Термоэмиссионая надстройка

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51) М. К . Н 01 1 45/00 с присоединением заявки-Гооударстееииый комитет СССР ио делам изабретеиий и открытий(53) УДК 621.362, .537.581 (088.8) Опубликовано 30.06.80, Бюллетень 24 Дата опубликования описания 10.07.80(54) ТЕРМОЭМИССИОННАЯ НАДСТРОЙКА 1Изобретение относится к области техники термоэмиссионного преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано для повышения КПД тепло. вых электростанций (ТЭС) и других энергетических установок.Продукты сгорания топлива в топке котлоагрегата традиционной паротурбинной энергетической установки имеют температуру намного большую, чем это требуется для передачи тепла водяному пару.Термоэмиссионные надстройки (ТЭН) мо е гут преобразовывать это нереализуемое высокотемпературное тепло в электроэнергию и, таким образом, существенно увеличивать эффективность энергетических установок.Известна термоэмиссионная надстройка к ТЭС. Передача к ней тепла из топки кот ла осуществляется с помощью высокотемпературных тепловых труб, Непреобразованное в электроэнергйютепло отбирается в паровую систему паротурбинной установки. Термоэмиссионные преобразователи (ТЭП), электроды которых имеют цилиндрическую форму, располагаются на конденсаторах тепловых труб. Коллекторы ТЭП охлаждаются непосредственно паром. Электрическая коммутация ТЭП может осуществляться последовательно. При этом, в зависимости от количества ТЭП напряжение стайовится приемлемым для использования мощных инвертирующих устройств. Возможен вариант электрической коммутации с индуктивным соединением ТЭП с нагрузкой.Существенным недостатком известной ТЭН является проблема создания ресурсо- способных, высокотемпературных тепловых труб, способных эффективно и надежно передавать тепло на достаточно большие расстояния. В настоящее время эта проблема не решена. Кроме того, применение тепловых труб с литием в качестве рабочего тела представляет определенную опасность, так как возможное попадание лития" в атмосферу топки в результате разгерметизации труб может привести к взрывоопасной ситуации.Наиболее близкой по технической сущности к описываемому изобретению является термоэмиссионная надстройка, содержащая топку котлоагрегата с теплообменни ком, снабженные эмиттерами, коллекторами и коллекторными тепловыми трубами термоэмиссионные преобразователи, герметично закрепленные в стенке топки и соединенные=" эмиттерными и коллекторными токовыводами с коммутационными шинами.Термоэмиссионные преобразователи размещены непосредственно в топке котлоагре- гата тепловой электростанции и нагрев эмиттеров производится непосредственно излучением. ТЭП в ТЭН имеют плоскую геометрию электродов с площадью эмиссионной поверхности 50 см, выходной генерируемой электрической мощностью 0,25 кВт й напряжением 0,5 В. Коллекторами ТЭП являются торцы испарителей коллекторных теп о ловых труб; конденсаторы которых имеют цилиндрическую форму с ребрами охлаждения. ТЭП размещены и герметично уплотнены в отверстиях на стенке топки, при этом эмиттеры ТЭП обращены внутрь топки. Нанекотором расстоянии от стенки топки располагается наружная стенка топки.Таким образом, ТЭП находятся в зазоре - между стенками топки, в которой прокачивается воздух, снимающий тепло с конденсаторов коллекторных тепловых труб. Дав ление воздуха 140 атм. Токовыводы и электрическая коммутация ТЭП находится в потоке теплоносителя, ТЭП соединяются между собой последовательно для обеспечения " "возможности применения мощных инвертирующих устройств, причем коммутационные шины закреплены на токовыводах ТЭП посредством резьбовых соединений;Существенным недостатком известнойТЭН является отсутствие возможности доступа к ТЭП во время работы котлоагрегата, зф врезультате чего снижается надежность ТЭН, ее экономичность, усложняется про цесс эксплуатации. Доступ к ТЭП, а именнок токовыводам и коммутационным" шинам,во время работы котлоагрегата необходимы в силу целого ряда причин. Например,ЗЗдля контроля и устранения неисправностей в системе электрической коммутации ТЭП, выявления и отключения (шунтирования) прекративших работу ТЭП попричине возможной "разгерметизации межэлектродного зазора, замыкания электродов и пр.Однако, выявлять вышедшие из строя ТЭП мойно только, измеряя напряжение между электродами, для чего необходимо, чтобы ТЭП находилйсь в рабочем состоянии.Кроме того, при замене неисправных ТЭП требуется уплотнять место размещения ТЭП" на стекке топки с целью исключенйяйодсосаотносительно холодного теплоносителя в топку.Целью настоящего изобретенйя являетсяповышение надежности; экономичности,и упрощение эксплуатации ТЭН.Указанная" цель достигается тем, что вТЭН теплообменник образован внутренней стенкой топки котлоагрегата и размещенной параллельно ей наружной стенкой, которая дистанционирована от внутренней стенки топки обращенными ббльшйми основаниями к топке,"герметичносоедйненньТмй с отверстиями во внутренней стенке топки и на наружной стенке трубчатыми коническими втулками, образующими сквозныеконические гнезда, куда вставлены конические конденсаторы коллекторных тепловых труб с на. ружными продольными пазами, в которых размещены выведенные за наружную стенку эмиттерные токовыводы, соединенные с ком. мутационными шинами, которые, как и коллекторные коммутационные шины, а также средства длязакрепления термоэмиссионных преобразователей в указанных конических гнездах, размещены за наружной стенкой на торцах конденсаторов коллекторных тепловых труб.Устройство для закрепления ТЭП, а так. же коммутационных шин к эмиттерным токо- выводам может быть выполнено в виде шай. бы с центральным резьбовым отверстием и соосными с ним резьбовыми отверстиями меньшего диаметра, расположенными по радиусу шайбы, навернутой на торец конден. сатора коллекторной тепловой трубы. В шайбу до упора в наружную стенку теплообменника вставленывинты, концы которых имеют электроизоляционное покрытие, обеспечивая закрепление ТЭП в гнездах тепло. обменника. Под шайбой размещена электро- изоляционная прокладка и один из концов коммутационной шины, имеющий конические отверстия; плотно сопряженные по конической посадке с соответствующими им по профилю концами эмиттерных токовыводов. Трубчатые конические втулки могут быть выполнены совместно со стенкой топки и изготовлены, например, штамповкой,На фиг. 1 дан продольный разрез части стенки тойки котлоагрегата с встроенными в нее ТЭП; на фиг. 2-вид по стрелке Б на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение А - А на фиг. 1.ТЭП 1 содержит плоские эмиттеры 2 и коллекторы 3. Эмиттеры выполнены в виде стаканов, например, из сплава ВХК, тепло- воспринимающая поверхность имеет форму шестигранника и покрыта тонким слоем жаоостойкого покрытия 4. Тепловоспринимающие поверхностиэмиттеров могут иметь нарезку с целью увеличения площади тепло- восприятия. На внутреннюю поверхность эмиттеров может быть" Нанесено эмиссион ное покрытие, например вольфрам. Коллекторами служат торцы "коллекторных тепловых труб 5, являющейся испарителями, на которые может быть нанесен слой эмиссионного -йокрытия-, "например Окисленного титана, Коллекторы через металлокерамические узлы 6 соединены с эмиттерами 2, образуя внутренние полости ТЭП, заполняемые па-рами цезия. При этом источник цезия может быть расположен в теле коллектора 3.Конденсаторы 7 коллекторных тепловых труб 5 имеют коническую форму с продоль. ными пазами 8 на образующей и покрыты тонким слоем "электроизоляционного покры4 О зо Формула изобретения зо зз 4 о 4 Я зо тия 9. В пазах 8 конденсаторов 7 коллекторных тепловых труб 5 размещены стержни 10 из токопроводящего материала. Одни концы этих стержней припаяны к эмиттерам 2, другие концы выполнены коническими. Свободный объем пазов 8 заполнен электроизоляционным материалом, например, алюмофосфатным цементом. ТЭП размещены в конических сквозных гнездах теплообменника 11, служащего стенкой топки котлоагрегата. Уплотнение ТЭП в конических сквозных гнездах с целью обеспечения хорошего теплового контакта с теплообменником осуществляется с помощью упорных винтов 12, ввернутых в прижимные шайбы 13, навернутые на хвостовики конденсаторов тепловых труб, ТЭП на теплообменнике 11 расположены в шахматном порядке с небольшими промежутками между тепловоспринимающими поверхностями эмиттеров. Таким образом, обеспечивается полное заполнение стенок топки преобразователями. Промежутки между эмиттерами ТЭП заполнены огнеупорной электроизоляционной замазкой 14, например хромитовой массой.Теплообменник 11, являющийся одновре. менно стенкой топки котлоагрегата, содержит внутреннюю 15 и наружную 16 стенки. зазор между которыми дистанционирован полыми коническими втулками 17, обращен. ными большими основаниями внутрь топки и герметично соединенными с отверстиями во внутренней и наружной стенках теплообменника. В полости теплообменника прокачивается теплоноситель, например, водяной пар, Направление течения теплоносителя показано стрелками.Электрическая коммутация ТЭП выведе. на на наружную стенку теплообменника и осуществляется посредством коммутационных шин 18, имеющих на одном конце цент ральные отверстия с диаметром несколько больше, чем диаметр хвостовиков конденсаторов тепловых труб, и расположенные по радиусу конические отверстия с конусностью, аналогичной конусности концов эмиттерных токовыводов стержней 1 О. Плотный контакт коммутационных шин с эмиттерны. ми токовыводами осуществлен с помощью прижимных шайб 13 и электроизоляционных прокладок 19. Зазоры между коммутационными шинами и торцами конденсаторов тепловыхтруб, а также наружной стенкой теплообменника обеспечивают электро- изоляцию как между электродами, так и между электродами и массой теплообменника, Другие концы коммутационных шин 18 имеют конические отверстия, хвостовики конденсаторов тепловых труб соседних ТЭП накинуты и прижаты по конусам торцов тепловых труб гайками 20. Наружная стенка теплообменника, а также хвостовикн конденсаторов тепловых труб и коммутационные шины, закрыты съемными теплоэлектроизоляционными плитами 21, выполненными, например,. из совелита.Описываемая ТЭН функционирует следующим образом.В топке котлоагрегата тепловой электростанции сжигают топливо, например, камеи. ный уголь,а в теплообменнике 11 прокачи. вают теплоноситель, например, водяной пар. Большая часть тепла, образующегося в процессе сгорания топлива, излучением передается эмиттерам 2, которые, в свою очередь, также излучением нагревают коллекторы Ъ и коллекторные тепловые трубы 5. Благодаря постоянному отбору тепла с коллекторов теплоносителем посредством коллек. торных тепловых труб между эмиттерами и коллекторами образуется разность температур, в результате чего возникает ток эмиссии, который подают на нагрузку. Тепло- носитель из теплообменника направляют на паровую турбину для выработки дополнительной электроэнергии с последующим возвратом в теплообменник. Термоэмиссионная надстройка, содержащая топку котлоагрегата с теплообменником, снабженные эммитерами, коллекторами и коллекторными тепловыми трубами термоэмиссионные преобразователи, герметично закрепленные в стенке топки и соединенные эмиттерными и коллекторными токовыводами с коммутационными шинами, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, экономичности и упрощения эксплуатации, теплообменник образован внутренней стенкой топки котлоагрегата и размещенной параллельно ей наружной стенкой, которая дистанционирована от внутренней стенки топки обращенными большими основаниями к топке, герметично соединенными с отверстиями во внутренней стенке топки и наружной стенке трубчатыми коническими втулками, образующими сквозные конические гнезда, куда вставлены конические кон. денсаторы коллекторных тепловых труб с наружными продольными пазами, в которых размещены выведенные за наружную стенку эмиттерные токовыводы, соединенные с коммутационными шинами, которые, как и коллекторные коммутационные шины, а также средства для закрепления термоэмиссион. ных преобразователей в указанных конических гнездах, размещены за наружной стенкой на торцах конденсаторов коллекторных тепловых труб.744786 иг Ри едактор Н. Колядаказ 3673/8 т Сост Техред Тираж ударстиэобЖ ЦНИИПИ Госпо делам113035, Москва 1 илиал ППП сПат авитель В. БобровК. Шуфрич Корректор В. Синицка 844 Подписное венного комитета СССР ретений и открытий 35, Раушская наб., д. 4/5 г. Ужгород, ул. Проектная