RU97502U1 - EVAPORATING AND STEAM HEATING TWO-WAY COIL SURFACE - Google Patents

Abstract

1. Испарительно-пароперегревательная змеевиковая поверхность нагрева части низкого давления прямоточного котла-утилизатора с установленным на входе в каждый змеевик дроссельным устройством, отличающаяся тем, что она 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. ! 2. Испарительно-пароперегревательная змеевиковая поверхность нагрева по п.1, отличающаяся тем, что увеличенный внутренний диаметр змеевиков первого хода и проходное сечение змеевиков второго хода выбраны, исходя из условия поддержания скорости пароводяной смеси в пределах 5-10 м/с. 1. Evaporative and superheater coil heating surface of the low pressure part of the once-through heat recovery boiler with a throttle device installed at the inlet of each coil, characterized in that it is divided into two strokes along the course of the heated medium, and in each coil of the first stroke in the zone of the beginning of vaporization a stepwise increase in the inner diameter is provided, and all second-coil coils are made with a constant inner diameter, the value of which is determined by the conditions for preventing ion-erosive wear. ! 2. Evaporative-superheating coil heating surface according to claim 1, characterized in that the increased inner diameter of the first-stroke coils and the bore of the second-stroke coils are selected based on the condition of maintaining the speed of the steam-water mixture within 5-10 m / s.

Description

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.The utility model relates to the field of boiler engineering and can be used in combined cycle plants (CCGT) of thermal power plants (TPPs) as a coil evaporative-superheating surface for heating a low-pressure part of a direct-flow steam recovery boiler (KU) using the heat of the exhaust gas of a gas turbine (GT), part of PSU.

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.One of the problems encountered in the design of evaporative-superheater heating surfaces is the prevention of hydraulic instability of the flow of the heated medium. In addition, there is a problem of corrosion-erosion wear of the inner surface of the coils in the region of high mass vapor contents.

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].Known vapor-overheating coil coil heating surface of the low-pressure part of direct-flow KU [1]. The specified surface is one-way and is made of pipes of the same diameter. When choosing the value of the inner diameter of the pipes, which determines the value of the mass flow rate, it should be borne in mind that in order to ensure hydraulic stability of the flow, it is also necessary to install throttling devices at the inlet to the coils. At the same time, in the vaporization section, with an increase in the volume of the medium, the flow velocity at a constant coil diameter increases to values that are unacceptable under conditions of corrosion-erosion wear, which is a drawback of the vapor-superheating heating surface according to [1].

Достигаемым результатом полезной модели является решение проблемы коррозионно-эрозионного износа змеевиков при сохранении гидравлической устойчивости потока нагреваемой среды.The achieved result of the utility model is to solve the problem of corrosion-erosion wear of the coils while maintaining the hydraulic stability of the flow of the heated medium.

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.This is ensured by the fact that the evaporative-superheater coil heating surface of the low pressure part of the once-through heat recovery boiler with a throttle device installed at the inlet of each coil, is divided into two strokes according to the utility model, and in each coil of the first stroke in the start zone vaporization provides for a stepwise increase in the inner diameter, and all the second-stroke coils are made with a constant inner diameter, the value of which is determined by the condition s prevent corrosion-erosion wear. At the same time, the increased inner diameter of the first-stroke coils and the bore of the second-stroke coils can be selected based on the condition of maintaining the speed of the steam-water mixture within 5-10 m / s.

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.Figure 1 schematically depicts a portion of the low pressure KU CCP with a two-way evaporative-superheater heating surface according to the utility model; figure 2 is the same in section aa of figure 1; figure 3 - node B with the image of the junction of the segments of the coil of different diameters.

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 d₁ на d₂ (фиг.3), а все змеевиковые пакеты 4 второго хода испарительно-пароперегревательной поверхности имеют постоянный внутренний диаметр змеевика. Длина ℓ переходного участка от d₁ к d₂ (фиг.3) выбирается из условия ℓ/d₁=3÷7. Внутренние диаметры d₁ и d₂ 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 d₂/d₁=1,3÷1,7.Part of the low pressure KU (part of the high pressure in the drawing is not shown) is located in the gas duct 1 and contains (Fig. 1) an economizer surface in the form of a coil heat exchange package 2 occupying the entire cross section of the gas duct, and an evaporative-superheating surface located behind it along the heated medium in the form of coil heat exchange packets 3, 4, respectively, of the first and second moves. Between the packages 2, 3 can be made a pipe loop with the lowering and lifting sections, respectively, 5, 6, which serves to further increase the hydraulic stability of the vapor-superheating surface. In this case, the lowering section 5 of the loop is the outlet part of the economizer surface, and the lifting section is the inlet part of the evaporation surface of the packet 3. The heat exchange packets 2, 3 and 4 are equipped with distribution manifolds 7-12 (FIGS. 1 and 2). In this case, the collector 7 is intended for supplying feed water to the package 2, the collector 12 is for the removal of low pressure steam from the package 4, the collectors 8-11 are intermediate. In particular, the collector 8 is the outlet for the package 2 of the economizer surface and the input for the lowering section 5, the collector 9 is the output for the lowering section 5 and the input for the packet 3 of the first steam evaporation and superheating surface with the inlet lifting section 6, connected in series with each other bypass pipe 13 collectors 10, 11 - intermediate between packages 3 and 4 of the vapor-superheating surfaces of the first and second strokes. In each coil pack 3 of the first stroke of the vapor-superheating surface in the zone of the beginning of vaporization with an intensive increase in the volume of the heated medium, a stepwise increase through the adapter 14 of the inner diameter of the coil from d ₁ to d ₂ is provided (Fig. 3), and all coil packs 4 of the second stroke are evaporative - superheating surfaces have a constant inner diameter of the coil. The length ℓ of the transition section from d ₁ to d ₂ (Fig. 3) is selected from the condition ℓ / d ₁ = 3 ÷ 7. The inner diameters d ₁ and d _{2 of the} coil of packet 3 of the first stroke of the vapor-superheating surface, as well as the inner diameter of the coil of packet 4 of the second stroke of the specified surface, are selected from the condition of maintaining the speed W of the steam-water mixture within W = 5 ÷ 10 m / s. The practically recommended ratio of the indicated diameters lies in the range d ₂ / d ₁ = 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.At the entrance to each coil, throttle devices are installed (not shown in the drawing). The size of the throttle device is selected so that pulsating flow stability is ensured.

Длина L₁ змеевика испарительно-пароперегревательной поверхности части пакета 3 первого хода с диаметром труб d₁ выбирается, исходя из условия, чтобы энтальпия нагреваемой среды на входе в трубы d₂ соответствовала энтальпии начала парообразования. Практически это соответствует соотношению L₁/L=(0,3÷0,5)L, где L - общая длина змеевика первого хода.The length L _{1 of the} coil of the evaporation-superheating surface of the part of package 3 of the first stroke with pipe diameter d ₁ is selected based on the condition that the enthalpy of the heated medium at the inlet to the pipe d ₂ corresponds to the enthalpy of the onset of vaporization. In practice, this corresponds to the ratio L ₁ / L = (0.3 ÷ 0.5) L, where L is the total length of the first-stroke coil.

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.The area of the evaporative-superheater heating surface of the first stroke is chosen so that at the outlet of the first stroke the medium to be heated is in a state of steam-water mixture with a mass vapor content (X) that ensures its uniform distribution in the second stroke.

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.The area of the economizing heating surface (coil package 2) is chosen such that at the entrance to the package (3) the enthalpy of the underheated medium is 100 ÷ 200 kJ / kg less than the boiling start enthalpy.

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.The cross section of the coil of the packet (4) of the second stroke of the vapor-superheating surface is selected from the condition of ensuring the speed of the steam-water mixture W≤10 m / s with its mass vapor content X = 0.95 ÷ 1.0 to prevent corrosion and erosion wear of the coils.

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.The operation of the vapor-superheating surface of the heating part of the low pressure steam KU, made according to the utility model, is as follows. Feed water heated in an economizer coil heat exchanger package 2 enters through the collector 8 into the lowering section 5 of the pipe loop and the inlet manifold 9 into the lifting section 6 of the pipe loop, which is the initial part of the first stroke of the vapor-superheating heat exchange packet 3. After the first stroke of the coil packet 3, the heated medium enters the collector 10 and through the bypass pipes 13 is distributed through the collector 11 through the coils of the second-step packet 4 and, passing it, enters the output collector 12 of low-pressure steam avleniya.

Источники информации:Information sources:

1.Патент US 7383791, НКИ 122/406.4, МПК F22В 35/00, 2008.1. Patent US 7383791, NKI 122 / 406.4, IPC F22В 35/00, 2008.

Claims (2)

1. Испарительно-пароперегревательная змеевиковая поверхность нагрева части низкого давления прямоточного котла-утилизатора с установленным на входе в каждый змеевик дроссельным устройством, отличающаяся тем, что она 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.1. Evaporative and superheater coil heating surface of the low pressure part of the once-through heat recovery boiler with a throttle device installed at the inlet of each coil, characterized in that it is divided into two strokes along the course of the heated medium, and in each coil of the first stroke in the zone of the beginning of vaporization a stepwise increase in the inner diameter is provided, and all second-coil coils are made with a constant inner diameter, the value of which is determined by the conditions for preventing ion-erosive wear. 2. Испарительно-пароперегревательная змеевиковая поверхность нагрева по п.1, отличающаяся тем, что увеличенный внутренний диаметр змеевиков первого хода и проходное сечение змеевиков второго хода выбраны, исходя из условия поддержания скорости пароводяной смеси в пределах 5-10 м/с.

2. Evaporative-superheating coil heating surface according to claim 1, characterized in that the increased inner diameter of the first-stroke coils and the bore of the second-stroke coils are selected based on the condition of maintaining the speed of the steam-water mixture within 5-10 m / s.