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(jī)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(guò)程，其中，渦輪機(jī)工作在濕蒸汽區(qū)內(nèi)。
例如已由德國(guó)專利DE-AS10 46 068公開(kāi)了用于確定過(guò)熱蒸汽(即被過(guò)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(lái)改進(jìn)蒸汽發(fā)電設(shè)備中的中間過(guò)熱和給水預(yù)熱的方法，其中，蒸汽在高壓機(jī)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(guò)一個(gè)中間過(guò)熱器；其中，兩部分蒸汽彼此分開(kāi)地在一個(gè)雙流中壓機(jī)內(nèi)膨脹到相同的輸出壓力，此后在該機(jī)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(jī)出口處過(guò)熱蒸汽焓的，其中，測(cè)量過(guò)熱蒸汽的壓力和溫度，并由此計(jì)算出焓；該方法不適合于確定濕蒸汽的焓，因?yàn)樵跐裾羝麉^(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(dú)立。濕蒸汽區(qū)內(nèi)的某點(diǎn)狀態(tài)只有當(dāng)兩相即氣相和液相的量已知時(shí)才完全確定。這在實(shí)際中造成很大困難，因?yàn)槠湟后w組分通常不均勻地分布在濕蒸汽內(nèi)。德國(guó)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(jī)內(nèi)膨脹后總共被分成兩部分蒸汽量，它們此后在該機(jī)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(kāi)的測(cè)量蒸汽含濕量的方法在“VDI準(zhǔn)則2043“蒸汽含濕量測(cè)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(kāi)的測(cè)量蒸汽含濕量的測(cè)量方法。在3.4章(過(guò)熱量熱計(jì))中提出，為確定蒸汽含濕量，通過(guò)引入能量使?jié)裾羝嚇舆^(guò)熱。通過(guò)測(cè)量壓力和溫度來(lái)確定過(guò)熱蒸汽的狀態(tài)。同樣測(cè)量所輸入的熱流。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)單的確定濕蒸汽、尤其是汽輪機(jī)出口處濕蒸汽焓的方法。另一目的在于提供一種實(shí)施該方法的裝置。
上述目的通過(guò)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(cè)量和計(jì)算方法和通過(guò)具有權(quán)利要求10所述特征的裝置來(lái)達(dá)到。各種設(shè)計(jì)和改進(jìn)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(jī)出口處濕蒸汽焓的測(cè)量和計(jì)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(cè)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(jì)算出濕蒸汽的焓。該方法的優(yōu)點(diǎn)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(guò)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(shí)，其中所含的液相組分完全汽化。作為結(jié)果，通過(guò)測(cè)量獲知兩個(gè)參數(shù)，即參照氣體或按本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施形式中的過(guò)熱氣體的焓及參照氣體-濕蒸汽-混合物的焓，利用它們可計(jì)算出所求參數(shù)即濕蒸汽的焓。
在本發(fā)明方法的一個(gè)改進(jìn)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(guò)程中焓的改變。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，參照氣體是過(guò)熱蒸汽。濕蒸汽和過(guò)熱蒸汽組成一種混合物，它的狀態(tài)點(diǎn)位于過(guò)熱蒸汽區(qū)內(nèi)。已公開(kāi)的方法可繼續(xù)用于確定該混合物的焓。在其它所示實(shí)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(duì)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(duì)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(gè)概念視作同義詞。
在本發(fā)明方法的一個(gè)有利設(shè)計(jì)中，參照氣體的壓力和/或溫度和/或量根據(jù)混合物的相對(duì)濕度來(lái)調(diào)整。在該設(shè)計(jì)中，參照氣體的性能這樣來(lái)調(diào)整，即當(dāng)濕蒸汽的性能隨時(shí)間而改變時(shí)，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(gè)優(yōu)選改進(jìn)形式中，采用過(guò)熱蒸汽作為參照氣體，該過(guò)熱蒸汽的壓力和/或溫度和/或量依照過(guò)熱蒸汽區(qū)內(nèi)混合物狀態(tài)點(diǎn)到飽和線的間隔來(lái)控制。
此外還要求，參照氣體和/或混合物的焓分別通過(guò)測(cè)量壓力和溫度來(lái)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(kāi)方式直接計(jì)算出其焓。
對(duì)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(guò)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(gè)改進(jìn)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(lái)計(jì)算。這提供了對(duì)蒸汽發(fā)電過(guò)程的重要參數(shù)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控并在必要時(shí)對(duì)蒸汽發(fā)電過(guò)程重新調(diào)整的可能性。優(yōu)選采用測(cè)量混合物和參照氣體的流量的改進(jìn)形式。當(dāng)流動(dòng)穩(wěn)定時(shí)，可計(jì)算出濕蒸汽的部分流量。
在本發(fā)明方法的另一改進(jìn)形式中，由濕蒸汽的焓確定出汽輪機(jī)的效率。
實(shí)施本發(fā)明方法的裝置具有一個(gè)用于輸送濕蒸汽的第一輸送管道和一個(gè)用于輸送參照氣體的第二輸送管道，該兩個(gè)輸送管道通入一個(gè)混合室，該裝置還具有一個(gè)用于確定混合室內(nèi)的混合物的焓的測(cè)量裝置。在一個(gè)改進(jìn)形式中，優(yōu)選是兩輸送管道通過(guò)一個(gè)共用噴嘴通入混合室。濕蒸汽及參照氣體、尤其是過(guò)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(gè)由外輸出口包圍的內(nèi)輸出口，其中，一個(gè)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(shí)施形式參照附圖進(jìn)一步說(shuō)明。不過(guò)本發(fā)明不局限于該實(shí)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(gè)實(shí)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(guò)熱蒸汽區(qū)(線上方)與濕蒸汽區(qū)的界限。圖1示出了過(guò)熱蒸汽HD、濕蒸汽ND和由過(guò)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)。混合過(guò)程由虛線所示。有一個(gè)過(guò)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(guò)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(guò)熱蒸汽源是變化的，即根據(jù)混合物M的狀態(tài)點(diǎn)到飽和線的間隔來(lái)調(diào)整。與壓力P＝12bar、溫度q＝240℃的所述參數(shù)相對(duì)應(yīng)的比焓約為2908KJ/kg。這大致是濕蒸汽汽輪機(jī)過(guò)程中的被中間過(guò)熱的過(guò)熱蒸汽的狀態(tài)。
圖2示出了實(shí)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(guò)第一輸送管道2，而過(guò)熱蒸汽HD(參照氣體試樣)通過(guò)第二輸送管道3送入混合室4。因此，濕蒸汽的試樣從一個(gè)未示出的汽輪機(jī)的總濕蒸汽流中獲取。輸送管道2在一個(gè)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(guò)混合段W時(shí)，該部分濕蒸汽ND的液體組分完全汽化，而兩組由兩個(gè)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(cè)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(gè)壓差測(cè)量器5，一個(gè)溫度感受器7和一個(gè)絕對(duì)壓力測(cè)量器8。壓差測(cè)量器5測(cè)量在一個(gè)節(jié)流裝置(如擋板6)前和后的氣流的兩個(gè)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(kāi)的方式從混合物M的壓力和溫度計(jì)算出比焓hM。以相似的方式，在第二管道3內(nèi)確定出過(guò)熱蒸汽HD的流量mHD和比焓hHD。測(cè)量裝置的布置應(yīng)相宜，亦即要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)提供的可能性進(jìn)行。該測(cè)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(jìn)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(cè)量，1995.11)。
對(duì)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(cè)量裝置主要用于控制，必要時(shí)也可取消。采用能測(cè)量以更小管道直徑傳導(dǎo)的濕蒸汽流的流量計(jì)證明是比較有利的。它使整個(gè)方法的精度進(jìn)一步提高。一個(gè)未示出的計(jì)算裝置采集測(cè)量值，從中計(jì)算出中間參數(shù)并再按下列等式計(jì)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(duì)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(jì)，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(cè)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(guò)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(guò)程至少近似絕熱地進(jìn)行。與圖2中因視圖技術(shù)原因所示的不同，測(cè)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(guò)程中汽輪機(jī)出口處濕蒸汽的焓成為可能。通過(guò)采用過(guò)熱蒸汽源，可避免確定蒸汽含量時(shí)的困難，并可應(yīng)用已公開(kāi)的測(cè)量方法。由于此原因，本發(fā)明方法可低成本地實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種用于確定濕蒸汽(ND)、尤其是汽輪機(jī)出口處濕蒸汽(ND)焓(hND)的測(cè)量和計(jì)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(shí)根據(jù)測(cè)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(jì)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(guò)熱蒸汽作為參照氣體(HD)。
4.根據(jù)上述任一項(xiàng)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(duì)濕度和/或狀態(tài)點(diǎn)位置來(lái)調(diào)整。
5.根據(jù)上述任一項(xiàng)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(guò)測(cè)量壓力和溫度來(lái)確定。
6.根據(jù)上述任一項(xiàng)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(gè)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(xiàng)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(jì)算。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，測(cè)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(xiàng)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(jī)的效率。
10.一種實(shí)施上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述方法的裝置，它具有一個(gè)用于輸送濕蒸汽(ND)的第一輸送管道(2)和一個(gè)用于輸送參照氣體(HD)的第二輸送管道(3)，其中，該兩個(gè)輸送管道通入一個(gè)混合室(4)，該裝置還具有一個(gè)用于確定混合室(4)內(nèi)的混合物(M)的焓(hM)的測(cè)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(gè)輸送管道(2、3)通過(guò)一個(gè)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(gè)內(nèi)輸出口(10)，它由一個(gè)外輸出口(11)包圍，其中，一個(gè)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(jī)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(shí)根據(jù)測(cè)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(jì)算出濕蒸汽(ND)的焓(hND)。
文檔編號(hào)G01N25/60GK1268222SQ98808450
公開(kāi)日2000年9月27日 申請(qǐng)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(qǐng)人:西門子公司