ПОВЕРХНОСТЬ ТЕПЛООБМЕНА Российский патент 1998 года по МПК F22D1/32 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в подогревателях высокого и низкого давления систем регенерации паротурбинных установок тепловых и атомных электростанций.

Известна поверхность теплообмена, содержащая размещенные в полости корпуса теплообменные трубы и конденсатосборные желобы, причем трубы и желобы навиты вокруг оси корпуса с образованием многозаходного спирального пучка [2].

Недостатком такой поверхности теплообмена является сложность сборки трубного пучка из-за совместной навивки труб и желобов вокруг оси корпуса.

К изобретению наиболее близким техническим решением из известных является поверхность теплообмена, содержащая размещенные в полости корпуса теплообменные трубы и конденсатосборные желобы, причем последние в полости корпуса размещены ярусами и в каждом ярусе обращены одними концами в сторону корпуса, а другими - в сторону его оси [1].

В такой поверхности теплообмена по сравнению с аналогом упрощается сборка трубного пучка, так как каждая ширма со своими желобами монтируется отдельно и предварительно, а уж затем ширмы собираются вокруг оси корпуса в трубный пучок. При этом в поверхности теплообмена могут быть использованы радиальные ширмы или ширмы, имеющие в поперечном сечении полости корпуса форму кривых, изогнутых в одну сторону, например форму эвольвент. В том и другом случаях при прохождении через полость корпуса греющего пара гидравлическое сопротивление трубного пучка уменьшается в направлении от оси корпуса к корпусу. Это справедливо в большей степени для радиальных ширм и в меньшей степени для изогнутых, например эвольвентных, ширм. Из-за такого перепада гидравлического сопротивления по периферии полости корпуса проходит количество пара больше, чем то, которое конденсируется на трубах. Несконденсировавшийся пар направляется сначала к оси корпуса и затем вдоль этой оси, встречно основному потоку. В результате становится неопределенным место нахождения неконденсирующихся газов максимальной концентрации. Чтобы все-таки вывести из полости корпуса требуемое количество этих газов, увеличивают расход продувки, а это приводит к потере греющего пара с продувкой и к снижению экономичности поверхности теплообмена.

Кроме того, в тех желобах, в которых конденсат течет в направлении от оси корпуса к корпусу, из-за большой скорости пара на периферии полости корпуса происходит разбрызгивание конденсата и оттеснение его брызг паром на нижерасположенные теплообменные трубы. В результате снижается коэффициент теплоотдачи, что повышает металлоемкость поверхности теплообмена.

Целью изобретения является повышение экономичности и снижение металлоемкости поверхности теплообмена.

В поверхности теплообмена, содержащей размещенные в полости корпуса теплообменные трубы и конденсатосборные желобы, причем последние в полости корпуса размещены ярусами и в каждом ярусе обращены одними концами в сторону корпуса, а другими - в сторону его оси, поставленная цель достигается тем, что желобы выполнены расширяющимися в направлении от оси корпуса к корпусу, причем в каждом желобе борты могут быть выполнены с переменной высотой, увеличивающейся в направлении движения в нем конденсата, и (или) эти борты могут быть выполнены наклонными один к другому.

Выполнение желобов расширяющимися в направлении от оси корпуса к корпусу перераспределяет гидравлическое сопротивление для пара по поперечному сечению полости корпуса и снижает скорость пара на ее периферии. Подобрав соответствующие зазоры (величину, форму) между смежными желобами в каждом ярусе желобов, можно добиться, чтобы в каждой ячейке поперечного сечения полости корпуса проходило требуемое количество пара, соответствующее величине поверхности теплообмена в этой ячейке. В результате, в каждой ячейке последний пар конденсируется в конце теплообменной поверхности независимо от места расположения этой ячейки в поперечном сечении полости корпуса. Это приводит к определенности места расположения зоны максимальной концентрации неконденсирующихся газов и соответственно минимальной концентрации греющего пара (она находится в конце поверхности теплообмена по ходу пара), что снижает расход продувки для вывода этих газов, уменьшает потери греющего пара с продувкой и повышает экономичность теплообменной поверхности.

Снижение скорости пара на периферии полости корпуса уменьшает разбрызгивание конденсата из желобов, в которых конденсат течет в направлении от оси корпуса к корпусу. Уменьшению разбрызгивания конденсата из этих желобоы способствует также их расширение в направлении движения конденсата, так как при этом проходное сечение желобов увеличивается, а скорость конденсата, несмотря на все увеличивающееся его количество, остается на допустимом уровне. Снижению разбрызгивания конденсата из этих желобов, а также из других желобов, в которых конденсат течет в направлении от корпуса к оси корпуса, способствует еще увеличивающаяся высота бортов в каждом желобе по ходу конденсата и наклоненность этих бортов один к другому. При этом нижерасположенные трубы не забрызгиваются конденсатом, что повышает коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося пара и снижает металлоемкость поверхности теплообмена.

На фиг. 1 изображен общий вид поверхности теплообмена в варианте использования ее в подогревателе высокого давления паротурбинной установки тепловой электростанции; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 3; на фиг. 6 - разрез Д-Д на фиг. 4; на фиг. 7 - поперечное сечение желобов, варианты выполнения.

Поверхность теплообмена содержит размещенные в полости корпуса 1 теплообменные трубы 2 и конденсатосборные желобы 3, 4. Желобы 3, 4 в полости корпуса 1 размещены ярусами и в каждом ярусе обращены одними концами в сторону корпуса 1, а другими - в сторону его оси. Желобы 3, 4 выполнены расширяющимися в направлении от оси корпуса 1 к корпусу 1. В каждом из желобов 3, 4 борты могут быть выполнены с переменной высотой, увеличивающейся в направлении движения в нем конденсата, и (или) эти борты могут быть выполнены наклоненными один к другому. Целесообразность такого выполнения бортов повышается с увеличением вероятности разбрызгивания конденсата из желобов 3, 4, например с увеличением количества конденсата, сливающегося в каждый из желобов 3, 4 (большое количество теплообменных труб над каждым из желобов 3, 4) и (или) с увеличением скорости пара такая целесообразность увеличивается.

Трубы 2 сгруппированы в вертикальные ширмы, продольно установленные в корпусе 1. Каждая ширма в поперечном сечении корпуса 1 расположена по линии, направленной от оси корпуса 1 к корпусу 1, и образована чередующимися по высоте поперечными и продольными участками, обрамляющими полости 5, 6. По меньшей мере в части полостей 5, 6 каждой ширмы и установлены желобы 3, 4, соответственно. Желобы 3, 4 расположены под углом к горизонту и обращены верхними концами в сторону соответствующего продольного участка ширмы. При малом количестве труб 2 в ширме желобы 3, 4 устанавливаются не во всех полостях 5, 6 из-за небольшого количества конденсата, образующегося над каждым из желобов 3, 4.

В подогревателе высокого давления, кроме предлагаемой поверхности теплообмена с трубами 2 и желобами 3, 4, используются трубы 7 поверхности охлаждения пара и поверхность 8 охлаждения конденсата. Поверхность 8 образована нижними участками труб 2, расположенными под уровнем 9 конденсата. Трубы 7 заключены в короб 10, полость которого подключена к патрубку 11 подвода греющего пара. Патрубок 12 служит для отвода конденсата, а патрубок 13 - для вывода из полости корпуса 1 неконденсирующихся газов. Для раздачи питательной воды по трубам 2 и 7, а также для ее сбора после подогрева используется центральный коллектор 14 с входным патрубком 15 и выходным патрубком 16.

Поверхность теплообмена работает следующим образом.

Греющий пар через патрубок 11 подают в полость короба 10, где он, омывая трубы 7, охлаждается и поднимается в верхнюю часть полости корпуса 1. Развернувшись на 180^o, охлажденный пар попадает на трубы 2, где он конденсируется, опускаясь вниз с умеренной скоростью, а конденсат собирается в желобах 3, 4 без разбрызгивания и затем сливается на уровень 9 конденсата. Конденсат, собранный желобами 3, на уровень 9 сливается по внутренней поверхности корпуса 1, а из желобов 4 конденсат сливается по наружной поверхности центрального коллектора 14. По мере движения вниз и конденсации на трубах 2 концентрация пара уменьшается, а конденсация неконденсирующихся паров соответственно увеличивается. Конденсация последнего пара происходит одновременно по всему поперечному сечению полости корпуса 1 в конце предлагаемой поверхности теплообмена непосредственно около уровня 9 конденсата. Из этой зоны по патрубку 13 осуществляют продувку с минимальным расходом. Под уровнем 9 конденсат охлаждается, омывая поверхность 8 теплообмена, и затем по патрубку 12 выводится из подогревателя.

Питательную воду, которую необходимо подогреть, подают в центральный коллектор 14 по патрубку 15. Из коллектора 14 вода поступает в трубы 2 и 7, где подогревается за счет охлаждения греющего пара, его конденсации и охлаждения конденсата. Из труб 2 и 7 подогретая вода попадает опять в коллектор 14, из которого выводится по патрубку 16.

Изобретение может быть использовано в системах регенерации паротурбинных установок тепловых и атомных электростанций. Поверхность теплообмена включает установленные в корпусе 1 теплообменные трубы 2 и конденсатосборные желобы 3, 4. Желобы 3, 4 размещены ярусами и в каждом ярусе обращены одними концами в сторону корпуса 1, а другими - в сторону его оси. Желобы 3, 4 выполнены расширяющимися в направлении от оси корпуса 1 к корпусу 1. В результате, в каждой ячейке поперечного сечения полосы корпуса 1 последний пар конденсируется в конце теплообменной поверхности независимо от места расположения этой ячейки в поперечном сечении этой полости. Это приводит к определенности места расположения зоны максимальной концентрации неконденсирующихся газов, что снижает расход продувки для вывода этих газов и уменьшает потери греющего пара с продувкой. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Поверхность теплообмена, содержащая размещенные в полости корпуса теплообменные трубы и конденсатосборные желоба, причем последние в полости корпуса размещены ярусами и в каждом ярусе обращены одними концами в сторону корпуса, а другими - в сторону его оси, отличающаяся тем, что желоба выполнены расширяющимися в направлении от оси корпуса к корпусу. 2. Поверхность теплообмена по п.1, отличающаяся тем, что в каждом желобе борта выполнены с переменной высотой, увеличивающейся в направлении движения в нем конденсата. 3. Поверхность теплообмена по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в каждом желобе борта выполнены наклоненными один к другому.