SU966791A1 - Термоэмиссионна надстройка к тепловым электростанци м - Google Patents

Description

1- .

Изобретение относитс  к технике термоэмиссионного преобразовани  тепловой энергии в электрическую и может быть использовано дл  повышени  КПД тепловыхэлектростанций (ТЭС).

Температура сгорани  топлива в топках котлов ТЭС намного выше, чем это требуетс  дп  паротурб1шного цикла.

Термоэмиссионные надстройки (ТЭН) могут дополнительно преобразовывать в электроэнергию эту высокотемпературную часть тепла и таким образом увеличивать КПД ТЭС.

Известна ТЭН, в которой термозмиссионные преобразователи (ТЭП) размещены непосредственно в топке котла ТЭС и нагрев змиггеров производитс  непосредственно факелом . В этом устройстве ТЭП с площадью электродов 50 см, выходной электрической мощностью 0,25 кВт и напр жением 0,5 В размещены герметично в отверсти х на вспомогательных станках.

.Аноды ТЭП снабжены тепловыми труба-, ми. На некотором рассто нии от вспомогательных стенок размещены основные стенки. В зазорах между стенками прокачиваетс  воздух, отбирающий -тепло с анодных тепловых труб с передачей парогенерирующим трубам паротурбинного контура. Коммутаци  ТЭП размещена на вспомогательных стснках и находитс  в потоке воздуха 1.

Недостатками известной ТЭН  вл ютс  необходимость кардинальной реконструкции традиционных топок ТЭС, что св зано с больщи10 ми дополнительными капитальными затратами, а также дополнительна  потер  тепла на проме жуточном теплоносителе.

Наиболее близксж к предложенной  вл етс 

15 термозмиссионна  надстройка к тепловым электростанци м с топкой котла и парогенерирупщими трубами,, содержаща  термоз ссионные преобразователи с анодными теплотоко-выводами и, по крайней мере, один узел креп20 лени  указанных преобразователей к парогене: рирующнм трубам через изол тор 2.

Недостатками этой ТЭН  вл ютс  сложность конструкции Н невысока  надежность. обусловленна  тем, что соединение тепло . вывода каждого ТЭП с парогенерирующими трубами осуществл етс  в ней с помои ю прижима, и со временем, вследствие пластических деформаций элементов узла креплеии , снижаетс - надежность контакта между парогенерирующей трубой и указанным тепловыводом . Сложность конструкции также обусловлена тем, что узел креплени  занимае много места. Поэтому элементы коммутации приходитс  размещать в пространстве между парогенерирующими трубами и анодными теп |Ловь водамк, указанные элементы имеют слож ную форму и большие габариты. Цель изобретени  - упрощение конструкц . и-повышение надежности надстройки. Цель достигаетс  тем,что в термоэмиссионной надстройке к тепловым электростанци м с топкой котла и парогенерирующими трубами, содержащей термоэмиссионные преобразователи с анодными теплогтоковыводами- и, по крайней мере, один узел креплени  указанных преобразователей к парогенерирующим трубам через изол тор, указанный узел креплени  выполнен в виде чехловой трубы, охватывающей парогенерирующую трубу, при этом упом нутые анодные теплотоковыводы неразъемно соединены с чехловой трубой. 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 ТЭЦ (фиг. 1) содержит плос , кие катод 1 и анод 2 с площадью эмисСИ01ШОЙ поверхности 50 см. Катод выполнен в виде стакана, например, из сплава ВХ-2К. Тепловосприиимающа  поверхность ТЭП (фиг. 2) выполнена в виде плоского шестигранника. На внутреннюю поверхность катода ТЭП нанесено эмиссио1шое покрытие, например вольфрам. АноДным теплоотводом, вьшолн ющим одновременно функцию анодного токовывода, служит теплова  труба 3, корпус которой вьшолнен, например, из нержавеющей стали.. На торце тепловой трубки нанесено эмиссионн покрытие или посредством днффузионного сращивани  размещена шайба из эмиссионноактивного материала, например из окисленног ниобн . Один из торцов тепловой трубки содержит две радиусные выточки с радиусом, равным .радиусу чехловых труб 4, а междентровое рассто ние между выточками равно шагу парогенерирующих труб 5 в панели. Теплова  трубка снабжена осевым сквозным цсзиевым трактом 6, служащим дл  вак умировани  ТЭП и напуска паров цези  в межэлектродный объем. Электрическа  разв зка электродов и герметизаци  межэлектродного объема осуществл етс  по схеме коаксиального гермоввода. Чехловые трубы выполнены из той же стали, что и парогенёрирующие трубы и электроизолированы от парогенернрующих заполнением зазоров между ними электроизол цией 7, например, органосиликатным материалом марки ВФ-1. Заполнение зазоров (толщшюй 0,2- 0,3 мм) осуществл етс  под давлением. Возможно также изготовление трубных пакетов методом прокатки, i. ТЭП смонтированы на панел х парогенерирующих труб таким образом, что катоды образуют сплошные -тепловоспринимающие стенки (фиг. 2), обращенные внутрь топки. Соединение тепловых трубок с чехловыми осуществлено , например, методом пайки. Катод снабжен токоведущйми цшнами 8 (фиг. 3). Кажда  из катодных шин соединена с башмаками 9 тепловых трубок 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 совпадени  отверстий с цезиевыми трактами. К трубкам вакуумно-цизиевой системы методом сварки подсоединены питательные трубки, сообщающиес  с подогреваемым цезиевым резервуаром и вакуумным насосом посредством вентилей. Предложенна  ТЭН .функционирует следующим образом. В топке котла ТЭС с размещенной в .ней ТЭН сжигают топливо, например каменный уголь, а в парогенерирующих трубах прокачивают пар. Тепло горени  передаетс  тепловоспринимающим стенкам надстройки; нагреваютс  катодь1 предварительно вакуумированных и цезированных ТЭП. Катоды, разогрева сь до расчетной температуры, излучением греют анодь;, тепло с которых посредством тепловых трубок через стенки труб передаетс  пару. Благодар  существующей разности температур между катодом и анодом возникает ток эмиссии, который по корпусам тепловых трубок и коммутационным шинам подаетс  на нагрузку. Наличие электроизол ции между наружными парогенерирующими трубами неключаег пробой генерируемого ТЭП напр жени  на массу. Нагретый пар поступает на турбину и отработанный возвращаетс  в парогенерирующие трубы.

Такнм образом, осуществл етс  комбиннpoBaHHbDi электрический цикл с КПД преобразовани  выше, чем у ТЭС.

В процессе длительной эксплуатации ТЭН вследствие неизбежного натекани  топочных газов в межэлектродньш объем и испарени  материалов происходит деградаци  мощности. При снижении мощности до допустимого предла включают вакуумный насос, откачивающий газы до, исходаого значени ми мощность ТЭН повышаетс  до номинального значени ..

Использование предлагаемой ТЭН обеспечивает , по сравнению с известной, следующие преимущества: повышаетс  надежность вследствие обеспечени  хорошего, и стабильного теплового контакта ТЭП с парогенерирующими трубами; существенно упрощаетс  конструкци  за счет упрощени  средств креплени  и коммутации ТЭП.

Кроме того, объединение ТЭП в единую вакуумно-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.

Сокращаетс  и расход меди при использованин предложенной надстройки.

Claims (2)

1.Huffman F. N, Topping Cycle Applicatio of Thermionic Conversion. Thermion Convers. Spec. Meet Eindhoven, Sept., 1975.

2.Авторское свидетельство СССР по за вке N2699186/18-25, кл. Н 01 J 45/00, 12.12.78 (прототип).

Фиг.1

Фиг. I