CZ287735B6 - Steam generator - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká parního generátoru, vytápěného fosilním palivem, s průtahem plynů, jehož obvodová stěna je vytvořena z navzájem plynotěsně spojených trubek, které jsou uspořádány v podstatě svisle a jsou protékány médiem zdola nahoru.

Dosavadní stav techniky

Obvodová stěna parního generátoru je často element od elementu výhřevné plochy vystavena různě velkému ohřevu. Většinou je ve spodní části, v níž je uspořádán větší počet hořáků na 15 fosilní palivo, tento ohřev podstatně větší než v horní části. Důvodem toho rovněž je, že v horní části jsou často uspořádány přídavné teplosměnné plochy, které obvodovou stěnu stíní vůči intenzivnímu ohřevu, způsobenému zejména tepelným zářením.

U parního generátoru, známého z evropského patentu 0 054 601, slouží obvodová stěna svislého průtahu plynů jako výhřevná plocha výparníku pouze ve spodní části. Pára, nebo při částečném zatížení směs vody a páry, se následně přivádí do konvekčního výparníku. Horní část obvodové stěny je vytvořena z trubek, sloužících jako výhřevné plochy přehříváku. Protože pouze část obvodové stěny je využita jako plocha výparníku, dochází při nadměrném ohřevu jednotlivých trubek k pouze poměrně malým teplotním rozdílům na výstupu z těchto trubek. Nerovnoměrné rozložení směsi vody a páry na trubkách konvekčního výparníku, zařazeného za výhřevnými plochami výparníku, může být vzhledem k malému ohřevu tohoto výparníku ovladatelné. Protože ovšem dochází k ochlazování horní části obvodové stěny přehřátou párou, která má tlak od asi 28 do 32 MPa, používá se v této horní části obvodové stěny jako materiál ocel, obsahující chrom, která však při výrobě vyžaduje komplikované tepelné zpracování. Kromě toho je toto známé zařízení vzhledem k potřebným spojovacím potrubím a sběračům, vedoucím ke konvekčnímu výparníku a z něho, velmi nákladné a vyžaduje zvýšené regulační náklady v konvekčním průtahu, zejména spojené s vestavbou regulačních průtahů spalin. Podobné zařízení je popsáno rovněž v tiskovině VGB Kraftwerkstechnik, sešit 7, 1991, str. 637 až 643.

U průběžného parního generátoru se spirálovitým uspořádáním trubek obvodové stěny, u něhož je hustota hmotnostního toku v trubkách obvykle asi 2 500 kg/m²s, může být účinek nadměrného ohřevu na teplotní rozdíly mezi trubkami redukován zvětšením vnitřního průměru trubek v horní části svislého průtahu plynů. U obvodových stěn se svisle uspořádanými trubkami však tento princip nemůže být použit, protože už beztak poměrně malá hustota hmotnostního toku 40 v trubkách, která je mírou rychlosti proudění v trubkách, se potom zmenší do té míry, že při tlacích páry v blízkosti kritického bodu již nemůže být zaručeno bezpečné chlazení trubek. Kromě toho je přitěžující skutečností to, že na jedné straně jsou pro bezpečné chlazení trubek zapotřebí vysoké hmotnostní toky, které však na druhé straně mohou vést k velkým teplotním rozdílům mezi jednotlivými trubkami. Dále existuje při použití vloženého sběrače v oblasti mokré páry nebezpečí nerovnoměrného rozložení vody a páry, takže v trubkovém systému, zařazeném za tímto vloženým sběračem, může docházet ke vzniku velkých teplotních rozdílů.

Úkolem vynálezu proto je vylepšit parní generátor uvedeného druhu dále do té míry, že jednak bude zajištěno dostatečné chlazení trubek obvodové stěny, a jednak nepovede nadměrný ohřev 50 jednotlivých trubek ke vzniku nepřípustných teplotních rozdílů mezi jednotlivými trubkami.

Tohoto požadavku má být dosaženo s malými výrobními náklady.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje parní generátor, vytápěný fosilním palivem, s průtahem plynů, jehož obvodová stěna je vytvořena z navzájem plynotěsně spojených trubek, které jsou uspořádány 5 v podstatě svisle a jsou protékány médiem zdola nahoru, podle vynálezu, jehož podstatou je, že trubky v dole uspořádané první části průtahu plynů mají větší vnitřní průměr než trubky v nad nimi ležící druhé části průtahů plynů.

Dolní první část průtahu plynů, která bude v následujícím textu uváděna rovněž jako první část 10 obvodové stěny, se vyznačuje velmi vysokými hustotami tepelného toku a dobrým přestupem tepla do trubek a leží například v oblasti hořáků. Druhá část průtahu plynů, která leží nad první částí a bude rovněž v dalším textu uváděna jako druhá část obvodové stěny, se vyznačuje rovněž vysokými hustotami tepelného toku, avšak zhoršeným přestupem tepla dovnitř trubek, a leží například v takzvaném prostoru proudění plynů parního generátoru, který navazuje na oblast 15 hořáků.

První část obvodové stěny sestává s výhodou ze svisle uspořádaných trubek, opatřených závitovým vnitřním žebrováním pro zlepšení přestupu tepla dovnitř trubek. Tyto trubky jsou s výhodou dimenzovány tak, že střední hustota hmotnostního toku v trubkách při plném zařízení 20 je zejména menší nebo rovna 1 000 kg/m²s. Pára má na výstupu z první části střední obsah, který při částečném zatížení asi 40 % je v rozmezí od 0,8 do 0,95. Za těchto předpokladů se nastaví výhodné poměry proudění tak, že nadměrný ohřev jednotlivých trubek vede ke zvýšenému průtoku těmito trubkami, takže na výstupu z trubek dochází k nastavení pouze malých teplotních rozdílů.

Ve druhé části obvodové stěny může docházet v závislosti na provozním stavu ke krizi při přestupu tepla, to znamená k takzvaném „vysušení“. Aby se zabránilo dosahování nepřípustně vysokých teplot trubkových stěn při tomto zhoršeném přestupu tepla dovnitř trubek, zvýší se hustota hmotnostního toku zejména na více než 1 000 kg/m²s. Proto je vnitřní průměr trubek na 30 přechodu z první do druhé části, při zachování stejného počtu rovnoběžných trubek nebo rozmístění trubek, menší. Zmenšení vnitřního průměru je rovněž při vyšší hustotě tepelného toku ve druhé části zaručeno bezpečné chlazení trubek.

Trubky s malým vnitřním průměrem druhé části jsou s výhodou připojeny na trubky s větším 35 vnitřním průměrem první části přímo, takže trubky obou částí přecházejí přímo do sebe. Trubky druhé části mohou být alespoň ve vstupní části rovněž opatřený závitovými vnitřními žebry.

Ve vytápěném systému výpamíku s rovnoběžnými trubkami dochází mezi vstupem a výstupem k poklesu tlaku, který vzniká v podstatě účinkem tření vzhledem k vysokým rychlostem proudění 40 páry. Vyšší pokles tlaku, vyvolaný třením, způsobí, že hmotnostní tok více ohřátými trubkami se buď sníží, nebo však v porovnání s ohřevem vzroste méně. Zařadí-li se nyní vyrovnávací nádoba v oblasti, v níž tvorbou páry došlo k velkému poklesu tlaku účinkem třetí, může se systém před vyrovnávací nádobou téměř ideálně přizpůsobit rozdílům ohřevu, to znamená, že větší ohřev způsobí přibližně rovnoměrné zvětšení hmotnostního toku.

Proto je podle výhodného provedení vynálezu v horní polovině první části průtahu plynů, například u přechodu z první do druhé části, připojena na každou trubku vyrovnávací trubka pro vyrovnání tlaku. Tyto vyrovnávací trubky jsou vedeny s výhodou kjedné nebo několika vyrovnávacím nádobám, respektive nádržím, upraveným mimo svislý průtah plynů. Vyrovnáním 50 tlaků se obě části z hlediska proudění prakticky oddělí. Relativně vysoká tlaková ztráta v druhé části, způsobená třením v důsledku poměrně velké hustoty hmotnostního toku, nemá proto žádný vliv na příznivé poměry prouděni v první části. Proto nemůže vzhledem k nadměrnému ohřevu docházet na výstupu z první části k velkým teplotním spádům, teplotním gradientům na průřez trubky. Přímým přechodem trubek první části do trubek druhé Části se s jistotou zabrání v oblasti 55 mokré páry odměšování vody a páry.

-2CZ 287735 B6

U parního generátoru s vysokým průtahem plynů, například u parního generátoru se spádovou konstrukcí, mají trubky v horní, třetí části průtahu plynů větší vnitřní průměr než ve druhé části průtahu plynů, uspořádané pod třetí částí. Tato třetí část průtahu plynů, která bude v následujícím textu označována rovněž jako třetí část obvodové stěny, se vyznačuje nízkou hustotou tepelného toku a průměrným přestupem tepla dovnitř trubek, a leží v takzvaném konvekčním průtahu parního generátoru. Trubky třetí části jsou přímo připojeny k trubkám druhé části nebo do nich přecházejí.

Na přechodu z druhé do třetí části obvodové stěny hustota hmotnostního toku vzhledem k nízké hustotě tepelného toku, která zde panuje, oproti druhé části klesne, aby tlaková ztráta v trubkách, způsobená třením byla nízká. Ve třetí části mohou být trubky vytvořeny bez vnitřních žeber.

V dalším průběhu svislého průtahu plynů klesá hustota tepelného toku do té míry, že ve třetí části průtahu plynů, to znamená ve třetí části obvodové stěny, je postačující poloviční počet trubek než ve druhé části průtahu plynů, to znamená ve druhé části obvodové stěny. Zmenšení počtu trubek ve třetí části se dosáhne tím, že vždy dvě trubky druhé části průtahu plynů ústí do jedné trubky třetí části průtahu plynů, kteráje jim přiřazena.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladech provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje parní generátor s průtahem plynů, rozděleným na tři části a obr. 2 ve zvětšeném měřítku detail II z obr. 1 s trubkami s různým vnitřním průměrem v různých částech.

Příklady provedení vynálezu

Navzájem odpovídající součásti jsou na obou obrázcích opatřeny stejnými vztahovými značkami.

Svislý průtah plynů parního generátoru 1 podle obr. 1 s obdélníkovým průřezem je tvořen obvodovou stěnou 2, která na spodním konci plynového průtahu přechází do trychtýřového dna

3. Trubky 4 obvodové stěny 2 jsou na svých podélných stranách navzájem například žebry 9 podle obr. 2 plynotěsně spojeny, například svařeny. Dno 3 je opatřeno blíže neznázoměným vynášecím otvorem 3a popela.

Ve spodní neboli první části 5 plynového průtahu, to znamená v první části 5 obvodové stěny 2, jsou vždy v jednom otvoru 6 v obvodové stěně 2 umístěny například čtyři hořáky na fosilní palivo. U těchto otvorů 6 jsou trubky 4 obvodové stěny 2 zakřiveny, tedy probíhají po vnější straně svislého průtahu plynů. Podobné otvory mohou být vytvořeny například i pro vzduchové trysky nebo pro trysky na spaliny.

Nad spodní neboli první částí 5 průtahu plynů se nachází druhá část 7 průtahu plynů, to znamená druhá část 7 obvodové stěny 2, nad níž je uspořádána horní neboli třetí část 8 průtahu plynů, to znamená třetí část 8 obvodové stěny 2.

První část 5 v oblasti hořáků se vyznačuje velmi vysokou hustotou tepelného toku a dobrým přestupem tepla dovnitř trubek 4. Druhá část 7 je umístěna v prostoru proudění plynů a vyznačuje se rovněž vysokou hustotou tepelného toku, avšak rovněž menším, zhoršeným, přestupem tepla

-3CZ 287735 B6 '1 dovnitř trubek 4. Třetí část 8 je upravena v konvekčním průtahu a vyznačuje se nízkou hustotou tepelného toku a průměrným přestupem tepla dovnitř trubek 4. Tato třetí část 8 je upravena zejména u parního generátoru takzvané spádové konstrukce.

Trubky 4 obvodového stěny 2, které jsou protékány rovnoběžně zdola nahoru médiem, to znamená vodou nebo směsí vody a páry, jsou svými vstupními konci připojeny na vstupní sběrač 11 a svými výstupními konci na výstupní sběrač 12. Vstupní sběrač 11 a výstupní sběrač 12 jsou upraveny mimo průtah plynů a jsou tvořeny například vždyjednou prstencovou trubkou.

Vstupní sběrač 11 je potrubím 13 a sběračem 14 spojen s výstupem vysokotlakého předehřívače, neboli ekonomizéru 15. Výhřevná plocha ekonomizéru 15 leží v prostoru, který zaujímá třetí část 8 obvodové stěny 2. Ekonomizér 15 je při provozu parní generátoru 1 svou vstupní stranou spojen přes druhý sběrač 16 s okruhem vody a páry parní turbíny.

Výstupní sběrač 12 je oddělovací nádobou 17 vody a páry a dalším potrubím 18 spojen s vysokotlakým přehřívákem 19. Vysokotlaký přehřívák 19 je uspořádán v oblasti druhé části 7 obvodové stěny 2. Při provozu je svou výstupní stranou spojen přes další sběrač 20 s vysokotlakou částí parní turbíny. V oblasti druhé části 7 je kromě toho uspořádán mezipřehřívák 21, který je přes následující sběrače 22, 23 zařazen mezi vysokotlakou částí a střednětlakou částí parní turbiny.Voda se vyskytující sevoddělovací nádobě 17 se odvádí odváděcím potrubím 24.

V oblasti 25 přechodu z první části 5 do druhé části 7 obvodové stěny 2 je vně průtahu plynů uspořádána vyrovnávací nádoba 26, tvořená prstencovou trubkou.

Jak je znázorněno na obr. 2, je každá trubka 4, procházející částmi 5 a 7, spojena vyrovnávací trubkou 27 s vyrovnávací nádobou 26.

V oblasti 25, v níž trubky 4 přecházejí z první části 5 do druhé části 7, se zmenšuje světlý průměr trubek 4. Jinými slovy, trubky 4 mají v dolní neboli první části 5 průtahu plynů větší vnitřní průměr d_b než trubky 4 v nad nimi ležící druhé část 7 průtahu plynů, které mají menší vnitřní průměr ď>. Přitom jsou trubky 4 s menším vnitřním průměrem d₂ přímo připojeny k trubkám 4 s větším vnitřním průměrem d|, což znamená, že trubky 4 přecházejí v oblasti 25 do sebe navzájem. Trubky 4 v první části 5 jsou blíže neznázoměným způsobem opatřeny závitovými vnitřními žebry. Trubky 4 jsou v první části 5 dimenzovány tak, že střední hustota hmotnostního toku je zde při plném zatížení menší nebo se rovná 1 000 kg/m²s. Střední hustota hmotnostního toku v trubkách 4 je potom ve střední neboli druhé části 7 větší než 1 000 kg/m²s.

V horní neboli třetí části 8 obvodové stěny 2 mají opět trubky 4 větší vnitřní průměr než v druhé části 7, ležící pod ní. Zatímco trubky 4 i v druhé části 7 jsou s výhodou po celé své délce opatřeny závitovými vnitřními žebry, jsou trubky 4 třetí části 8 opatřeny závitovými vnitřními žebry pouze na části své délky. S výhodou se však zde od vnitřního žebrování upouští.

Počet trubek 4 v horní neboli třetí části 8 obvodové stěny 2 je poloviční oproti počtu trubek 4 ve druhé části 7. Proto vždy dvě trubky 4 druhé části 7 ústí podle obr. 1 v oblasti 30 do jedné trubky 4 třetí části 8, která je jim přiřazena.

Jak je znázorněno na obr. 2, je rovněž vnější průměr trubek 4 v první části 5 a druhé části 7 rozdílný a je přizpůsoben příslušnému vnitřnímu průměru d| nebo d? tak, že tloušťka stěny trubek 4 je ve všech částech 5, 7 a 8 přibližně stejná. Rovněž vnější průměr trubek 4 může být ve všech částech 5, 7 a 8 stejný, takže tloušťka stěny trubky 4 ve střední neboli druhé části 7 je větší než v první části 5 a/nebo ve třetí části 8. Jak již bylo uvedeno, jsou trubky 4 na svých podélných stranách opatřeny žebry 9, sloužícími pro plynotěsné spojení trubek 4.

-4CZ 287735 B6

Tím, že trubky 4 obvodové stěny 2 mají po své délce v různých částech 5, 7 a 8 neboli oblastech parního generátoru 1 různé vnitřní průměry d| a d₂, je dimenzování trubek 4 obvodové stěny 2 přizpůsobeno různému ohřevu průtahu plynů. Přitom je na jedné straně zajištěno bezpečné ochlazování trubek 4 a na druhé straně nevede nadměrný ohřev jednotlivých trubek 4 ke vzniku nepřípustných teplotních rozdílů mezi výstupy jednotlivých trubek 4.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Parní generátor, vytápěný fosilním palivem, s průtahem plynů, jehož obvodová stěna (2) je vytvořena z navzájem plynotěsně spojených trubek (4), které jsou uspořádány svisle a jsou protékány médiem zdola nahoru, vyznačující se tím, že trubky (4) v dole uspořádané první části (5) průtahu plynů mají větší vnitřní průměru (d_t) než trubky (4) v nad nimi ležící druhé části (7) průtahu plynů.
2. 2. Parní generátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že trubky (4) s menším vnitřním průměrem (d₂) jsou přímo připojeny k trubkám (4) s větším vnitřním průměrem (dj nebo do nich přecházejí.
3. 3. Parní generátor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že každá trubka (4) je vyrovnávací trubkou (27) spojena s vyrovnávací nádobou (26), upravenou vně průtahu plynů.
4. 4. Parní generátor podle nároku 3, v y z n a č u j í c í se tím, že každá vyrovnávací trubka (27) je uspořádána v horní polovině první části (5), zejména v horní třetině první části (5), například v oblasti (25) přechodu z první části (5) do druhé části (7) průtahu plynů.
5. 5. Parní generátor podle jednoho z nároků laž4, vyznačující se tím, že trubky (4) v první části (5) průtahu plynů jsou opatřeny závitovými vnitřními žebry.
6. 6. Parní generátor podle jednoho z nároků 1 až 5, v y z n a č u j í c í se tím, že trubky (4) ve druhé části (7) průtahu plynů jsou opatřeny alespoň na části své délky závitovými vnitřními žebry.
7. 7. Parní generátor podle jednoho z nároků 1 až 6, vyzn ač u j í c í se tím, že vnitřní průměr trubek (4) první části (5) průtahu plynů je tak velký, že při plném zatížení parního generátoru je střední hmotnostní tok v těchto trubkách (4) menší nebo se rovná 1 000 kg/m²s.
8. 8. Parní generátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že trubky (4) v nahoře uspořádané třetí části (8) průtahu plynů mají větší vnitřní průměr než v pod ní uspořádané druhé části (7) průtahu plynů.
9. 9. Parní generátor podle nároku 8, vyznačující se tím, že trubky (4) třetí části (8) s větším vnitřním průměrem jsou přímo připojeny k trubkám (4) druhé části (7) s menším vnitřním průměrem (d₂) nebo do nich přecházejí.
10. 10. Parní generátor podle nároku 8 nebo 9, vy z n a č uj í c í se tím, že počet trubek (4) v třetí části (8) průtahu plynů je pouze poloviční oproti počtu v druhé části (7) průtahu plynů, přičemž vždy dvě trubky (4) druhé části (7) ústí do jedné trubky (4) třetí části (8), která je jim společně přiřazena.