Vol.6 为社会和地球环境做出贡献的蒸汽轮机

如果对风车呼的吹一口气,风车就会呼呼的转起来。这是因为吹出的这口气的力施加在了叶轮上,风车就转了起来。蒸汽轮机也是利用这个原理,据说该原理起源于公元前。蒸汽轮机作为对现在的发电而言仍是不可或缺的装置,我们至今仍在持续地追求高效、高可靠性和低成本的技术革新。

蒸汽轮机是将锅炉中沸水产生的高温高压水蒸气,通过喷嘴使之喷出、膨胀的同时沿固定方向喷向叶轮(转子)转换为转动能(机械能)的装置。

像水车、风车那样,叶轮(转子)的转动能够直接作为动力使用。亦可通过叶轮带动发电机旋转,产生电力。蒸汽轮机在火力、原子能、地热、生物质等使用各种燃料的发电站内是必不可少的发动机,同时还广泛应用在大型船舶的动力设备上。小型蒸汽轮机还应用在石化设备的泵和压缩机的发动机上。

在住友重机械集团中,广岛县吴市的新日本造机公司独自承担蒸汽轮机的开发、制造和销售。该公司的产品主要作为产业用的自备发电设备,其中多数为生物质发电。

新日本造机和住友重机械工业共同实施完成主要技术的研究,住友重机械承接发电设备施工时,经常将蒸汽轮机作为集成设备予以交付。

蒸汽轮机在构造上存在若干差异。

蒸汽轮机使用过的蒸汽通过冷凝器冷凝后变成水,再次输入到锅炉内,反复这种动作,此时涡轮的排汽压力为真空,蒸汽带有的热能可以完全转换成机械能,这种蒸汽轮机被称为”凝汽式”。与排汽压力高于大气压力的”背压式”相比,可产生2倍左右的输出功率。

住友重机械集团的凝汽式蒸汽轮机结构得到了进一步改良。以往的凝汽式一般是按垂直于轴的方向(上或下)排汽,并返回到凝汽器。但是,这种凝汽式设备排汽损失大,而且向下排汽时,需要设置高架平台,增加了地基和厂房的建筑成本。向上排汽时,虽然是采用低平台,但排汽损失会更大,也不利于维护。如果能够轴向(水平方向)排汽,并直接连接到凝汽器,那么设备安装空间就可以更小,就能将排汽损失控制到很小,同时也有利于维护。

这种被称为”轴流排汽型”蒸汽轮机的设计凝聚了新日本造机公司的技术诀窍。该公司的轴流排汽型产品阵容囊括了数千KW的小型机到100MW级的大型机。

将这种轴流排汽型与以往的下排汽型、上排汽型及内部抽汽型和外部抽汽型等组合成各类机型以满足顾客的多样需求。

蒸汽轮机由大叶轮(转子)、轴承、喷嘴、壳体等构成,高达550℃的高温蒸汽将通过这些构件,工作环境非常苛刻,因此在设计、材料采购、制造、组装、试验、质保、出厂、安装的全工序中需要缜密的管理。特别是安装在转子轴上的几百张涡轮叶片的设计和组装,必须格外仔细注意以避免设备工作时发生损坏。有的大型设备外径可达3米以上,制造所需的细致、周到的态度是必不可少的。

日本国内的垃圾焚烧发电厂最常用住友重机械集团的蒸汽轮机。利用焚烧炉燃烧城市垃圾时产生的热产生蒸汽,蒸汽再驱动蒸汽轮机发电。

近年来销售网点主要设在日本国外,其中在电力需求较高的泰国、马来西亚、印度尼西亚等东南亚的生物质发电站中,新日本造机的蒸汽轮机技术获得很高的评价,引进事例持续增长。作为生物质发电的燃料,除了木质生物质外,还常见将当地产出量很大的甘蔗渣和稻壳等农业废弃物作为燃料的例子。

另外,将天然气作为燃料,组合燃气轮机和蒸汽轮机来提高发电效率的燃气轮机联合循环发电设备市场也浮出水面。

据说蒸汽轮机的原理起源于公元前。发电用的蒸汽轮机也有120余年的历史。但是,作为对尽可能抑制CO2的发生,防止全球气候变暖有重要作用的高效发电的骨干设备,我们至今仍在持续地追求高效、高可靠性和低成本的技术革新。