背压式汽轮机：工作原理、结构与应用
背压式汽轮机：工作原理、结构与应用
背压式汽轮机是一种常见的热能转换设备，通过将高温高压的蒸汽能量转化为机械能来驱动发电机发电。它在工业和发电领域有着广泛的应用。本文将详细介绍背压式汽轮机的工作原理、结构组成、参数设计、操作规程等内容。
背压式汽轮机工艺流程
背压式汽轮机是一种常用的发电设备，它通过压缩空气、燃烧燃料来产生高温高压蒸汽，然后利用这些蒸汽驱动汽轮机转动，最终发电。
燃料和空气混合：通常采用煤、天然气等作为燃料，通过燃烧产生高温高压的燃气，然后将燃气送入锅炉。
锅炉发生蒸汽：锅炉将燃气通过管道送入水中，使水受热变成蒸汽。燃气通过管道密封的受热面，使水得以受热变成蒸汽，这些蒸汽被送入汽轮机中以产生动力。
汽轮机转动发电：当高温高压的蒸汽进入汽轮机时，它会使汽轮机的叶片转动，通过叶片的转动来带动发电机转动，最终产生电能。
背压式发电：背压式汽轮机的一个特点就是在发电的同时能够利用蒸汽的余热，使其用来进行加热和化工生产，从而实现资源的综合利用。
背压式汽轮机工作原理
背压式汽轮机的工作原理相对复杂，主要包括以下几个步骤：
蒸汽进入汽轮机：锅炉产生的高温高压蒸汽经过调节后进入汽轮机的高压缸。
蒸汽通过叶片的膨胀过程：蒸汽进入高压缸后，会通过叶片的膨胀过程，叶片上的能量将蒸汽转化为机械能。这个过程中，蒸汽的温度和压力会逐渐降低，同时叶片上的速度也会增加。
蒸汽进入中压缸和低压缸：经过高压缸的膨胀过程后，蒸汽会进入中压缸和低压缸，继续进行膨胀过程。这个过程中，转子的转速会逐渐增加，从而使蒸汽的膨胀过程更加充分。
蒸汽排出：在经过中压缸和低压缸的膨胀过程后，蒸汽的能量已大部分转化为机械能，同时温度和压力也降低到相对较低的水平。蒸汽会从低压缸排出，进入冷凝器进行冷却，然后再次进入锅炉循环使用。
背压式汽轮机结构
背压式汽轮机的结构与其他蒸汽轮机相似，主要包括以下几个部分：
- 进汽口：蒸汽由此进入汽轮机
- 背压机构：用于调节蒸汽流量和压力
- 喷嘴室或静叶室：将蒸汽热能转化为动能
- 转子和叶片：推动汽轮机旋转
- 排汽口：排出压力较低的蒸汽
背压式汽轮机具有以下优点：
- 高效：可以在较高的蒸汽压力下工作，将压力能转化为机械能
- 可靠性：结构相对简单，维护和故障排查相对容易
- 灵活：可以适应不同的蒸汽流量和压力条件
- 寿命长：由于蒸汽流量和压力较低，转子和叶片的磨损较小
背压式汽轮发电机组参数
背压式汽轮发电机组的参数设计是保证其高效稳定运行的关键。主要参数包括：
- 蒸汽参数：蒸汽的温度、压力和湿度等参数
- 背压参数：汽轮机排汽端的压力
- 发电机参数：额定功率、额定电压、额定频率、功率因数等
- 热力参数：燃料消耗率、热效率等
典型参数示例：
- 蒸汽参数：蒸汽温度540℃，蒸汽压力13.5 MPa，蒸汽湿度0.9
- 背压参数：背压0.2 MPa
- 发电机参数：额定功率50 MW，额定电压10 kV，额定频率50 Hz，功率因数0.8
- 热力参数：燃料消耗率0.35 kg/kWh，热效率40%
背压式汽轮机操作规程
为了确保安全和高效地运行，操作规程起着至关重要的作用。以下是背压式汽轮机操作规程的一般内容：
熟悉设备：操作人员应该对背压式汽轮机的结构、原理和主要部件进行充分了解。
安全操作：操作人员应遵守相关安全操作规程，包括穿戴好安全装备、熟悉紧急停机程序、遵守设备运行限制等。
运行参数：操作人员应了解背压式汽轮机的运行参数，包括排气压力、进出口温度、转速等，及时调整控制系统以保持在安全范围内。
检查设备：在运行前、运行中和运行后，操作人员应该对设备进行检查，确保设备的安全和正常运行。
故障处理：发现设备故障或异常情况时，操作人员应该及时采取措施，保证设备安全运行。
背压式汽轮机与其他类型汽轮机的比较
汽轮机按热力特性可分为凝汽式、背压式、抽汽式等类型。其中：
- 凝汽式汽轮机：排出的蒸汽流入凝汽器，排汽压力低于大气压力，具有良好的热力性能。
- 背压式汽轮机：排汽压力大于大气压力，末级背压普遍在10kPa左右。
- 抽汽式汽轮机：能从中间级抽出蒸汽供热。
单纯从发电来说，凝汽式的优点是很明显的。不过，背压式末级出来的蒸汽往往都被用在了有用的场合，而凝汽式出来的蒸汽余热都被冷却水换热浪费，所以，背压式的热能利用率反而更高。
按工作原理可分为冲动式、反动式、冲动反动联合式等。按新蒸汽压力可分为低压、中压、高压等。
背压式汽轮机应用场景
背压式汽轮机的主要特点是设计工况下的经济性好，节能效果明显。它的结构简单，投资省，运行可靠。主要缺点是发电量取决于供热量，不能独立调节来同时满足热用户和电用户的需要。因此，背压式汽轮机多用于热负荷全年稳定的企业自备电厂或有稳定的基本热负荷的区域性热电厂。