超临界水防烧干系统装置的制作方法

本发明是涉及能源发电和机械设备领域的装置，特别涉及超临界水换热特性装置，具体涉及超临界水防烧干系统装置。

背景技术：

能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展、能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。

火力发电是我国主要的发电方式，电站锅炉作为火力电站的三大主机设备之一，伴随着我国火电行业的发展而发展，其中超临界机组具有最显著的节能和改善环境的效果。超临界锅炉技术是国际上最为先进的燃煤发电技术，具有煤耗低、环保性能好、技术含量高的特点。

超临界机组具有无可比拟的经济性，单台机组发电热效率最高可达50％。超超临界机组的发电效率比我国近期主要采用的亚临界机组高出约10％，比超临界机组高出6～8％。若超临界机组同时采用低氧化氮技术，在燃烧过程中减少65％的氮氧化合物及其它有害物质的形成，且脱硫率可超98％，可实现节能降耗、环保的目的。而核电以其独有的优势也受到了世界各国的重视与欢迎，其中反应堆是核电站的关键设计。超临界水冷反应堆是国际上选中的六种四代堆中唯一的水冷堆。国际上广泛认为其具有热效率高、系统紧凑、系统简化、经济性好、可模块化设计等优点，能实现小体积内的大功率输出，设备表现出了非常好的潜在经济性。

与目前运行的常规压水堆相比，超临界水冷反应堆采用的是类似沸水堆的直接循环系统。一回路的流体直接进入汽轮机做功，不需蒸汽发生器和稳压器，少了1个回路。与常规沸水堆相比，超临界水属于单相流体，由于不存在相变，因此省去了汽水分离器和内循环泵。对超临界水冷堆来说，在失流事故状态下冷却剂自然循环的载热能力和流动的稳定性对反应堆的安全分析和降低堆芯熔毁概率都是非常重要的。

现阶段国内外超临界水自然循环研究处于起步阶段。印度的巴巴原子研究中心采用两个加热器，两个冷凝器，工作段内径为13.8mm，采用44个经过校准的K-型热电偶，用来测量流体、加热表面以及二次侧流体的进出口温度。

上海交通大学采用闭式水回路形式，装置运行工况覆盖压水堆和超临界水冷堆的热力参数范围，兼顾自然循环和强迫循环；其中，强迫循环回路由下水平段、循环泵、垂直加热段、上升段、上水平段、水平冷却段、压力控制器与下降段组成。

清华大学工程物理系建造的超临界自然循环试验回路正是为我国973计划项目“超临界水堆关键科学问题的基础研究”而建造的，其自然循环回路类似巴巴原子研究中心，也为两个加热器，两个冷凝器的不锈钢环路。中国核动力研究设计院搭建了双通道工作台，包括电加热与冷却系统、工作段、预热段、质量流速供应与调节系统等几个部分。

以上与超临界锅炉、超超临界锅炉、超临界水冷堆等相关的诸多装置中，其超临界水系统中的工作段均采用电加热。虽然已经安装了一些保护装置，但是功能不够完善。对于管道中水位状况变化没有安装保护设施，对于预热段和工作段的过热也未安装保护电路，所以很容易发生危险。特别当进水管路断开、堵塞，进而管道中水流量不足，会造成以上的超临界水装置预热段和工作段过热，导致电热管烧坏。如果没有及时发现危险，情况继续恶化会造成电路短路，引起触电事故以及火灾事故。

由于上述原因，故对现有的超临界水自然循环装置做了充分研究，以便设计出一种能够解决上述问题的装置。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种超临界水防烧干系统装置，该装置包括通过主管道顺次相连形成闭环回路的预热段、工作段、冷却段、稳压段和供水段，在主管道内设有水位探头，水位探头与控制电路相连。当进水管堵塞或者断开等其它原因导致主管道中水位变化时，控制电路会立刻反应，预热段和工作段停止加热，同时报警电路工作，发出报警信号，从而及时排除安全隐患。该超临界水防烧干系统安全简捷，操作简单，可靠性高，可以预警危险工况的发生，提高了超临界系统的稳定性，有利于超临界水循环顺利进行，保证了系统安全，从而完成本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：

一种超临界水防烧干系统装置，包括通过主管道1顺次相连形成闭合回路的预热段、工作段、冷却段、稳压段和供水段，所述主管道内设有水位探头。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)本发明提供的超临界水防干烧装置能够根据管道内的液面位置，控制继电器通断状态，进而控制超临界水循环的工作运行状态，当液面位置高于水位探头时，继电器的常开开关闭合，接通加热电路，从而预热段和工作段正常工作，给液体加热；当液面位置低于水位探头时，继电器的常开开关断开，报警电路导通，报警器报警，同时加热电路断开，加热电路停止工作，停止对液体加热。

(2)本发明提供的超临界水防烧干装置，其中的控制电路结构简单，使用方便，不需人为看护，当进水管堵塞或者断开等其它原因导致水流量不足时，即主管道中液面位置低于水位探头时，自动停止加热并报警，能够防止因过热造成电路烧坏、短路，引发触电事故及火灾事故，从而能及时的排除安全隐患，保护了人身和财产安全，实现防干烧的目的，还可用于各种加热电器及其他任意场合。

附图说明

图1示出本发明超临界水自然循环装置整体结构示意图；

图2示出本发明超临界水防干烧系统控制电路。

附图标号说明：

1-主管道

2-预热段

3-工作段

4-冷却段

5-稳压段

6-供水段

61-柱塞泵

7-水位探头

8-水位检测电路

9-加热电路

10-报警电路

11-整流电路

111-整流桥

12-电源

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

根据本发明，提供一种超临界水防烧干系统装置，如图1和图2所示。该装置包括通过主管道1顺次相连构成闭环回路的预热段2、工作段3、冷却段4、稳压段5和供水段6，如图1所示。其中，所述装置中，由供水段6向主管道1中注入水，水可以沿主管道逆时针方向流动，依次流经预热段2、工作段3和冷却段4，顺次相连形成闭环回路。

其中，主管道1为中空的密闭管道，预热段2用于预先加热主管道中的水，使其达到预定的温度，工作段3用于继续加热水，并且达到工作温度，以便于通过仪器仪表观测液去离子水变为超临界水后的各项性能参数，所述冷却段4用于给所述超临界水降温，最终使得超临界水在主管道内自然流动，成为自然循环；所述稳压段5用于稳定主管道中的压力，使其保持在预定范围内，所述供水段6用于向主管道中注入水。

稳压段5包括稳压罐，优选地，稳压罐是密闭的，稳压罐通过稳压导管与主管道相连，稳压段5通过稳压罐控制主管道中的压力。

供水段6包括水箱、过滤器、柱塞泵61和截止阀，启动柱塞泵61将水箱中的水注入主管道1，使水充满整个闭环回路，然后关闭截止阀和柱塞泵61。

根据本发明，所述装置还包括用于检测主管道1中液面位置的水位探头7，如图1中所示，该水位探头7在主管道1内安装在供水段6和预热段2之间，从而可以检测液面位置，进而避免发生干烧现象。

本发明人发现，目前超临界水系统中的工作段虽然安装了一些保护装置，但没有针对管道中水位变化的相应保护设施，不能准确、及时、灵敏地反映诸如水管路断开、堵塞等原因造成管道中水流量不足，因而容易发生危险，例如干烧现象，导致电热管烧坏；情况恶化造成电路短路，引起触电以及火灾事故；特别是对于本发明所处的超临界状态而言，当水流量不足、水位下降使得管道内出现空气，不符合超临界水自然循环的工作条件。为此，根据本发明优选的实施方式，所述水位探头7设置在靠近管道内上方部位，尤其是靠近管道上壁，更优选水位探头7设置在管道内壁的最顶端。

将水位探头设置在最顶端可保证液体充满整个管道，防止出现空气，提供理想的超临界工作条件。这样当闭环回路出现故障时，我们能够第一时间发现并处理，如出现漏水时，当液面从顶部降到中部这段过程，就有足够的处理时间，把危险防范于未然。反之，如果探头置于中部或者底部，此时已严重缺水，等发现处理时可能就已经造成了仪器损坏，引发了一系列危险。

本发明中，为了水位探头7上安装有可感知主管道内液面位置的器件，优选为压差传感器，为保证水位探头7在主管道1中正常工作，水位探头7需绝缘处理和防水处理。

本发明提供的装置还包括与水位探头7相连的控制电路，如图2所示，其中，该控制电路包括加热电路9，加热电路9包括对预热段2和工作段3加热的并联电路，加热电路9与电源12相连接。正常情况下，接通电源后，加热电路9正常工作，使得预热段和工作段同时对水进行加热。

本发明中，加热电路9还包括继电器J1，继电器J1有常开开关和常闭开关两个档位，继电器J1的一端与电源12的一端相连接，继电器J1的常开开关与预热段2和工作段3相连接，由此，电源12、加热电路9和继电器J1形成闭合回路。当电源12接通后，在继电器J1的常开开关闭合(即常闭开关断开)的情况下，加热电路9正常工作。

另外，该控制电路还包括报警电路10，报警电路10包括报警器，优选地，报警器包括扬声器和警示灯。优选地，报警电路还包括保护电阻R1，保护电阻R1的一端与电源相连，保护电阻R1另一端与报警器一端相连，报警器的另一端与继电器J1的常闭开关相连，由此，电源、继电器、报警器和电阻形成闭合回路。当电源12接通后，在继电器J1的常闭开关闭合(即常开开关断开)的情况下，报警器工作，发出报警信号。

本发明采用继电器J1作为开关元件，控制报警电路10和加热电路9的接通与断开，并且利用继电器J1的切换作用，在加热电路9工作时，报警电路10断开，在报警电路10工作时，加热电路9断开。

该控制电路还包括整流电路11。整流电路11包括整流桥111和电容C1，在本申请中，电源12通过变压器与整流电路11的输入端相连，电源12接通后通过变压器降压，向整流电路11输入电压较低的交流电，该交流电经过整流桥111转换为单向脉冲直流电，电容C1与整流桥111并联，起稳压的作用。

该控制器还包括水位检测电路8。整流电路11的输出端与水位检测电路8相连。水位探头7与水位检测电路8相连，水位检测电路8通过继电器J1与加热电路9和报警电路10相连。

水位检测电路8包括继电器J1，继电器J1的常开开关与加热电路9和电源12形成串联电路。继电器J1的常闭开关与报警电路10形成串联电路。

水位检测电路8中还包括电阻R2、R3、R4、R5和三极管B1、三极管B2，水位探头7通过保护电阻R2与三极管B1的基极相连，三极管B1与三极管B2串联，R3与R4串联再与稳压电容C1并联，稳压电容的一端与三极管B2的发射极相连，稳压电容C1的另一端通过电阻R5与三极管B1的集电极相连后接地，三极管B2的集电极与继电器相连后与电容的另一端相连并接地，电阻R2、R3、R4、R5起到分压限流的作用。

电源12接通后，电源12提供的交流电经过变压器后，输出为电压较低的交流电供给整流电路11中的整流桥111，交流电经整流桥111转换成单向脉动性直流电，连到电阻R3和R4上下两侧，当主管道1中的水位液面高于水位探头7时，水位探头7把水的压力信号转换成电信号，水位探头7与三极管B1形成一个电压差，这样三极管B1的基极有分流电压，使得三极管B1导通，从而三极管B2导通，继而继电器J1导通，继电器J1的常开开关吸合，预热段2和工作段3与电源形成闭合回路，预热段2和工作段3开始运行，对水进行加热。通过检测主管道中液面位置状态，从而控制预热段2和工作段3的加热，从而保证超临界水自然循环系统正常运行。

当由于水路断开、堵塞等原因导致主管道1中的水位液面低于水位探头7时，水位探头7不能传递出电信号，三极管B1基极无法得到分流电压，从而三极管B1和三极管B2均不能导通，因此继电器J1不能导通，继电器J1的常开开关断开，从而预热段2和工作段3与电源断开，停止加热，防止出现干烧现象。同时，继电器J1的常闭开关与电源12、报警电路10形成闭合回路，报警器开始工作，发出鸣叫，工作人员及时处理，从而能及时的排除安全隐患，保证了人们的生命财产安全。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。