本实用新型涉及余热发电系统技术领域，特别涉及一种基于单级节能透平的非稳态饱和蒸汽发电系统。
背景技术：
工业生产过程中会产生大量的低品位蒸汽(低温、低压、污染的、不稳定的)，这些低品位蒸汽由于温度较低、参数不稳定、波动大导致回收困难，不少企业直接将其对空排放，造成了环境的污染，同时又造成了能源的浪费。
因此，现在可以通过这些蒸汽进行发电，但是在现有技术中，过热蒸汽发电技术采用常规蒸汽透平，饱和蒸汽在膨胀做功后，蒸汽湿度增加，若采用常规蒸汽透平，则会导致液击现象的发生，影响蒸汽透平效率、缩短叶片使用寿命。若采用机内再热除湿技术的饱和蒸汽透平，其结构复杂，成本高，机组系统复杂，给机组调速系统的调节带来一定的困难。
技术实现要素：
为了更好的利用低品位蒸汽进行发电，本实用新型提供了一种基于单级节能透平的非稳态饱和蒸汽发电系统。所述发电系统包括：蒸汽透平、凝汽器、除氧器、余热锅炉和蒸汽蓄热器；所述蒸汽透平采用单级悬臂式结构，所述蒸汽透的叶轮直接安装于所述蒸汽透平的齿轮箱一端的输入轴上；所述蒸汽透平的出口与所述凝汽器的进口相连接，所述凝汽器的出口与所述除氧器的进口相连接，所述除氧器的出口与所述余热锅炉的进口相连接，所述余热锅炉的出口与所述蒸汽蓄热器的进口相连接，所述蒸汽蓄热器的出口与所述蒸汽透平的进口相连接，形成一个闭合回路；所述蒸汽透平上还连接有发电机。
进一步地，所述蒸汽透平采用冲动式单级蒸汽透平。
进一步地，所述蒸汽透平的叶盘直径为300～330mm。
进一步地，所述蒸汽透平的转速为3000～12000转/分。
进一步地，所述除氧器与所述余热锅炉之间连接有给水泵。
进一步地，所述发电系统还包括plc调节系统和监控终端；所述蒸汽透平、所述凝汽器、所述除氧器、所述余热锅炉、所述蒸汽蓄热器、所述发电机、所述给水泵和所述监控终端均与所述plc调节系统通信连接。
进一步地，所述发电系统还配有安保系统，所述安保系统包括摄像头、温度感应器、报警器和火灾探测器，且均与所述plc调节系统通信连接。
本实用新型提供的技术方案的有益效果是：在本实用新型中，蒸汽透平采用单级悬臂式结构，叶轮直接安装于齿轮箱一端输入轴，叶轮可自由膨胀，饱和蒸汽膨胀做功后产生的凝结水直接通过回收装置排出蒸汽透平，从而不会存在液击问题，延长叶片的使用寿命。其次，本实用新型中还设置了蒸汽蓄热器，将非稳态的工况转化为稳态，从而使得热源适应性广，既适用于过热蒸汽，也适用于饱和蒸汽。另外，该发电系统通过plc调节系统控制，并且配有安保系统，工作人员可以通过监控终端远程操作和监控该发电系统，在降低工作人员劳动强度的同时，也加大了安全性。
附图说明
图1是本实用新型提供的一种基于单级节能透平的非稳态饱和蒸汽发电系统的结构图；
图2是一种plc调节系统的控制原理图。
附图标记：1-蒸汽透平；2-凝汽器；3-除氧器；4-余热锅炉；5-蒸汽蓄热器；6-发电机；7-给水泵。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上，或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义，本实用新型所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例目的，不是旨在于限定本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1是本实用新型提供的一种基于单级节能透平的非稳态饱和蒸汽发电系统的结构图，图2是一种plc调节系统的控制原理图。参见图1-2，该发电系统包括：蒸汽透平1、凝汽器2、除氧器3、余热锅炉4和蒸汽蓄热器5；蒸汽透平1采用单级悬臂式结构，蒸汽透平1的叶轮直接安装于蒸汽透平1的齿轮箱一端的输入轴上；蒸汽透平1的出口与凝汽器2的进口相连接，凝汽器2的出口与除氧器3的进口相连接，除氧器3的出口与余热锅炉4的进口相连接，余热锅炉4的出口与蒸汽蓄热器5的进口相连接，蒸汽蓄热器5的出口与蒸汽透平1的进口相连接，形成一个闭合回路；蒸汽透平1还连接有发电机6。
其中，蒸汽透平1用于将蒸汽的热能直接转换成转动的机械能，驱动发电机6进行发电，以达到将热能转换成电能的目的；凝气器2用于将蒸汽透平1排汽冷凝成水；除氧器3用于除去溶解于水的氧及其它气体，防止设备的腐蚀；余热锅炉4用于加热水；蒸汽蓄热器5用于蒸汽的集中回收和高效蓄能，从而可以充分利用非稳态的余热资源。
需要说明的是，现有技术中，过热蒸汽发电技术采用常规蒸汽透平，饱和蒸汽在膨胀做功后，蒸汽湿度增加，常规蒸汽透平适应蒸汽含湿量最高在11％左右，超过11％会损坏汽机的叶片，所以蒸汽透平基本上采取背压式，只能利用蒸汽的部分能量，造成浪费。
因此，在本实用新型中，蒸汽透平1采用单级悬臂式结构，叶轮直接安装于齿轮箱一端输入轴，叶轮可自由膨胀，饱和蒸汽膨胀做功后产生的凝结水直接通过回收装置排出蒸汽透平1，不存在对后级叶片的液击问题。其次，采用蒸汽透平1结合蒸汽蓄热器5稳流技术，蒸汽集中回收和高效蓄能，可充分利用非稳态的余热资源。
进一步地，蒸汽透平1采用冲动式单级蒸汽透平。需要说明的是，冲动式蒸汽透平是将蒸汽热能转变成动能的过程，仅在喷嘴中进行，而工作叶片只是把蒸汽的动能转换成机械能，即蒸汽在喷嘴中膨胀，速度增大，温度压力降低，而在叶片中仅将其动能部分转变为机械能(汽体流速降低)，而由于叶片沿流动方向的间槽道截面不变，因而蒸汽不再膨胀，压力也不再降低。单级蒸汽透平是只有一个透平级的蒸汽透平。蒸汽透平1采用冲动式冲动式单级蒸汽透平，轴向推力非常小，适应工况频繁宽幅波动。
进一步地，蒸汽透平1的叶盘直径为300～330mm。
进一步地，蒸汽透平1的转速为3000～12000转/分。需要说明的是，将蒸汽透平1使用小尺寸的叶盘，直径为300～330mm，蒸汽透平1的转速为3000～12000转/分，可根据用户热源参数定制，从而使得效率比常规蒸汽透平高15～30％。
进一步地，除氧器3与余热锅炉4之间连接有给水泵7。需要说明的是，除氧器3将除氧后水输送至给水泵7，给水泵7提高压力，将水输送至余热锅炉4。
进一步地，该发电系统还包括plc调节系统和监控终端。蒸汽透平1、凝汽器2、除氧器3、余热锅炉4、蒸汽蓄热器5、发电机6、给水泵7和监控终端均与plc调节系统通信连接。
需要说明的是，plc调节系统为可编程逻辑控制器，将蒸汽透平1、凝汽器2、除氧器3、余热锅炉4、蒸汽蓄热器5、发电机6和给水泵7均与plc调节系统通信连接，并将plc调节系统与工作人员的监控终端通信连接。监控终端可以为手机、电脑等，并且监控终端上可以显示有各个组件的控制控件，工作人员可以通过监控终端来控制各个组件进行工作，例如，如果工作人员需要打开凝汽器2，工作人员可以点击监控终端上凝汽器2的打开控件，监控终端会发送第一工作信号至plc调节系统，plc调节系统接收到第一工作信号后发送第二工作信号至凝汽器2，凝汽器2接收到第二工作信号后开启。工作人员可以通过监控终端远程控制该发电系统工作，从而降低工作人员的劳动强度。
进一步地，该发电系统还配有安保系统，安保系统包括摄像头、温度感应器、报警器和火灾探测器，且均与plc调节系统通信连接。
需要说明的是，该安保系统可以包括：摄像头、温度感应器、报警器和火灾探测器等，在实际工作中，还可以包括有其他可以监测该发电系统工作的组件。可以在蒸汽透平1、凝汽器2、除氧器3、余热锅炉4、蒸汽蓄热器5、发电机6和给水泵7上均连接温度感应器，并且在plc调节系统中储存好各个组件与各自连接的温度感应器之间的对应关系，各个温湿度感应器实时监控与其对应的组件的温度，然后通过plc调节系统发送至监控终端，工作人员可以通过监控终端得到各个组件的温度，如果某个组件的温度有异常，可以及时查看处理。
另外，在该发电系统的外界设置摄像头、报警器和火灾探测器，摄像头、报警器和火灾探测器也与plc调节系统通信连接，摄像头对该发电系统进行实时拍摄，火灾探测器对该系统是否有火灾进行实时监测，如果有异常情况，报警器进行报警；工作人员可以通过监控终端查看摄像头拍摄的现场情况。如果火灾探测器监测到发生火灾，会通过plc调节系统发送报警信息至监控终端，并同时通过plc调节系统启动报警器，提醒工作人员及时处理。
本实用新型的完整工作流程可以为：工作人员使用监控终端通过plc调节系统开启该发电系统，该发电系统将各工序非稳态蒸汽汇集到蒸汽蓄能器5，通过蒸汽蓄能器5变成稳定的饱和蒸汽，稳态饱和蒸汽进入蒸汽透平1做功驱动发电机6发电，稳态饱和蒸汽做工后，乏汽进入凝汽器2，在其内凝结为水，然后进入除氧器3除氧，除氧后的水通过给水泵7进入余热锅炉4，开始下一个循环。在该发电系统工作时，工作人员可以通过监控终端实时监控该发电系统的工作环境。
值得说明的是，在本实用新型中，蒸汽透平采用单级悬臂式结构，叶轮直接安装于齿轮箱一端输入轴，叶轮可自由膨胀，饱和蒸汽膨胀做功后产生的凝结水直接通过回收装置排出蒸汽透平，从而不会存在液击问题，延长叶片的使用寿命。其次，本实用新型中还设置了蒸汽蓄热器，将非稳态的工况转化为稳态，从而使得热源适应性广，既适用于过热蒸汽，也适用于饱和蒸汽。另外，该发电系统通过plc调节系统控制，并且配有安保系统，工作人员可以通过监控终端远程操作和监控该发电系统，在降低工作人员劳动强度的同时，也加大了安全性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种基于单级节能透平的非稳态饱和蒸汽发电系统，其特征在于，所述发电系统包括：蒸汽透平(1)、凝汽器(2)、除氧器(3)、余热锅炉(4)和蒸汽蓄热器(5)；
所述蒸汽透平(1)采用单级悬臂式结构，所述蒸汽透平(1)的叶轮直接安装于所述蒸汽透平(1)的齿轮箱一端的输入轴上；所述蒸汽透平(1)的出口与所述凝汽器(2)的进口相连接，所述凝汽器(2)的出口与所述除氧器(3)的进口相连接，所述除氧器(3)的出口与所述余热锅炉(4)的进口相连接，所述余热锅炉(4)的出口与所述蒸汽蓄热器(5)的进口相连接，所述蒸汽蓄热器(5)的出口与所述蒸汽透平(1)的进口相连接，形成一个闭合回路；所述蒸汽透平(1)上还连接有发电机(6)。
2.根据权利要求1所述的一种基于单级节能透平的非稳态饱和蒸汽发电系统，其特征在于，所述蒸汽透平(1)采用冲动式单级蒸汽透平。
3.根据权利要求1所述的一种基于单级节能透平的非稳态饱和蒸汽发电系统，其特征在于，所述蒸汽透平(1)的叶盘直径为300～330mm。
4.根据权利要求3所述的一种基于单级节能透平的非稳态饱和蒸汽发电系统，其特征在于，所述蒸汽透平(1)的转速为3000～12000转/分。
5.根据权利要求1所述的一种基于单级节能透平的非稳态饱和蒸汽发电系统，其特征在于，所述除氧器(3)与所述余热锅炉(4)之间连接有给水泵(7)。
6.根据权利要求5所述的一种基于单级节能透平的非稳态饱和蒸汽发电系统，其特征在于，所述发电系统还包括plc调节系统和监控终端；所述蒸汽透平(1)、所述凝汽器(2)、所述除氧器(3)、所述余热锅炉(4)、所述蒸汽蓄热器(5)、所述发电机(6)、所述给水泵(7)和所述监控终端均与所述plc调节系统通信连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于单级节能透平的非稳态饱和蒸汽发电系统，其特征在于，所述发电系统还配有安保系统，所述安保系统包括摄像头、温度感应器、报警器和火灾探测器，且均与所述plc调节系统通信连接。
技术总结