ИСПАРИТЕЛЬНО-ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬНАЯ ДВУХХОДОВАЯ ЗМЕЕВИКОВАЯ ПОВЕРХНОСТЬ

Полезная модель относится к области котлостроения и может быть использована в парогазовых установках (ПГУ) тепловых электростанций (ТЭС) в качестве змеевиковой испарительно-пароперегревательной поверхности нагрева части низкого давления парового прямоточного котла-утилизатора (КУ) использующей теплоту выхлопных газов газовой турбины (ГТ), входящей в состав ПГУ.
Одной из проблем, возникающих при конструировании испарительно-пароперегревательных поверхностей нагрева, является предотвращение гидравлической неустойчивости потока нагреваемой среды. Кроме того, существует проблема коррозионно-эрозионного износа внутренней поверхности змеевиков в области больших массовых паросодержаний.
Известна испарительно-пароперегревательная змеевиковая поверхность нагрева части низкого давления прямоточного КУ [1]. Указанная поверхность является одноходовой и выполнена из труб одного диаметра. При выборе величины внутреннего диаметра труб, определяющего значение массовой скорости потока, следует учитывать, что для обеспечения гидравлической устойчивости потока необходима также установка дроссельных устройств на входе в змеевики. При этом на участке парообразования с увеличением объема среды скорость потока при неизменном диаметре змеевика возрастает до значений, недопустимых по условиям коррозионно-эрозионного износа, что является недостатком испарительно-пароперегревательной поверхности нагрева согласно [1].
Достигаемым результатом полезной модели является решение проблемы коррозионно-эрозионного износа змеевиков при сохранении гидравлической устойчивости потока нагреваемой среды.
Это обеспечивается тем, что испарительно-пароперегревательная змеевиковая поверхность нагрева части низкого давления прямоточного котла-утилизатора с установленным на входе в каждый змеевик дроссельным устройством, согласно полезной модели по ходу движения нагреваемой среды разделена на два хода, причем в каждом змеевике первого хода в зоне начала парообразования предусмотрено ступенчатое увеличение внутреннего диаметра, а все змеевики второго хода выполнены с постоянным внутренним диаметром, величина которого определяется условиями предотвращения коррозионно-эрозионного износа. При этом увеличенный внутренний диаметр змеевиков первого хода и проходное сечение змеевиков второго хода может быть выбраны, исходя из условия поддержания скорости пароводяной смеси в пределах 5-10 м/с.
На фиг.1 схематично изображена часть низкого давления КУ ПГУ с двухходовой испарительно-пароперегревательной поверхностью нагрева согласно полезной модели; на фиг.2 - то же в разрезе А-А фиг.1; на фиг.3 - узел Б с изображением стыка отрезков змеевика разных диаметров.
1
2
1
2
1
1
2
2
1
Часть низкого давления КУ (часть высокого давления на чертеже не показана) расположена в газоходе 1 и содержит (фиг.1) экономайзерную поверхность в виде змеевикового теплообменного пакета 2, занимающего все сечение газохода, и расположенную за ней по ходу нагреваемой среды испарительно-пароперегревательную поверхность в виде змеевиковых теплообменных пакетов 3, 4 соответственно первого и второго ходов. Между пакетами 2, 3 может быть выполнена трубная петля с опускным и подъемным участками, соответственно 5, 6, служащая для дополнительного повышения гидравлической устойчивости испарительно-пароперегревательной поверхности. При этом опускной участок 5 петли является выходной частью экономайзерной поверхности, а подъемный участок - входной частью испарительной поверхности пакета 3. Теплообменные пакеты 2, 3 и 4 снабжены распределительными коллекторами 7-12 (фиг.1 и 2). При этом коллектор 7 предназначен для подачи в пакет 2 питательной воды, коллектор 12 - для отвода из пакета 4 пара низкого давления, коллекторы 8-11 являются промежуточными. В частности, коллектор 8 является выходным для пакета 2 экономайзерной поверхности и входным для опускного участка 5, коллектор 9 - выходным для опускного участка 5 и входным для пакета 3 испарительно-пароперегревательной поверхности первого хода с входным подъемным участком 6, последовательно соединенные между собой перепускной трубой 13 коллекторы 10, 11 - промежуточные между пакетами 3 и 4 испарительно-пароперегревательными поверхностями первого и второго ходов. В каждом змеевиковом пакете 3 первого хода испарительно-пароперегревательной поверхности в зоне начала парообразования с интенсивным увеличением объема нагреваемой среды предусмотрено ступенчатое увеличение через переходник 14 внутреннего диаметра змеевика с d на d (фиг.3), а все змеевиковые пакеты 4 второго хода испарительно-пароперегревательной поверхности имеют постоянный внутренний диаметр змеевика. Длина ℓ переходного участка от d к d (фиг.3) выбирается из условия ℓ/d=3÷7. Внутренние диаметры d и d змеевика пакета 3 первого хода испарительно-пароперегревательной поверхности, а также внутренний диаметр змеевика пакета 4 второго хода указанной поверхности выбирается из условия поддержания скорости W пароводяной смеси в пределах W=5÷10 м/с. Практически рекомендуемое соотношение указанных диаметров лежит в пределах d/d=1,3÷1,7.
На входе в каждый змеевик установлены дроссельные устройства (на чертеже не показаны). Размер дроссельного устройства выбирается таким образом, чтобы обеспечивалась пульсационная устойчивость потока.
1
1
2
1
Длина L змеевика испарительно-пароперегревательной поверхности части пакета 3 первого хода с диаметром труб d выбирается, исходя из условия, чтобы энтальпия нагреваемой среды на входе в трубы d соответствовала энтальпии начала парообразования. Практически это соответствует соотношению L/L=(0,3÷0,5)L, где L - общая длина змеевика первого хода.
Площадь испарительно-пароперегревательной поверхности нагрева первого хода выбирается такой, чтобы на выходе из первого хода нагреваемая среда находилась в состоянии пароводяной смеси с массовым паросодержанием (X), обеспечивающим ее равномерную раздачу во второй ход.
Площадь экономайзерной поверхности нагрева (змеевиковый пакет 2) выбирается такой, чтобы на входе в пакет (3) энтальпия недогретой среды была на 100÷200 кДж/кг меньше энтальпии начала кипения.
Проходное сечение змеевика пакета (4) второго хода испарительно-пароперегревательной поверхности выбирается из условия обеспечения скорости пароводяной смеси W≤10 м/с при ее массовом паросодержании Х=0,95÷1,0 для предотвращения коррозионно-эрозионного износа змеевиков.
Работа испарительно-пароперегревательной поверхности нагрева части низкого давления парового КУ, выполненной согласно полезной модели, происходит следующим образом. Питательная вода, нагретая в экономайзерном змеевиковом теплообменном пакете 2, поступает через коллектор 8 в опускной участок 5 трубной петли и входной коллектор 9 в подъемный участок 6 трубной петли, представляющий собой начальную часть первого хода испарительно-пароперегревательного теплообменного пакета 3. Пройдя первый ход змеевикового пакета 3, нагреваемая среда поступает в коллектор 10 и по перепускным трубам 13 раздается через коллектор 11 по змеевикам пакета 4 второго хода и, пройдя его, поступает в выходной коллектор 12 пара низкого давления.
Источники информации:
1.Патент US 7383791, НКИ 122/406.4, МПК F22В 35/00, 2008.