Термоэмиссионная надстройка к тепловым электростанциям Советский патент 1982 года по МПК H01J45/00 

1- .

Изобретение относится к технике термоэмиссионного преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано для повышения КПД тепловыхэлектростанций (ТЭС).

Температура сгорания топлива в топках котлов ТЭС намного выше, чем это требуется дпя 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 производится непосредственно факелом. В этом устройстве ТЭП с площадью электродов 50 см, выходной электрической мощностью 0,25 кВт и напряжением 0,5 В размещены герметично в отверстиях на вспомогательных станках.

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

Недостатками известной ТЭН являются необходимость кардинальной реконструкции традиционных топок ТЭС, что связано с больщи10ми дополнительными капитальными затратами, а также дополнительная потеря тепла на проме жуточном теплоносителе.

Наиболее близксж к предложенной является

15 термозмиссионная надстройка к тепловым электростанциям с топкой котла и парогенерирупщими трубами,, содержащая термоз ссионные преобразователи с анодными теплотоко-выводами и, по крайней мере, один узел креп20ления указанных преобразователей к парогене: рирующнм трубам через изолятор 2.

Недостатками этой ТЭН являются сложность конструкции Н невысокая надежность. обусловленная тем, что соединение тепло. вывода каждого ТЭП с парогенерирующими трубами осуществляется в ней с помои ю прижима, и со временем, вследствие пластических деформаций элементов узла креплеиия, снижается- надежность контакта между парогенерирующей трубой и указанным тепловыводом. Сложность конструкции также обусловлена тем, что узел крепления занимае много места. Поэтому элементы коммутации приходится размещать в пространстве между парогенерирующими трубами и анодными теп |Ловь водамк, указанные элементы имеют слож ную форму и большие габариты. Цель изобретения - упрощение конструкц .и-повышение надежности надстройки. Цель достигается тем,что в термоэмиссионной надстройке к тепловым электростанциям с топкой котла и парогенерирующими трубами, содержащей термоэмиссионные преобразователи с анодными теплогтоковыводами- и, по крайней мере, один узел крепления указанных преобразователей к парогенерирующим трубам через изолятор, указанный узел крепления выполнен в виде чехловой трубы, охватывающей парогенерирующую трубу, при этом упомянутые 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. Тепловосприиимающая поверхность ТЭП (фиг. 2) выполнена в виде плоского шестигранника. На внутреннюю поверхность катода ТЭП нанесено эмиссио1шое покрытие, например вольфрам. АноДным теплоотводом, вьшолняющим одновременно функцию анодного токовывода, служит тепловая труба 3, корпус которой вьшолнен, например, из нержавеющей стали.. На торце тепловой трубки нанесено эмиссионн покрытие или посредством днффузионного сращивания размещена шайба из эмиссионноактивного материала, например из окисленног ниобня. Один из торцов тепловой трубки содержит две радиусные выточки с радиусом, равным .радиусу чехловых труб 4, а междентровое расстояние между выточками равно шагу парогенерирующих труб 5 в панели. Тепловая трубка снабжена осевым сквозным цсзиевым трактом 6, служащим для вак умирования ТЭП и напуска паров цезия в межэлектродный объем. Электрическая развязка электродов и герметизация межэлектродного объема осуществляется по схеме коаксиального гермоввода. Чехловые трубы выполнены из той же стали, что и парогенёрирующие трубы и электроизолированы от парогенернрующих заполнением зазоров между ними электроизоляцией 7, например, органосиликатным материалом марки ВФ-1. Заполнение зазоров (толщшюй 0,2- 0,3 мм) осуществляется под давлением. Возможно также изготовление трубных пакетов методом прокатки, i. ТЭП смонтированы на панелях 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). Каждая 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 совпадения отверстий с цезиевыми трактами. К трубкам вакуумно-цизиевой системы методом сварки подсоединены питательные трубки, сообщающиеся с подогреваемым цезиевым резервуаром и вакуумным насосом посредством вентилей. Предложенная 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 горения передается тепловоспринимающим стенкам надстройки; нагреваются катодь1 предварительно вакуумированных и цезированных ТЭП. Катоды, разогреваясь до расчетной температуры, излучением греют анодь;, тепло с которых посредством тепловых трубок через стенки труб передается пару. Благодаря существующей разности температур между катодом и анодом возникает ток эмиссии, который по корпусам тепловых трубок и коммутационным шинам подается на нагрузку. Наличие электроизоляции между наружными парогенерирующими трубами неключаег пробой генерируемого ТЭП напряжения на массу. Нагретый пар поступает на турбину и отработанный возвращается в парогенерирующие трубы.

Такнм образом, осуществляется комбиннpoBaHHbDi электрический цикл с КПД преобразования выше, чем у ТЭС.

В процессе длительной эксплуатации ТЭН вследствие неизбежного натекания топочных газов в межэлектродньш объем и испарения материалов происходит деградация мощности. При снижении мощности до допустимого предла включают вакуумный насос, откачивающий газы до, исходаого значениями мощность ТЭН повышается до номинального значения..

Использование предлагаемой ТЭН обеспечивает, по сравнению с известной, следующие преимущества: повышается надежность вследствие обеспечения хорошего, и стабильного теплового контакта ТЭП с парогенерирующими трубами; существенно упрощается конструкция за счет упрощения средств крепления 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.

Сокращается и расход меди при использованин предложенной надстройки.

Формула изобретен1 я

Термоэмиссионная надстройка к тепловым электростанциям с тоПкой котла и парогенерирующими трубами, содержащая термоэмиссионные преобраз(жателн с анодньши теплотоковыводами и по крайней мере один узел крепления указанных преобразователей к парогенерируюашм трубам через изолятор, о т ч чающаяся тем, что, с целью . упрощения .конструкции и повышения надежности надстройки, указанный узел Крепления выполнен в виде чехловрй трубы, охватывающей парогенерирующую трубу, при этом упомянутые анодные тепло-токовыводы неразъемно соединены с чехловой трубой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

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

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

Фиг.1

Фиг. I