[发明专利]一种基于高效径向透平的分布式余压发电系统及工作方法

说明书

本发明涉及一种基于高效径向透平的分布式余压发电系统及工作方法，属于分布式余压发电技术领域。此系统包括透平膨胀机、发电机和变频器等，本发明中蒸汽由进气管路进入蜗壳，经喷嘴环叶片通道进入工作叶轮，膨胀做功使叶轮旋转从而输出机械功，带动转子旋转而切割磁感线产生电能，然后乏汽经扩压室排出。本发明采用径向透平可以减小高温气流对透平膨胀机的冲击，适应较大蒸汽流量，提高系统的发电量；采用静压气浮轴承，轴承摩擦系数小，转速可高于30000rpm，远高于一般的透平设备；采用高速大功率永磁发电机，取消齿轮箱设计，无需润滑油，辅以变频技术可灵活满足用户电力需求。

技术领域

本发明属于分布式余压发电技术领域，主要在能量参数不匹配的余压利用方面应用。

背景技术

能源作为人类社会发展的原动力和物质基础的保障，是社会发展和技术进步不可或缺的基本条件，是人类生存和发展的重要物质基础。目前，在全世界范围内，对于能源的依赖有目共睹，并日益加剧。我国能源生产量和消费量均已居世界前列，但在能源利用方式上尚存一系列突出问题：能源结构不合理、能源利用率不高、可再生能源开发利用比例低。要求我们着力提高能源开发、转化和利用的效率，推动能源生产和利用方式的变革，加速我国低碳环保，资源节约型社会的建立。近年来，积极循环再利用二次能源已经成为降低能耗、节约能源、降低成本的有效措施。对余压余热的回收利用，则是其中行之有效的重要手段之一。

余压发电技术主要利用天然气或水蒸气在降压降温过程中的压差能量及热能驱动透平膨胀机做功，将其转化为机械能，并由其驱动发电机发电从而实现能量的转换并输出电能。该技术不仅能够做到节能、提高资源利用率，而且对环境不造成任何形式的污染。目前，国内对余压发电的应用较多的领域是在冶金业里的高炉煤气中，通过高炉煤气发电装置（TRT）将冶炼炉中所产生的高温气体携带的能量进行回收利用。

在目前技术条件下的工业级生产当中，常常面对供用双方参数不匹配的情况，此前常见的解决方法是通过减温减压阀，将供方的参数降低至用户端所需的参数，如申请号为201110454265.5的中国专利。虽然使用减温减压阀可以解决供用双方参数不匹配的问题，但是却使得所供蒸汽的㶲下降，白白浪费了蒸汽做功能力，而从能源利用角度看这种现象造成了可避免的不必要的浪费。

发明内容

针对使用减温减压阀带来的蒸汽品质下降的问题，本发明提出了高效无油运行径向透平发电系统，回收损失的能量发电可供给用户使用，以提高系统运行的经济性。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于高效径向透平的分布式余压发电系统，包括高蒸汽压力用户侧和低蒸汽压力用户侧，其特征在于，所述高蒸汽压力用户侧连接有蒸汽管道，且在蒸汽管道上安装有一号电动压力调节阀、疏水阀和流量计；所述蒸汽管道经主路管道与透平膨胀机的进气口连接，且在主路管道上安装有一号电动截止阀和电动流量调节阀，所述透平膨胀机的出气口与低蒸汽压力用户侧连接，在透平膨胀机的出口管路上安装有二号电动压力调节阀和背压阀；所述蒸汽管道经急停旁路管道连接至低蒸汽压力用户侧，且在急停旁路管道上安装有二号电动截止阀；所述透平膨胀机、发电机、变频器依次连接。

进一步而言，所述发电机为永磁发电机。

进一步而言，所述透平膨胀机的出口管路与急停旁路管道汇合并连接至低蒸汽压力用户侧，且在透平膨胀机的出口管路上安装有止回阀，用于防止急停旁路管道内蒸汽倒流入透平膨胀机的出口。

工作原理：当气体具有一定的压力和温度时，就具有由压力而体现的势能和由温度所体现的动能，这两种能量总称为内能。透平膨胀机主要的作用是利用气体在其内部进行绝热膨胀而消耗气体本身的内能，从而实现对外做功。