一种可自动化调节蒸汽参数并汽水分离的装置及方法与流程

本发明涉及一种可自动化调节蒸汽参数并汽水分离的装置，主要应用于供热机组低压缸切除等需要对蒸汽参数进行调节的领域，亦可应用于其他领域。

背景技术：

随着电力行业的发展，新能源电力占比显著攀升，新能源电力消纳问题愈发突出。为了在消纳新能源电力的同时，保证电网安全稳定运行，需对传统火电机组的灵活性和调峰能力进行大幅提升。而在北方地区，由于冬季供暖需要，热电机组出力受到供暖负荷限制，因此实现热电解耦增强机组灵活性迫在眉睫。

近几年来，切除低压缸供热技术（又叫新型凝抽背供热技术），由于显著的热电解耦能力和供热增强能力，得到了快速发展。该技术特点在于，切除低压缸进气并全部用于抽汽供热，将机组从抽汽凝汽式运行转换为高背压运行；为保证汽轮机切除低压缸后能稳定运行，需向低压缸通入小股高品质冷却蒸汽，以保证低压缸安全运转。

专利“一种切除低压缸进汽的供热系统201720604399.3”、专利“一种基于抽汽口的低压缸长叶片冷却系统及方法201710385711.9”、专利“火电机组切除低压缸运行的安全保护系统201820303532.6”均指出切除低压缸供热技术中需要引入专门的小股冷却蒸汽，且对蒸汽参数控制直接关系到低压缸运行的安全性，但均未涉及如何有效可靠地产生这种小股冷却蒸汽。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种可自动化调节蒸汽参数并汽水分离的装置及方法，该装置具有蒸汽参数调节能力，同时配置自控系统对参数进行自动调节，以满足汽轮机工况变化后对冷却蒸汽参数变化的要求。另本装置在蒸汽参数调节过程中，即可对蒸汽进行三级汽水分离，从而保证输出蒸汽的品质可靠性，从而为低压缸切除提供高品质的冷却蒸汽。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种可自动化调节蒸汽参数并汽水分离的装置，其特征在于，包括初蒸汽入口、减压阀、雾化喷嘴、减温阀、减温水入口、压力传感器、温度传感器、蒸汽出口、内减温混合段、外筒体、内螺旋导流板、外螺旋导流板、锥形折流分液板、远传液位计、储液区、排水阀、排污阀、蒸汽出口主阀和出口旁路阀；所述内减温混合段位于外筒体内，所述外螺旋导流板的外侧与外筒体的内壁相连，所述外螺旋导流板的内侧与内减温混合段的外壁相连，从而在外筒体和内减温混合段之间形成一个螺旋流动空间；所述内减温混合段的内部安装有内螺旋导流板，从而形成一个螺旋流动空间；所述内减温混合段的上端与初蒸汽入口连通，且在初蒸汽入口安装有减压阀，所述减温水入口设置在减压阀的下方，且在减温水入口上安装有减温阀，所述雾化喷嘴与减温水入口连通，且雾化喷嘴位于内减温混合段内；所述内减温混合段的底部为敞开式结构，在内减温混合段的下方、外筒体的内部设置有锥形折流分液板，所述锥形折流分液板的下方设置有储液区，在储液区的下方、外筒体的底部安装有排水阀和排污阀；所述外筒体的顶部设置有蒸汽出口，且在蒸汽出口安装有蒸汽出口主阀和出口旁路阀；在蒸汽出口的相邻位置安装有压力传感器和温度传感器，在外筒体的底部安装有远传液位计，用于测量储液区的液位。

进一步的，所述内螺旋导流板安装于内减温混合段的中下部，所述内减温混合段的上部是中空的结构，用于初段混合；所述内螺旋导流板用于提供混合扰流、强化换热和螺旋分离功能。

进一步的，所述锥形折流分液板的外边缘均匀布置有漏液孔，用于使分离出的液体通过漏液孔流入储液区，并通过排水阀排出。

进一步的，所述减压阀、减温阀、排水阀、蒸汽出口主阀、出口旁路阀均为电控阀，其中，减压阀和减温阀为电动调节阀，排水阀为电磁阀，蒸汽出口主阀和出口旁路阀为电控截止阀，所述排污阀为手动阀。

进一步的，还包括控制箱，所述减压阀、减温阀、蒸汽压力传感器、蒸汽温度传感器、远传液位计、排水阀、蒸汽出口主阀和出口旁路阀均与控制箱相连接，所述控制箱安装有无线和有线通讯模块，控制箱安装有就地plc控制模块，控制箱可以和上位系统（如dcs系统、scada系统、汽轮机deh系统等）相连，可通过plc进行就地控制，亦可以通过上位系统进行远程控制。

进一步的，为保证关键参数测量的有效性和可靠性，蒸汽压力传感器、蒸汽温度传感器、远传液位计均实际安装有三个，取数时采取三取二的形式。

所述的可自动化调节蒸汽参数并汽水分离的装置的工作方法，其特征在于，使用过程如下：需调节参数的蒸汽经过初蒸汽入口进入本装置，先经减压阀调压后流向内减温混合段，同时减温水经过减温阀和雾化喷嘴雾化成微液滴后喷入内减温混合段，蒸汽和微液滴在内减温混合段混合换热，在混合过程中蒸汽减温且微液滴汽化，先经内减温混合段的上部初混合和蒸发减温，而后混合蒸汽通过内螺旋导流板强化蒸汽和微液滴的换热和混合过程，同时通过螺旋离心将部分汽化不彻底的液滴进行一次分离，形成初混合蒸汽，一次分离出的液流或液滴掉入锥形折流分液板后流入储液区；初混合蒸汽流出内减温混合段后经锥形折流分液板进行折流换向，折流过程中由于惯性作用进行二次汽液分离，二次分离产生的液滴掉入锥形折流分液板后流入储液区；二次分离后形成的中段混合蒸汽流入外筒体内的外螺旋导流板，经过螺旋离心进行三次汽液分离，三次分离产生的液流或液滴掉入锥形折流分液板后流入储液区，最终产生的合格蒸汽通过蒸汽出口流出。

所述的可自动化调节蒸汽参数并汽水分离的装置系统的工作方法，其特征在于，控制调节方式如下：①首先通过就地设置或上位远程给定的方式，对控制箱设置输出蒸汽的参数（温度、压力、等）；然后控制箱给出指令，全开减压阀和出口旁路阀，利用初蒸汽对本装置进行暖管加热，暖管结束后进入下一步控制流程；②控制箱结合给定蒸汽压力和压力传感器数值，调整减压阀开度，直至出口蒸汽压力达到给定值；③出口蒸汽压力达到给定值后，继续保持出口旁路阀全开，同时保持减压阀的开度，打开减温阀，通过雾化喷嘴向装置内喷入水雾，从而对蒸汽进行温度调节，控制箱结合给定蒸汽温度值和温度传感器的数值对减温阀进行调节，直至出口蒸汽温度达到给定值；④经过上述温度压力调节，出口蒸汽参数能稳定的达到给定值后，关闭出口旁路阀，打开蒸汽出口主阀，本装置即可向外提供高品质的蒸汽；⑤在本装置启动和运行全过程中，远传液位计实时上传储液区液位至控制箱，当液位高于高限液位时，控制箱给排水阀发出打开指令进行排液，当液位高于低限液位时，控制箱给排水阀发出关闭指令，排液结束；当控制箱接收的蒸汽参数指令发生变化时，控制箱执行②③④步骤再次对蒸汽参数调整，直至出口蒸汽参数达到设定要求。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明装置结构简单、安装便利、控制智能、性能可靠，通过本发明可以有效的对初蒸汽参数进行调节和控制，并进行三级有效汽水分离，以提供高品质的符合参数要求的蒸汽输出，装置系统本身匹配电控阀、传感器和控制系统，保证了运行过程中控制的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例中可自动化调节蒸汽参数并汽水分离的装置的结构示意图。

图中：初蒸汽入口1、减压阀2、雾化喷嘴3、减温阀4、减温水入口5、接口法兰6、压力传感器7、温度传感器8、蒸汽出口9、内减温混合段10、控制箱11、外筒体12、内螺旋导流板13、外螺旋导流板14、锥形折流分液板15、远传液位计16、储液区17、排水阀18、排污阀19、蒸汽出口主阀20、出口旁路阀21。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1，本实施例中的可自动化调节蒸汽参数并汽水分离的装置，包括初蒸汽入口1、减压阀2、雾化喷嘴3、减温阀4、减温水入口5、压力传感器7、温度传感器8、蒸汽出口9、内减温混合段10、外筒体12、内螺旋导流板13、外螺旋导流板14、锥形折流分液板15、远传液位计16、储液区17、排水阀18、排污阀19、蒸汽出口主阀20和出口旁路阀21。

内减温混合段10位于外筒体12内，外螺旋导流板14的外侧与外筒体12的内壁相连，外螺旋导流板14的内侧与内减温混合段10的外壁相连，从而在外筒体12和内减温混合段10之间形成一个螺旋流动空间；内减温混合段10的内部安装有内螺旋导流板13，从而形成一个螺旋流动空间；内减温混合段10的上端与初蒸汽入口1连通，且在初蒸汽入口1安装有减压阀2，减温水入口5设置在减压阀2的下方，且在减温水入口5上安装有减温阀4，雾化喷嘴3与减温水入口5连通，且雾化喷嘴3位于内减温混合段10内；内减温混合段10的底部为敞开式结构，在内减温混合段10的下方、外筒体12的内部设置有锥形折流分液板15，锥形折流分液板15的下方设置有储液区17，在储液区17的下方、外筒体12的底部安装有排水阀18和排污阀19；外筒体12的顶部设置有蒸汽出口9，且在蒸汽出口9安装有蒸汽出口主阀20和出口旁路阀21；在蒸汽出口9的相邻位置安装有压力传感器7和温度传感器8，在外筒体12的底部安装有远传液位计16，用于测量储液区17的液位。

内螺旋导流板13安装于内减温混合段10的中下部，内减温混合段10的上部是中空的结构，用于初段混合；内螺旋导流板13用于提供混合扰流、强化换热和螺旋分离功能。

锥形折流分液板15的外边缘均匀布置有漏液孔，用于使分离出的液体通过漏液孔流入储液区17，并通过排水阀18排出。

减压阀2、减温阀4、排水阀18、蒸汽出口主阀20、出口旁路阀21均为电控阀，其中，减压阀2和减温阀4为电动调节阀，排水阀18为电磁阀，蒸汽出口主阀20和出口旁路阀21为电控截止阀，排污阀19为手动阀。

还包括控制箱11，减压阀2、减温阀4、蒸汽压力传感器7、蒸汽温度传感器8、远传液位计16、排水阀18、蒸汽出口主阀20和出口旁路阀21均与控制箱11相连接，控制箱11安装有无线和有线通讯模块，控制箱11安装有就地plc控制模块，控制箱11和上位系统如dcs系统、scada系统、汽轮机deh系统等相连，可通过plc进行就地控制，亦可以通过上位系统进行远程控制。

为保证关键参数测量的有效性和可靠性，蒸汽压力传感器7、蒸汽温度传感器8、远传液位计16均实际安装有三个，取数时采取三取二的形式。

可自动化调节蒸汽参数并汽水分离的装置的使用过程如下：需调节参数的蒸汽经过初蒸汽入口1进入本装置，先经减压阀2调压后流向内减温混合段10，同时减温水经过减温阀4和雾化喷嘴3雾化成微液滴后喷入内减温混合段10，蒸汽和微液滴在内减温混合段10混合换热，在混合过程中蒸汽减温且微液滴汽化，先经内减温混合段10的上部初混合和蒸发减温，而后混合蒸汽通过内螺旋导流板13强化蒸汽和微液滴的换热和混合过程，同时通过螺旋离心将部分汽化不彻底的液滴进行一次分离，形成初混合蒸汽，一次分离出的液流或液滴掉入锥形折流分液板15后流入储液区17；初混合蒸汽流出内减温混合段10后经锥形折流分液板15进行折流换向，折流过程中由于惯性作用进行二次汽液分离，二次分离产生的液滴掉入锥形折流分液板15后流入储液区17；二次分离后形成的中段混合蒸汽流入外筒体12内的外螺旋导流板14，经过螺旋离心进行三次汽液分离，三次分离产生的液流或液滴掉入锥形折流分液板15后流入储液区17，最终产生的合格蒸汽通过蒸汽出口9流出。

的可自动化调节蒸汽参数并汽水分离的装置系统的控制调节方式如下：①首先通过就地设置或上位远程给定的方式，对控制箱11设置输出蒸汽的参数（温度、压力、等）；然后控制箱11给出指令，全开减压阀2和出口旁路阀21，利用初蒸汽对本装置进行暖管加热，暖管结束后进入下一步控制流程；②控制箱11结合给定蒸汽压力和压力传感器7数值，调整减压阀2开度，直至出口蒸汽压力达到给定值；③出口蒸汽压力达到给定值后，继续保持出口旁路阀21全开，同时保持减压阀2的开度，打开减温阀4，通过雾化喷嘴3向装置内喷入水雾，从而对蒸汽进行温度调节，控制箱11结合给定蒸汽温度值和温度传感器8的数值对减温阀4进行调节，直至出口蒸汽温度达到给定值；④经过上述温度压力调节，出口蒸汽参数能稳定的达到给定值后，关闭出口旁路阀21，打开蒸汽出口主阀20，本装置即可向外提供高品质的蒸汽；⑤在本装置启动和运行全过程中，远传液位计16实时上传储液区17液位至控制箱11，当液位高于高限液位时，控制箱11给排水阀18发出打开指令进行排液，当液位高于低限液位时，控制箱11给排水阀18发出关闭指令，排液结束；当控制箱11接收的蒸汽参数指令发生变化时，控制箱11执行②③④步骤再次对蒸汽参数调整，直至出口蒸汽参数达到设定要求。

虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更改，均应属于本发明的保护范围。