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。
因而，本发明的一个目的是提供一种对锅炉设备冷态起动程序的改进的、新的方法，从而消除“膨胀的蒸发器（boiler swel-ling）”和排污。
此改进方法的第二个目的是使系统尽可能快速输出电力和蒸汽。
此改进方法的第三个目的是为程氏循环系统的起动提供一个高效能的方法。
此改进方法的第四个目的是防止由于“膨胀的蒸发器（boiler swelling）”和排污在起动过程中，锅炉设备的振动，所说的振动是由于热交换管的应力和其上的积垢而损坏锅炉本身。
此改进起动方法的第五个目的是防止由于携带水进入过热器、燃烧室、燃气轮机或蒸汽轮机而使金属构件受损。
发明概述：
在锅炉设备的起动程序中，其内温度低于它的正常工作温度，外部压力源用于增加储水箱的压力。这种增加减小了在达到正常运行条件之前过早的“蒸胀的蒸发器（boiler swelling）”现象。在常用的闭环锅炉设备中，非凝固气体的积蓄是有害的，高压蒸汽可以用做外部压力源。在二相流发动机中，非凝固气体是可以存在的，且可作为外部压力源，例如：氮气，或是从空气压缩机内排出的气体。在二相流程氏循环运行的发动机中，一旦达到了所需的运行温度和压力，用喷射蒸汽阀控制由压缩机而来加压储水箱的压缩空气流，并调节进入过热器的蒸汽流。
附图的简要说明：
图1是常用闭式锅炉装置方框图。
图2是程氏循环一个实施例的装置图。
最佳实施例的说明：
A.冷态起动程序：
1.闭式锅炉设备：
参照图1说明闭环锅炉设备中起动程序的动态特性。给水10通过逆流式热交换器的管端和蒸发器12。蒸发器的热源14为给水提供热能而使其温度升高。然后，给水流入储水箱16。在起动程序中，储水箱的水位太高是不理想的，那样会使水流出水箱16进入下一个加热步骤，或进入汽轮机。因而，关闭位于储水箱16和逆流式热交换器过热器20之间的阀门18而防止携带水。阀18的另外位置是在过热器20的下游，在过热蒸汽管线34上。让阀28打开，直到在储水箱16中建立沸腾条件为止，是本发明的范围。
在储水箱排出水通过水的循环24而使水温不断提高，该循环24中包括一个蒸发器循环泵26。这个循环使将水通过蒸发器12返回，而引起水温逐渐上升。当水温接近沸腾条件，称之为“膨胀的蒸发器（boiler swelling）”的现象在储水箱16中产生。形成水中的蒸汽增加其体积，而引起储水箱16中液位的剧烈变化。在常用的起动程序中，非凝固气体通过蒸汽管线28和蒸汽阀30而从储水箱16中排空。为了保护人员和设备，这个排空过程是在低压下进行的。由于在排空过程中要限制的热量，常用的锅炉起动时间很长。另外，在低于正常运行压力下，很难控制水位。
所提到的“水位上涨”是经排水管29称为“排污”的方法从储水箱中排出水。
改进的起动程序是用外压源32增加储水箱16中的压力。这样大大地提高了储水箱16中水的沸点，延迟了储水箱16内蒸汽的形成，直到接近正常温度和压力为止。因而，可以很快地把热能传给蒸发器热源14，而不产生“膨胀的蒸发器（boiler swelling）”现象。当储水箱16的水温接近正常运行温度，打开阀18使蒸汽排入过热器20，而不怕“膨胀的蒸发器（boiler swelling）”现象所引起的损坏。当接近稳态运行时，可以关闭外压源32。
闭环系统中的外压源32基本上被限为高压蒸汽。如上所述，非凝固、可能是腐蚀性的气体，进入闭环设备中有损于热交换率和金属元件的物理特性。然而，因为有可以很容易地排除这些积蓄气体的方法，非凝固气体作为外压源是本发明的范围。
2.程氏循环系统：
参图2说明程氏循环常用的冷态起动程序。开始，蒸汽控制阀30和蒸汽喷射控制阀18是关闭的。通过给水泵60，水从补给水箱58导入设备。给水通过省煤器给水源62，省煤器64，蒸发器12进入储水箱16。必须十分注意保持储水箱16中的水位，防止携带水进入过热器20和燃烧室36。当发出起动信号，空气压缩机通过空压线42向燃烧室36提供压缩空气。由碳氢化合物源44向燃烧室36提供碳氢燃料。由燃烧室36出来的燃气通过燃烧室出口管线48进入中心涡轮和工作涡轮，此时，伴随着空气和碳氢物的燃烧产物，热能和动能转为机械能，产生净功。燃气混合物通过汽轮机出口管线20进入由过热器20，蒸发器12和省煤器64组成的逆流式热交换器。燃气流经热交换器的套管。热交换器的每一部分以管线相接到下一设备。这些有剩余热能的气体提高了给水的温度之后，由逆流式热交换器出口54排出。
燃气流通过逆流式热交换器迅速增加了蒸发器12和储水箱16的温度。增加了温度导致储水箱16中水的沸腾，而引起水的体积膨胀。由于阀18和阀30是关闭的，膨胀的水无处可去。进一步加热，储水箱16的压力增加。为了排除非凝固气体，蒸汽必须通过蒸汽控制阀30排空。为了保护设备和操作人员，必须在低压下排空，这样加长了起动时间。由于储水箱16的水温继续增加，通过蒸汽控制阀30可排污。在几次排污，一段时间之后，储水箱16中的温度达到所需的运行温度。小心地打开阀18以保证无携带水，从储水箱16中排除蒸汽入过热器20，通过喷射蒸汽管线34向燃烧室36喷射蒸汽。
本发明的主题是利用程氏循环的二相流特性改进冷态起动的方法。由于程氏循环是开式系统，向发动机蒸汽腔导入非凝固气体（在发动机工作温度和压力下）不存在困难，通过逆流式热交换器出口54，排放非凝固气体。这样消除了在逆流式热交换器省煤器64和蒸发器12中积蓄的无用的非凝固气体。
由于在冷态起动中，喷射蒸汽控制阀18是开着的，改进的冷态起动程序不同于常用的“排污”方法。在冷态起动过程中，蒸汽控制阀30是关闭的。在该方法中的其它步骤基本上与如上所述的传统的起动方法相同。在起动过程中，让喷射蒸汽控制阀18开着，通过把非凝固气体导入储水箱16简化了对储水箱16中的水位控制。从压缩机40出来的非凝固气体通过蒸汽管线34，过热器20和阀18而进入储水箱16。储水箱16中的非凝固气体直接与空气压缩机40的排气相通。因而，储水箱16的压力与空气压缩机的排出气体压力相同，并超过了储水箱16的水的饱和压力，从而防止了称之为“膨胀的蒸发器（boiler swilling）”的水的体积增加。由于减少了储水箱16中的水过早沸腾的现象，而大大减少了携带水进入过热器20和燃烧室36的可能性。进而，减少或消除了通过水道29的排污。
随着系统接近稳态，在很短的时间内由于避免了低效能的排污，在储水箱的压力等于压缩机排出气体压力时，贮水箱16内的水温接近水的沸点。此时，储水箱16中的水的饱和压力超过空气压缩机40的排气压力。这时，蒸汽通过喷射蒸汽控制阀18，过热器20，开始流出储水箱16，又通过喷射蒸汽管线34而进入燃烧室36。一旦汽流进入喷射蒸汽管线34，可以部分地借助于微调喷射蒸汽控制阀18而调节最佳发动机工作状态。蒸汽流自然地排除储水箱16中的非凝固气体，进而又从燃气轮机50排出。水中的不分解气体（例如：二氧化碳）也自然地从储水箱16中排出，并排入大气。最初由来自空气压缩机38的气体加热位于储水箱16和过热器20之间内连管路，过热器20和空气压缩机40之间的内连管路（部分的连接如34所示）。然后，由蒸汽流加热，这样减小了热膨胀引起的应力。
当开动空气压缩机40，实施本发明时，不必开启喷射蒸汽控制阀18。实施例与利用空气压缩机40排出的气体来增加储水箱压力有关。本发明所涉及的方法是在达到稳流状态运行之前，压缩机40直接与储水箱16相通。相应的，配置或排列任何阀也是明显地属于本发明的范围。
本发明的一个实施例中，储水箱16内有温度探针、压力探针。这些探针与调节阀18微调的控制系统相连。当实施本发明时，部分地说，该控制系统缩短了程氏循环系统所需的时间。
最后，参照利用空气压缩机作为外压源而增加储水箱内的压力，对程氏循环的起动方法进行了说明。外压源的其它实施例也是本发明和从属权利要求的保护范围。例如：压缩的氮气通过蒸汽管线28而导入储水箱16。如果用压缩的氮气，则不必打开阀18，使其与压缩机40排气相通，因为单单氮气可以增加储水箱的压力。在这个实施例中，当储水箱温度接近稳态工作温度时，再打开阀18。
很明显，据上所述，本发明的其它方法或变化是可能的。因而，应该懂得以某种实施例的形式对本发明的改变也是本发明从属权利要求的保护范围。