СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПАРОГЕНЕРАТОРА Российский патент 2023 года по МПК F22B1/06 F22B29/12 F22B35/00 F22D1/12 F28D7/10 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и криогенным системам и может быть использовано в парогенерирующих системах и устройствах.

Известен способ изменения соответствия тепловосприятий испарительных и пароперегревательных поверхностей нагрева парогенератора, заключающийся в изменении проходного сечения дроссельного клапана по изменению разности температур, при этом в испарительных поверхностях поддерживают критическое давление рабочей среды (SU, авторское свидетельство №857637, F22B 35/00, 1981).

Недостаток способа в том, что он осуществим только при одном фиксированном критическом давлении рабочей среды, что неприемлемо в парогенераторе с широким диапазоном изменения расходов рабочей среды и тепловых нагрузок, т.к. при увеличении тепловой нагрузки или снижения расхода рабочей среды на входе в парогенератор переходная зона из жидкой в газообразную смещается или на входное гидравлическое сопротивление, что приводит к апериодической неустойчивости работы парогенератора из-за возрастания входного гидравлического сопротивления, или к возникновению струйного течения, когда жидкая фаза рабочей среды достигает выходного гидравлического сопротивления, что также приводит к апериодической неустойчивости работы парогенератора.

Известен способ предупреждения явления неустойчивости потоков в теплообменнике, заключающийся в том, что при получении газообразного вещества из жидкости, проводят измерение температуры газообразного вещества, при этом регулировку температуры осуществляют так, чтобы измеренная температура была на 20-50°С выше, чем температура насыщения газообразного вещества (Япония, патент №6011281, F22B 1/06, 1985).

Недостаток способа в том, что при случайном увеличении тепловой нагрузки на теплообменник не соответствующе расходу жидкости на входе или случайное снижение расхода жидкости на входе не соответствующее тепловой нагрузке, зона перехода жидкой фазы в газообразную перемещается на входное гидравлическое сопротивление, что вызывает неустойчивую работу теплообменника из-за возрастания входного гидравлического сопротивления и падением расхода вещества на входе в теплообменник.

Известен способ (см. патент РФ №2663967, опубл. 13.08.2018, Бюл. 23) повышения эффективности работы и устойчивости течения теплоносителя, заключающийся в том, что рабочее тело, прокачивают по внутренней полости каналов теплообменника, а теплоту подводят на наружную стенку каналов, при этом по длине экономайзерного участка откачивают из пограничного слоя паровую и газовую фазы рабочего тела и направляют их в выходную магистраль, расположенную за выходным гидравлическим сопротивлением канала теплообменника, а также тем, что по длине экономайзерного участка теплообменника увеличивают производительность откачки из пограничного слоя паровой и газовой фаз рабочего тела от входа к выходу и тем, что производительность откачки паровой и газовой фаз рабочего тела из пограничного слоя на экономайзерном участке теплообменника изменяют в зависимости от тепловой нагрузки, при этом измеряют температуру стенки со стороны нагревающей среды на экономайзерном участке теплообменника, в зависимости от которой изменяют производительность откачки пограничного слоя, а так же то, что экономайзерный участок каналов теплообменника снабжен отверстиями для отвода из пограничного слоя паровой и газовой фаз рабочего тела, которые соединены с входом в насос, а его выход соединен с выходной магистралью за выходным гидравлическим сопротивлением канала теплообменника, а также тем, что размеры отверстий для отвода паровой и газовой фаз рабочего тела из экономайзерного участка увеличиваются по ее длине от входа к выходу, кроме этого по длине экономайзерного участка в направлении перпендикулярном движению рабочего тела по внутреннему контуру канала теплообменника расположены присоединенные объемы для сбора паровой и газовой фаз рабочего тела из пограничного слоя, при этом отверстия для отвода паровой и газовой фаз рабочего тела расположены в присоединенных объемах, тем, что размеры присоединенных объемов и отверстий для отвода паровой и газовой фаз рабочего тела из экономайзерного участка увеличиваются по ее длине от входа к выходу, тем, что на наружной стороне стенки экономайзерного участка канала теплообменника установлен датчик температуры, соединенный через контроллер с блоком управления насосом откачки паровой и газовой фаз рабочего тела из пограничного слоя экономайзерного участка теплообменника, тем, что между отверстиями отбора паровой и газовой фаз из пограничного слоя на экономайзерном участке и входом в насос установлен хотя бы один регулируемый дроссель, соединенный с блоком управления, и тем, что в качестве насоса применяют эжекторный насос.

Недостатки способа, во первых, в том, что при временном случайном снижении расхода рабочего продукта или увеличении тепловой нагрузки не соответствующие друг другу на данном режиме, зона перехода жидкой фазы в газообразную перемещается на входное гидравлическое сопротивление, что вызывает неустойчивую работу парогенератора, в связи с ростом входного гидравлического сопротивления и еще большим падением расхода рабочего продукта на его входе, во вторых, при временном случайном увеличении расхода рабочего продукта при высокой или слишком низкой тепловой нагрузке возникает струйное течение, когда жидкая фаза рабочего продукта достигает выходного гидравлического сопротивления, что также приводит к апериодической неустойчивости работы парогенератора.

Задачей изобретения является повышение устойчивости работы парогенератора.

Указанная задача в способе повышения устойчивости парогенератора заключающегося в измерении температуры рабочего продукта и управлению по ней перепуском части рабочего продукта из парогенератора за его выходное гидравлическое сопротивление, решаются тем, что измеряют давление Р_изм и температуру Т_изм по оси переходного участка от жидкой к паровой фазе, сравнивают значение этой измеренной температуры Т_изм с температурой насыщения Т_нас при измеренном давлении Р_изм по оси переходного участка от жидкой к паровой фазе, если Т_изм>Т_нас, то открывают перепуск части рабочего продукта из перегревательного участка парогенератора за выходное гидравлическое сопротивление, а при достижении измеренной температуры Т_изм по оси переходного участка от жидкой к паровой фазе температуры насыщения или ниже Т_изм≤Т_нас при измеренном давлении Р_изм по оси переходного участка от жидкой к паровой фазе закрывают перепуск части рабочего продукта из перегревательного участка парогенератора за выходное гидравлическое сопротивление, а также тем, что дополнительно измеряют давление Р_{изм_вых} и температуру Т_{изм_вых} в перегревательном участке парогенератора, сравнивают значение измеренной температуры Т_{изм_вых} в перегревательном участке парогенератора с температурой Т_нас+(5-50°С) при измеренном давлении Р_{изм_вых} в перегревательном участке, если Т_изм__вых≤Т_нас+(5-50°С), то снижают расход рабочего продукта на входе в парогенератор, если Т_{изм_вых}>Т_нас+(5-50°С), то увеличивают расход рабочего продукта на входе в парогенератор, и тем, что при увеличении разности температур ΔТ=Т_изм-Т_нас увеличивают перепуск части рабочего продукта из перегревательного участка парогенератора за выходное гидравлическое сопротивление, а при снижении разности температур ΔТ=Т_изм-Т_нас уменьшают перепуск части рабочего продукта из перегревательного участка парогенератора за выходное гидравлическое сопротивление, и тем, что при увеличении разности температур ΔТ=Т_изм-Т_нас снижают температуру греющего теплоносителя, а при снижении ΔТ=Т_изм-Т_нас увеличивают температуру греющего теплоносителя, и тем, что при увеличении разности температур ΔТ_вых=Т_{изм_вых}-Т_нас+(5-50°С) увеличивают расход рабочего продукта на входе в парогенератор, а при снижении ΔТ_вых уменьшают расход рабочего продукта на входе в парогенератор, и тем, что при увеличении разности температур ΔТ_вых=Т_{изм_вых}-Т_нас+(5-50°С) снижают температуру греющего теплоносителя, а при снижении ΔТ_вых увеличивают температуру греющего теплоносителя.

В известных технических решениях признаков сходных с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не обнаружено, следовательно, это решение обладает существенными отличиями. Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию «новизна». В то же время, заявляемое техническое решение применимо в промышленности, в частности в энергетическом машиностроении и криогенных системах и может быть использовано в парогенерирующих системах и устройствах, поэтому оно соответствует условию «промышленная применимость».

Изобретение поясняется следующим схемами.

На фиг. 1 представлена схема системы для повышения устойчивости течения рабочего продукта в парогенераторе.

На фиг. 2 представлена схема системы для повышения устойчивости течения рабочего продукта в парогенераторе с дополнительным блоком датчиков давления и температуры в перегревательном участке парогенератора и вторым управляемым дросселем на его входе.

Система (фиг. 1) содержит парогенератор 1, к которому подведена внешняя теплота Q от греющего теплоносителя. В парогенераторе 1, между входным гидравлическим сопротивлением, а именно входной дроссельной шайбой 2 и выходным гидравлическим сопротивлением, а именно выходной дроссельной шайбой 3 находятся три участка - экономайзерный участок 4 с жидкой фазой рабочего продукта, переходный участок 5 перехода жидкой фазы в парообразную и перегревательный участок 6 с газовой фазой рабочего продукта. По оси 7 в переходном участке 5 установлен первый блок 8 с датчиками температуры и давления, соединенные с электронным блоком управления 9, который через первый привод 10 соединен с первым управляемым дросселем 11 линии перепуска 12 из перегревательного участка 6 за выходную дроссельную шайбу 3 в зону 13.

Система (фиг. 2) дополнительно перед входной дроссельной шайбой 3 на входе в парогенератор 1 установлен второй управляемый дроссель 14, соединенный со вторым - приводом 15, который, в свою очередь, соединен с электронным блоком управления 9, а в перегревательном участке 6 перед входом в выходную дроссельную шайбу 3 на выходе парогенератора 1 содержит второй блок 16 с датчиками давления и температуры, соединенные с электронным блоком управления 9.

Способ по п. 1 (фиг. 1) осуществляют следующим образом. Рассмотрим первый вариант на стационарном режиме работы при условно постоянном расходе рабочего продукта на входе в парогенератор 1 и условно постоянной тепловой нагрузке Q. В процессе работы парогенератора 1 при случайном увеличении тепловой нагрузки Q или случайном снижении расхода рабочего продукта, не соответствующие друг другу на данном режиме работы, на входе парогенератора 1 переходный участок 5 перехода жидкой фазы в парообразную смещается к входной дроссельной шайбе 2, при этом температура Т_изм в зоне первого блока 8 с датчиками давления и температуры Т_изм>Т_нас становиться выше температуры насыщения Т_нас при измеренном давлении Р_изм датчиком давления. Первый блок 8 с датчиками давления и температуры измеряет давление Р_изм и температуру Т_изм в переходном участке 5 и по полученному сигналу, преобразованному в электронном блоке управления 9, с помощью первого привода 10 открывают первый управляемый дроссель 11 и перепускают через линию перепуска 12 часть газообразного рабочего продукта из перегревательного участка 6 за выходную дроссельную шайбу 3 в зону 13. Этот перепуск рабочего продукта вызывает уменьшение давления в перегревательном участке 6, что увеличивает перепад давления на входной дроссельной шайбе 2 и увеличивает расход рабочего продукта на входе в парогенератор 1, а это, в свою очередь, приводит к смещению переходного участка 5 вниз по потоку, т.е. дальше от входной дроссельной шайбы 2. После восстановления тепловой нагрузки Q до номинальных значений, температура Т_изм, измеренная первым блоком 8 с датчиками температуры и давления, снижается Т_изм≤Т_нас до или ниже температуры насыщения Т_нас при измеренном давлении Р_изм, электронный блок управления 9 выдает команду на первый привод 10 на закрытие первого управляемого дросселя 11, т.е. выключению перепуска части газообразного рабочего продукта из перегревательного участка 6 через линию перепуска 12 за выходную дроссельную шайбу 3 в зону 13. При этом расход рабочего продукта на входе в парогенератор 1 восстанавливается до значения установленного стационарного режима. Второй вариант это переходный режим работы: увеличение или снижение расхода рабочего продукта на входе в парогенератор 1 производят с пропорциональным изменением тепловой нагрузки Q_д. Поэтому переходный участок 5 перехода жидкой фазы в парообразную практически остается в центральной части канала парогенератора 1. На переходном режиме при случайном увеличении, не пропорционально увеличению расхода рабочего продукта, тепловой нагрузки Q выше Q_д переходный участок 5 перехода жидкой фазы в парообразную смещается к входной дроссельной шайбе 2, при этом температура Т_изм в зоне первого блока 8 датчиков давления и температуры становиться выше Т_изм>Т_нас температуры насыщения Т_нас при измеренном давлении Р_изм. Первым блоком 8 с датчиками давления и температуры измеряют давление Р_изм и температуру Т_изм в зоне перехода 5 и по полученному сигналу, преобразованному в электронном блоке управления 9, с помощью первого привода 10 открывают первый управляемый дроссель 11 и перепускают часть газообразного рабочего продукта из перегревательного участка 6 через линию перепуска 12 за выходную дроссельную шайбу 3 в зону 13. Этот перепуск рабочего продукта вызывает уменьшение давления в перегревательном участке 6 и увеличивает перепад давления на входной дроссельной шайбе 2, что увеличивает расход рабочего продукта через парогенератор 1, а это, в свою очередь, приводит к смещению переходного участка 5 вниз по потоку, т.е. дальше от входной дроссельной шайбы 2. После восстановления тейловой нагрузки Q до номинального значения Q_д, температура Т_изм, измеренная первым блоком 8 с датчиками температуры и давления, становиться Т_изм≤Т_нас ниже или равной температуре насыщения при измеренном давлении Р_изм, электронный блок управления 9 выдает команду в первый привод 10 для закрытия первого управляемого дросселя 11, т.е. выключению перепуска части газообразного рабочего продукта из перегревательного участка 6 через линию перепуска 12 за выходную дроссельную шайбу 3 в зону 13. За счет устранения вероятности смещения переходного участка 5 на входную дроссельную шайбу 2 и устранения возрастания гидравлического сопротивления на ней, приводящего к резкому снижению расхода рабочего продукта через парогенератор 1, повышена устойчивость его работы.

Способ по п. 2 (фиг. 2) осуществляют следующим образом. Дополнительно с помощью второго блока 16 с датчиками температуры и давления измеряют давление Р_{изм_вых} и температуру Т_изм__вых в перегревательном участке 6 парогенератора 1, в электронном блоке управления 9 сравнивают значение измеренной температуры Т_изм__вых в перегревательном участке 6 парогенератора 1 с температурой Т_нас+(5-50°С) при измеренном давлении Р_{изм_вых} в перегревательном участке 6, если Т_{изм_вых}≤Т_нас+(5-50°С), то электронный блок управления 9 выдает команду на второй привод 15 для прикрытия второго управляемого дросселя 14, что снижает расход рабочего продукта на входе в парогенератор 1, если Т_{изм_вых}>Т_нас+(5-50°С), то электронный блок управления 9 выдает команду на второй привод 15 для открытия второго управляемого дросселя 14, что увеличивает расход рабочего продукта на входе в парогенератор 1. За счет контроля температуры рабочего продукта в перегревательном участке 6 парогенератора 1 и управлением расходом рабочего продукта на входе в парогенератор 1 снижена вероятность струйного течения жидкой фазы рабочего продукта и достижения ей выходной дроссельной шайбы 3, при этом уменьшается вероятность появления апериодической неустойчивости работы парогенератора 1.

Способ по п. 3 (фиг. 1 и фиг. 2) осуществляют следующим образом. При увеличении разности температур ΔТ=Т_изм-Т_нас с помощью первого управляемого дросселя 11 увеличивают перепуск части рабочего продукта из перегревательного участка 6 парогенератора 1 за выходное гидравлическое сопротивление выходную дроссельную шайбу 3 в зону 13, а при снижении разности температур ΔТ=Т_изм-Т_нас с помощью первого управляемого дросселя 11 уменьшают перепуск части рабочего продукта из перегревательного участка 6 парогенератора 1 через линию перепуска 12 за выходное гидравлическое сопротивление выходную дроссельную шайбу 3 в зону 13. За счет управления расходом газовой фазы в перепуске на выходной дроссельной шайбе 3 повышена устойчивость работы парогенератора 1 в широком диапазоне рабочих параметров.

Способ по п. 4 (фиг. 1 и фиг. 2) осуществляют следующим образом. При увеличении разности температур ΔТ=Т_изм-Т_нас снижают температуру греющего теплоносителя, т.е. снижают тепловой поток Q, подводимый с наружной стороны парогенератора 1, а при снижении ΔТ=Т_изм -Т_нас увеличивают температуру греющего теплоносителя, т.е. увеличивают тепловой поток Q, подводимый с наружной стороны парогенератора 1. За счет управления температурой греющего теплоносителя, т.е. подводимой теплоты к рабочему продукту повышена устойчивость работы парогенератора 1 в широком диапазоне рабочих параметров.

Способ по п. 5 (фиг. 2) осуществляют следующим образом. При увеличении разности температур ΔТ_вых=Т_{изм_вых}-Т_нас+(5-50°С) электронный блок управления 10 выдает команду во второй привод 15 для управления вторым управляемым дросселем 14, при этом увеличивают расход рабочего продукта на входе в парогенератор 1, а при снижении разности температур ΔТ_вых электронный блок управления 10 выдает команду на второй привод 15 для управления вторым управляемым дросселем 14, при этом уменьшают расход рабочего продукта на входе в парогенератор 1. За счет управления расходом рабочего продукта на входе в парогенератор 1 повышена устойчивость его работы в широком диапазоне рабочих, параметров.

Способ по п. 6 (фиг. 2) осуществляют следующим образом. При увеличении разности температур ΔТ_вых=Т_{изм_вых}-Т_нас+(5-50°С) снижают температуру греющего теплоносителя, т.е. снижают-тепловой поток Q на наружной поверхности парогенератора 1, а при снижении ΔТ_вых увеличивают температуру греющего теплоносителя, т.е. увеличивают тепловой поток Q на наружной поверхности парогенератора 1. За счет управления температурой греющего теплоносителя, т.е. подводимой теплоты к рабочему продукту повышена устойчивость работы парогенератора 1 в широком диапазоне рабочих параметров.

За счет перепуска части газообразного рабочего продукта из перегревательного участка за выходное гидравлическое сопротивление снижено давление в перегревательном участке парогенерирующего канала, при этом переходный участок перемещен вниз по потоку, т.е. дальше от входного гидравлического сопротивления, что устраняет вероятность попадания переходного участка с паровой фазой рабочего продукта на входное гидравлическое сопротивление, что повышает устойчивость работы парогенератора.

За счет контроля температуры рабочего продукта в перегревательном участке парогенератора и управлением расходом рабочего продукта на входе в парогенератор снижена вероятность струйного течения жидкой фазы рабочего продукта и достижения ей выходной дроссельной шайбы, при этом уменьшается вероятность появления апериодической неустойчивости работы парогенератора.

За счет управления расходом рабочего продукта на входе в парогенератор повышена устойчивость работы парогенератора в широком диапазоне рабочих параметров.

За счет управления температурой греющего теплоносителя, т.е. подводимой теплоты к рабочему продукту повышена устойчивость работы парогенератора в широком диапазоне рабочих параметров.

Таким образом, изобретением усовершенствован способ для повышения устойчивости парогенератора, в котором положение переходного участка от жидкой к паровой фазе рабочего продукта удерживается в центральной части канала парогенератора.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и криогенным системам и может быть использовано в парогенерирующих системах и устройствах. Задачей изобретения является повышение устойчивости работы парогенератора. Согласно предложенному способу повышения устойчивости парогенератора осуществляют измерение температуры рабочего продукта, а также осуществляют управление перепуском части рабочего продукта из парогенератора за его выходное гидравлическое сопротивление с учётом величины измеренной температуры рабочего продукта. При этом измеряют давление Р_изм и температуру Т_изм по оси переходного участка от жидкой к паровой фазе, сравнивают значение этой измеренной температуры Т_изм с температурой насыщения Т_нас при измеренном давлении Р_изм по оси переходного участка от жидкой к паровой фазе, если Т_изм>Т_нас, то открывают перепуск части рабочего продукта из перегревательного участка парогенератора за выходное гидравлическое сопротивление, а при достижении измеренной температуры Т_изм по оси переходного участка от жидкой к паровой фазе температуры насыщения или ниже Т_изм≤Т_нас при измеренном давлении Р_изм по оси переходного участка от жидкой к паровой фазе закрывают перепуск части рабочего продукта из перегревательного участка парогенератора за выходное гидравлическое сопротивление. 5 з.п. ф-лы., 2 ил.

1. Способ повышения устойчивости парогенератора, заключающийся в измерении температуры рабочего продукта и управлении по ней перепуском части рабочего продукта из парогенератора за его выходное гидравлическое сопротивление, отличающийся тем, что измеряют давление Р_изм и температуру Т_изм по оси переходного участка от жидкой к паровой фазе, сравнивают значение этой измеренной температуры Т_изм с температурой насыщения Т_нас при измеренном давлении Р_изм по оси переходного участка от жидкой к паровой фазе, если Т_изм>Т_нас, то открывают перепуск части рабочего продукта из перегревательного участка парогенератора за выходное гидравлическое сопротивление, а при достижении измеренной температуры Т_изм по оси переходного участка от жидкой к паровой фазе температуры насыщения или ниже Т_изм≤Т_нас при измеренном давлении Р_изм по оси переходного участка от жидкой к паровой фазе закрывают перепуск части рабочего продукта из перегревательного участка парогенератора за выходное гидравлическое сопротивление.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно измеряют давление Р_{изм_вых} и температуру Т_изм__вых в перегревательном участке парогенератора, сравнивают значение измеренной температуры Т_{изм_вых} в перегревательном участке парогенератора с температурой Т_нас+(5-50°С) при измеренном давлении Р_{изм_вых} в перегревательном участке, если Т_{изм_вых}<Т_нас+(5-50°С), то снижают расход рабочего продукта на входе в парогенератор, если Т_{изм_вых}>Т_нас+(5-50°С), то увеличивают расход рабочего продукта на входе в парогенератор.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что при увеличении разности температур ΔТ=Т_изм-Т_нас увеличивают перепуск части рабочего продукта из перегревательного участка парогенератора за выходное гидравлическое сопротивление, а при снижении разности температур ΔТ=Т_изм-Т_нас уменьшают перепуск части рабочего продукта из перегревательного участка парогенератора за выходное гидравлическое сопротивление.

4. Способ по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что при увеличении разности температур ΔТ=Т_изм-Т_нас снижают температуру греющего теплоносителя, а при снижении ΔТ=Т_изм-Т_нас увеличивают температуру греющего теплоносителя.

5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при увеличении разности температур ΔТ_вых=Т_{изм_вых}-Т_нас+(5-50°С) увеличивают расход рабочего продукта на входе в парогенератор, а при снижении ΔТ_вых уменьшают расход рабочего продукта на входе в парогенератор.

6. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при увеличении разности температур ΔТ_вых=Т_{изм_вых}-Т_нас+(5-50°С) снижают температуру греющего теплоносителя, а при снижении ΔТ_вых увеличивают температуру греющего теплоносителя.