[其他]对常用蒸汽锅炉和二相流程氏循环发动机起动程序的改进的方法和装置

说明书

技术领域：

本发明是对锅炉系统的起动程序的改进，尤其是对常用的闭环系统和蒸汽喷射的程氏循环（Cheng    Cycle）燃气轮机的改进。

发明的技术背景：

在美国专利Nos.3，978，661;4，128，994和4，248，039中描述了二相流热机。在美国专利No.4，297，841，No.4，417，438和No.4，393，649中描述了二相流热机的参数的优化和控制线路。本发明是对二相流热机起动的改进方法，不但应用于常用的锅炉设备，也适用于程氏循环发动机。

冷态起动程序：

常用的蒸汽锅炉用的闭环流路，其锅炉设备通常由三个部件组成：节煤器、蒸发器和过热器。因为产生的蒸气推动汽轮机或为不同用途提供蒸气，而在利用了蒸气的大部分热能之后，蒸气被冷却循环并返回锅炉设备。所以这是一个闭环系统。在这种系统中几乎不加入补给水。因此，水中的任何杂质总是存在于该锅炉系统中。在这里，所关心的是任何气态杂质。据气态杂质的腐蚀性，这些杂质至少对锅炉设备有两种不同的影响。对于非凝固的（此情况下，非凝固的是指在锅炉工作温度、压力条件下，流体的性质）、非腐蚀性气体，例如：氮气，这种气体在热交换器内的积蓄减少了热交换系数。因而，对于加热相同量的水或过热相同量的蒸气则需要更多的热交换面积。当杂质是非凝固的、腐蚀性气体时，例如：氧气或二氧化碳气体，除了热交换特性变化外，腐蚀性气体对锅炉金属元件有腐蚀，它进一步减少了热交换系数而引起更长期的运行中的问题。因而，任何闭环系统的一个目的是要避免非凝固气体进入锅炉系统。

排除非凝固气体，影响了常用的闭式环路锅炉设备的起动程序，如上所述，常用的闭式锅炉设备有三个主要部件：节煤器、蒸发器和过热器。通常在蒸发器和过热器之间连接一个储水箱，储水箱内的水通过蒸发器内热交换管循环到储水箱内。排除储水器蒸发腔内的蒸气使之进入过热器。然而，因为携带的水对过热器下流的汽轮机叶片有破坏作用，所以最重要的是只让蒸气进入过热器。

在冷起动中是很难满足仅需要蒸气的要求。由于向蒸发器加热，一些水成为蒸气这种相变化产生的现象称之为“膨胀的蒸发器”（boiler    swelling）。“膨胀的蒸发器”是指由于沸腾而产生的少量蒸气而引起液体体积的很大变化。由于相同量的水，汽态比液态占有更大的体积，液体中存在的少量蒸气引起液体体积的显著膨胀。为了防止截留液体被带入过热器和汽轮机，应用了所谓的排污方法。

在排污过程中，储水箱与大气相通（或循环到运行在大气压下的补给水系统），从储水箱中排出大量的热水和蒸汽。这个排污过程不断重复直到当系统开始处在稳定的温度和压力的条件下运行时，蒸发器内达到所需的液位为止。

在起动锅炉过程中，利用储水箱排污是一个低效能的方法。大量能量从系统中排出，排污也是一个很长的过程。在常用的锅炉中，还未发表过一篇关于慢速起动问题的文献。由于排污过程，避免了任何 时候认为合理的携带水而引起的对过热器和汽轮机可能的破坏和能量的损失。然而，应用程氏循环的二相流发动机本身是个快速系统。慢速起动的锅炉可以很有效地阻止程氏循环系统的快速输出动力。除了能量的损失，膨胀的蒸发器和排污也能引起锅炉的振动。而振动又能引起热交换管的应力、引起管上的积垢和不均匀加热。

本发明的主题是对起动程序的改进，认识到程氏循环发动机中，导入非凝固气体不是问题，而这种气体对于系统的运行过程是基本热力学所需要的。由定义出发，喷入蒸气的燃气轮机是为了高效的发电，工作在两种流体（非凝固气体和蒸气）中。在程氏循环系统中，由于非凝固气体通过汽轮机和热交换器与大气相通，故非凝固气体不积蓄。因而，在起动时，导入逆流式热交换器蒸发端的非凝固气体在较短的时间内不存在明显问题，无论在运行中或腐蚀条件下等等。

程氏循环系统的锅炉如同常用的锅炉一样，由三个部分组成：储水箱在过热器和蒸发器之间，并与其相连。通过对来自燃气涡轮压缩机的空气加压储水箱，在程氏循环的冷起动过程中，已经消除了膨胀的蒸发器和排污问题。这种超压减小了过早的液-汽态相变以及相应体积的增加。因而，锅炉可以迅速地升到高温而不怕携带水，也不需要彻底排污。在开式循环系统中，起动时通常排除导入锅炉中的非凝固气体。

增加储水箱压力减小液体膨胀这个概念也适用于常用的锅炉上。如上所述，必须避免使非凝固气体导入闭环锅炉设备中。然而，从外源而来的高压蒸气可用于增加水箱的运行压力而不引入不需要的部件。由于发电机组通常是并排运行，一台发电机产生的电可以高效地起动第二台机组。