Термоэмиссионная надстройка

 

нсвт, и эхнн+ес

" ;-. зтснд) 1ю, ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

С оциалистических

Республик н>771764

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.1278 (21) 269" 186/18-25 (51)М. Кл.3 с присоединением заявки М—

Н 01 Х 45/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15108(1 Бюллетень <Ч9 38

Дата опубликования описания 151080 (53) УДК 621 362 . 537 (088.8) (72) Авторы изобретения

Р Н.Марагинский, Э.М.Чижова, О.A.Âÿýíèêîâ и М.A.ôåäoòoâ (71) Заявитель (54) ТЕРМОЭМИССИОННАЯ НАДСТРОЙКА

Изобретение относится к области техники термоэмиссионного преобразования тепловой энергии в .электрическую и может быть использовано для повышения.КПД тепловых электростанций (T3C) и других теплогенерирующих циклов энергетических установок.

Температура сгорания топлива в топках котлоагрегатов традиционных паротурбинных энергетических. установок намного выше,чем зто требуется для паротурбинного цикла.Термоэмиссионные надстройки (ТЭН) могут преобразовать это высокотемпературное тепло в 15 электричество и, таким образом, увеличивать эффективность использования топлива (1).

Известна термоэмиссионная надстройка к ТЭС. Передача к ней тепла иэ 20 топки котлоагрегата осуществляется посредством топливных труб. Термоэмиссионные преобразователи (ТЭП) размещены на конденсаторах тепловых труб.

Не преобразованная в ТЭП часть тепла отбирается с коллекторов в паротурбинный контур непосредственно паром (2).

Существенным недостатком известной ТЭН является, сложная проблема 30 создания ресурсоспособных и экономичных тепловых труб, способных эффективно передавать высокотемпературное тепло от источника к ТЭН на достаточно большие расстояния. В sacroящее время зта проблема еще не решена.

Наиболее близким к изобретению является ТЭН к тепловым электростанциям, содержащая топку котла с панелями экранных испарительных труб, термоэмиссионные преобразователи, закрепленные на охлаждающих каналах с обеспечением термического к<знтакта и электроизоляции посредством вЖолняющих функций токовыводов анодных теплоотводов, снабженные катодами, обращенными внутрь топки, а также креплением и коммутацией, расположенными снаружи охлаждающих каналов (33 °

Существенным недостатком известной

ТЭН является необходимость кардинальной перестройки существующих топок котлоагрегатов ТЭС при создании подобных ТЭН; что связано с большими капитальными затратами. Отбор тепла из топки в существующих ТЭС осуществляется посредством экранных испарительных труб, размещенных в топке.

771 764

Другим недостатком известной ТЭН является отсутствие воэможности доступа к электрокоммутации ТЭП без остановки котлоагрегата, что снижает эконрмичность, надежность ТЭН и услож* няет эксплуатацию. Доступ к электрокомкутации без остановки топки необходим в силу ряда причин. Например„ для контроля состояния и профилактики коммутации, устранения возникших неисправностей, выявления и отключения (шунтирования) прекративших ® работу ТЭП по причине разгермети зации и IIp °

Выявить вышЕдшиЕ из СтроЯ ТЭП можно только, определяя наличие напряжения между ° электродами, для чего необходимо чтобы ТЭП, а,следовательно, и топка, находилась в рабочем состоянии.

Целью настоящего изобретения является улучшение обслуживания и по- 26 вышение экономичности термоэмиссионной надстройки.

Укаэанная цель достигается тем, что охлаждающие каналы выполнены в виде экранных испарительных труб, в зазорах между которыми расположены элементы крепления, выполненные в виде хвостовиков анодных теплоотводов и катодных шин. Термоэмиссионные преобразователи могут быть закреплены посредством натяжения указанных хвостовиков проходящей через отверстие в каждом из них коммутационной шиной с винтовыми опорами у ее концов через электроизоляцию на соседние экранные испарительные трубы, к поверхности которых прилегают охлаждаемые поверхности анодных теплоотводов

На фиг. 1,2,3 показан общий вид термоэмиссионного преобразователяу 40 на фиг. 4 — поперечный разрез панели экранных испарительных труб с размещенными. на них термоэмиссионными преобразователями, креплением и коммутацией1,на фиг. 5 — вид надстройки с внутренней поверхности панелей1 на фиг. 6 — вид крепления и коммутации ТЭП на внешней стороне панели.

ТЭП 1 содержат плоские катоды 2 и аноды 3. Катоды, выполнены в виде стаканов из жаростойкого сплава, например, из сплава на,основе хрома типа BX-SK. Тепловоспринимающая поверхность ТЭП 4 выполнена в виде плоских шестигранников. На внутреннюю плоскость стаканов может наноситься какое-либо эмиссионное покрытие, например, вольфрам. Теплоотводы

5 ТЭП, служащие одновременно анодными тоководами, выполнены иэ какого- 60 либо теплоэлектропроводного материала например, из меди. Когут использоваться также алюминий, графит и т.п. Теплоотводы содержат плоские хвостовики 6 с поперечными отверстиями 7 на концах и радиусные заплечники 8 с нанесенным слоем жаростойкой злектроизоляции, например, органосиликатным материалом ВФ-1.

Радиусы заплечников соответствуют радиусам испарительных труб 9. При наличии труб иной конфигурации геометрия профиля заплечников выполняется соответственно. Торцы 10 теп-. лоотводов служат анодами. На них может наноситься эмиссионное покрытие или посредством диффузионного сращивания размещаться пластина из эмиссионного активного материала, например, из ниобия.

Катоды ТЭП содержат по две гибких токоведущих шины 11, выполненных, например,из меди и соединенных с катодами 2 методом пайки.

Электрическая развязка электродов осуществляется посредством коаксиального металлокерамического узла 12.

Отпайка ТЭП осуществляется способом холодной герметизации,т.е. откусыванием металлических штенгелей 13.

Создание паров цезия в межэлектродных зазОрах ТЭП осуществляется твердотельными сорбционными источниками

14, например, цезированным графитом.

ТЭПы смонтированы на внутренних поверхностях панелей испарительных труб в топке таким образом, что катоды образуют сплошные тепловоспринимающие стенки (фиг. 5), радиусные. заплечики ТЭП плотно прилегают к трубам, а хвостовики и шины размещены в зазорах между трубами с выходом концов хвостовиков и клемм шин на внешние поверхности панелей (фиг. 4,6) .

В отверстия 7 хвостовиков введены коммутационные шины 15 в виде несущих балочек, выполненные, например из меди, с винтовыми опорами 16 у концов. Винтовые опоры 17 через электроизоляцию упираются в две соседние трубы, осуществляя посредством натяжения хвостовиков, опирающихся на балочку в центре, плотный контакт заплечников с трубами, а хвостовиков — с коммутационными шинами (балочками). Клеммы катодных токоведущих шин каждого ТЭП подсоединены к двум коммутационным шинам соседних ТЭП непосредственно под опорные винты (фиг. 4,6) .

Описываемая ТЭН функционирует следующим образом.В топке котла ТЭС сжигают топливо, например, каменный уголь,, а в испарительных трубах прокачивают водяной пар. Тепло продуктов сгорания топлива передается катодам

ТЭП, их тепловоспринимающим стенкам (фиг. 5). Катоды излучением пе (ведают тепло анодам. Благодаря постоянному отбору тепла испарительными трубами посредством теплоотводов 5 между электродами образуется

771764 постоянная разность температур. В результате возникает ток эмиссии, который по квостовикам-тоководам через контакты хвостовик-коммутационная шина поступает на две катодные токоведущие шины двух соседних

ТЭП и далее с поступлением электричестна на нагрузку ° Тепло, отбираемое испарительными трубами с тепловодов, передается пару, поступающему в паротурбинный цикл.

Использование описываемой ТЭН 10 обеспечивает, по сравнению с известной, следующие преимущества: повышение экономичности, поскольку создание предложенной ТЭН не требует кардинальной перестройки конструк- 15 ций существующих котлоагрегатов и поток ТЭС, требующей больших капитальных затрат, так как крепление и коммутация ТЭП в предложенной

ТЭН осуществляется непосредственно Щ. на панелях экранных испарительных труб в топке котла, и их монтаж не требует реконструкции топок и связанных с этим значительных капитальных затрат; повышение надежности, эко- р номичности и упрощение эксплуатации за счет размещения крепления

ТЭП и электрической коммутации электродов на внешних стенках панелей экранных испарительных труб, потому что размещение коммутации и крепления на внешних стенках обеспечивает воэможность доступа к ним без остановки топки для профилактики системы и выявления вышедших из строя ТЭП, например, по причине

35 разгерметизации с последующей их

- заменой во время плановой периодической остановки топок; повышение надежности, экономичности и упрощения эксплуатации за счет предложен- 40 ного способа смешанной коммутации с применением двух катодных шин в каждом из ТЭП и подсоединенных к двум коммутационным шинам соседних ТЭП.

При таком способе коммутации выход из строя отдельных ТЭП не приводит к автоматическому прекращению работы групп ТЭП вследствие разрыва

Мепей..

Повышение экономичности в данном случае можно проиллюстрировать на следующем примере.

При установленной электрической мощности сооружаемой ТЭН 10000 мВт количество размещаемых в топке ТЭП мощностью 0,2 кВт должно составлять

55 приблизительно 4000000 шт., скоммутированных в последовательно парал-. лельные цепи. При этом в каждой последовательно соединенной цепи могут находится сотни ТЭП. Количест- д во последовательно соединенных цепей в таком ТЭН может составлять десятки тысяч.

При средней продолжительности работы топки между профилактическими остановками 1 5-2,5 месяца и вероятности надежности ТЭП, Равной

0,95 для принятого ресурса 3-5 лет, число прекративших работу ТЭП за срок 1,5-2,5 месяца составит несколько тысяч штук. Однако при выходе из строя в течение этого срока хотя бы одного ТЭП только в одной из тысяч последовательных цепей приведет к потере генерируемой электрической мощности в сотни тысяч киловатт.

На практике эти потери будут значительно большими.

В предлагаемой ТЭН, благодаря отсутствию чисто последовательных цепей, эти потери исключены.

ФоРмула изобретения

1. Термоэмиссионная надстройка к тепловым электростанциям, содержащая топку котла с панелями экранных испарительных труб, термоэмиссионные преобразователи, закрепленные на охлаждающих каналах с обесПечением термического контакта и электроизоляции посредством выполняющих функции токовыводов анодных теплоотводов, снабженные катодами, обращенными внутрь топки, а также креплением и коммутацией, расположенными снаружи охлаждающих каналов, отличающая с я .тем, что, с целью улучшения обслуживания и повышения экономичности, охлаждающие каналы выполнены в виде экранных испарительных труб, в зазорах между которыми расположены элементы крепления,выполненные в виде хвостовиков анодных теплоотводов и катодных шин.

2. Надстройка по п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что термоэмиссионные преобразователи закреплены посредством натяжения указанных хвостовиков проходящей через отверстие в каждом из них коммутационной шиной с винтовыми,опорами у ее концов через электроизоляцию на соседние экранные испарительные трубы, к поверхности анодных теплоотводов.

Источники информации, принятие во внимание при экспертизе

1.Rritt E.,g. Fitzpatrick С.О.Thermionic Topping for Central Station

Power Plants "11h 3nterso6".Energy

Convers. Eng. Conf. Proc. State

Line, new. 1976, vs 2 " Мем. cwork

Р 4 р 1040-1045.

2. F.N.Huffman "Topping Сусле

Application of Thermionic Conversion, 1975. Themionic Conversion

Spec1a6isty, Meeting EneChowen, Sept. 1975.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 2597 315/25, кл. Н Ol 7 45/ On

30.03.78 (прототип).

7717б4

17

17 фие.5

ВНИИПИ Заказ 7568/2

Тираж 844 Подпис-ное

Филиал ППП Патент, г . Ужгород, ул. Проектная, 4