīng)過多級水力透平出口的第二閥門8進(jìn)入與第二閥門8相連通的低壓液體管道9內(nèi)，高壓液體管道I的高壓端A與低壓液體管道9的低壓側(cè)B之間裝有減壓管道機構(gòu)，控制器13分別與第一閥門2、第二閥門8、減壓管道機構(gòu)的第三閥門14、第四閥門11相連，構(gòu)成閥門控制結(jié)構(gòu)，當(dāng)多級水力透平構(gòu)成的發(fā)電機構(gòu)因故跳閘突然關(guān)閉時，閥門聯(lián)調(diào)的控制器13在逐漸打開減壓管路低壓側(cè)的第四閥門11和高壓側(cè)的第三閥門14的同時，逐漸關(guān)閉第一閥門2和第二閥門8，液體經(jīng)減壓閥12減壓后流到低壓管道去，既保證了脫硫或脫碳液體的不中斷，又保證了多級水力透平的安全控制，不受用于發(fā)電的多級水力透平停機的影響。
[0010]為了保證使用效果，所述的多級水力透平5是由多個按超低比轉(zhuǎn)速設(shè)計的單級水力透平依次串聯(lián)構(gòu)成多級水力透平組合結(jié)構(gòu)，每級超低水力透平均是由機殼、轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)葉構(gòu)成，轉(zhuǎn)輪5-3裝在主軸6上，機殼5-2的進(jìn)水口處內(nèi)裝有導(dǎo)葉5-1，轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉裝在機殼5-2內(nèi)的中心；所述的減壓管道機構(gòu)是由第三閥門14、減壓閥12、第四閥門11依次串聯(lián)在一起，第三閥門14的進(jìn)水口與高壓液體管道I的高壓端A相連，第四閥門11的出水口與低壓液體管道9的低壓側(cè)B相連構(gòu)成；所述的第一閥門2、第二閥門8、第三閥門14、第四閥門11均為結(jié)構(gòu)相同的電動閥門。
[0011]所述的高壓液體管道I上裝有高壓管道的壓力表15，用于監(jiān)視高壓液體管道的壓力，低壓液體管道9上裝有低壓管道的壓力表10，用于監(jiān)視低壓液體管道的壓力，并為閥門聯(lián)動的控制器提供信號。
[0012]所述的水力透平每個單級轉(zhuǎn)輪的超低比轉(zhuǎn)速為50-70m.kW。
[0013]所述的控制器13為市售的單片機控制器(CPU)，型號為80C51或MSP430。
[0014]由上述可以看出，本發(fā)明為多級水力透平按照超低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(如申請?zhí)枮?00910064891.6的冷卻塔風(fēng)機驅(qū)動專用超低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機轉(zhuǎn)輪)的方式設(shè)計，使單級轉(zhuǎn)輪具備100-200m可利用水頭的能力，同時，其轉(zhuǎn)速在1500-3000r/min之間，可以與三相同步發(fā)電機直聯(lián)。
[0015]為保障工業(yè)流體減壓系統(tǒng)的安全，本發(fā)明在原脫碳(或脫硫)減壓管路的基礎(chǔ)上增設(shè)一個余壓發(fā)電旁通管路，在旁通管路上裝置多級液力透平發(fā)電機組。在發(fā)電管路與原減壓管路上各安裝一套電動閥門，并在兩套管路間裝一個閥門聯(lián)調(diào)的控制器，以保障脫碳(或脫硫)減壓系統(tǒng)在任何情況下都能正常工作。其工作原理是，在發(fā)電狀態(tài)時，閥門聯(lián)調(diào)的控制器把高余壓的脫碳(或脫硫)液切換到發(fā)電旁通管路，驅(qū)動多級水力透平發(fā)電機組發(fā)電，并由水力透平實現(xiàn)減壓；在發(fā)電裝置因故停機時，閥門聯(lián)調(diào)控制器自動關(guān)閉發(fā)電管路的閥門，把脫碳(或脫硫)液切換到原減壓閥管路，用減壓閥實現(xiàn)減壓。
[0016]在系統(tǒng)發(fā)電狀態(tài)時，水力透平進(jìn)口段3經(jīng)進(jìn)口閥門2與高壓液體管道I連接，高壓液體流經(jīng)多級水力透平5產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)機械能。多級水力透平5按超低比轉(zhuǎn)速設(shè)計，與三相同步交流發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速相匹配，多級水力透平5通過主軸6直接驅(qū)動同步發(fā)電機4發(fā)出三相交流電。經(jīng)過多級水力透平5做功后的低壓液體通過水力透平尾水管7，再經(jīng)過多級水力透平的出口閥門8連接到低壓液體管道上。
[0017]本發(fā)明經(jīng)實際使用，效果非常好，見如下試驗1、2:
試驗1:
工業(yè)流體高余壓發(fā)電裝置針對某化工廠脫碳減壓系統(tǒng)，脫碳液為醋酸丙烯酯，系統(tǒng)為發(fā)電裝置提供的余壓為2.8MPa，提供的流量為880 m3/h (0.244m3/s)。采用2級水力透平對余壓進(jìn)行回收利用，單級水力透平的比轉(zhuǎn)速為65m.kW，單級轉(zhuǎn)輪利用的余壓為1.4MPa。水力透平的轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑D1為0.32m，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min。多級水力透平的總出力為570KW，直聯(lián)驅(qū)動出力為490kW三相同步交流發(fā)電機組進(jìn)行發(fā)電。發(fā)電裝置安裝時，高壓脫碳液通過直徑為400mm的管路與發(fā)電裝置的進(jìn)口連接，發(fā)電后的液體經(jīng)出口用直徑400mm的出水管再回到原減壓管路中。發(fā)電機組的出口電壓為三相交流400V，直接并入化工廠的400V系統(tǒng)中。機組退出系統(tǒng)時，閥門聯(lián)調(diào)控制器在關(guān)閉發(fā)電裝置進(jìn)口閥門的同時，打開減壓管路閥門，使減壓系統(tǒng)正常工作，不受機組停機的影響。
[0018]試驗2:
工業(yè)流體高余壓發(fā)電裝置針對某化工廠脫硫系統(tǒng)。系統(tǒng)為發(fā)電裝置提供的余壓為12.0MPa,提供的流量為360mVh (0.lm3/s)，采用6級水力透平對余壓進(jìn)行回收利用。單級水力透平的比轉(zhuǎn)速為50m.kW，利用的余壓為2.0MPa0水力透平的轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑D1為0.22m,額定轉(zhuǎn)速為3000r/min。多級水力透平的總出力為900KW，直聯(lián)驅(qū)動出力為765kW三相同步交流發(fā)電機組進(jìn)行發(fā)電。發(fā)電裝置安裝時，高壓液體通過直徑為200mm的管道與發(fā)電裝置的進(jìn)水口連接，發(fā)電后的液體經(jīng)出口用直徑200_的出水管再回到原減壓管路中。發(fā)電機組的出口電壓為三相交流400V，直接并入化工廠的400V系統(tǒng)中。機組退出系統(tǒng)時，閥門聯(lián)調(diào)控制器在關(guān)閉發(fā)電裝置進(jìn)口閥門的同時，打開減壓管道閥門，使減壓系統(tǒng)正常工作，不受機組停機的影響。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出的有益技術(shù)效果:
1、本發(fā)明的關(guān)鍵是多級水力透平按照超低比轉(zhuǎn)速設(shè)計，使單級水力透平具有較高的流體比能，單級轉(zhuǎn)輪的比轉(zhuǎn)速在5(T70m.kW之間，可利用10(T200m水頭。多級水力透平可以在較少級數(shù)的情況下實現(xiàn)對高余壓的回收利用，同時，其轉(zhuǎn)速保持在150(T3000r/minz之間，與常用的三相交流同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速相匹配，可以實現(xiàn)與發(fā)電機的無減速機直聯(lián)，提高了裝置效率及可靠性。
[0020]2、本發(fā)明的工業(yè)流體余壓發(fā)電裝置具有閥門聯(lián)調(diào)控制器，具有脫碳(或脫硫)系統(tǒng)安全保證功能。脫硫(或脫碳)是化工生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，決不能隨意中斷。本余壓發(fā)電設(shè)置了安全保障控制機構(gòu)，確保在發(fā)電機組突然關(guān)閉時，在關(guān)閉發(fā)電機組進(jìn)水閥的同時，打開原減壓管路閥門，減壓系統(tǒng)正常暢通，不受機組停機的影響。
[0021]本發(fā)明的有益效果是可廣泛應(yīng)用于各類流體高余壓的場合，回收無謂丟棄的能量，為企業(yè)增加效益，有良好的經(jīng)濟和社會效益。
【權(quán)利要求】
1.一種工業(yè)流體高余壓回收水力透平發(fā)電裝置，以超低比轉(zhuǎn)速的多級水力透平、高壓液體管道、閥門、三相同步交流發(fā)電機和控制器構(gòu)成，其特征在于，多級水力透平(5)上部的進(jìn)口段(3)經(jīng)第一閥門(2)與高壓液體管道(I)連接，多級水力透平(5)通過主軸(6)與三相同步交流發(fā)電機(4)相連，高壓液體流經(jīng)多級水力透平(5)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)機械能，多級水力透平(5)按超低比轉(zhuǎn)速設(shè)計，與三相同步交流發(fā)電機(4)的轉(zhuǎn)速相匹配，發(fā)出三相交流電，多級水力透平(5)下部的出口尾水管(7)與第二閥門(8)相連通，第二閥門(8)與低壓液體管道(9)相連通，經(jīng)過多級水力透平(5)做功后的低壓液體通過水力透平的出口尾水管(7)，再經(jīng)過多級水力透平出口的第二閥門(8)進(jìn)入與第二閥門(8)相連通的低壓液體管道(9)內(nèi)，高壓液體管道(I)的高壓端(A)與低壓液體管道(9)的低壓側(cè)(B)之間裝有減壓管道機構(gòu)，控制器(13)分別與第一閥門(2)、第二閥門(8)、減壓管道機構(gòu)的第三閥門(14)、第四閥門(11)相連，構(gòu)成閥門控制結(jié)構(gòu)，當(dāng)多級水力透平構(gòu)成的發(fā)電機構(gòu)因故跳閘突然關(guān)閉時，閥門聯(lián)調(diào)的控制器(13)在逐漸打開減壓管路低壓側(cè)的第四閥門(11)和高壓側(cè)的第三閥門(14)的同時，逐漸關(guān)閉第一閥門(2)和第二閥門(8)，液體經(jīng)減壓閥(12)減壓后流到低壓管道去，既保證了脫硫或脫碳液體的不中斷，又保證了多級水力透平的安全控制，不受用于發(fā)電的多級水力透平停機的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)流體高余壓回收水力透平發(fā)電裝置，其特征在于，所述的多級水力透平(5)是由多個按超低比轉(zhuǎn)速設(shè)計的單級水力透平依次串聯(lián)構(gòu)成多級水力透平組合結(jié)構(gòu)，每個超低比轉(zhuǎn)速設(shè)計的水力透平是由機殼、轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)葉構(gòu)成，多級轉(zhuǎn)輪(5-3)均裝在主軸(6 )上，機殼(5-2 )的進(jìn)水口處內(nèi)裝有導(dǎo)葉(5-1)，轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉裝在機殼(5-2 )內(nèi)的中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)流體高余壓回收水力透平發(fā)電裝置，其特征在于，所述的減壓管道機構(gòu)是由第三閥門(14)、減壓閥(12)、第四閥門(11)依次串聯(lián)在一起，第三閥門(14)的進(jìn)水口與高壓液體管道(I)的高壓端(A)相連，第四閥門(11)的出水口與低壓液體管道(9)的低壓側(cè)(B)相連構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)流體高余壓回收水力透平發(fā)電裝置，其特征在于，所述的第一閥門(2)、第二閥門(8)、第三閥門(14)、第四閥門(11)均為結(jié)構(gòu)相同的電動閥門。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)流體高余壓回收水力透平發(fā)電裝置，其特征在于，所述的高壓液體管道(I)上裝有高壓管道的壓力表(15)，用于監(jiān)視高壓液體管道的壓力，低壓液體管道(9)上裝有低壓管道的壓力表(10)，用于監(jiān)視低壓液體管道的壓力，并為閥門聯(lián)動的控制器提供信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)流體高余壓回收水力透平發(fā)電裝置，其特征在于，所述的水力透平每個單級轉(zhuǎn)輪的超低比轉(zhuǎn)速為50-70m.kW。
【文檔編號】F03B15/02GK103452734SQ201310411617
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】陳德新, 龐輝春, 戴健, 李延頻 申請人:河南新飛紀(jì)元科技有限公司