ИСПАРИТЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ НАГРЕВА ПРЯМОТОЧНОГО КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА С СЕКЦИОНИРОВАННЫМИ ЗМЕЕВИКОВЫМИ ПАКЕТАМИ Российский патент 2013 года по МПК F22B15/00 

Уровень техники

Изобретение относится к области котлостроения и может быть использовано преимущественно в парогазовых установках (ПГУ) тепловых электростанций (ТЭС) в качестве испарительной поверхности нагрева (ИПН) частей низкого, среднего и высокого давления (включая сверхкритическое) парового прямоточного котла-утилизатора (ПКУ), использующего теплоту выхлопных газов газовой турбины (ГТ), входящей в состав ПГУ.

Одной из проблем, возникающих при конструировании змеевиковой ИПН ПКУ в отличие от барабанного котла-утилизатора с многократной естественной или принудительной циркуляцией, является предотвращение гидравлической неустойчивости потока нагреваемой среды. Существует также проблема коррозионно-эрозионного износа внутренней поверхности змеевиков в области больших массовых паросодержаний. Решение указанных проблем связано с необходимостью поддержания определенного уровня массовых скоростей парогенерирующей среды в змеевиках.

Известна ИПН ПКУ, содержащая по меньшей мере один змеевиковый пакет с входным и выходным коллекторами нагреваемой среды (патент RU 97502, F28D 7/16, 2010 - ближайший аналог). Согласно этому патенту ИПН выполнена в виде двух расположенных по ширине газохода и последовательно включенных змеевиковых пакетов. Для решения указанных выше проблем гидравлической устойчивости и коррозионно-эрозионного износа внутренней поверхности змеевиков согласно указанному патенту предусмотрено ступенчатое увеличение диаметра змеевиков в первом по ходу нагреваемой среды пакете и увеличенное количество труб большего диаметра во втором пакете. Эти пакеты соединены друг с другом через коллекторы с перепускными трубопроводами. Такая испарительная поверхность может быть использована лишь в части низкого давления парогенерирующего тракта ПКУ, так как при среднем и высоком давлении пароводяной среды при такой конструкции не удается выдержать необходимые скорости движения пароводяной среды в змеевиках.

Цель изобретения - обеспечение гидравлической устойчивости и предотвращение коррозионно-эрозионного износа внутренней поверхности змеевиков не только для части низкого давления, но и для частей среднего и высокого давления пароводяного тракта ПКУ. Достигаемым техническим результатом изобретения является возможность обеспечения необходимого диапазона скоростей пароводяной среды в змеевиках в широком интервале давлений.

Раскрытие изобретения

Указанные цель и достигаемый технический результат изобретения обеспечиваются тем, что в ИПН ПКУ, содержащей по меньшей мере один змеевиковый пакет с входным и выходным коллекторами нагреваемой среды, согласно изобретению по меньшей мере один из указанных пакетов по ширине газохода разделен по меньшей мере на две одинаковые для данного пакета секции, соединенные между собой рядом перепускных труб по числу змеевиков в секции. При этом согласно изобретению ИПН по ширине газохода может быть выполнена в виде одного секционированного змеевикового пакета с полным исключением необходимости в указанных коллекторно-трубопроводных связях. По ширине газохода ИПН согласно изобретению может быть выполнена в виде по меньшей мере двух секционированных пакетов, последовательно соединенных по нагреваемой среде с помощью коллекторов с перепускными трубопроводами. ИПН по ширине газохода согласно изобретению может быть выполнена также в виде по меньшей мере двух одинаковых параллельно включенных по нагреваемой среде секционированных пакетов, симметрично расположенных относительно средней линии ширины газохода. Каждый секционированный пакет как при последовательном, так и при параллельном их включении согласно изобретению может быть разделен на последовательно соединенные участки, причем каждый участок содержит секции одинакового типоразмера со ступенчатым увеличением проходного сечения змеевиков от участка к участку по ходу движения нагреваемой среды. Кроме того, по ширине газохода ИПН согласно изобретению может содержать по меньшей мере один несекционированный змеевиковый пакет, последовательно соединенный с секционированными пакетами при помощи коллекторов с перепускными трубопроводами.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 схематично изображен фронтальный разрез участка газохода ПКУ с ИПН согласно изобретению; на фиг.2 - часть трубного пакета указанной ИПН в поперечном сечении А-А фиг.1; на фиг.3 - вид сбоку по стрелке Б фиг.1 в варианте с двумя одинаковыми параллельно включенными по нагреваемой среде секционированными пакетами, симметрично расположенными относительно средней линии ширины газохода; на фиг.4 - то же в варианте с разделением секционированного пакета на участки с различным проходным сечением змеевиков.

Осуществление изобретения

ИПН ПКУ согласно изобретению содержит установленные внутри газохода 1 по меньшей мере один двухходовой по высоте указанного газохода змеевиковый пакет 2 с входным коллектором 3, выходным коллектором 4 нагреваемой среды и перепускными трубами 5 между указанными ходами (правая часть фиг.1). В левой части фиг.1 изображен второй такой же змеевиковый пакет 6 с входным коллектором 7, выходным коллектором 8 нагреваемой среды и перепускными трубами 9, причем теплообменные участки 10 змеевиков пакета 6 расположены со смещением между теплообменными участками 11 пакета 2, образуя шахматную структуру поперечного сечения ИПН с горизонтальным шагом S₁ и вертикальным шагом S₂ (фиг.2). Теплообменные участки 11 и 10 змеевиков обоих пакетов 2 и 6 (фиг.1) могут иметь поперечное наружное оребрение 12.

По ширине газохода 1 пакеты 2 и 6 могут быть выполнены в виде одного секционированного пакета (на чертеже этот вариант не представлен). В варианте фиг.3 ИПН по ширине газохода 1 выполнена в виде двух одинаковых параллельно включенных по нагреваемой среде секционированных пакетов 2.1, 2.2, симметрично расположенных относительно средней линии 13 ширины газохода 1. Каждый из секционированных пакетов 2.1, 2.2 имеет входной коллектор соответственно 3.1, 3.2, выходной коллектор 4.1, 4.2 и перепускные трубы 14 между секциями. Аналогичные секционированные пакеты 6.1, 6.2 со входными коллекторами 7.1, 7.2, выходными коллекторами 8.1, 8.2 и перепускными трубами между секциями на чертеже не показаны. В каждом из указанных секционированных пакетов в данном примере предусмотрены шесть секций 2.1.1…2.1.6, 2.2.1…2.2.6 и 6.1.1…6.1.6, 6.2.1…6.2.6 с перепускными трубами 5 между ходами. Выход каждой предыдущей из указанных секций соединен со входом каждой последующей секции перепускными трубами 14 по числу змеевиков в секции (на чертеже показаны только крайние перепускные трубы, ограничивающие секцию). Перепускные трубы 5, 9, 14 могут быть расположены как вне газохода 1 (фиг.1), так и внутри него (на чертеже не показано).

На фиг.4 представлен другой возможный вариант выполнения ИПН согласно изобретению - в виде в данном примере двух симметрично расположенных по ширине газохода 1 относительно его средней линии 13 пакетов 2.3, 2.4, разделенных каждый на два секционированных участка 2.3.1, 2.3.2 и 2.4.1, 2.4.2 (секции на чертеже позициями не обозначены) со ступенчатым увеличением проходного сечения змеевиков от участка к участку по ходу движения нагреваемой среды. Каждый из указанных секционированных участков имеет входной и выходной коллекторы соответственно 3.3-3.6 и 4.3-4-6, причем выходной коллектор предыдущего участка соединен со входным коллектором последующего участка перепускными трубопроводами 15. ИПН согласно изобретению может также содержать по меньшей мере один несекционированный змеевиковый пакет, последовательно соединенный с секционированными пакетами при помощи коллекторов с перепускными трубопроводами (на чертеже не показано). Количество секционированных пакетов, участков и секций в них определяется тепловым и гидравлическим расчетами ПКУ, исходя из заданных значений параметров пара и скоростей пароводяной среды по тракту ее движения по змеевикам.

Работа ИПН согласно изобретению осуществляется следующим образом. Питательная вода подается из водяного экономайзера (на чертеже не показан) ПКУ на входы коллекторов 3, 7, насыщенный или слегка перегретый пар из последних по ходу движения пароводяной среды выходных коллекторов 4, 8 направляется в пароперегреватель (на чертеже не показан). Секционирование пакетов с перепуском среды в пределах одного пакета от секции к секции осуществляется при помощи перепускных труб 14, количество которых равно числу змеевиков в секции. Возможность изменять количество секций, заходность и диаметр змеевиков в разных секционированных пакетах и секционированных участках позволяет гибко варьировать их конструктивные характеристики и, соответственно, скорость пароводяной среды в зависимости от конкретных условий. Это обеспечивает предотвращение коррозионно-эрозионного износа внутренней поверхности змеевиков за счет поддержания в змеевиках требуемого диапазона скоростей пароводяной среды. Гидравлическая устойчивость нагреваемой среды в конструкции ИПН согласно изобретению дополнительно может быть улучшена установкой дроссельных устройств на входе в каждый змеевик первого по ходу нагреваемой среды секционированного или несекционированного пакета (на чертеже не показано).

Изобретение относится к области котлостроения и может быть использовано преимущественно в парогазовых установках тепловых электростанций в качестве испарительной поверхности нагрева частей низкого, среднего и высокого давления (включая сверхкритическое) парового прямоточного котла-утилизатора, использующего теплоту выхлопных газов газовой турбины. Техническим результатом изобретения является возможность обеспечения необходимого диапазона скоростей пароводяной среды в змеевиках в широком интервале давлений. Согласно изобретению, по меньшей мере, один из змеевиковых пакетов с входным и выходным коллекторами нагреваемой среды по ширине газохода разделен по меньшей мере на две одинаковые для данного пакета секции, соединенные между собой рядом перепускных труб по числу змеевиков в секции. Каждый пакет может быть разделен на последовательно соединенные участки, причем каждый участок содержит секции одинакового типоразмера со ступенчатым увеличением проходного сечения змеевиков от участка к участку по ходу движения нагреваемой среды. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Испарительная поверхность нагрева прямоточного котла-утилизатора, содержащая по меньшей мере один змеевиковый пакет с входным и выходным коллекторами нагреваемой среды, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из указанных пакетов по ширине газохода разделен по меньшей мере на две одинаковые для данного пакета секции, соединенные между собой рядом перепускных труб по числу змеевиков в секции.

2. Испарительная поверхность нагрева по п.1, отличающаяся тем, что по ширине газохода она выполнена в виде одного секционированного змеевикового пакета.

3. Испарительная поверхность нагрева по п.1, отличающаяся тем, что по ширине газохода она выполнена в виде по меньшей мере двух секционированных пакетов, последовательно соединенных по нагреваемой среде с помощью коллекторов с перепускными трубопроводами.

4. Испарительная поверхность нагрева по п.1, отличающаяся тем, что по ширине газохода она выполнена в виде по меньшей мере двух одинаковых параллельно включенных по нагреваемой среде секционированных пакетов, симметрично расположенных относительно средней линии ширины газохода.

5. Испарительная поверхность нагрева по п.3 или 4, отличающаяся тем, что каждый секционированный пакет разделен на последовательно соединенные участки, причем каждый участок содержит секции одинакового типоразмера со ступенчатым увеличением проходного сечения змеевиков от участка к участку по ходу движения нагреваемой среды.

6. Испарительная поверхность нагрева по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что по ширине газохода она содержит по меньшей мере один несекционированный змеевиковый пакет, последовательно соединенный с секционированными пакетами при помощи коллекторов с перепускными трубопроводами.

7. Испарительная поверхность нагрева по п.5, отличающаяся тем, что по ширине газохода она содержит по меньшей мере один несекционированный змеевиковый пакет, последовательно соединенный с секционированными пакетами при помощи коллекторов с перепускными трубопроводами.