能量回收用水力透平及结构形式

水力透平的应用领域

1}沿高山下行的输水管道。

2)从高压管道向低压储罐中排放液体。

3)高Jl地热Ix、地层内压力一般大于70MPa，地表压力4一]4 MPa范周内。

具体用例:

(1)在加氢裂化流程中.进料罐压力为100~140 MPa。从反应塔流出的流体压力仍很高，安装水力透平能回收一大部分能量。

(2）在气体上艺流程中，为去掉多余的成分，用高压碳酸钾溶液或氨水来洗涤原料气体，为循环使用碳酸钾溶液或氨水，必须降低压力，故可安装能量回收水力透平。

(3)在工业领域的很多装置中，如合成氨装置，CO2 , SO2的脱变装置，炼厂的减压装置等。都有剩余的能量(水头和流量)i可回收利用。其参数大致为:

流里370~900 m3/h;水头100~260 m;功率121~478 kW

(4)在反渗透海水淡化系统中，反渗透膜的工作压力为5.8~8.0 MPa，排放的浓盐水的压力为5. 0~6. 0 MPa.如按照通常40%的回收汁算.是有巨大的回收价值的。

目前，这部分能量回收有三种方法:

①水力透平，高压流体通过透平机械转变为旋转的机械能，再对流体加压。即压力能——机械能一压力能，也称为液体直接接触式回收;

②活塞式压力变换器，它是用高压液体推动活塞直接为低压液体加压;

③旋转式压力交换器，活塞本身就是一个无轴转子，沿轴向开有数个孔道高压长流休在孔道中变换能量，并依靠转子的连续转动，实现连续运行。 

后两种方法能量转换方式为:压力能——压力能，即一步到位，能量回收率高达91%~96%。尤其是第三种方法，流量比活塞式大，省去了大录的控制阀及相关的同步机制，而几适用于含有杂质的液体。

水力透平结构形式和布置方案

（1)水力透平结构形式

实际应用的水力透平有两种:一种是泵作水力透平使用，二是独立设汁的水力透平。按结构形式分有:单吸(双吸)、单级(多级)、立式、卧式、液下式等。

图17一6是单级双吸能量回收水力透平结构图。

图17-7是单吸多级能量回收水力透平结构图。

（2)水力透平布置方案

水力透平有只种布置方案:

1)和主原动机串联驭动主泵;

2)单独驱动辅助泵〔风机)

3 ?单独驱动发电机发电。

(3）回收能量的利用方式

1)作为辅助原动机和土原动机(电机或汽轮机)串联共同驱动泵 图17-8的系统中，带固定导叶的反转泵作为水力透平，辅助主原动机驱动主泵。

由于水力透平只作为辅助驱动机，主泵的转速可保持恒定。为安全起见，主原动机的功率应能一单独驱动泵，水力透平作为补充。

水力透平通过安装在进口的调节阀和旁通来调节流量，拌有很大的能量损失。如果水力透平安装活动导叶，通过改变导叶角度来调节水力透平的流量，而且在流量小于最

伏流量40％时，仍能正常运行。而固定异叶一般在流景小于最优流量40%时就不能回收

图17——6单级双吸能量回收水力透平结构图

图17-7 单吸多级能量回收水力透平结构图

能量了。

串联驱动的水力透平，一般都采用离合器，以使在水力透平启动和系统出现扰动需要独立维修时，及时将水力透平脱开。

在水力透平与电动机串联的泵组中，电动机通常采用双轴头，在电动机和水力透平之间安装离合器。

能量回收水力透平与汽轮机串联驱动泵，汽轮机不用双轴头，泵一般安装在水力透平和汽轮机之间。只要水力透平的额定功率没有明显超过泵(或其他被驱动设备)要求的功率，汽轮机就可以作为调速器。

图17-8 带固定导叶能量回收水轮机流程图

   2）水力透平驱动同步或异步发电机发电

   当水力透平的转速大于发电机同步转速时，最好采用交流励磁鼠笼式异步发电机，因为发电频率就是励磁频率，水力透平的转速仅决定发电机的功率。当水力透平转速超过同步转速后，水力透平转速很难增加，即交流励磁鼠笼式异步发电机有调速功能。如果采用电网为发电机励磁，当水力透平转速超过或等于同步转速时，发电机就为电网送电，采用永久磁铁和相间连接的电容器也能励磁。可用蓄电池为绕组提供脉冲。当电容器电流大于绕组电流时，发电机开始发电;当水力透平转速低于容抗大于绕组阻抗所对应的转速或负载消耗电容器太多电流时，发电机就停止发电。