Пароперегрівник

Винахід відноситься до теплоенергетики, зокрема, до пароперегрівників і може знайти широке застосування в перспективних високотемпературних паротурбінних установках. Відомий потолочний пароперегрівник, який розміщений в топці котла і складається з паралельних трубок, зігнутих змієвиком і колекторів, в які входять і виходять згадані трубки (Резников М.И., Липов Ю.М. Паровые котлы тепловых электростанций. - М.: Энергоиздат, 1981. - 240с.). Відомий настінний стрічковий пароперегрівник, який розміщений безпосередньо на стінах топки котла і який складається з паралельних тр убок і колекторів, входу і виходу пари (Стырикович М.М. Котельные агрегаты. - М.: Энергоиздат, 1968. - 350с.). Обидва вищезгадані типи пароперегрівників не дозволяють перегріти пару вище 560°C при високих початкових тисках пари в них. Відомий пароперегрівник для високостисненої водяної пари, який містить вхідний та вихідний патрубки та не менш, ніж один модуль, що включає коаксиально встановлені несучу тр убу з багатошаровою зовнішністю теплоізоляцією та внутрішню екран-трубу, які по всій висоті пронизані радіальне розташованими теплопередаючими трубами, зони випаровування яких виведені за межі теплоізоляції, а оребрені зони конденсації введені в центральну порожнину (Авт. св. СРСР №1218764, кл. F28D7/12, 15/02, F22G1/06, прототип). Для запобігання перегріву несучої труби в проміжок між нею та екран-трубою подають охолоджуюче середовище. Проте, у відомому пароперегрівнику внаслідок недостатньої теплоізоляції та тепловідводу при перегріві високостисненої водяної пари до 1000°C і вище відбувається надмірний перегрів несучої труби, що призводить до її руйнування. В основу винаходу поставлено задачу створення такого пароперегрівника для високостисненої водяної пари, у якому, завдяки додатково встановленим новим елементам системи охолодження усувається надмірний перегрів його несучої труби, що дозволить отримати високостиснену пару з температурою 1000°C і вище, не втрачаючи при цьому довготривалої надійності пароперегрівника. Поставлена задача вирішується тим, що у пароперегрівнику для високостисненої пари, який містить вхідний та вихідний патрубки та не менш, ніж один модуль, що включає коаксиально встановлені несучу тр убу з багатошаровою зовнішньою теплоізоляцією та внутрішню екран-трубу, які по всій висоті пронизані радіальне розташованими теплопередаючими трубами, зони випаровування яких виведені за межі теплоізоляції, а оребрені зони конденсації введені в центральну порожнину, згідно з винаходом модуль додатково містить навиту по спіралі по всій висоті несучої тр уби тр убку о холодження, що розташована в середині шару її зовнішньої теплоізоляції, в проміжку між екран-трубою та несучою трубою на кожну тепло-передаючу трубу нанесена теплова ізоляція, а за межами несучої труби надіті гофровані трубки з обмежувальними трубками навколо них, причому кожна гофрована трубка одним кінцем жорстко прикріплена до зовнішньої поверхні несучої труби, а іншим - до теплопередаючої труби, зони випаровування теплопередаючих труб виконані у вигляді багатокутників, що розташовані у притул один до одного з утворенням поверхні, на яку нанесена торкретна маса, а екран-труба виконана пористою. Використання трубки охолодження, навитої навколо несучої тр уби, яку включають в циркуляційний контур котельного агрегату і через яку проходить котлова вода, дозволяє додатково охолоджувати зовнішню поверхню несучої тр уби від надмірного перегріву, що дозволить виконати її навіть із сталей перлітного класу. Нанесення теплової ізоляції на тепло-передаючі труби в проміжку між несучою тр убою і екран-трубою служить захисту несучої тр уби і екран-труби від надмірного перегріву. Гофровані трубки, жорстко прикріплені до несучої тр уби і теплопередаючих теплових тр уб, необхідні для забезпечення щільності проходу теплових труб через несучу тр убу і сприйняття та компенсації температурних видовжень теплопередаючих труб, які проходять через несучу тр убу. Обмежувальні трубки призначені обмежити недопустиме видовження гофрованих тр убок під дією тиску пари в пароперегрівнику. Виконання зон випаровування тепло-передаючих труб у ви гляді багатокутників, розташованих у притул один до одного і утворюючих суцільну поверхню, не дозволяє інтенсивним високотемпературним тепловим топковим потокам проникнути на теплоізоляцію і зруйнувати її, а торкретна маса, що вкриває зони випаровування теплопередаючих труб, захищає їх від надмірних радіаційно-конвективних теплових потоків, що реально існують в топці котла. Екран-труба виконана пористою з тим, щоб пара, яка подається з барабана котельного агрегату в проміжок між несучою трубою і екран-трубою, просочуючись крізь її пори, охолоджує її до температури цієї пари, чим забезпечує її достатню міцність і цілісність. Оскільки модуль пароперегрівника повністю є закінченим блоком заводського виконання, то виготовлення пароперегрівника з таких модулів вже на монтажному майданчику ТЕС дасть велику економію в часі монтажу та взагалі затрат на сам монтаж. Винахід пояснюється кресленням (фіг.), на якому зображено поздовжній розріз пароперегрівника. Пароперегрівник містить модуль, що включає коаксиально встановлені несучу тр убу і з багатошаровою зовнішньою теплоізоляцією 2 та внутрішню пористу екран-трубу 3. В середині шару теплоізоляції 2 розташована трубка охолодження 4, що навита по спіралі по всій висоті несучої тр уби 1, з патрубком входу 5 та патр убком виходу 6 з неї. Стінки несучої труби 1 по всій висоті рівномірно пронизані радіальне розташованими теплопередаючими трубами 7. Зони випаровування 8 останніх виведені за межі теплоізоляції 2 і виконані у вигляді багатокутників (наприклад квадратів, ромбів, шестикутників тощо), які щільно прилягають один до одного і утворюють суцільну поверхню, на яку нанесено торкретну масу 9. Зони конденсації 10 теллопередаючих труб 7 із зовнішнім оребренням 11 введені в центральну порожнину 12. Теплопередаючі труби 7 в проміжку між несучою тр убою 1 та екран-трубою 3 вкриті теплоізоляцією 13, а для ущільнення з несучою трубою 1 на них надіті го фровані трубки 14 з обмежувальними навколо вих тр убками (на фіг. не вказані), один кінець яких жорстко закріплений до несучої труби 1, а інший вільно дотикається в робочому стані до гофрованої трубки 14 в місці її закріплення на теплопередаючій трубі 7, при цьому один кінець гофрованої трубки 14 жорстко прикріплений, наприклад, зварюванням, до зовнішньої поверхні несучої труби 1, а др угий - до теплопередаючої труби 7. До модуля під'єднані вхідний 15 та вихідний 16 патрубки. Пароперегрівник може складатися з декількох модулів, які монтуються один над одним. Пароперегрівник розміщують в топці котельного агрегату. Тр убка охолодження 4 через патрубки входу 5 і виходу 6 включена в циркуляційний контур котельного агрегату. Пароперегрівник працює наступним чином. Радіаційний тепловий потік топки котельного агрегату сприймається зонами випаровування 8 теплопередаючих труб 7 і передається ними в центральну порожнину 12, де оребрені зони конденсації 10 нагрівають пару, яку пропускають через пароперегрівник, до надвисоких температур (1000°C і вище). Через трубку охолодження 4 пропускають котлову воду для захисту несучої труби 1 ззовні від надмірного її перегріву. В проміжок між несучою трубою 1 і пористою екран-трубою 3, подають для охолодження як несучої тр уби 1, так і пористої екран-труби 8 вологу насичену пару з барабану котельного агрегату, а пара для перегріву в пароперегрівник поступає через вхідний патрубок 15 вже перегрітою із стандартного конвективно-радіаційного пароперегрівника котельного агрегату та ви ходить з нього через патрубок 16 перегрітою до 1000°C і вище. Економічна вигода від впровадження цього винаходу в тому, що застосовуючи його, можна перегріти пару з тиском 10 - 70МПа до 1000°C і вище, використовуючи, наприклад теплові труби з літієвим наповненням, які добре себе зарекомендували при багатотисячногодинній експлуатації з такими робочими температурами, при значно вищому ефективному ККД, ніж із звичайними пароперегрівниками, що можуть працювати з температурами не більше як 560°C. При цьому також різко зменшуються шкідливі викиди з довкілля, так як зменшується кількість спаленого органічного палива, щоб досягти тієї ж заданої електричної потужності ТЕС.