ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
THERMAL POWER PLANT

Настоящее изобретение относится к котельной тепловой электростанции согласно преамбуле независимого пункта формулы изобретения. Таким образом, изобретение относится к тепловой котельной электростанции, содержащей печь, окруженную двумя короткими боковыми стенками и двумя длинными боковыми стенками, каналы дымовых газов, расположенные над печью, задний пропуск и поддерживающую конструкцию, причем эта поддерживающая конструкция содержит неподвижную несущую конструкцию, поддерживаемую снизу, причем упомянутая несущая конструкция содержит множество вертикальных стоек и основные поддерживающие балки, поддерживаемые вертикальными стойками, и подвесную конструкцию, посредством которой печь подвешена к несущей конструкции.
Существует тенденция к увеличению установленной мощности тепловых энергетических котлов, таких как котлы с циркулирующим кипящим слоем, посредством перехода ко все более и более крупным блокам. Установленная мощность наибольшего изготовленного котла с циркулирующим кипящим слоем в настоящее время составляет 430 МВт электрической энергии, но уже существуют планы по конструированию электростанций мощностью 600 МВт электрической энергии или даже 800 МВт электрической энергии. Так как количество оборудования в конструкции котла, такое как печь, каналы дымовых газов и задний пропуск, увеличивается, длины и площади поперечного сечения стоек и балок поддерживающей конструкции также должны увеличиваться.
При увеличении наружных размеров поддерживающей конструкции также увеличиваются ветровая нагрузка на сооружение котла и весовая нагрузка поддерживающей конструкции. Результатом этого является то, что прочность поддерживающей конструкции должна быть дополнительно увеличена, результатом чего, опять же, является дополнительное увеличение веса поддерживающей конструкции. Увеличение размера и веса поддерживающей конструкции увеличивает материальные затраты и усложняет сборку электростанции. Следовательно, важно найти решения для ограничения увеличения поддерживающей конструкции, вызванного увеличением размера тепловой котельной электростанции.
Стенки печи в современных тепловых энергетических котлах являются обычно относительно легкими стенками из кипятильных труб, которые имеют высокий предел прочности на растяжение, но они не выдерживают большого сжатия или изгиба. Таким образом, большие тепловые энергетические котлы обычно поддерживаются сверху, что означает, что печь котла подвешена к неподвижной несущей конструкции, окружающей печь, посредством подвесок, прикрепленных к верхним частям боковых стенок печи.
Основные элементы несущей конструкции обычно состоят из вертикальных стоек и горизонтальных основных поддерживающих балок, поддерживаемых сверху стоек или их верхней части, на которых поддерживаются другие поддерживающие балки несущей конструкции и подвесная конструкция печи. В некоторых тепловых котельных электростанциях основные поддерживающие балки образуют сетку над конструкцией котла, которая содержит основные поддерживающие балки, продольные и поперечные относительно печи. Настоящее изобретение, тем не менее, относится к тепловой электростанции, имеющей параллельные поддерживающие балки, поддерживающие конструкции котла. Основные поддерживающие балки представляют собой обычно стальные балки высотой 2-6 м, например, двутавровые балки, длина которых может быть даже больше, чем 30 м, и которые весят обычно более, чем 100 т. Основные поддерживающие балки обычно присоединены к другим горизонтальным поддерживающим балкам, которые, тем не менее, меньше, чем основные поддерживающие балки.
Существуют другие конструкции котла, которые объединены с печью котла, в частности задний пропуск, содержащий поверхности теплообмена и каналы для проведения дымовых газов от печи к заднему пропуску. Задний пропуск и каналы дымовых газов, ведущие к нему, могут быть подвешены, согласно предшествующему уровню техники, с печью к общей поддерживающей конструкции. Поддерживающая конструкция теплового энергетического котла в целом является в основном правой прямоугольной призмой и имеет такие размеры, что по меньшей мере печь, каналы дымовых газов и задний пропуск могут быть помещены в нее. Таким образом, размер поддерживающей конструкции зависит от размера конструкции котла и взаимного положения его частей.
Высота современной большой тепловой электростанции составляет несколько десятков метров, обычно по меньшей мере около 50 м. Одним из факторов, прибавляющих высоту тепловой электростанции согласно предшествующему уровню техники, является то, что требуется достаточная длина подвесок печи из-за горизонтального теплового расширения печи.
Настоящее изобретение конкретно относится к тепловой котельной электростанции, имеющей каналы дымовых газов, расположенные над печью. Согласно предшествующему уровню техники, каналы дымовых газов, расположенные над печью, подвешены к основным поддерживающим балкам, и, следовательно, высота такой тепловой котельной электростанции является особенно высокой. Одним из результатов расположения каналов дымовых газов над печью является то, что они также приводят к тому, что подвески подвесной конструкции печи согласно предшествующему уровню техники становятся длинными.
Длинные подвески являются проблемными особенно потому, что температура подвесок, установленных на верхней части печи, следует в некоторой степени за температурой стенок печи, что приводит к относительно большому тепловому расширению подвесок. Таким образом, область поддерживающей конструкции должна быть такова, чтобы тепловое расширение поддерживающих балок не вызывало каких либо поломок конструкций котла.
Поскольку стенки печи не выдерживают тяжелых местных нагрузок, расстояния между подвесками, поддерживающими печь с поддерживающей конструкцией, должны быть достаточно маленькими. Тем не менее, плотно расположенные подвески осложняют использование пространства над печью, например, при расположении каналов дымовых газов над печью. В качестве альтернативы можно сказать, что каналы дымовых газов над печью затрудняют расположение подвесок достаточно близко друг к другу.
Задачей настоящего изобретения является разработка котельной тепловой электростанции, в которой уменьшены проблемы описанного выше предшествующего уровня техники. Особенной целью является разработка большой тепловой котельной электростанции, поддерживающая конструкция которой является более легкой и имеет меньший размер, чем поддерживающая конструкция тепловой котельной электростанции предшествующего уровня техники.
Для того чтобы решить проблемы упомянутого выше предшествующего уровня техники, разработана тепловая котельная электростанция, включающая тепловой энергетический котел, содержащий печь, окруженную двумя короткими боковыми стенками и двумя длинными боковыми стенками, каналы дымовых газов, расположенные над печью, задний пропуск и поддерживающую конструкцию, причем эта поддерживающая конструкция содержит неподвижную несущую конструкцию, поддерживаемую снизу, причем упомянутая несущая конструкция содержит множественные вертикальные стойки и параллельные основные поддерживающие балки, поддерживаемые вертикальными стойками, и подвесную конструкцию, посредством которой печь подвешена к несущей конструкции, причем, основные поддерживающие балки и каналы дымовых газов, расположенных над печью, параллельны друг другу и параллельны коротким боковым стенкам (24), основные поддерживающие балки расположены, по меньшей мере частично, между каналами дымовых газов, проходящими по крыше печи.
При этом, по меньшей мере часть каналов дымовых газов, расположенных над печью, поддерживается на вторичных поддерживающих балках, подвешенных к основным поддерживающим балкам, несущая конструкция содержит основные поддерживающие балки, расположенные над задним пропуском, причем эти основные поддерживающие балки расположены выше, чем основные поддерживающие балки, расположенные над печью. По меньшей мере часть стоек расположена между каналами дымовых газов, проходящими по крыше. Подвесная конструкция содержит верхние подвески, подвешенные к основным поддерживающим балкам, промежуточные поддерживающие балки, подвешенные к верхним подвескам, и нижние подвески, присоединенные к верхней части печи и подвешенные к промежуточным поддерживающим балкам. Несущая конструкция содержит верхние поддерживающие балки, поддерживаемые сверху основных поддерживающих балок, и по меньшей мере часть промежуточных поддерживающих балок подвешена к верхним поддерживающим балкам посредством верхних подвесок.
По меньшей мере часть промежуточных поддерживающих балок образована из отдельных параллельных частей и расположена над боковыми стенками печи и присоединена к верхним частям боковых стенок печи посредством нижних подвесок.
Каналы дымовых газов, расположенные над печью, расположены над промежуточными балками.
По меньшей мере, часть промежуточных балок расположена в качестве центральных поддерживающих балок, расположенных над центральной частью крыши, причем упомянутые центральные поддерживающие балки присоединены посредством нижних подвесок к поверхностям теплообмена, расположенным внутри печи.
Таким образом, типичным для настоящей тепловой котельной электростанции является то, что основные поддерживающие балки и каналы дымовых газов, расположенные над печью, параллельны друг другу и выровнены с короткими боковыми стенками.
Когда каналы дымовых газов, расположенные над печью, и основные поддерживающие балки параллельны, возможно расположить их в вертикальном направлении близко друг к другу, посредством чего высота тепловой котельной электростанции остается меньше, чем у электростанции, в которой каналы дымовых газов очевидно находятся на разной высоте с основными поддерживающими балками. Если каналы дымовых газов и основные поддерживающие балки не параллельны, каналы дымовых газов должны быть либо над, либо под основными поддерживающими балками. Результатом расположения основных поддерживающих балок и каналов дымовых газов, расположенных над печью, с выравниванием с короткими боковыми стенками, является компактная конструкция электростанции, в которой задний пропуск предпочтительно расположен на стороне длинной боковой стенки печи.
Согласно особенно преимущественному варианту осуществления изобретения основные поддерживающие балки расположены таким образом, что при взгляде сбоку они расположены, по меньшей мере частично, между каналами дымовых газов, расположенными над печью. Это значит, что верхняя поверхность каналов дымовых газов находится выше, чем нижняя поверхность основных поддерживающих балок. Поскольку высота как основных поддерживающих балок, так и каналов дымовых газов может составлять несколько метров, по меньшей мере их частичное взаимное расположение может уменьшить высоту электростанции на несколько метров.
По меньшей мере часть каналов дымовых газов, расположенных над печью, предпочтительно поддерживается на верхней части вторичных поддерживающих балок, подвешенных к основным поддерживающим балкам. Вторичные поддерживающие балки также действуют как сборочные и подъемные балки во время сборки. Вторичные поддерживающие балки могут быть непосредственно подвешены к основным поддерживающим балкам, но согласно особенно преимущественному варианту осуществления вторичные поддерживающие балки подвешены к верхним поддерживающим балкам, поддерживаемым на верхней части основных поддерживающих балок.
В котлах с циркулирующим кипящим слоем крыша циклонных камер сепараторов обычно расположена примерно на такой же высоте, что и крыша печи. Согласно обычной технологии дымовые газы, очищенные в сепараторе, удаляются из сепаратора вверх через выпускной канал, из-за чего каналы дымовых газов обычно расположены выше, чем печь. Так как каналы дымовых газов, ведущие к заднему пропуску, обычно расположены, по меньшей мере в основном, горизонтально, крыша заднего пропуска обычно расположена выше, чем крыша печи.
Основные поддерживающие балки, удерживающие печь, могут быть предпочтительно расположены, по меньшей мере частично, между каналами дымовых газов, посредством чего основные поддерживающие балки могут быть предпочтительно расположены на такой же высоте, что и крыша заднего пропуска. Следовательно, согласно особенно предпочтительному варианту осуществления несущая конструкция тепловой котельной электростанции содержит основные поддерживающие балки, расположенные выше заднего пропуска, при этом упомянутые основные поддерживающие балки расположенные выше, чем основные поддерживающие балки, расположены сверху печи. Таким образом, образуется свободное пространство над печью, которое может быть предпочтительно использовано, например, для расположения предохранительных клапанов для перегретого пара.
Каналы дымовых газов, проходящие по всей крыше, предпочтительно идентичны друг другу до боковой стенки заднего пропуска, расположенного со стороны длинной боковой стенки печи. Когда основные поддерживающие балки расположены согласно настоящему изобретению параллельно каналам дымовых газов, проходящих по всей крыше, возможно предпочтительно расположить по меньшей мере часть стоек, поддерживающих основные поддерживающие балки на фундаменте тепловой котельной электростанции, между каналами дымовых газов или их удлинениями.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения подвесная конструкция содержит верхние подвески, подвешенные к основным поддерживающим балкам, промежуточные поддерживающие балки, подвешенные к верхним подвескам, и нижние подвески, присоединенные к верхней части печи и подвешенные к промежуточным поддерживающим балкам. Часть верхних подвесок может быть подвешена непосредственно к основным поддерживающим балкам, но предпочтительно несущая конструкция содержит верхние поддерживающие балки, поддерживаемые сверху основных поддерживающих балок, и по меньшей мере часть верхних подвесок подвешена к верхним поддерживающим балкам, посредством чего по меньшей мере часть промежуточных поддерживающих балок подвешена к верхним поддерживающим балкам посредством верхних подвесок.
Поскольку основные поддерживающие балки установлены непосредственно на верхней части стоек, их расположение естественно зависит от расположения стоек. Верхние поддерживающие балки вместо этого могут быть расположены весьма свободно сверху основных поддерживающих балок, и, следовательно, длины и расположения промежуточных поддерживающих балок, подвешенных к верхним поддерживающим балкам, могут быть выбраны согласно потребностям. Когда верхние поддерживающие балки расположены рационально, возможно оптимизировать длины и толщины промежуточных подвесок согласно подвешиваемым деталям.
Поскольку боковые стенки печи не выдерживают сильных местных вертикальных нагрузок, должны быть подвески, присоединенные к печи достаточно плотно, обычно по меньшей мере около двух подвесок на один метр. Когда промежуточные поддерживающие балки, расположенные между основными поддерживающими балками и печью, являются достаточно крепкими, количество верхних подвесок может быть значительно меньшим, чем количество нижних подвесок, прикрепленных к печи. Обычно имеется менее чем одна верхняя подвеска на метр. Таким образом, количество N верхних подвесок предпочтительно меньше, чем количество М нижних подвесок, наиболее предпочтительно N меньше, чем М/2.
Промежуточные поддерживающие балки предпочтительно расположены относительно близко к печи, но, тем не менее, как правило, над тепловой изоляцией печи. Когда нижние подвески являются относительно короткими, их тепловое расширение остается минимальным. Предпочтительно, по меньшей мере большинство промежуточных поддерживающих балок расположено так, что вертикальное расстояние между поддерживающими балками и промежуточными поддерживающими балками больше, наиболее предпочтительно в два раза больше, чем расстояние между промежуточными поддерживающими балками и печью. За счет этого остается относительно много пространства над промежуточными поддерживающими балками, причем в этом пространстве над печью может быть расположено разное оборудование и части. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения каналы дымовых газов, расположенные над печью, предпочтительно расположены над промежуточными поддерживающими балками.
Поскольку промежуточные поддерживающие балки используются для поддерживания боковых стенок печи, по меньшей мере часть промежуточных поддерживающих балок преимущественно расположена непосредственно над боковыми стенками печи и присоединена нижними подвесками к верхним частям боковых стенок печи. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения все промежуточные поддерживающие балки, тем не менее, не расположены над боковыми стенками печи, но по меньшей мере часть промежуточных поддерживающих балок может быть расположена в качестве центральных поддерживающих балок, расположенных над центральной частью крыши печи. Такие центральные поддерживающие балки предпочтительно расположены с возможностью поддерживания оборудования и частей, предусмотренных в печи. Согласно предпочтительному варианту осуществления поверхности теплообмена, расположенные в печи, подвешены к центральным поддерживающим балкам.
Поскольку ширина боковых стенок печи в большом тепловом энергетическом котле может составлять десятки метров, например, примерно, 40 метров, тепловое расширение стенок печи вниз и вбок во время запуска котла является значительным. Поскольку изменения температуры промежуточных поддерживающих балок значительно меньше, чем изменения температуры печи, тепловое расширение вызывает значительную нагрузку в нижних подвесках, прикрепленных к центральной поддерживающей балке, имеющей длину боковой стенки, и в точках прикрепления упомянутых подвесок. Следовательно, по меньшей мере часть промежуточных поддерживающих балок предпочтительно образована из отдельных параллельных частей, расположенных друг за другом. Посредством этого длина каждой непрерывной части промежуточных поддерживающих балок может сохраняться достаточно маленькой, и нагрузки, вызванные тепловым расширением, могут быть сведены к минимуму.
Изобретение описано ниже со ссылкой на прилагаемый чертеж, в котором
фиг.1 представляет собой схематичный вид сбоку котельной электростанции с циркулирующим кипящим слоем согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения.
Котельная электростанция 10 с циркулирующим кипящим слоем, описанная на фиг.1, является примером тепловой котельной электростанции согласно настоящему изобретению. Котельная электростанция с циркулирующим кипящим слоем содержит котельную конструкцию, имеющую печь, каналы 14 дымовых газов, расположенные над печью, задний пропуск 16, а также поддерживающую конструкцию, имеющую в качестве основных частей подвесную конструкцию 18 и несущую конструкцию, причем упомянутая несущая конструкция содержит стойки 20 и основные поддерживающие балки 22 печи, параллельные каналам дымовых газов и поддерживаемые вертикальными стойками.
Печь окружена двумя короткими боковыми стенками и двумя длинными боковыми стенками, только одна боковая стенка 24 из которых изображена на фиг.1. Как видно на фиг.1, как каналы 14 дымовых газов, так и основные поддерживающие балки 22 являются поперечными относительно печи, другими словами, являются параллельными коротким боковым стенкам 24 печи. На фиг.1 изображены одна основная поддерживающая балка 22 печи и один канал 14 дымовых газов частично за балкой 22, причем часть канала дымовых газов, остающаяся за основной поддерживающей балкой, обозначена прерывистой линией. На самом деле, существует множество, предпочтительно четыре или пять, основных несущих балок печи, и между каждыми двумя основными несущими балками имеется канал дымовых газов.
Результатом расположения основных несущих балок 22 частично между каналами 14 дымовых газов согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения является то, что поддерживающая конструкция расположена у печи относительно ниже, чем это было бы при использовании решения предшествующего уровня техники, в котором основные поддерживающие балки в целом расположены над каналами дымовых газов. Поддерживающая конструкция, становящаяся ниже, означает на практике, что стойки, очевидно, становятся существенно ниже и, таким образом, менее дорогими, чем при использовании обычного решения.
Как и обычно, в котлах с циркулирующим кипящим слоем, в варианте осуществления на фиг.1 крыша 26 печи расположена значительно ниже, чем крыша 28 заднего пропуска 16. Так как основные поддерживающие балки 22 над печью частично расположены между каналами 14 дымовых газов, они расположены ниже, чем основные поддерживающие балки 30 заднего пропуска. Результатом этого решения согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения является то, что над печью остается много пространства, делая возможным расположение там разного оборудования и частей, такого как паровые трубы 34, а также предохранительные клапаны 36 для паровых труб, передающих перегретый пар от перегревателей 32 заднего пропуска к паровой турбине (которая не изображена на фиг.1).
Печь 12 подвешена к несущей конструкции посредством подвесной конструкции 18, содержащей верхние подвески 38, промежуточные поддерживающие балки 40 и нижние подвески 42. Так как конструкция стенок печи не подвержена тяжелым местным нагрузкам, нижние подвески 42, прикрепленные к верхней части печи, должны быть расположены достаточно плотно, обычно примерно две балки на метр. Нижние подвески 42 прикреплены к промежуточным поддерживающим балкам 40, которые, опять же, подвешены посредством верхних подвесок 38 к несущей конструкции. Промежуточные поддерживающие балки 40 имеют относительно крепкую конструкцию, поэтому верхние подвески могут быть расположены менее плотно, чем нижние подвески. Предпочтительно их плотность составляет менее чем одна подвеска на метр.
Использование промежуточных поддерживающих балок 40 и редко расположенных верхних подвесок уменьшает недостаток пространства над печью 12 над промежуточными поддерживающими балками. Таким образом, возможно преимущественно расположить различное оборудование и части над промежуточными поддерживающими балками 40. В особенности, в устройстве, описанном на фиг.1, использование промежуточных поддерживающих балок 40 значительно способствует расположению каналов 14 дымовых газов над печью 12.
Для подвешивания боковых стенок 24 печи к промежуточным поддерживающим балкам часть промежуточных поддерживающих балок 40 расположена непосредственно над боковыми стенками печи 12. Так как тепловое расширение печи 12 очевидно больше, чем тепловое расширение промежуточных поддерживающих балок, промежуточные поддерживающие балки 40 предпочтительно содержат отдельные параллельные части, расположенные друг за другом. Часть промежуточных поддерживающих балок может быть предпочтительно расположена также в других положениях, чем над боковыми стенками печи. Конкретно на фиг.1 описаны промежуточные поддерживающие балки 44, расположенные над центральной частью печи, причем поверхности 46 теплообмена этих промежуточных поддерживающих балок внутри печи подвешены с возможностью свисания.
Так как основные поддерживающие балки 22 параллельны и расположены относительно редко, по меньшей мере не все верхние подвески 38 прикреплены к основным поддерживающим балкам, и они подвешены к основным поддерживающим балкам посредством продольных и поперечных верхних поддерживающих балок 48, расположенных над основными поддерживающими балками. Предпочтительно, по меньшей мере часть каналов 14 дымовых газов, расположенных над печью, поддерживается на верхней части вторичных поддерживающих балок 50, подвешенных к основным поддерживающим балкам 22.
Изобретение было описано выше со ссылкой на некоторые иллюстративные варианты осуществления. Тем не менее, изобретение также охватывает разные комбинации или изменения описанных вариантов осуществления. В частности, тепловой энергетический котел не обязательно должен быть котлом с циркулирующим кипящим слоем, но он может быть и котлом другого типа, имеющим поперечные каналы дымовых газов, расположенные над печью. Таким образом, очевидно, что изобретение не задумано как ограниченное только описанными выше вариантами осуществления, но ограничено только прилагаемой формулой изобретения и ее определениями.