Термоэмиссионная надстройка к тепловым электростанциям

 

О П И С А Н И Е ()966791 изовретения

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 31.03.81 (21) 2902990/18-21 с присоелнненнем заявки М— (23) Приоритет —, (5 l ) М. Кл.

Н 01 Х 45/00

3Ъаударстеопай квинтет

СССР по делан нзебретеннй и открытий

Опубликовано 15.10.82 Бюллетень РВ38

Дата опубликования описания 15.10.82 (53) >3 K 621.387 (088.8) Р. Н. Марагинский, Э. М. Чижова, О. А. Вязников и М. (72) Авторы изобретения

"СЕС()НЗИАЯ

13 .,",.",,,",.,,,,",. „:,„13 (71) Заявитель

БИБЛНОТЕКА (54) ТЕРМОЭМИССИОННАЯ НАДСТРОЙКА К ТЕПЛОВЫМ

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМ

Изобретение относится к технике термоэмнс. сионного преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано для повышения КПД тепловых электростанций (ТЭС), Температура сгорания топлива в топках котлов ТЭС намного выше, чем это требуется для паротурбинного цикла, Термоэмиссионные надстройки (ТЭН) могут дополнительно преобразовывать в электроэнергию эту высокотемпературную часть тепла и таким образом увеличивать КПД ТЭС..

Известна Т3Н, в которой термоэмиссионные преобразователи (ТЭП) размещены непосредственно в топке котла ТЭС и нагрев эмиттеров производится непосредственно факелом. В этом устройстве ТЭП с площадью электродов 50 см, выходной электрической мощностью 0,25 кВт и напряжением 0,5 В размещены герметично в отверстиях на вспомогательных станках.

Аноды ТЭП снабжены тепловыми труба-. ми. На некотором расстоянии от вспомогательйых стенок размещены основные стенки.

В зазорах между стенками прокачивается воздух, отбирающий тепло с анодных тепловых труб с передачей парогенерирующим тру. бам ларотурбинного контура. Коммутация

ТЭП размещена на вспомогательных стенках и находится в потоке возпуха (1).

Недостатками известной ТЭН являются необходимость кардинальной реконструкции традиционных топок ТЭС; что связано с большимн дополнительными капитальными затратами, а также дополнительная потеря тепла на проме жуточном теплоносителе.

Наиболее близкой к предложенной является тсрмоэмиссионная надстройка к тепловым электростанциям с топкой котла и парогенерирувщими трубами„содержащая термоэмиссионные преобразователи с анодными теплотоко-. выводами и, по крайней мере, один узел креп20 ления укаэанных преобразователей к парогене; рирующим трубам через изолятор (21.

Недостатками этой ТЭН являются сложность конструкции н невысокая надсжность, 966791

40

3 обусловленная тем, что соединение тепловывода каждого ТЭП с парогенерирующими трубами осуществляется в ней с помощью прижима, и со временем, вследствие пластических деформаций элементов узла . крепления, снижается. надежность контакта между парогенерирующей трубой и указанным теп4 ловыводом. Сложность конструкции также обусловлена. тем, что узел крепления занимает много места. Поэтому элементы коммутации 10 приходится размещать в пространстве между парогенерирующими трубами и анодными теп ловыводами, указанные элементы имеют сложную форму и большие габариты.

Цель изобретения — упрощение конструкции и- повышение надежности надстройки.

Цель достигается тем, что в термоэмиссионной надстройке к тепловым электростанциям с топкой котла и парогенерирующими 20 трубами, содержащей термоэмиссионные преобразователи с анодными тепло токовыводаI ми и, по крайней мере, один узел крепления указанных преобразователей к парогенерирующим трубам через изолятор, указан- 25 ный узел крепления выполнен в виде чехловой трубы, охватывающей парогенерирующую трубу, при этом упомянутые анодные теплотоковыводы неразъемно соединены с чехловой трубой. 30

На фиг. 1 показана ТЭН, общий вид; на фиг. 2 — то же, вид со стороны топки; на фиг. 3 — то же вид со стороны парогенерирующих труб.

Одиночный ТЗП (фиг. 1) содержит плос.кие катод 1 и анод 2 с площадью эмиссионной поверхности 50 см . Катод выполнен в виде стакана, например, из сплава

ВХ вЂ” 2К. Тепловоспринимающая поверхность

ТЭП (фиг. 2) выполнена в виде плоского шестигранника. На внутреннюю поверхность катода ТЭП нанесено эмиссионное покрытие, .например вольфрам.

Анодным теплоотводом, выполняющим одновременно функцию анодного токовывода, 45 служит тепловая труба 3, корпус которой выполнен, например, из нержавеющей стали.

На торце тепловой трубки нанесено эмиссионное покрытие или посредством диффузионного сращивания размещена шайба из эмиссионноактивного материала, например из окисленного

50 ниобия.

Один из торцов тепловой трубки содержит две радиусные выточки с радиусом, равным ,радиусу чехловых труб 4, а межцентровое расстояние между выточками равно шагу riaрогенерирующих труб 5 в панели.

Тепловая трубка снабжена осевым сквозным цсзиевым трактом 6, служащим для вакуумирования ТЭП и напуска паров цезия в межэлектродный объем.

Электрическая развязка электродов и герметизация межэлектродного объема осуществляется по схеме коаксиального гермоввода.

Чехловые трубы выполнены из той же стали, что и парогенерирующие трубы и электроизолированы от парогенерирующих заполнением зазоров между ними электроизоляцией 7, например, органосиликатным материалом марки

ВФ вЂ” 1. Заполнение зазоров (толщиной 0,2—

0,3 мм) осуществляется под давлением. Возможно также изготовление трубных пакетов, методом прокатки. ь

ТЗП смонтированы на панелях парогенерирующих труб таким образом, что катоды образуют сплошные .тепловоспринимающие стенки (фиг. 2), обращенные внутрь топки. Сое> динение тепловых трубок с чехловыми осуществлено, например, методом пайки.

Катод снабжен токоведущими шинами 8 (фиг. 3). Каждая из катодных шин соединена с "башмаками" 9 тепловых трубок двух соседних ТЭП на соседней чехловой трубке (фиг. 1 ) .

Поверхности шин и тепловых трубок, контактирующие с атмосферой топки, защищены температуроустойчивым коррозионно-защитным покрытием.

В промежутках между парогенерирующими трубами с внешней стороны панелей размещены трубки 10 общей вакуумно-цезиевой системы, соединенные, методом сварки с башмаками тепловых трубок с обеспечением совпадения отверстий с цезиевыми трактами. К трубкам вакуумно-цизиевой системы методом сварки подсоединены питательные трубки, сообщающиеся с подогреваемым цезиевым резервуаром и вакуумным насосом посредством вентилей.

Предложенная ТЭН функционирует следующим образом.

В топке котла ТЗС с размещенной в ней

ТЭН сжигают топливо, например каменный уголь, а в парогенерирующих трубах прокачивают пар.

Тепло горения передается тепловоспринимающим стенкам надстройки; нагреваются катоды предварительно вакуумированных и цезированных ТЭП. Катоды, разогреваясь до расчетной температуры, излучением греют аноды, тепло с которых посредством тепловых трубок через стенки труб передается пару. Благодаря существующей разности температур между катодом и анодом возникает ток эмиссии, который по корпусам тепловых трубок и коммутационным шинам подается на нагрузку. Наличие электроизоляции между наружными парогенерируюшими трубами ис 966791 ключает пробой генерируемого ТЭП напряжения на массу. Нагретый пар поступает на" турбину и отработанный возвращается в парогенерирующие трубы.

Таким образом, осуществляется комбинированный электрический цикл с КПД преоб.разования выше, чем у ТЭС.

В процессе длительной эксплуатации ТЭН вследствие неизбежного натекания топочных газов в межзлектродиый объем и испарения !О материалов происходит: деградация мощности.

При снижении мощности до допустимого предела включают вакуумный насос, откачивающий газы до. исходного значения,и мощность ТЭН повышается до номинального значения.. 1ч

Использование предлагаемой ТЭН обеснечивает, по сравнению с известной, следующие преимущества: повышается надежность вследствие обеспечения хорошего. и стабилъного теплового контакта ТЭП с парогенерирующими трубами; существенно упрощается конструкция за счет упрощения средств кре1ления и коммутации ТЭП..

Кроме того, объединение ТЭП в единую вакуумио-цезиевую систему значительно упрощает "запуск" надстройки (поджиг дуги в

ТЭП) и при ее разогреве, что сильно затруднено при использовании ампульных (автономных) ТЭП и дает возможность контролировать и поддерживать оптимальное давление и состав газов в ТЭП.

Сокращается и расход меди при использовании .предложенной надстройки.

Формула изобретеíйя

Термоэмиссионная надстройка к тепловым электростанциям с топкой котла и нарогенерирующими трубами, содержащая термоэмиссионные преобразователи с анодными теплотоковыводами и по крайней мере один узел крепления указанных преобразователей к парогенерирующим трубам через изолятор, о т ч ич а ю щ а я с я тем, что, с целью .упрощения "конструкции и повьппения надежности надстройки, укаэанный узел крепления выполнен в виде чехловой трубы, охватывающей парогенерирующую трубу, при этом упомянутые анодные тепло-токовыводы неразъемно соединены с чехловой трубой.

Источники информации, принятые во вннмаьие при экспертизе

1. Huffman F. N. Topping Cycle Application:

of Thermionic Conversion, Thermion Convers.

Spec. Meet Eindhoven, Sept., 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 2699186/18-25, кл. Н 01 У 45/00, 12.12.78 (прототип).

966791

Составитель В. Ким

Техред Т. Маточка

Корректор Е. Рошко

Редактор А. Долинич

Заказ 7889/71

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

Тираж 761 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5