Котел-парогенератор

 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в тепло-, электроэнергетических установках, работающих на газообразном топливе с осуществлением полного улавливания продуктов сгорания, например углекислого газа в сжиженном состоянии. Сущность изобретения в том, что в котле-парогенераторе, содержащем корпус с входным коллектором подачи воды, теплообменники и выходной паровой патрубок, теплообменники выполнены в виде теплообменных панелей со смежными капиллярными каналами для газового топлива и окислителя, а также воды и выходного пара. При этом теплообменные панели и разделяющие их зоны горения газообразного топлива размещены в герметичном корпусе котла-парогенератора, находящегося под давлением, обеспечивающим сжижение продуктов сгорания топлива. Достигаемый технический результат заключается в повышении технико-экономических показателей за счет снижения на несколько порядков габаритных размеров котла-парогенератора с соответствующим повышением его удельной мощности, а также в получении сжиженного углекислого газа как товарного продукта, исключая его выброс в атмосферу как фактора возникновения парникового эффекта. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в тепло-, электро- энергетических установках на газообразном топливе с осуществлением полного улавливания продуктов сгорания, например углекислого газа в сжиженном состоянии.

Известен парогенератор, содержащий вертикальный корпус с трубным пучком из вертикальных труб, скомпонованных в основные и дополнительные ширмы, подключенные к коллектору греющего теплоносителя, при этом дополнительные ширмы расположены между основными и подключены к указанному коллектору на разной высоте с последними. Основные ширмы установлены параллельно одна другой и объединены в группы, между которыми расположены дополнительные ширмы (патент РФ 2036373, F 22 В 1/02, 1995).

Недостатком указанного парогенератора является отсутствие котла в едином комплексе, а также пониженная технологичность изготовления основных составляющих элементов парогенератора - трубных пучков из вертикальных труб.

Из патентной литературы известна технология изготовления изделий - теплообменных панелей с капиллярными каналами путем намораживания расплава материала панели. По этой технологии оправку вводят в термическую камеру намораживания, находящуюся при уменьшенном давлении и/или под защитной атмосферой, и вначале теплоизолируют с противоположных торцов теплоизоляционными вставками, а затем продвигают через зону контакта с расплавом (см. опубликованную заявку ВОИС WO 95/09709, В 22 D 19/00, 1995).

Сущность изобретения.

Предлагаемый котел-парогенератор с полным улавливанием продуктов сгорания топлива содержит корпус с входным коллектором подачи воды, теплообменники и выходной паровой патрубок.

Котел-парогенератор отличается тем, что он снабжен теплообменными панелями с выполненными в них смежными капиллярными каналами для газового топлива и окислителя, а также воды и выходного пара. При этом теплообменные панели и разделяющие их зоны горения газообразного топлива размещены в герметичном корпусе котла-парогенератора, находящегося под давлением, обеспечивающим сжижение продуктов сгорания топлива, и снабженного патрубками для вывода сжиженных продуктов сгорания.

Теплообменные панели выполнены сплошными по длине или секционными с возможностью стыковки секций с соединением выходных каналов предшествующей секции панели с соответствующими входными каналами последующей секции теплообменных панелей.

Достигаемый изобретением технический результат заключается в повышении технико-экономических показателей за счет снижения на несколько порядков габаритных размеров котла-парогенератора с соответствующим повышением его удельной мощности, а также в получении сжиженного углекислого газа как товарного продукта, исключая его выброс в атмосферу как фактора возникновения парникового эффекта.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид котла-парогенератора; на фиг.2 - увеличенное изображение сечения А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг. 4 - увеличенное изображение поперечного сечения локальной зоны теплообменных панелей с сечения Б-Б на фиг.3; на фиг.5 - увеличенное изображение продольного сечения теплообменной панели по В-В на фиг.4; на фиг.6 - поперечное сечение нижней зоны котла-парогенератора по С-С на фиг.1; на фиг.7 - вид Д на фиг.6.

Котел-парогенератор содержит следующие основные конструктивные элементы: паровой патрубок 1, выводящий пар на турбину; верхнюю паровую плиту 2; уровень 3 окончания газовых каналов; узел 4 компенсации термического удлинения теплообменных панелей; верхние радиальные ребра 5; верхние заглушки 6, закрывающие выход газообразного топлива в паровую зону; теплообменные панели 7; верхнюю внутреннюю обечайку 8; теплоизолирующий слой 9; верхнюю наружную обечайку 10; наружный цилиндрический корпус 11 и внутренний цилиндрический корпус 12 котла парогенератора; условно показанная зона 13 увеличенного изображения поперечного сечения; газовые каналы 14 в поперечном сечении; условно показанные газовые струи 15; дистанционирующие продольные ребра 16; водопаровые каналы 17 в продольном сечении; условно показанные отверстия 18 выхода газов в зону горения; нижние радиальные ребра 19; патрубки 20 для вывода сжиженного углекислого газа (CO₂); условно показанная радиальная разводка газа 21; сечение вертикального канала 22 подачи окиси углерода (СО) в верхний пояс; коробчатый газовый коллектор-распределитель 23 верхнего пояса; вертикальный канал 24 подачи окислителя (кислорода) в нижний пояс; пакет 25 теплообменных панелей; нижний уровень 26 начала радиальной разводки газообразного топлива (окиси углерода) из коллекторов верхнего пояса; вертикальный канал 27 подачи окиси углерода в верхний газовый пояс; нижний уровень 28 начала радиальной разводки из коллекторного пояса; условно показанная зона 29 сближения внутренних каналов; радиальные окна 30 для выхода сжиженного углекислого газа и/или других продуктов сгорания; условно показанная зона 31 размещения радиальных газовых каналов левой стороны теплообменной панели и то же самое для правой стороны 32 теплообменной панели; силовая фундаментная плита 33; патрубок 34 тангенциальной подачи воды и условно показанный вход воды 35 в каналы теплообменных панелей.

Работа котла-парогенератора с полным улавливанием продуктов сгорания топлива осуществляется следующим образом.

Газообразное топливо (предпочтительно окись углерода) поступает во входную часть котла-парогенератора, которая разделена на две зоны. В первой зоне производится радиальная подача газообразного топлива, которое поступает через вертикальные каналы 27 в коробчатые газовые коллекторы-распределители 23, из которых топливо далее следует в газовые каналы 14 (указанные в их поперечном сечении) и поднимается в верхнюю зону теплообменных панелей 7, поступая через отверстия 18 струйного выхода в зону его сгорания.

Вторая входная зона предназначена для радиального распределения газообразного окислителя (предпочтительно чистого кислорода). Через вертикальные каналы 24 окислитель поступает в коллекторы-распределители, аналогичные коллекторам-распределителям газообразного топлива, и далее окислитель поступает также в верхнюю зону теплообменных панелей 7 с последующим струйным выходом из соответствующих отверстий 18 навстречу с газообразным топливом.

В зоне соединения 15 разнородных газовых струй происходит процесс сгорания топлива с образованием, в частности, углекислого газа, который движется в пространстве между теплообменными панелями 7 противоточно движению воды в соответствующих водопаровых каналах 17. На определенном уровне противоточного теплообмена происходит охлаждение и последующее сжижение углекислого газа за счет давления, создаваемого внутри котла-парогенератора.

Сжиженный углекислый газ и/или другие продукты сгорания через радиальные окна 30 выводятся из корпуса 11 котла-парогенератора через выходные патрубки 20.

Вода в котел-парогенератор поступает через патрубки 34 ее тангенциальной подачи с последующим входом (по условно показанному входу воды 35) в водопаровые каналы 17 теплообменных панелей 7. Образующийся на выходе каналов 17 пар поступает в паровой патрубок 1 и далее на паровую турбину (не показана).

Формула изобретения

1. Котел-парогенератор с полным улавливанием продуктов сгорания топлива, содержащий корпус с входным коллектором подачи воды, теплообменники и выходной паровой патрубок, отличающийся тем, что теплообменники выполнены в виде теплообменных панелей с выполненными в них смежными капиллярными каналами для газового топлива и окислителя, а также воды и выходного пара, при этом теплообменные панели и разделяющие их зоны горения газообразного топлива размещены в герметичном корпусе котла-парогенератора, находящегося под давлением, обеспечивающим сжижение продуктов сгорания топлива, и снабженного патрубками для вывода сжиженных продуктов сгорания.

2. Котел-парогенератор по п.1, отличающийся тем, что теплообменные панели выполнены сплошными по длине или секционными с возможностью стыковки секций с соединением выходных каналов предшествующей секции панели с соответствующими входными каналами последующей секции теплообменных панелей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2