CN100387962C - 超超临界发电机组自调式水汽取样架 - Google Patents

Abstract

一种超超临界发电机组自调式水汽取样架，它包括在主管路上安装的第一高温高压阀，杆式过滤器，第一高效降温降压器，第二高效降温降压器，安全阀，阀门，其特点是：在杆式过滤器的水样出口与第一高效降温降压器的水样入口之间串接空气冷却式预降温降压器，空气冷却式预降温降压器的结构是，在壳体的底部设有空气入口、在其顶部设有空气出口，在壳体内设有螺旋状样品流细管，螺旋状样品流细管的样品入口穿过壳体顶部空气出口引出，螺旋状样品流细管的样品出口穿过壳体底部的空气入口引出。能够根据水汽参数不同，选用空气冷却式预降温降压器和不同参数的高效降温降压器进行有机的组合，将超超临界参数水汽降温降压到常温常压，满足分析仪表取样要求。

Description

超超临界发电机组自调式水汽取样架

技术领域

本发明涉及热交换装置，是一种超超临界发电机组自调式水汽取样架。

背景技术

在火力发电行业中，为提高发电设备效率，降低能耗，国际上一些有实力的国家都在努力提高火力发电机组的参数，加大发电机组单机容量，例如：我国也在研发1000MW，主蒸汽参数压力为27MPa，温度为620℃，给水压力为34Mpa，温度为310℃的超超临界发电机组。一些工业发达国家如美国、日本等国家已将参数更高、容量更大的机组作为开发目标。

发电机组水汽参数越高，对其工作介质--水汽品质的要求更高，在线监督水汽品质工作对于保证这类机组的安全经济运行尤为重要。

由于监测水汽品质的不同分析仪表只能接受常温、常压样品，所以将高温高压水汽降温降压变为常温常压为分析仪表提供水样的水汽取样架是火力发电机组必须配置的辅助设备。

中国实用新型专利号95229316.1和97230386.3，分别公开了本发明人承慰才申请的名称为《流体高效降温降压器》和承学东申请的名称为《杆式过滤器》两项实用新型专利。上述两项实用新型专利的专利权人所在单位吉林市光大电力设备有限责任公司以该两项专利技术为依托生产了CXD型系列水汽取样架。参照图1，CXD型系列水汽取样架由在主管路上安装的第一高温高压阀1a与杆式过滤器3的水样入口连接，杆式过滤器3的水样出口与第二高温高压阀1b连接，杆式过滤器3的废水出口与高温高压排污阀1c连接，第二高温高压阀1b与第一高效降温降压器2a的水样入口连接，第一高效降温降压器2a的水样出口与第二高效降温降压器2b的水样入口连接，第二高效降温降压器2b的水样出口与安全阀4连接，安全阀4与阀门1d连接组成。因该CXD型系列水汽取样架的第一、第二高效降温降压器2a、2b已经满足降温降压要求，因此，无需设置减压器。样品在杆式过滤器3中的样品流向与滤杆成切线方向流动，过滤过程中不会积污、堵塞，属免维护部件。CXD型系列水汽取样架具有热交换效率高、节省冷却水，节省材料和占地面积小等优点。CXD型系列水汽取样架以其突出的优点能够很好地满足亚临界及以下参数发电机组的水汽取样要求，已经得到广泛应用。

但是，CXD型系列水汽取样架的高效降温降压器采用的是水冷却方式，是以降温为主，降压为辅的，即使以这种高效降温降压器作为前置级预降温降压器和串接两级也不能用于超超临界发电机组的水汽取样。

发明内容

本发明的目的是对现有技术进行实质性改进，提供一种本领域技术人员一直渴望解决、但尚未获得成功的超超临界发电机组自调式水汽取样架。

实现本发明目的所采用的技术方案是，一种超超临界发电机组自调式水汽取样架，它包括在主管路上安装的第一高温高压阀1a、杆式过滤器3、高温高压排污阀1c、第一高效降温降压器2a、第二高效降温降压器2b、安全阀4、阀门1d，第一高温高压阀1a与杆式过滤器3的水样入口连接，杆式过滤器3的水样出口与第一高效降温降压器2 a的水样入口连接，杆式过滤器3的废水出口与高温高压排污阀1c连接，第一高效降温降压器2a的水样出口与第二高效降温降压器2b的水样入口连接，第二高效降温降压器2b的水样出口与安全阀4连接，安全阀4与阀门1d连接，其特殊之处在于：还包括空气冷却式预降温降压器5，所述的空气冷却式预降温降压器5的结构是，具有壳体6，在壳体6的底部设有空气入口8，在其顶部设有空气出口9，在壳体6内设有螺旋状样品流细管7，螺旋状样品流细管7的样品入口10穿过壳体6顶部空气出口9引出，螺旋状样品流细管7的样品出口11穿过壳体6底部空气入口8引出，空气冷却式预降温降压器5串接在杆式过滤器3的水样出口与第一高效降温降压器2a的水样入口之间。在杆式过滤器3的水样出口与空气冷却式预降温降压器5的样品入口10之间连接有第二高温高压阀1b。

对于超超临界发电机组自调式水汽取样架的空气冷却式预降温降压器，在水样质量流量相同的条件下(例如电力行业规定每采样点额定流量1500g/min)空气冷却方式对水样产生的压力降大于用冷却水冷却方式对水样产生的压力降，下面以主蒸汽取样为例作定性说明，根据流体力学中的范宁公式，样品流在管内压降Δp

$\mathrm{\Δp}=\frac{2f{\mathrm{LV}}^2\mathrm{\ρ}}{\mathrm{gdi}}\×\left(\frac{1+3.74\mathrm{di}}{\mathrm{Dc}}\right)---\left(1\right)$

其中：f--摩擦系数

V--流体在管内平均速度

L--管长度

di--管内径

Dc--螺旋管外径

ρ--流体密度

g--重力加速度(常量)

在上述条件下L、di、Dc可视为常数

蒸汽质量流量为m，蒸汽流量(取样量)一定时，管内蒸汽密度

$\mathrm{\ρ}=\frac{m}{v}---\left(2\right)$

(1)式管内压降Δp简化Δp＝AfV    (3)

其中 $A=\frac{2\mathrm{Lm}}{\mathrm{gdiV}}\×(1+\frac{3.74\mathrm{di}}{\mathrm{Dc}})$

从工程热力学的水和过热蒸汽表中可知，蒸汽压力为25～30MPa，温度为620℃时，蒸汽密度ρ约为同样压力，温度为100℃时的0.1倍左右，由式(2)推知，这时蒸汽在管内的流速约高于压力30MPa，温度100℃时的10倍左右，由式(1)中摩擦系数f与水蒸汽的粘性系数有关，从物理手册可知水蒸汽的粘性系数随着温度升高稍有增大，作为初步近似估算，可将摩擦系数f视为常量。这样由于样品经过管长度L各部位，其压力和温度是变量，严格地说总压降应积分求得。作简单估算，样品流在整个螺旋管内各点温度越高。水蒸汽密度ρ越小，流速V越大，则总压降Δp越大。

空气冷却式预降温降压器入口样品流压力为27MPa，温度为620℃，用空气冷却方式，出口温度约为500℃，降温100℃，压力降至20MPa，总压降Δp约为7MPa。在同样条件、若将空气冷却式预降温降压器改为水冷却预降温降压器，总压降约为2MPa，温度下降近400℃，可见，空气冷却式预降温降压器是以降压为主，降温为辅的预降温降压器，适用于高温高压或中温高压水汽取样。适当选择预降温降压器中螺旋管的长度和管内径，就能满足不同高压样品取样要求。

本发明的超超临界发电机组自调式水汽取样架是一种新型的水汽取样设备，虽然最终完成的任务与现有设备相同，但结构不同，具有自调节功能，不仅能满足正常运行时的取样要求，而且能很好满足点火前、起动过程、停运过程水汽取样和超超临界以下机组水汽取样要求，本发明优点如下：

1.具有CXD系列水汽取样架全部优点，即无需减压器，极高热交换效率、节水、节省材料，占地面积小，维护量小。

2.以空气冷却的预降温降压器省去了冷却水，与其它高效降温降压器配套，能将超超临界机组中高温高压工作介质平滑地降为常温常压水样。

3.本发明的降温降压作用大小，随样品流参数自动调节，可满足机组正常运行水汽取样，还能满足机组启动停运过程中以及超超临界机组以下参数机组的水汽取样。

附图说明

图1为现有的CXD型系列水汽取样架的结构示意图。

图2为实施例1的超超临界发电机组自调式水汽取样架的结构示意图。

图3为图2中空气冷却式预降温降压器5的结构示意图。

图4为实施例2的超超临界发电机组自调式水汽取样架的结构示意图。

图5为超超临界发电机组自调式水汽取样架的水汽取样实测参数特性曲线图。

具体实施方式

实施例1：参照图2，超超临界发电机组自调式水汽取样架，在主管路上安装的第一高温高压阀1a与杆式过滤器3的水样入口连接，杆式过滤器3的水样出口与第二高温高压阀1b连接，杆式过滤器3的废水出口与高温高压排污阀1c连接，第二高温高压阀1b与空气冷却式预降温降压器5的水样入口连接，空气冷却式预降温降压器5的水样出口与第一高效降温降压器2a的水样入口连接，第一高效降温降压器2a的水样出口与第二高效降温降压器2b的水样入口连接，第二高效降温降压器2b的水样出口与安全阀4连接，安全阀4与阀门1d连接。

第一、第二高温高压阀1a、1b，阀门1d，高温高压排污阀1c，安全阀4均为市售产品。阀门1d可采用高温高压阀门，亦可采用普通阀门。第一、第二高效降温降压器2a、2b，杆式过滤器3为中国实用新型专利号95229316.1《流体高效降温降压器》和97230386.3《杆式过滤器》公开的两项实用新型专利技术，其产品由吉林市光大电力设备有限责任公司生产、且为市售产品。

参照图3，所述的空气冷却式预降温降压器5的结构是，具有壳体6，在壳体6的底部设有空气入口8，在其顶部设有空气出口9，在壳体6内设有螺旋状样品流细管7，螺旋状样品流细管7的样品入口10穿过壳体6顶部空气出口9引出，螺旋状样品流细管7的样品出口11穿过壳体6底部空气入口8引出。

空气冷却式预降温降压器5以降压为主，降温为辅，适用于采样点样品压力、温度高或样品压力高、温度较低的样品取样，如主蒸汽(620℃，27MPa)，给水(310℃，34MPa)。

实施例2：参照图4，实施例2超超临界发电机组自调式水汽取样架与实施例1的结构基本相同，只是在杆式过滤器3的水样出口与空气冷却式预降温降压器5的样品入口10之间去掉了第二高温高压阀1b。

参照图5，超超临界发电机组自调式水汽取样架具有二个代表性水样特性参数稳定条件下的稳态工作特性曲线。图中上方的第一条曲线，首先由空气冷却式预降温降压器5利用蒸汽在其中冷却发生状态变化由620℃，27Mpa降至500℃，20Mpa；再由第一高效降温降压器2a利用冷却水使其相变(亚临界蒸汽变成液相水)从500℃，20Mpa降至70℃，7Mpa；又由第二高效降温降压器2b利用水样在降温降压器中受到阻力和冷却从70℃，7Mpa降至30℃，3Mpa，从而完成降温降压的。图中下方的第二条曲线，首先由空气冷却式预降温降压器5利用给水在其中冷却发生状态变化由310℃，34Mpa降至260℃，20Mpa；再由第一高效降温降压器2a利用冷却水从260℃，20Mpa降至50℃，12Mpa；又由第二高效降温降压器2b利用水样在降温降压器中受到阻力和冷却从50℃，12Mpa降至30℃，4Mpa，从而完成降温降压的。利用不同参数的空气冷却式预降温降压器和高效降温降压器有机的组合就可完成不同参数的水汽取样点的水汽取样。

表1、表2分别列出发电机组锅炉在点火前和锅炉启动过程中，主蒸汽采样点的水样取样流量、水样温度和压力的关系数据。

表1：点火前的取样过程试验数据表

表1中数据说明在锅炉未点火过程之初，随着水样压力升高取样流量增加，但水样压力达到较低时7.2MPa就可取得额定流量1500ml/min。

表2：启动过程试验数据表(取样1500ml/min，冷却水2吨/时，冷却水温25℃)

表2数据表示锅炉点火水样温度和压力升高到额定参数(620℃，27MPa)的整个过程中，降温降压作用自动伴随增大，取样流量保持不变，传统的取样系统不具备这种自动调节功能，只有不断人工调节减压器的阻力才能基本保持取样量不变。

另外表2数据可视为不同稳定状态下的取样试验数据的组合，说明这种系统适用于超超临界及以下各参数机组的水汽取样。这种基于状态变化，相变的原理制成的水汽取样架其自调节功能是传统技术路线不具备的。

本发明的超超临界发电机组自调式水汽取样架的样机经6个月的试用，已满足超超临界发电机组不同参数的水汽取样点的水汽取样要求，获得了满意的效果。

Claims (2)

1.一种超超临界发电机组自调式水汽取样架，它包括在主管路上安装的第一高温高压阀(1a)、杆式过滤器(3)、高温高压排污阀(1c)、第一高效降温降压器(2a)、第二高效降温降压器(2b)、安全阀(4)、阀门(1d)，第一高温高压阀(1a)与杆式过滤器(3)的水样入口连接，杆式过滤器(3)的水样出口与第一高效降温降压器(2a)的水样入口连接，杆式过滤器(3)的废水出口与高温高压排污阀(1c)连接，第一高效降温降压器(2a)的水样出口与第二高效降温降压器(2b)的水样入口连接，第二高效降温降压器(2b)的水样出口与安全阀(4)连接，安全阀(4)与阀门(1d)连接，其特征在于：还包括空气冷却式预降温降压器(5)，所述的空气冷却式预降温降压器(5)的结构是，具有壳体(6)，在壳体(6)的底部设有空气入口(8)，在其顶部设有空气出口(9)，在壳体(6)内设有螺旋状样品流细管(7)，螺旋状样品流细管(7)的样品入口(10)穿过壳体(6)顶部空气出口(9)引出，螺旋状样品流细管(7)的样品出口(11)穿过壳体(6)底部空气入口(8)引出，空气冷却式预降温降压器(5)串接在杆式过滤器(3)的水样出口与第一高效降温降压器(2a)的水样入口之间。

2.根据权利要求1所述的超超临界发电机组自调式水汽取样架，其特征在于：在杆式过滤器(3)的水样出口与空气冷却式预降温降压器(5)的样品入口(10)之间连接有第二高温高压阀(1b)。

Images