專利名稱：用于確定濕蒸汽焓的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定濕蒸汽、尤其是汽輪機出口處濕蒸汽焓的方法和裝置。本發(fā)明尤其涉及核電廠中用于發(fā)電的蒸汽發(fā)電過程，其中，渦輪機工作在濕蒸汽區(qū)內(nèi)。
例如已由德國專利DE-AS10 46 068公開了用于確定過熱蒸汽(即被過度加熱的蒸汽)焓的方法。它描述的是一種尤其利用供暖蒸汽或生產(chǎn)蒸汽散熱來改進蒸汽發(fā)電設(shè)備中的中間過熱和給水預(yù)熱的方法，其中，蒸汽在高壓機內(nèi)膨脹后被分成兩部分蒸汽量，它們中僅有一部分被輸送通過一個中間過熱器；其中，兩部分蒸汽彼此分開地在一個雙流中壓機內(nèi)膨脹到相同的輸出壓力，此后在該機器后面重新匯合，在此，依照部分蒸汽量的量比和溫度形成某一混合溫度。該方法是用于確定汽輪機出口處過熱蒸汽焓的，其中，測量過熱蒸汽的壓力和溫度，并由此計算出焓；該方法不適合于確定濕蒸汽的焓，因為在濕蒸汽區(qū)內(nèi)的狀態(tài)參數(shù)即壓力和溫度耦合，即它們彼此不獨立。濕蒸汽區(qū)內(nèi)的某點狀態(tài)只有當(dāng)兩相即氣相和液相的量已知時才完全確定。這在實際中造成很大困難，因為其液體組分通常不均勻地分布在濕蒸汽內(nèi)。德國專利DE-AS 10 46 068涉及一種調(diào)整蒸汽發(fā)電設(shè)備的方法和裝置，其中，蒸汽在高壓機內(nèi)膨脹后總共被分成兩部分蒸汽量，它們此后在該機器后面重新匯合(混合)，在此，根據(jù)相應(yīng)的部分蒸汽量的量比和溫度形成某一混合溫度。
各種由發(fā)電領(lǐng)域的文獻(xiàn)和應(yīng)用所公開的測量蒸汽含濕量的方法在“VDI準(zhǔn)則2043“蒸汽含濕量測量”，07/1979”中已有介紹。該VDI-準(zhǔn)則包括各種由發(fā)電領(lǐng)域的文獻(xiàn)和應(yīng)用所公開的測量蒸汽含濕量的測量方法。在3.4章(過熱量熱計)中提出，為確定蒸汽含濕量，通過引入能量使?jié)裾羝嚇舆^熱。通過測量壓力和溫度來確定過熱蒸汽的狀態(tài)。同樣測量所輸入的熱流。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種測量技術(shù)簡單的確定濕蒸汽、尤其是汽輪機出口處濕蒸汽焓的方法。另一目的在于提供一種實施該方法的裝置。
上述目的通過一種具有權(quán)利要求1所述特征的用于確定濕蒸汽焓的測量和計算方法和通過具有權(quán)利要求10所述特征的裝置來達(dá)到。各種設(shè)計和改進形式由從屬權(quán)利要求的內(nèi)容給出。
在該用于確定濕蒸汽、尤其是汽輪機出口處濕蒸汽焓的測量和計算方法中，為了取樣，濕蒸汽的部分體積流與參照氣體混合成混合物，以使該部分體積流的液相組分完全汽化，并根據(jù)所測得的物理參數(shù)確定參照氣體的焓和混合物的焓，并由此計算出濕蒸汽的焓。該方法的優(yōu)點在于，可由壓力確定蒸汽含量并由此確定濕蒸汽焓。
在此，作為試樣的蒸汽流優(yōu)選采用部分體積流形式的過熱氣體作為參照氣體。它作為參照氣體被這樣送入一混合室，即當(dāng)與濕蒸汽的另一部分體積流混合時，其中所含的液相組分完全汽化。作為結(jié)果，通過測量獲知兩個參數(shù)，即參照氣體或按本發(fā)明優(yōu)選的實施形式中的過熱氣體的焓及參照氣體-濕蒸汽-混合物的焓，利用它們可計算出所求參數(shù)即濕蒸汽的焓。
在本發(fā)明方法的一個改進形式中，濕蒸汽的部分體積流基本熱絕緣地與參照氣體混合。因此不必考慮在混合過程中焓的改變。
在一個優(yōu)選的實施形式中，參照氣體是過熱蒸汽。濕蒸汽和過熱蒸汽組成一種混合物，它的狀態(tài)點位于過熱蒸汽區(qū)內(nèi)。已公開的方法可繼續(xù)用于確定該混合物的焓。在其它所示實施形式中，與第一種情況下采用具有兩組分或多組分的氣體流相對應(yīng)，采用“摻和物(Mischung)”的概念；與第二種情況下采用單組分液體相對應(yīng)，采用“混合物(Gemisch)”的概念。該單組分液體和多組分液體可以是單相或兩相。在本發(fā)明中二個概念視作同義詞。
在本發(fā)明方法的一個有利設(shè)計中，參照氣體的壓力和/或溫度和/或量根據(jù)混合物的相對濕度來調(diào)整。在該設(shè)計中，參照氣體的性能這樣來調(diào)整，即當(dāng)濕蒸汽的性能隨時間而改變時，濕蒸汽的部分的液相組分可靠地完全汽化。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選改進形式中，采用過熱蒸汽作為參照氣體，該過熱蒸汽的壓力和/或溫度和/或量依照過熱蒸汽區(qū)內(nèi)混合物狀態(tài)點到飽和線的間隔來控制。
此外還要求，參照氣體和/或混合物的焓分別通過測量壓力和溫度來確定。從該狀態(tài)參數(shù)和參照氣體或混合物的量可以以公開方式直接計算出其焓。
對于已有參照氣體和濕蒸汽的連續(xù)流而言，有利的是一部分濕蒸汽和參照氣體被導(dǎo)入一混合段，并在該混合段的末端確定混合物的焓。液相組分通過該混合段完全汽化，混合物形成均勻的壓力和溫度。
在本方法的一個改進形式中，濕蒸汽的焓連續(xù)或近似連續(xù)地根據(jù)濕蒸汽部分和參照氣體的流量來計算。這提供了對蒸汽發(fā)電過程的重要參數(shù)進行持續(xù)監(jiān)控并在必要時對蒸汽發(fā)電過程重新調(diào)整的可能性。優(yōu)選采用測量混合物和參照氣體的流量的改進形式。當(dāng)流動穩(wěn)定時，可計算出濕蒸汽的部分流量。
在本發(fā)明方法的另一改進形式中，由濕蒸汽的焓確定出汽輪機的效率。
實施本發(fā)明方法的裝置具有一個用于輸送濕蒸汽的第一輸送管道和一個用于輸送參照氣體的第二輸送管道，該兩個輸送管道通入一個混合室，該裝置還具有一個用于確定混合室內(nèi)的混合物的焓的測量裝置。在一個改進形式中，優(yōu)選是兩輸送管道通過一個共用噴嘴通入混合室。濕蒸汽及參照氣體、尤其是過熱蒸汽在此可作為試樣一同被輸送。此外優(yōu)選是，噴嘴具有一個由外輸出口包圍的內(nèi)輸出口，其中，一個輸送管道在該內(nèi)輸出口處而另一輸送管道在該外輸出口處通入混合室。
本發(fā)明方法和裝置的其它實施形式參照附圖進一步說明。不過本發(fā)明不局限于該實施形式，附圖中

圖1為h-s圖表；圖2示出本發(fā)明裝置的一個實施形式。
圖1示出了水蒸汽的比焓h與比熵s的關(guān)系曲線。由一條橫貫線標(biāo)明了過熱蒸汽區(qū)(線上方)與濕蒸汽區(qū)的界限。圖1示出了過熱蒸汽HD、濕蒸汽ND和由過熱蒸汽與濕蒸汽的一部分混合所形成的混合物M的狀態(tài)?；旌线^程由虛線所示。有一個過熱蒸汽源，它可提供壓力P＝12bar、溫度q＝240℃、質(zhì)量流量為2kg/s的過熱蒸汽。這些參數(shù)大致保持恒定。在本方法的一種變化形式中，過熱蒸汽源是變化的，即根據(jù)混合物M的狀態(tài)點到飽和線的間隔來調(diào)整。與壓力P＝12bar、溫度q＝240℃的所述參數(shù)相對應(yīng)的比焓約為2908KJ/kg。這大致是濕蒸汽汽輪機過程中的被中間過熱的過熱蒸汽的狀態(tài)。
圖2示出了實施確定濕蒸汽焓的方法的裝置1。一部分濕蒸汽ND(濕蒸汽試樣)通過第一輸送管道2，而過熱蒸汽HD(參照氣體試樣)通過第二輸送管道3送入混合室4。因此，濕蒸汽的試樣從一個未示出的汽輪機的總濕蒸汽流中獲取。輸送管道2在一個雙流噴嘴9的內(nèi)輸出口10處通入混合室4。第二輸送管道3在封閉環(huán)繞內(nèi)輸出口10的外輸出口11處通入混合室。通過混合段W時，該部分濕蒸汽ND的液體組分完全汽化，而兩組由兩個輸送管道2、3輸送的蒸汽ND、HD的狀態(tài)參數(shù)相互匹配。在混合段W的末端測量或確定壓力P和溫度q及混合物流量m。為此，在此處設(shè)有一個壓差測量器5，一個溫度感受器7和一個絕對壓力測量器8。壓差測量器5測量在一個節(jié)流裝置(如擋板6)前和后的氣流的兩個位置之間壓力降?？刹捎貌Ψ匠虖脑搲翰钏愠龌旌衔颩的流量mM。用公開的方式從混合物M的壓力和溫度計算出比焓hM。以相似的方式，在第二管道3內(nèi)確定出過熱蒸汽HD的流量mHD和比焓hHD。測量裝置的布置應(yīng)相宜，亦即要根據(jù)現(xiàn)場提供的可能性進行。該測量裝置的布置尤其應(yīng)當(dāng)在優(yōu)選考慮并符合技術(shù)準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)的情況下進行，其中，按圖2所述方法的準(zhǔn)確性主要遵循標(biāo)準(zhǔn)DIN EN ISO5167-1(帶節(jié)流裝置的液體流量的測量，1995.11)。
對于第一管道2而言，部分濕蒸汽ND的流量mND由mM-mHD的差確定。所示第一管道2內(nèi)的測量裝置主要用于控制，必要時也可取消。采用能測量以更小管道直徑傳導(dǎo)的濕蒸汽流的流量計證明是比較有利的。它使整個方法的精度進一步提高。一個未示出的計算裝置采集測量值，從中計算出中間參數(shù)并再按下列等式計算出目標(biāo)參數(shù)，即濕蒸汽ND的比焓hNDhND=hM-mHDmND·(hHD-hM)]]>導(dǎo)出體現(xiàn)總汽流物理性能的濕蒸汽DN分流對于可靠確定比焓hND很重要。為此建議采用使物流物理性能均勻化的裝置和直接設(shè)在該均勻化裝置后面的取樣位置。關(guān)于取樣位置的設(shè)計，上面談到的VDI準(zhǔn)則2043中有論述，可供參考。
管道2、3和混合室4與外界良好絕熱，因此，至少在管道2，3的測量裝置5、6、7、8和混合室4之間的區(qū)域內(nèi)最多發(fā)生輕微的蒸汽與環(huán)境之間的熱傳遞。
蒸汽ND，HD通過雙流噴嘴9并被導(dǎo)入混合室4，雙流噴嘴9起卸壓的作用，因此，混合物M的壓力至少小于具有更高壓力的蒸汽HD、ND的壓力。雙流噴嘴9確保了兩種蒸汽HD、ND的良好混合，因此可選擇短的混合段W。由此還確保了混合過程至少近似絕熱地進行。與圖2中因視圖技術(shù)原因所示的不同，測量裝置5、6、7、8因同樣原因在兩管道2、3內(nèi)直接位于雙流噴嘴9前面。
本發(fā)明使得確定濕蒸汽、尤其是核電廠的蒸汽發(fā)電過程中汽輪機出口處濕蒸汽的焓成為可能。通過采用過熱蒸汽源，可避免確定蒸汽含量時的困難，并可應(yīng)用已公開的測量方法。由于此原因，本發(fā)明方法可低成本地實施。
權(quán)利要求
1.一種用于確定濕蒸汽(ND)、尤其是汽輪機出口處濕蒸汽(ND)焓(hND)的測量和計算方法，其中，為了取樣，濕蒸汽(ND)的部分體積流與一種參照氣體(HD)混合成一種混合物(M)，以使該部分體積流的液體組分完全汽化，而同時根據(jù)測得的物理參數(shù)確定出參照氣體(HD)的焓(hHD)和混合物(M)的焓(hM)，并由此計算出濕蒸汽(ND)的焓(hND)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，濕蒸汽(ND)的部分體積流基本上絕熱地與參照氣體(HD)混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，采用過熱蒸汽作為參照氣體(HD)。
4.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，參照氣體(HD)的壓力和/或溫度和/或量依照混合物(M)的相對濕度和/或狀態(tài)點位置來調(diào)整。
5.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，參照氣體(HD)和/或混合物(M)的焓(hHD、hM)分別通過測量壓力和溫度來確定。
6.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，濕蒸汽(ND)和參照氣體(HD)被導(dǎo)入一個混合段(W)，并在該混合段(W)的末端確定混合物(M)的焓(hM)。
7.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，濕蒸汽(ND)的焓(hND)連續(xù)或近似連續(xù)地根據(jù)濕蒸汽(ND)和參照氣體(HD)的流量(mND、mHD)計算。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，測量混合物(M)和參照氣體(HD)的流量(mM、mHD)。
9.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，由濕蒸汽(ND)的焓(hND)確定汽輪機的效率。
10.一種實施上述任一項權(quán)利要求所述方法的裝置，它具有一個用于輸送濕蒸汽(ND)的第一輸送管道(2)和一個用于輸送參照氣體(HD)的第二輸送管道(3)，其中，該兩個輸送管道通入一個混合室(4)，該裝置還具有一個用于確定混合室(4)內(nèi)的混合物(M)的焓(hM)的測量裝置(5、6、7、8)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，兩個輸送管道(2、3)通過一個共用噴嘴(9)通入混合室(4)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，噴嘴(9)具有一個內(nèi)輸出口(10)，它由一個外輸出口(11)包圍，其中，一個輸送管道(2)在內(nèi)輸出口(10)處而另一輸送管道(3)在外輸出口(11)處通入混合室(4)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定濕蒸汽(ND)、尤其是汽輪機出口處濕蒸汽(ND)焓(hND)的方法和裝置,其中,濕蒸汽(ND)的部分體積流與一種參照氣體(HD)混合成一種混合物(M),以使該部分體積流的液體組分完全汽化,而同時根據(jù)測得的物理參數(shù)確定出參照氣體(HD)的焓(hHD)和混合物(M)的焓(hM),并由此計算出濕蒸汽(ND)的焓(hND)。
文檔編號G01N25/60GK1268222SQ98808450
公開日2000年9月27日 申請日期1998年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月24日
發(fā)明者漢斯－喬基姆·恩德利斯, 赫爾穆特·赫比格, 漢斯－伯恩德·克雷默 申請人:西門子公司