Термоэмиссионная надстройка

-оьнаи фут., 1 н,эх ннчес;вкотбня М 1-А ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских С оциалистических Республик(51)М. Кл. с присоединением заявки М -Н 01 Х 45/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) ТЕРМОЭМИССИОННАЯ НАДСТРОЙКА Изобретение относится к области техники термоэмиссионного преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано для повышения.КПД тепловых электростанций (ТЭС) 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 использованиятоплива 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 теп ла 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 настоящее 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 кс 1 нтакта и электроизоляции посредством вЖолняющих функций токовыводов анодных теплоотводов, снабженные катодами, обращенными внутрь топки, а также креплением и коммутацией, расположенными снаружи охлаждающих каналов 3)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 испари" тельных труб, размещенных в топке,Другим недостатком известной ТЭНявляется отсутствие воэможности доступа к электрокоммутации ТЭП без остановки котлоагрегата, что снижаетэконрмичность, надежность ТЭН и усложняет эксплуатацию. Доступ к электрокомкутации без остановки топки необходим в силу ряда причин. Напримердля контроля состояния и профилактики коммутации, устранения возникшихнеисправностей, выявления и отключения (шунтирования) прекратившихработу ТЭП по Причине разгерметизации и пр.Выявить вышЕдшиЕ из СтроЯ ТЭПможно только, определяя наличие напряжения между электродами, для чегонеобходимо чтобы ТЭП, а,следовательно, и топка, находилась в рабочемсостоянии.Целью настоящего изобретения является улучшение обслуживания и повышение экономичности термоэмиссионной надстройки.Укаэанная цель достигается тем,что охлаждающие каналы выполнены ввиде экранных испарительных труб, в 2 рзазорах между которыми расположеныэлементы крепления, выполненные ввиде хвостовиков анодных теплоотводов и катодных шин. Термоэмиссионные преобразователи могут быть закреплены посредством натяжения указанных хвостовиков проходящей черезотверстие в каждом из них коммутационной шиной с винтовыми опорами уее концов через электроизоляцию насоседние экранные испарительные тру.бы, к поверхности которых прилегаютохлаждаемые поверхности анодных теплоотводовНа Фиг. 1,2,3 показан общий видтермрэмиссионного преобразователяу 4 Она фиг. 4 - поперечный разрез панели экранных испарительных труб сразмещенными. на них термоэмиссионными преобразователями, креплениеми коммутацией,на фиг. 5 - вид над- ,цстройки с внутренней поверхностипанелей; на фиг. б - вид крепления икоммутации ТЭП на внешней стороне панели,ТЭП 1 содержат плоские катоды 2и аноды 3. Катоды, выполнены в видестаканов из жаростойкого сплава,например, из сплава на ,основе хрома типа ВХК. Тепловоспринимающаяповерхность ТЭП 4 выполнена в видеплоских шестигранников. На внутреннюю плоскость стаканов может наноситься какое-либо эмиссионное покрытие, например, вольфрам, Теплоотводы5 ТЭП, служащие одновременно анодными тоководами, выполнены иэ какоголибо теплоэлектропроводного материала например, из меди. Когут использоваться также алюминий, графит ит.п, Теплоотводы содержат плоскиехвостовики б с поперечными отверсти ями 7 на концах и радиусные заплечники 8 с нанесенным слоем жаростойкой злектроизоляции, например, органосиликатным материалом ВФ,Радиусы заплечников соответствуютрадиусам нспарительных труб 9, Приналичии труб иной конфигурации геометрия профиля заплечников выполняется соответственно, Торцы 10 теп-.лоотводов служат анодами. На них может наноситься эмиссионное покрытие или посредством диффузионногосращивания размещаться пластина иээмиссионного активного материала,например, из ниобия.Катоды ТЭП содержат по две гибких токоведущих шины 11, выполненных,например,из меди и соединенныхскатодами 2 методом пайки,Электрическая развязка электродов осуществляется посредством коаксиального металлокерамическогоузла 12.Отпайка ТЭП осуществляется способом холодной герметизации,т.е. откусыванием металлических штенгелей 13,Создание паров цезия в межэлектродных зазОрах ТЭП осуществляется твердотельными сорбционными источниками14, например, цезированным графитом.ТЭПы смонтированы на внутреннихповерхностях панелей испарительныхтруб в топке таким образом, что катоды образуют сплошные тепловоспринимающие стенки (Фиг. 5), радиусные.заплечики ТЭП плотно прилегают ктрубам, а хвостовики и шины размещены в зазорах между трубами с выходом концов хвостовиков и клемм шинна внешние поверхности панелей(Фиг. 4,6),В отверстия 7 хвостовиков введеныкоммутационные шины 15 в виде несущих балочек, выполненные, например измеди, с винтовыми опорами 16 у концов. Винтовые опоры 17 через электроизоляцию упираются в две соседниетрубы, осуществляя посредством натяжения хвостовиков, опирающихся набалочку в центре, плотный контактзаплечников 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 угольа в испарительных трубах прокачивают водяной пар. Тепло продуктов сгорания топлива передается катодамТЭП, их тепловоспринимающим стенкам (Фиг. 5). Катоды излучениемпе(ведают тепло анодам. Благодаряпостоянному отбору тепла испарительными трубами посредством теплоотводов 5 между электродами образуетсяпостоянная разность температур. Врезультате возникает ток эмиссии,которыЯ по квостовикам-тоководамчерез контакты хвостовик-коммутационная шина поступает на две катодные токоведущие шины двух соседнихТЭП и далее с поступлением электричестна на нагрузкуТепло, отбираемое испарительными трубами с тепловодов, передается пару, поступающему в паротурбинный цикл.Использование описываемой ТЭН 10обеспечивает , по сравнению с известной, следующие преимущества:повышение экономичности, посколькусоздание предложенной ТЭН не требуеткардинальной перестройки конструкций существующих котлоагрегатови поток ТЭС, требующей больших капитальных затрат, так как креплениеи коммутация ТЭП в предложеннойТЭН осуществляется непосредственно 2 Она панелях экранных испарительныхтруб в топке котла, и их монтаж нетребует реконструкции топок и связанных с вгим значительных капитальныхзатрат; повышение надежности, эко- р 5номичности и упрощение эксплуатации за счет размещения крепленияТЭП и электрической коммутацииэлектродов на внешних стенках панелей экранных испарительных труб,потому что размещение коммутациии крепления на внешних стенках обеспечивает воэможность доступа к нимбез оСтановки топкидля профилактики системы и выявления вышедшихиз строя ТЗП, например, по причине35разгерметизации с последующей ихзаменой во время плановой периодической остановки топок; повышениенадежности, экбномичности и упрощения эксплуатации за счет предложенного способа смешанной коммутации сприменением двух катодных шин в каждом из ТЭП и подсоединенных к двумкоммутационным шинам соседних ТЭП,При таком способе коммутации выходиз строя отдельных ТЗП не приводитк автоматическому прекращению работы групп ТЭП вследствие разрываМепейПовышение экономичности в данномслучае можно проиллюстрировать на.следующем примере.При установленной электрическоймощности сооружаемой ТЭН 10000 мвтколичество размещаемых в топке ТЭПмощностью 0,2 кВт должно составлять55приблизительно 4000000 шт., скоммутированных в последовательно парал-.лельные цепи, При этом в каждойпоследовательно соединенной цепимогут находится сотни ТЭП, Количест- Ово 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 приве" дет 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 ктепловым электростанциям, содержащая топку котла с панелями экранныхиспарительных труб, термоэмиссионныепреобразователи, закрепленные наохлаждающих каналах с обесПечениемтермического контакта и электроизоляции посредством выполняющих функции токовыводов анодных теплоотводов, снабженные катодами, обращенными внутрь топки, а такжекреплением и коммутацией, расположенными снаружи охлаждающих каналов,о т л и ч а ю щ а я с я ,тем, что,с целью улучшения обслуживанияи повышения экономичности, охлаждающие каналы выполнены ввиде экранных испарительных труб,в зазорах между которыми расположены элементы крепления,выполненные в виде хвостовиков анодныхтеплоотводов 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 черезотверстие 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 экспертизе1.Вг 1 Е. Р 1 г,враСг 1 сх С.О.ТЬегв 1 оп 1 с Торр 1 пд аког Сеп 1 гаВ ЯТа 1 опРоыег Рбап 1 в ф 11 п 3 п 1 егвоС",ЕпегдуСопчегв. Епд. Сопй. Ргос, ВгаСеЫпе, пею. 1976, чу 2 ф Мед. Юогх9 4 р 1040-1045.2. Р.Я.Нцййвап фТорр 1 пд СуслеАрр 11 са 11 оп ой Тпегш 1 оп 1 с Сопчегв 1 оп, 1975. ТЬев 1 оп 1 с Сопчегв 1 опЯрес 1 а 61 в 1 у, Иев 1 пц ЕпеФЬочеп,Берг,. 1975.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке 2597315/25,кл. Н 01 У 45/ Оп30.03.7 В (прототип).