工業(yè)流體高余壓回收水力透平發(fā)電裝置制造方法
【專(zhuān)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(jí)數(shù)多、尺寸大、難于與發(fā)電機(jī)直聯(lián)的問(wèn)題,其結(jié)構(gòu)是,多級(jí)水力透平上部的進(jìn)口段經(jīng)第一閥門(mén)與高壓液體管道連接,多級(jí)水力透平通過(guò)主軸與三相同步交流發(fā)電機(jī)直接相連,多級(jí)水力透平下部的出口尾水管與第二閥門(mén)相連通,第二閥門(mén)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(jī)構(gòu),控制器分別與第一閥門(mén)、第二閥門(mén)、減壓管道機(jī)構(gòu)的第三閥門(mén)、第四閥門(mén)相連,構(gòu)成閥門(mén)控制結(jié)構(gòu),本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,新穎獨(dú)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(jí)利用水力比能高、相對(duì)級(jí)數(shù)少,具有超低比轉(zhuǎn)速性能、可與發(fā)電機(jī)直聯(lián)。
【專(zhuān)利說(shuō)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(jí)超低比轉(zhuǎn)速水力透平、發(fā)電機(jī)和工業(yè)流體減壓安全保證機(jī)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(guò)程中,需要通過(guò)減壓閥把高壓流體變?yōu)榈蛪毫黧w,在減壓過(guò)程中,損失掉了大量的工業(yè)余壓,造成無(wú)謂的浪費(fèi)。化工脫碳、脫硫工藝的余壓的特點(diǎn)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(shí)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(zhuān)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(jì)原理開(kāi)發(fā)的余壓回收水力透平,這些技術(shù)主要存在兩個(gè)問(wèn)題,其一是,以反轉(zhuǎn)泵作為透平運(yùn)行,效率低下,穩(wěn)定性差;其二是,基于泵的設(shè)計(jì)原理開(kāi)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(jí)數(shù)多,或者其轉(zhuǎn)速過(guò)高,與發(fā)電機(jī)不匹配,需要采用減速機(jī)與發(fā)電機(jī)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(shì)在必行。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對(duì)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(jí)數(shù)多、尺寸大、難于與發(fā)電機(jī)直聯(lián)的問(wèn)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(jí)水力透平、高壓液體管道、閥門(mén)、三相同步交流發(fā)電機(jī)和控制器構(gòu)成,多級(jí)水力透平上部的進(jìn)口段經(jīng)第一閥門(mén)與高壓液體管道連接,多級(jí)水力透平通過(guò)主軸與三相同步交流發(fā)電機(jī)直接相連,多級(jí)水力透平下部的出口尾水管與第二閥門(mén)相連通,第二閥門(mén)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(jī)構(gòu),控制器分別與第一閥門(mén)、第二閥門(mén)、減壓管道機(jī)構(gòu)的第三閥門(mén)、第四閥門(mén)相連,構(gòu)成閥門(mén)控制結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,新穎獨(dú)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(jí)利用水力比能高、相對(duì)級(jí)數(shù)少,具有超低比轉(zhuǎn)速性能、可與發(fā)電機(jī)直聯(lián),安裝使用方便,是發(fā)電設(shè)備上的創(chuàng)新。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為本發(fā)明的剖面主視圖。
【具體實(shí)施方式】[0008]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說(shuō)明。
[0009]由圖1所示,本發(fā)明以超低比轉(zhuǎn)速的多級(jí)水力透平、高壓液體管道、閥門(mén)、三相同步交流發(fā)電機(jī)和控制器構(gòu)成,多級(jí)水力透平5上部的進(jìn)口段3經(jīng)第一閥門(mén)2與高壓液體管道I連接,多級(jí)水力透平5通過(guò)主軸6與三相同步交流發(fā)電機(jī)4相連,高壓液體流經(jīng)多級(jí)水力透平5產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)機(jī)械能,多級(jí)水力透平5按超低比轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì),以直聯(lián)方式拖動(dòng)三相同步交流發(fā)電機(jī)4發(fā)出三相交流電,多級(jí)水力透平5下部的出口尾水管7與第二閥門(mén)8相連通,第二閥門(mén)8與低壓液體管道9相連通,經(jīng)過(guò)多級(jí)水力透平5做功后的低壓液體通過(guò)水力透平的出口尾水管7,再經(jīng)過(guò)多級(jí)水力透平出口的第二閥門(mén)8進(jìn)入與第二閥門(mén)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(jī)構(gòu),控制器13分別與第一閥門(mén)2、第二閥門(mén)8、減壓管道機(jī)構(gòu)的第三閥門(mén)14、第四閥門(mén)11相連,構(gòu)成閥門(mén)控制結(jié)構(gòu),當(dāng)多級(jí)水力透平構(gòu)成的發(fā)電機(jī)構(gòu)因故跳閘突然關(guān)閉時(shí),閥門(mén)聯(lián)調(diào)的控制器13在逐漸打開(kāi)減壓管路低壓側(cè)的第四閥門(mén)11和高壓側(cè)的第三閥門(mén)14的同時(shí),逐漸關(guān)閉第一閥門(mén)2和第二閥門(mén)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(jí)水力透平的安全控制,不受用于發(fā)電的多級(jí)水力透平停機(jī)的影響。
[0010]為了保證使用效果,所述的多級(jí)水力透平5是由多個(gè)按超低比轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)的單級(jí)水力透平依次串聯(lián)構(gòu)成多級(jí)水力透平組合結(jié)構(gòu),每級(jí)超低水力透平均是由機(jī)殼、轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)葉構(gòu)成,轉(zhuǎn)輪5-3裝在主軸6上,機(jī)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(jī)殼5-2內(nèi)的中心;所述的減壓管道機(jī)構(gòu)是由第三閥門(mén)14、減壓閥12、第四閥門(mén)11依次串聯(lián)在一起,第三閥門(mén)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(mén)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(mén)2、第二閥門(mén)8、第三閥門(mén)14、第四閥門(mén)11均為結(jié)構(gòu)相同的電動(dòng)閥門(mén)。
[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(mén)聯(lián)動(dòng)的控制器提供信號(hào)。
[0012]所述的水力透平每個(gè)單級(jí)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(jī)控制器(CPU),型號(hào)為80C51或MSP430。
[0014]由上述可以看出,本發(fā)明為多級(jí)水力透平按照超低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)(如申請(qǐng)?zhí)枮?00910064891.6的冷卻塔風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)專(zhuān)用超低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪)的方式設(shè)計(jì),使單級(jí)轉(zhuǎn)輪具備100-200m可利用水頭的能力,同時(shí),其轉(zhuǎn)速在1500-3000r/min之間,可以與三相同步發(fā)電機(jī)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(gè)余壓發(fā)電旁通管路,在旁通管路上裝置多級(jí)液力透平發(fā)電機(jī)組。在發(fā)電管路與原減壓管路上各安裝一套電動(dòng)閥門(mén),并在兩套管路間裝一個(gè)閥門(mén)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(shí),閥門(mén)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(dòng)多級(jí)水力透平發(fā)電機(jī)組發(fā)電,并由水力透平實(shí)現(xiàn)減壓;在發(fā)電裝置因故停機(jī)時(shí),閥門(mén)聯(lián)調(diào)控制器自動(dòng)關(guān)閉發(fā)電管路的閥門(mén),把脫碳(或脫硫)液切換到原減壓閥管路,用減壓閥實(shí)現(xiàn)減壓。
[0016]在系統(tǒng)發(fā)電狀態(tài)時(shí),水力透平進(jìn)口段3經(jīng)進(jìn)口閥門(mén)2與高壓液體管道I連接,高壓液體流經(jīng)多級(jí)水力透平5產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。多級(jí)水力透平5按超低比轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì),與三相同步交流發(fā)電機(jī)4的轉(zhuǎn)速相匹配,多級(jí)水力透平5通過(guò)主軸6直接驅(qū)動(dòng)同步發(fā)電機(jī)4發(fā)出三相交流電。經(jīng)過(guò)多級(jí)水力透平5做功后的低壓液體通過(guò)水力透平尾水管7,再經(jīng)過(guò)多級(jí)水力透平的出口閥門(mén)8連接到低壓液體管道上。
[0017]本發(fā)明經(jīng)實(shí)際使用,效果非常好,見(jiàn)如下試驗(yàn)1、2:
試驗(yàn)1:
工業(yè)流體高余壓發(fā)電裝置針對(duì)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(jí)水力透平對(duì)余壓進(jìn)行回收利用,單級(jí)水力透平的比轉(zhuǎn)速為65m.kW,單級(jí)轉(zhuǎn)輪利用的余壓為1.4MPa。水力透平的轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱(chēng)直徑D1為0.32m,額定轉(zhuǎn)速為1500r/min。多級(jí)水力透平的總出力為570KW,直聯(lián)驅(qū)動(dòng)出力為490kW三相同步交流發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。發(fā)電裝置安裝時(shí),高壓脫碳液通過(guò)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(jī)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(jī)組退出系統(tǒng)時(shí),閥門(mén)聯(lián)調(diào)控制器在關(guān)閉發(fā)電裝置進(jìn)口閥門(mén)的同時(shí),打開(kāi)減壓管路閥門(mén),使減壓系統(tǒng)正常工作,不受機(jī)組停機(jī)的影響。
[0018]試驗(yàn)2:
工業(yè)流體高余壓發(fā)電裝置針對(duì)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(jí)水力透平對(duì)余壓進(jìn)行回收利用。單級(jí)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(chēng)直徑D1為0.22m,額定轉(zhuǎn)速為3000r/min。多級(jí)水力透平的總出力為900KW,直聯(lián)驅(qū)動(dòng)出力為765kW三相同步交流發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。發(fā)電裝置安裝時(shí),高壓液體通過(guò)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(jī)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(jī)組退出系統(tǒng)時(shí),閥門(mén)聯(lián)調(diào)控制器在關(guān)閉發(fā)電裝置進(jìn)口閥門(mén)的同時(shí),打開(kāi)減壓管道閥門(mén),使減壓系統(tǒng)正常工作,不受機(jī)組停機(jī)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(jí)水力透平按照超低比轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì),使單級(jí)水力透平具有較高的流體比能,單級(jí)轉(zhuǎn)輪的比轉(zhuǎn)速在5(T70m.kW之間,可利用10(T200m水頭。多級(jí)水力透平可以在較少級(jí)數(shù)的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)高余壓的回收利用,同時(shí),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(jī)的轉(zhuǎn)速相匹配,可以實(shí)現(xiàn)與發(fā)電機(jī)的無(wú)減速機(jī)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(mén)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(jī)構(gòu),確保在發(fā)電機(jī)組突然關(guān)閉時(shí),在關(guān)閉發(fā)電機(jī)組進(jìn)水閥的同時(shí),打開(kāi)原減壓管路閥門(mén),減壓系統(tǒng)正常暢通,不受機(jī)組停機(jī)的影響。
[0021]本發(fā)明的有益效果是可廣泛應(yīng)用于各類(lèi)流體高余壓的場(chǎng)合,回收無(wú)謂丟棄的能量,為企業(yè)增加效益,有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(jí)水力透平、高壓液體管道、閥門(mén)、三相同步交流發(fā)電機(jī)和控制器構(gòu)成,其特征在于,多級(jí)水力透平(5)上部的進(jìn)口段(3)經(jīng)第一閥門(mén)(2)與高壓液體管道(I)連接,多級(jí)水力透平(5)通過(guò)主軸(6)與三相同步交流發(fā)電機(jī)(4)相連,高壓液體流經(jīng)多級(jí)水力透平(5)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)機(jī)械能,多級(jí)水力透平(5)按超低比轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì),與三相同步交流發(fā)電機(jī)(4)的轉(zhuǎn)速相匹配,發(fā)出三相交流電,多級(jí)水力透平(5)下部的出口尾水管(7)與第二閥門(mén)(8)相連通,第二閥門(mén)(8)與低壓液體管道(9)相連通,經(jīng)過(guò)多級(jí)水力透平(5)做功后的低壓液體通過(guò)水力透平的出口尾水管(7),再經(jīng)過(guò)多級(jí)水力透平出口的第二閥門(mén)(8)進(jìn)入與第二閥門(mén)(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(jī)構(gòu),控制器(13)分別與第一閥門(mén)(2)、第二閥門(mén)(8)、減壓管道機(jī)構(gòu)的第三閥門(mén)(14)、第四閥門(mén)(11)相連,構(gòu)成閥門(mén)控制結(jié)構(gòu),當(dāng)多級(jí)水力透平構(gòu)成的發(fā)電機(jī)構(gòu)因故跳閘突然關(guān)閉時(shí),閥門(mén)聯(lián)調(diào)的控制器(13)在逐漸打開(kāi)減壓管路低壓側(cè)的第四閥門(mén)(11)和高壓側(cè)的第三閥門(mén)(14)的同時(shí),逐漸關(guān)閉第一閥門(mén)(2)和第二閥門(mén)(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(jí)水力透平的安全控制,不受用于發(fā)電的多級(jí)水力透平停機(jī)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(jí)水力透平(5)是由多個(gè)按超低比轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)的單級(jí)水力透平依次串聯(lián)構(gòu)成多級(jí)水力透平組合結(jié)構(gòu),每個(gè)超低比轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)的水力透平是由機(jī)殼、轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)葉構(gòu)成,多級(jí)轉(zhuǎn)輪(5-3)均裝在主軸(6 )上,機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)是由第三閥門(mén)(14)、減壓閥(12)、第四閥門(mén)(11)依次串聯(lián)在一起,第三閥門(mén)(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(mén)(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(mén)(2)、第二閥門(mén)(8)、第三閥門(mén)(14)、第四閥門(mén)(11)均為結(jié)構(gòu)相同的電動(dòng)閥門(mén)。
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(mén)聯(lián)動(dòng)的控制器提供信號(hào)。
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(gè)單級(jí)轉(zhuǎn)輪的超低比轉(zhuǎn)速為50-70m.kW。
【文檔編號(hào)】F03B15/02GK103452734SQ201310411617
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)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(qǐng)人:河南新飛紀(jì)元科技有限公司