CZ48694A3 - Once-through boiler - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká průtočného kotle pro výrobu páry z kapaliny, přičemž se týká zejména vylepšení regulace teploty pro tento průtočný kotel.

Dosavadní stav techniky

U takových průtočných kotlů pochází teplo, které se použije pro výrobu páry a nakonec pro výrobu elektřiny, ze spalování fosilních paliv, jako je uhlí nebo topná nafta. Průtočný kotel je připojen k parní turbíně, která ve spojení s generátorem vyrábí elektrický proud. Vlastní průtočný kotel sestává z nádoby. K vnitřní ploše nádoby průtočného kotle je připojen ohřívák pro ohřev vody nebo páry, které jím procházejí. Ve zjednodušené formě prochází nádobou průtočného kotle řada navzájem spojených komponent, které vytvářejí potrubí pro vedení vody a popřípadě páry. Toto potrubí všeobecně vstupuje z vnějšího prostředí do nádoby a z této nádoby opět vystupuje ven. V potrubí uvnitř nádoby průtočného kotle se voda, která jím proudí, přeměňuje na páru v jeho první části, přičemž v poslední části tohoto potrubí (to jest v přehříváku) se pára přehřívá před tím, než nádobu opustí výstupním potrubím. Pro regulaci teploty páry vystupující z nádoby se provádí změna teploty přehříváku. Vně nádoby je umístěn rozstřikovací ventil, který rozstřikuje vodu do výstupního potrubí, která v případě potřeby působí proti teploty ve spolupráci s ohřívákem. Teplota je regulována vzájemnou interakcí mezi ohřívákem a rozstřikovacím ventilem. Například, pro zvýšení ohřevu v přehříváku se zvýší teplota v ohříváku, čímž se potom zvýší zvyšovaní přehříváku i teplota v přehříváku. Pro snížení teploty v přehříváku se do něj provádí rozstřikování vody rozstřikovacím ventilem, čímž se působí proti teplu přehříváku a zredukuje se zvyšování teploty v přehříváku.

K potrubí na výstupu z nádoby (vně nádoby průtočného kotle) je připojen termočlánek, který je spojen jak s rozstřikovacím ventilem, tak i s ohřívákem. Tento termočlánek měří teplotu páry, která jím prochází. Pro zajištění požadované účinnosti průtočného kotle musí být teplota páry opouštějící kotel a vstupující do turbíny v předem stanovených mezích. Termočlánek měří teplotu pro zjištění, jestli jsou tyto požadavky splněny a dodává tuto informaci do ohříváku a do rozstřikovacího ventilu. Jestliže je teplota pod dolní přijatelnou mezí, produkuje ohřívák více tepla, kterým se dále ohřívá pára v přehříváku. Jestliže teplota překročí přijatelnou horní mez, rozstřikuje rozstřikovací ventil vodu do přehříváku. Toto rozstřikování sníží vzestup teploty v přehříváku, takže ohřívání páry se zmenší.

Ačkoli je současné používaný systém účinný, není bez nevýhod. Jednou z těchto nevýhod je dlouhá doba průchodu páry přehřívákem. Jestliže teplota páry procházející přehřívákem není v předem stanovených mezích, nebude tato skutečnost zjištěna do·té doby, dokud tuto teplotu nezjistí termočlánek u výstupu páry z nádoby. Termočlánek dodá tuto informaci do rozstřikovacího ventilu a do ohříváku, které po obdržení této informace příslušně reagují bud na zvýšení nebo snížení teploty páry v přehříváku. To je však nevýhodné, vzhledem k časovému zpoždění, které nastane před tím, než činná pára dorazila do turbíny.

V důsledku toho tedy existuje potřeba zlepšené regulace teploty páry vyvíjené v průtočném kotli.

Vynález je tedy zaměřen na zlepšení vytvoření pro splnění tohoto požadavku. Přesněji řečeno, vynález je zaměřen na průtočný kotel pro výrobu páry z kapaliny, který sestává z:

a) nádoby s vnitřkem, opatřené vstupem pro zavádění kapaliny do nádoby a výstupem, b) prvního potrubí, připojeného ke vstupu, pro průchod kapaliny nádobou a umístěného ve vnitřku nádoby, c) ohříváku, umístěného ve vnitřku nádoby a vytvářejícího teplo pro vypařování vody v uvedeném prvním potrubí, d) druhého potrubí, připojeného k prvnímu potrubí na svém jednom konci, a na svém druhém konci připojeného k výstupu, přičemž uvedeným druhým potrubím prochází pára vyrobená v prvním potrubí a ohřívák ohřívá páru procházející uvedeným druhým potrubím, a přičemž uvedené druhé potrubí je připojeno k prvnímu potrubí ve vnitřku nádoby, prochází vně této nádoby a potom prochází do vnitřku nádoby, kde je toto druhé potrubí připojeno k výstupu, kterým vychází pára ven z nádoby, f) rozstřikovacího ventilu, připojeného k uvedenému druhému potrubí pro regulování vzrůstu teploty ohříváku, a g) prvního termočlánku pro měření teploty páry, připojeného k části uvedeného druhého potrubí, umístěné vně nádoby, přičemž první termočlánek spolupracuje s ohřívákem a s rozstřikovacím ventilem a ohřívák vytváří více tepla, když první termočlánek snímá teplotu pod požadovanou úrovní, a rozstřikovací ventil uvolňuje vodu do druhého potrubí, když první termočlánek snímá teplotu nad požadovanou úrovní.

Úkolem vynálezu proto je vytvořit průtočný kotel se zlepšenou regulací kontroly teploty.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje průtočný kotel pro výrobu páry z kapaliny, sestávající z a) nádoby s vnitřkem, opatřené vstupem pro zavádění kapaliny do nádoby a výstupem,

b) prvního potrubí, připojeného ke vstupu, pro průchod kapaliny nádobou a umístěného ve vnitřku nádoby, c) ohříváku, umístěného ve vnitřku nádoby a vytvářejícího teplo pro vypařování kapaliny v uvedeném prvním potrubí, d) druhého potrubí, připojeného k prvnímu potrubí na svém jednom konci, a na svém druhém konci připojeného k výstupu, přičemž uvedeným druhým potrubím prochází pára vyrobená v prvním potrubí a ohřívák ohřívá páru procházející uvedeným druhým potrubím, a přičemž uvedené druhé potrubí je připojeno k prvnímu potrubí ve vnitřku nádoby, prochází vně této nádoby a potom prochází do vnitřku nádoby, kde je toto druhé potrubí připojeno k výstupu, kterým vychází pára ven z nádoby,

f) rozstřikovacího ventilu, připojeného k uvedenému druhému potrubí pro regulování vzrůstu teploty ohříváku, podle vynálezu, jehož podstatou je, že je opatřen g) prvním termočlánkem pro měření teploty páry, připojeným k části uvedeného druhého potrubí, umístěné vně nádoby, přičemž první termočlánek spolupracuje s ohřívákem a tento ohřívák vytváří více tepla, když první termočlánek snímá teplotu pod požadovanou úrovní, a snižuje své množství tepla, když první termočlánek snímá teplotu nad požadovanou úrovní.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladu provedení podle přiloženého výkresu, na němž obr. 1 znázorňuje schematicky část elektrárny na fosilní palivo a obr. 2 schematicky průtočný kotel podle vynálezu se zlepšenou regulací teploty.

Příklady provedení vvnálezu

Na obr. 1 je znázorněna část elektrárny 10 na fosilní palivo, týkající se uspořádání průtočného kotle 20 podle vynálezu. V elektrárně 10 se přeměňuje tepelná energie na mechanickou energii, která se použije pro výrobu elektrické energie. Voda (neznázorněno) vstupuje do průtočného kotle 20. v němž se vyrábí teplo, které přeměňuje vodu na páru. Pára vystupuje z průtočného kotle 20 výstupním potrubím 30 přehřáté páry a proudí do vysokotlaké turbíny 40. Pára otáčí turbínovými lopatkami, připevněnými ke hřídeli (neznázorněno) uvnitř vysokotlaké turbíny 40, a první generátor 45, připojený k vysokotlaké turbíně 40, vyrábí při otáčení jejího hřídele elektrický proud. Pára opouští vysokotlakou turbínu 40 potrubím 50 a vstupuje do přihříváku 60, kde se znovu ohřívá. Přihřátá pára vstupuje do nízkotlaké turbíny 70 a otáčí turbínovými lopatkami, připevněnými ke hřídeli (neznázorněno) uvnitř nízkotlaké turbíny 70. Druhý generátor 75, připojený k nízkotlaké turbíně 70., vyrábí při otáčení jejího hřídele elektrický proud. Z nízkotlaké turbíny 70 vystupuje pára dalším potrubím 80 a vstupuje do kondenzátorů 90, kde kondenzuje zpět na vodu. Tato voda vystupuje z kondenzátorů 90 potrubím 95 a proudí do čerpadla 100, které čerpá vodu vstupním potrubím 110 zpět do průtočného kotle 20.

Na obr. 2 je znázorněn průtočný kotel 20, sestávající z nádoby 120. Nádoba 120 sestává z vnější stěny 130 a z vnitřní stěny 140 tvořící celou stěnu 150. K vnitřní stěně 140 je připevněn ohřívák 160, který vytváří oheň ve vnitřku 162 nádoby 120 spalováním fosilních paliv, jako je uhlí nebo topný olej. Pro provádění tohoto vytápění vstupuje vzduch do ohříváku 160 vzduchovým potrubím 170, které prochází celou stěnou 150 nádoby 120 do ohříváku 160. a palivo (to jest uhlí nebo topný olej) vstupuje do ohříváku 160 palivovým potrubím 180, které rovněž prochází celou stěnou 150 nádoby 120. Vzduch a palivo vstupující do ohříváku 160 spolu navzájem spolupracují pro regulování tepla vytvářeného ohřívákem 160. V palivovém potrubí 180 je upraven první ventil 190 pro regulování množství paliva vstupujícího do ohříváku 160. a ve vzduchovém potrubí 170 je podobně upraven druhý ventil 200 pro regulaci množství vzduchu vstupujícího do ohříváku 160. Na opačné straně nádoby 120. než je ohřívák 160. je upraven výstupní otvor 210 pro vložení výstupního potrubí 220, z něhož vystupuje horký plyn (to jest vzduch), obsažený uvnitř nádoby 120.

Pro ohřátí vody v průtočném kotli 20 a nakonec pro výrobu páry, vstupuje voda do nádoby 120 vstupním potrubím 110 vody. V tomto vstupním potrubí 110 vody je upraven třetí ventil 240 pro regulaci množství vody vstupující do nádoby 120. Vstupní potrubí 110 vody prochází celou stěnou 150 do vnitřku 162 nádoby 120. kde je připojeno k ekonomizéru 250. Ekonomizér 250 je tvořen hadovitě vinutou trubkou a tvoří první stupeň ohřevu vody vstupující do nádoby 120. Ekonomizér 250 prochází vnitřkem 162 nádoby 120 a vystupuje z této nádoby 120 celou stěnou 150 naproti vstupnímu potrubí 110 vody. U vnější stěny 130 je k ekonomizéru 250 připojeno první vnější potrubí 260. které je vedeno podél vnější strany nádoby 120. Toto první vnější potrubí 260 vstupuje do nádoby 120 celou stěnou 150 a je připojeno k první vypařovací sekci 280. Voda proudící ekonomizérem 250 tedy proudí prvním vnějším potrubím 260 a vstupuje do první vypařovací sekce 280. První vypařovací sekce 280 je tvořena hadovitě vinutou trubkou a je primární komponentou pro vypařování vody. První vypařovací sekce 280 prochází ohřívákem 160, který způsobuje vypařování části vody, přičemž první vypařovací sekce 280 se rozkládá v podstatě po celé výšce nádoby 120. Ohřátý plyn ve vnitřku 162 nádoby 120 proudí kolem první vypařovací sekce 280, čímž zvyšuje teplotu vody uvnitř ní a způsobuje přeměnu vody na páru.

K výstupnímu konci první vypařovací sekce 280 je připojeno druhé vnější potrubí 290. dopravující dále vzniklou páru a prošlou vodu. Toto druhé vnější potrubí 290 prochází

Ί celou stěnou 150 a potom vně podél vnější stěny 130 nádoby 120. Druhé vnější potrubí 290 se potom opět vrací do nádoby 120. prochází její celou stěnou 150 a je připojeno k druhé vypařovací sekci 300. V druhé vypařovací sekci 300 pokračuje vypařování zbylé vody, která jí prochází, a další ohřev páry nesené vodou. Druhá vypařovací sekce 300 prochází ohřívákem 160. Druhá vypařovací sekce 300 je připojena k dalšímu potrubí 310. Toto potrubí 310 prochází celou stěnou 150 a je vedeno podél vnějšího povrchu nádoby 120. Potrubí 310 potom znovu vstupuje do nádoby 120 a prochází její celou stěnou 150. K potrubí 310 je připojen první termočlánek 320, například typu s konstantní účinností, a to v místě, kde prochází potrubí 310 vně nádoby 120. Tento první termočlánek 320 měří teplotu páry procházející potrubím 310.

Jak již bylo popsáno, prochází u systému, znázorněného na obr. 1, pára do vysokotlaké turbíny 40 (na obr. 2 neznázorněné) a její teplota musí být mezi předem stanovenými teplotními limity. První termočlánek 320 měří teplotu páry a vede tuto informaci do řídicí přístrojové části 325. která stanoví, jak mnoho musí být pára ohřátá v další sekci (to jest v přehříváku 330) tak, aby její teplota byla v předem stanovených teplotních mezích. Přehřívák 330 je umístěn ve vnitřku 162 nádoby 120 a je připojen k potrubí 310. V přehříváku 330 se přehřívá pára, která jím prochází. Teplo z ohříváku 160 ohřívá přehřívák 330. Vně nádoby 120 je umístěn rozstřikovací ventil 340, který v případě potřeby rozstřikuje vodu do přehříváku 330, což působí proti účinku tepla přehříváku 160 tak, že se zmírňuje vzestup teploty páry v přehříváku 330. způsobený ohřívákem 160. Rozstřikovací ventil 340 zavádí vodu do přehříváku 330 trubkou 345. U vnitřní stěny 140 je k přehříváku 330 připojeno výstupní potrubí 30 přehřáté páry, které prochází celou stěnou 150 a vede páru do vysokotlaké turbíny 40 (viz obr. 1).

K výstupnímu potrubí 30 přehřáté páry je připojen druhý termočlánek 350 pro měření teploty přehřáté páry jím procházející. Tento druhý termočlánek 350 je zařízením pro měření konečné teploty přehřáté páry před jejím vstupem do vysokotlaké turbíny 40 (obr. 1). Druhý termočlánek 350 dodává informace o teplotě do řídicí přístrojové části 325, která zase koordinuje obě teplotní hodnoty obdržené z obou termočlánků 350 a 320. Při přijímání obou teplotních hodnot (místo jediné teplotní hodnoty z druhého termočlánku 350) z různých míst může řídicí přístrojová část 325 účinně ovládat ohřívák 160 a rozstřikovací ventil 340 pro regulaci vzrůstu teploty v přehříváku 330.

Je samozřejmé, že předložený vynález a jeho mnoho výhod vyplývají z předcházejícího popisu konkrétního provedení, a že v rámci vynálezu je možno provádět četné změny tvaru, konstrukce a uspořádání, aniž by se odbočilo z jeho ducha a rozsahu, přičemž uvedený popis jeho provedení a jeho výhody je nutno považovat pouze za příkladné provedení předloženého vynálezu.

Claims (5)

1. Průtočný kotel (20) pro výrobu páry z kapaliny, sestávající z

a) nádoby (120) s vnitřkem (162), opatřené vstupem (10) pro zavádění kapaliny do nádoby (120) a výstupem (30),

b) prvního potrubí (250), připojeného ke vstupu (110), pro průchod kapaliny nádobou (120) a umístěného ve vnitřku (162) nádoby (120),

c) ohříváku (160), umístěného ve vnitřku (162) nádoby (120) a vytvářejícího teplo pro vypařování kapaliny v uvedeném prvním potrubí (250),

d) druhého potrubí (260, 280, 300, 310, 330), připojeného k prvnímu potrubí (250) na svém jednom konci, a na svém druhém konci připojeného k výstupu (30), přičemž uvedeným druhým potrubím prochází pára vyrobená v prvním potrubí (250) a ohřívák (160) ohřívá páru procházející uvedeným druhým potrubím, a přičemž uvedené druhé potrubí je připojeno k prvnímu potrubí (250) ve vnitřku (162) nádoby (120), prochází vně této nádoby (120) a potom prochází do vnitřku (162) nádoby (120), kde je toto druhé potrubí připojeno k výstupu (30), kterým vychází pára ven z nádoby (120),

f) rozstřikovacího ventilu (340), připojeného k uvedenému druhému potrubí pro regulování vzrůstu teploty ohříváku, vyznač'Ující se tím, že je opatřen

g) prvním termočlánkem (320) pro měření teploty páry, připojeným k části uvedeného druhého potrubí, umístěné vně nádoby (120), přičemž první termočlánek (320) spolupracuje s ohřívákem (160) a tento ohřívák (160) vytváří více tepla, když první termočlánek (320) snímá teplotu pod požadovanou úrovní, a snižuje své množství tepla, když první termočlánek (320) snímá teplotu nad požadovanou úrovní.

2. Průtočný kotel podle nároku 1, vyznačující se t í m, že druhé potrubí obsahuje vypařovací sekci (280,

300), procházející ohřívákem (160).

3. Průtočný kotel podle nároku 2, vyznačující se tím, že druhé potrubí obsahuje přehřívák (330), umístěný uvnitř nádoby (120), a potrubí (310), umístěné vně nádoby (120), přičemž toto potrubí (310) je umístěno mezi vypařovací sekcí (300) a přehřívákem (330).

4. Průtočný kotel podle nároku 3, vyznačující se t í m, že první termočlánek je umístěn na potrubí (310).

5. Průtočný kotel podle nároku 4, vyznačující se tím, že dále je opatřen druhým termočlánkem (350), umístěným na výstupu (30) a spojeným s rozstřikovacím ventilem (340) pro účinnou koordinovanou regulaci vzrůstu teploty v přehříváku (330).