專利名稱：超(超)臨界發(fā)電機組自調(diào)式水汽取樣架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱交換裝置，是一種超(超)臨界發(fā)電機組自調(diào)式水汽取樣架。
背景技術(shù)：
在火力發(fā)電行業(yè)中，為提高發(fā)電設(shè)備效率，降低能耗，國際上一些有實力的國家都在努力提高火力發(fā)電機組的參數(shù)，加大發(fā)電機組單機容量，例如我國也在研發(fā)1000MW，主蒸汽參數(shù)壓力為27MPa，溫度為620℃，給水壓力為34Mpa，溫度為310℃的超超臨界發(fā)電機組。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家如美國、日本等國家已將參數(shù)更高、容量更大的機組作為開發(fā)目標(biāo)。
發(fā)電機組水汽參數(shù)越高，對其工作介質(zhì)——水汽品質(zhì)的要求更高，在線監(jiān)督水汽品質(zhì)工作對于保證這類機組的安全經(jīng)濟(jì)運行尤為重要。
由于監(jiān)測水汽品質(zhì)的不同分析儀表只能接受常溫、常壓樣品，所以將高溫高壓水汽降溫降壓變?yōu)槌爻簽榉治鰞x表提供水樣的水汽取樣架是火力發(fā)電機組必須配置的輔助設(shè)備。
中國實用新型專利號95229316.1和97230386.3，分別公開了本發(fā)明人承慰才申請的名稱為《流體高效降溫降壓器》和承學(xué)東申請的名稱為《桿式過濾器》兩項實用新型專利。上述兩項實用新型專利的專利權(quán)人所在單位吉林市光大電力設(shè)備有限責(zé)任公司以該兩項專利技術(shù)為依托生產(chǎn)了CXD型系列水汽取樣架。參照圖1，CXD型系列水汽取樣架由在主管路上安裝的高溫高壓閥1a與桿式過濾器3的水樣入口連接，桿式過濾器3的水樣出口與高溫高壓閥1b連接，桿式過濾器3的廢水出口與高溫高壓排污閥1c連接，高溫高壓閥1b與高效降溫降壓器2a的水樣入口連接，高效降溫降壓器2a的水樣出口與高效降溫降壓器2b的水樣入口連接，高效降溫降壓器2b的水樣出口與安全閥4連接，安全閥4與閥門1d連接組成。因該CXD型系列水汽取樣架的高效降溫降壓器2a、2b已經(jīng)滿足降溫降壓要求，因此，無需設(shè)置減壓器。樣品在桿式過濾器3中的樣品流向與濾桿成切線方向流動，過濾過程中不會積污、堵塞，屬免維護(hù)部件。CXD型系列水汽取樣架具有熱交換效率高、節(jié)省冷卻水，節(jié)省材料和占地面積小等優(yōu)點。CXD型系列水汽取樣架以其突出的優(yōu)點能夠很好地滿足亞臨界及以下參數(shù)發(fā)電機組的水汽取樣要求，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。
但是，CXD型系列水汽取樣架的高效降溫降壓器采用的是水冷卻方式，是以降溫為主，降壓為輔的，即使以這種高效降溫降壓器作為前置級預(yù)降溫降壓器和串接兩級也不能滿足于超(超)臨界發(fā)電機組的水汽取樣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行實質(zhì)性改進(jìn)，提供一種本領(lǐng)域技術(shù)人員一直渴望解決、但尚未獲得成功的超(超)臨界發(fā)電機組自調(diào)式水汽取樣架。
實現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種超(超)臨界發(fā)電機組自調(diào)式水汽取樣架，它包括在主管路上安裝的高溫高壓閥1a與桿式過濾器3的水樣入口連接，桿式過濾器3的水樣出口與高效降溫降壓器2a的水樣入口連接，桿式過濾器3的廢水出口與高溫高壓排污閥1c連接，高效降溫降壓器2a的水樣出口與高效降溫降壓器2b的水樣入口連接，高效降溫降壓器2b的水樣出口與安全閥4連接，安全閥4與閥門1d連接，其特殊之處在于在桿式過濾器3的水樣出口與高效降溫降壓器2a的水樣入口之間串接空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器5，所述的空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器5的結(jié)構(gòu)是，具有殼體6，在殼體6的底部設(shè)有空氣入口8，在其項部設(shè)有空氣出口(9)，在殼體(6)內(nèi)設(shè)有螺旋狀樣品流細(xì)管(7)，螺旋狀樣品流細(xì)管(7)的樣品入口(10)穿過殼體(6)項部空氣出口(9)引出，螺旋狀樣品流細(xì)管(7)的樣品出口(11)穿過殼體(6)底部空氣入口(8)引出。在桿式過濾器3的水樣出口與空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器5的樣品入口10之間連接有高溫高壓閥1b。
對于超(超)臨界發(fā)電機組自調(diào)式水汽取樣架的空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器，在水樣質(zhì)量流量相同的條件下(例如電力行業(yè)規(guī)定每采樣點額定流量1500g/min)空氣冷卻方式對水樣產(chǎn)生的壓力降大于用冷卻水冷卻方式對水樣產(chǎn)生的壓力降，下面以主蒸汽取樣為例作定性說明，根據(jù)流體力學(xué)中的范寧公式，樣品流在管內(nèi)壓降ΔpΔp=2fLV2ρgdi×(1+3.74diDc)---(1)]]>其中f——摩擦系數(shù)V——流體在管內(nèi)平均速度L——管長度di——管內(nèi)徑Dc——螺旋管外徑
ρ——流體密度g——重力加速度(常量)在上述條件下L、di、Dc可視為常數(shù)蒸汽質(zhì)量流量為m，蒸汽流量(取樣量)一定時，管內(nèi)蒸汽密度ρ=mv---(2)]]>(1)式管內(nèi)壓降Δp簡化Δp＝AfV(3)其中A=2LmgdiV×(1+3.74diDc)]]>從工程熱力學(xué)的水和過熱蒸汽表中可知，蒸汽壓力為25～30MPate，溫度為620℃時，蒸汽密度ρ約為同樣壓力，溫度為100℃時的0.1倍左右，由式(2)推知，這時蒸汽在管內(nèi)的流速約高于壓力30MPa，溫度100℃時的10倍左右，由式(1)中摩擦系數(shù)f與水蒸汽的粘性系數(shù)有關(guān)，從物理手冊可知水蒸汽的粘性系數(shù)隨著溫度升高稍有增大，作為初步近似估算，可將摩擦系數(shù)f視為常量。這樣由于樣品經(jīng)過管長度L各部位，其壓力和溫度是變量，嚴(yán)格地說總壓降應(yīng)積分求得。作簡單估算，樣品流在整個螺旋管內(nèi)各點溫度越高。水蒸汽密度ρ越小，流速V越大，則總壓降Δp越大。
空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器入口樣品流壓力為27MPa，溫度為620℃，用空氣冷卻方式，出口溫度約為500℃，降溫100℃，壓力降至20MPa，總壓降Δp約為7MPa。在同樣條件、若將空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器改為水冷卻預(yù)降溫降壓器，總壓降約為2MPa，溫度下降近400℃，可見，空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器是以降壓為主，降溫為輔的預(yù)降溫降壓器，適用于高溫高壓或中溫高壓水汽取樣。適當(dāng)選擇預(yù)降溫降壓器中螺旋管的長度和管內(nèi)徑，就能滿足不同高壓樣品取樣要求。
本發(fā)明的超(超)臨界發(fā)電機組自調(diào)式水汽取樣架是一種新型的水汽取樣設(shè)備，雖然最終完成的任務(wù)與現(xiàn)有設(shè)備相同，但結(jié)構(gòu)不同，具有自調(diào)節(jié)功能，不僅能滿足正常運行時的取樣要求，而且能很好滿足點火前、起動過程、停運過程水汽取樣和超(超)臨界以下機組水汽取樣要求，本發(fā)明優(yōu)點如下1.具有CXD系列水汽取樣架全部優(yōu)點，即無需減壓器，極高熱交換效率、節(jié)水、節(jié)省材料，占地面積小，維護(hù)量小。
2.以空氣冷卻的預(yù)降溫降壓器省去了冷卻水，與其它高效降溫降壓器配套，能將超超臨界機組中高溫高壓工作介質(zhì)平滑地降為常溫常壓水樣。
3.本發(fā)明的降溫降壓作用大小，隨樣品流參數(shù)自動調(diào)節(jié)，可滿足機組正常運行水汽取樣，還能滿足機組啟動停運過程中以及超(超)臨界機組以下參數(shù)機組的水汽取樣。


圖1為現(xiàn)有的CXD型系列水汽取樣架的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為實施例1的超(超)臨界發(fā)電機組自調(diào)式水汽取樣架的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2中空冷式預(yù)降溫降壓器5的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為實施例2的超(超)臨界發(fā)電機組自調(diào)式水汽取樣架的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為超(超)臨界發(fā)電機組自調(diào)式水汽取樣架的水汽取樣實測參數(shù)特性曲線圖。
具體實施例方式
實施例1參照圖2，超(超)臨界發(fā)電機組自調(diào)式水汽取樣架，在主管路上安裝的高溫高壓閥1a與桿式過濾器3的水樣入口連接，桿式過濾器3的水樣出口與高溫高壓閥1b連接，桿式過濾器3的廢水出口與高溫高壓排污閥1c連接，高溫高壓閥1b與空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器5的水樣入口連接，空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器5的水樣出口與高效降溫降壓器2a的水樣入口連接，高效降溫降壓器2a的水樣出口與高效降溫降壓器2b的水樣入口連接，高效降溫降壓器2b的水樣出口與安全閥4連接，安全閥4與閥門1d連接。
高溫高壓閥1a、1b，閥門1d，高溫高壓排污閥1c，安全閥4均為市售產(chǎn)品。閥門1d可采用高溫高壓閥門，亦可采用普通閥門。高效降溫降壓器2a、2b，桿式過濾器3為中國實用新型專利號95229316.1《流體高效降溫降壓器》和97230386.3《桿式過濾器》公開的兩項實用新型專利技術(shù)，其產(chǎn)品由吉林市光大電力設(shè)備有限責(zé)任公司生產(chǎn)、且為市售產(chǎn)品。
參照圖3，所述的空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器5的結(jié)構(gòu)是，具有殼體6，在殼體6的底部設(shè)有空氣入口8，在其頂部設(shè)有空氣出口9，在殼體6內(nèi)設(shè)有螺旋狀樣品流細(xì)管7，螺旋狀樣品流細(xì)管7的樣品入口10穿過殼體6頂部空氣出口9引出，螺旋狀樣品流細(xì)管7的樣品出口11穿過殼體6底部空氣入口8引出。
空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器5以降壓為主，降溫為輔，適用于采樣點樣品壓力、溫度高或樣品壓力高、溫度較低的樣品取樣，如主蒸汽(620℃，27MPa)，給水(310℃，34MPa)。
實施例2參照圖4，實施例2超(超)臨界發(fā)電機組自調(diào)式水汽取樣架與實施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，只是在桿式過濾器3的水樣出口與空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器5的樣品入口10之間去掉了高溫高壓閥1b。
參照圖5超(超)臨界發(fā)電機組自調(diào)式水汽取樣架具有二個代表性水樣特性參數(shù)穩(wěn)定條件下的穩(wěn)態(tài)工作特性曲線。圖中上方的第一條曲線，首先由空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器5利用蒸汽在其中冷卻發(fā)生狀態(tài)變化由620℃，27Mpa降至500℃，20Mpa；再由高效降溫降壓器2a利用冷卻水使其相變(亞臨界蒸汽變成液相水)從500℃，20Mpa降至70℃，7Mpa；又由高效降溫降壓器2b利用水樣在降溫降壓器中受到阻力和冷卻從70℃，7Mpa降至30℃，3Mpa，從而完成降溫降壓的。圖中下方的第二條曲線，首先由空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器5利用給水在其中冷卻發(fā)生狀態(tài)變化由310℃，34Mpa降至260℃，20Mpa；再由高效降溫降壓器2a利用冷卻水從260℃，20Mpa降至50℃，12Mpa；又由高效降溫降壓器2b利用水樣在降溫降壓器中受到阻力和冷卻從50℃，12Mpa降至30℃，4Mpa，從而完成降溫降壓的。利用不同參數(shù)的空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器和高效降溫降壓器有機的組合就可完成不同參數(shù)的水汽取樣點的水汽取樣。
表1、表2分別列出發(fā)電機組鍋爐在點火前和鍋爐啟動過程中，主蒸汽采樣點的水樣取樣流量、水樣溫度和壓力的關(guān)系數(shù)據(jù)。
表1點火前的取樣過程試驗數(shù)據(jù)表

表1中數(shù)據(jù)說明在鍋爐未點火過程之初，隨著水樣壓力升高取樣流量增加，但水樣壓力達(dá)到較低時7.2MPa就可取得額定流量1500ml/min。
表2啟動過程試驗數(shù)據(jù)表(取樣1500ml/min，冷卻水2噸/時，冷卻水溫25℃)

表2數(shù)據(jù)表示鍋爐點火水樣溫度和壓力升高到額定參數(shù)(620℃，27MPa)的整個過程中，降溫降壓作用自動伴隨增大，取樣流量保持不變，傳統(tǒng)的取樣系統(tǒng)不具備這種自動調(diào)節(jié)功能，只有不斷人工調(diào)節(jié)減壓器的阻力才能基本保持取樣量不變。
另外表2數(shù)據(jù)可視為不同穩(wěn)定狀態(tài)下的取樣試驗數(shù)據(jù)的組合，說明這種系統(tǒng)適用于超(超)臨界及以下各參數(shù)機組的水汽取樣。這種基于狀態(tài)變化，相變的原理制成的水汽取樣架其自調(diào)節(jié)功能是傳統(tǒng)技術(shù)路線不具備的。
本發(fā)明的超(超)臨界發(fā)電機組自調(diào)式水汽取樣架的樣機經(jīng)6個月的試用，已滿足超(超)臨界發(fā)電機組不同參數(shù)的水汽取樣點的水汽取樣要求，獲得了滿意的效果。
權(quán)利要求
1.一種超(超)臨界發(fā)電機組自調(diào)式水汽取樣架，它包括在主管路上安裝的高溫高壓閥(1a)與桿式過濾器(3)的水樣入口連接，桿式過濾器(3)的水樣出口與高效降溫降壓器(2a)的水樣入口連接，桿式過濾器(3)的廢水出口與高溫高壓排污閥(1c)連接，高效降溫降壓器(2a)的水樣出口與高效降溫降壓器(2b)的水樣入口連接，高效降溫降壓器(2b)的水樣出口與安全閥(4)連接，安全閥(4)與閥門(1d)連接，其特征在于在桿式過濾器(3)的水樣出口與高效降溫降壓器(2a)的水樣入口之間串接空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器(5)，所述的空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器(5)的結(jié)構(gòu)是，具有殼體(6)，在殼體(6)的底部設(shè)有空氣入口(8)，在其頂部設(shè)有空氣出口(9)，在殼體(6)內(nèi)設(shè)有螺旋狀樣品流細(xì)管(7)，螺旋狀樣品流細(xì)管(7)的樣品入口(10)穿過殼體(6)頂部空氣出口(9)引出，螺旋狀樣品流細(xì)管(7)的樣品出口(11)穿過殼體(6)底部空氣入口(8)引出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超(超)臨界發(fā)電機組自調(diào)式水汽取樣架，其特征在于在桿式過濾器(3)的水樣出口與空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器(5)的樣品入口(10)之間連接有高溫高壓閥(1b)。
全文摘要
一種超(超)臨界發(fā)電機組自調(diào)式水汽取樣架，它包括主管路上安裝的高溫高壓閥a，桿式過濾器，高效降溫降壓器a，高效降溫降壓器b，安全閥，閥門d，其特點是在桿式過濾器的水樣出口與高效降溫降壓器a的水樣入口之間串接空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器，空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器的結(jié)構(gòu)是，在殼體的底部設(shè)有空氣入口，在其頂部設(shè)有空氣出口，在殼體內(nèi)設(shè)有螺旋狀樣品流細(xì)管，螺旋狀樣品流細(xì)管的樣品入口穿過殼體頂部空氣出口引出，螺旋狀樣品流細(xì)管的樣品出口穿過殼體底部空氣入口引出。能夠根據(jù)水汽參數(shù)不同，選用空氣冷卻式預(yù)降溫降壓器和不同參數(shù)的高效降溫降壓器進(jìn)行有機的組合，將超(超)臨界參數(shù)水汽降溫降壓到常溫常壓，滿足分析儀表取樣要求。
文檔編號G01N1/42GK1731126SQ20051001704
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月8日
發(fā)明者承慰才 申請人:承慰才