ПОВЕРХНОСТНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2000 года по МПК F22D1/32 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в теплообменных аппаратах регенеративных систем низкого давления паровых турбин или в системах теплоснабжения и предназначенных для подогрева воды за счет конденсации пара и его переохлаждения.

Известен подогреватель, содержащий корпус, внутри которого установлен трубный пучок и охладитель конденсата, в кожухе которого размещены горизонтальные направляющие перегородки, водоподводящую и водоотводящую камеры, сообщенные соответственно с входом и выходом трубного пучка, патрубок отвода конденсата, установленный на корпусе со стороны водоподводящей камеры, и патрубок подвода пара в паровой объем корпуса (А.С. СССР N 1025960, МПК F 22 D 1/32).

Недостатком данного подогревателя является его повышенное гидравлическое сопротивление охладителя конденсата со стороны конденсата, что уменьшает располагаемый перепад давления на регулирующем клапане, а это приводит к необходимости увеличения уровня конденсата в корпусе или сброса конденсата помимо охладителя конденсата.

В случае понижения уровня в корпусе и поступления пара в охладитель возможно возникновение в охладителе гидроударов, способных разрушить охладитель. Гидроудары в охладителе конденсата могут возникнуть и в случае появления выше уровня конденсата неплотностей в кожухе охладителя. Поэтому к подогревателям со встроенными охладителями конденсата предъявляются повышенные требования при изготовлении, что удорожает их производство.

Конструкция этих подогревателей не предусматривает возможности изменения величины поверхности охладителя конденсата в процессе его работы.

Известен поверхностный теплообменник, содержащий корпус с патрубками подвода пара и охлаждающей воды, водоподводящую и водоотводящую водяные камеры, встроенный охладитель конденсата с конденсатособирающим коробом над ним, с гидрозатвором и несколькими патрубками для отвода конденсата с присоединенными к ним трубопроводами с запорной арматурой (А.С. СССР N 1138595 МПК F 22 D 1/32 - прототип).

Недостатком известного теплообменника является наличие гидрозатвора, усложняющего конструкцию, и наличие нескольких патрубков с присоединенными к ним трубопроводами с запорной арматурой, что также усложняет конструкцию и затрудняет эксплуатацию, отсутствие возможности плавного регулирования теплопроизводительности. Тепловой поток регулируется дискретно в зависимости от количества установленных патрубков отвода конденсата. Участок труб поверхности нагрева, расположенный под охладителем, работает неэффективно, так как омывается не всем количеством конденсата пара, а только его частью.

Заявленное решение позволяет повысить надежность, экономичность, а также во время работы подогревателя плавно регулировать теплопроизводительность охладителя конденсата. При работе охладителя на любых режимах исключена возможность появления гидроударов, так как при любых величинах уровня в зоне охладителя паровая область, появившаяся в нем, например, в случае понижения уровня, будет всегда соединена с паровым объемом подогревателя. В рассматриваемом подогревателе имеется возможность плавно изменять расположение уровня конденсата в зоне расположения охладителя и обеспечивать плавное изменение поверхности нагрева охладителя, а следовательно, и величину переохлаждения конденсата греющего пара и его температуру на выходе.

При необходимости поверхность нагрева охладителя полностью исключается из работы, а освободившаяся поверхность используется для работы в режиме конденсации. Перевод поверхности нагрева охладителя конденсата в режим работы при конденсации позволяет использовать ее с целью повышения температуры воды на выходе из подогревателя.

Предложен поверхностный теплообменник, включающий корпус, внутри которого установлен встроенный охладитель конденсата с коробом над ним и размещенными в нем горизонтальными перегородками, трубный пучок с перегородками, водоподводящую и водоотводящую камеры с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, патрубок подвода пара в паровой объем корпуса, при этом трубный пучок охладителя конденсата размещен между двумя направляющими поток конденсата или пара вертикальными перегородками, установленными по периферии трубного пучка охладителя конденсата, между которыми размещены горизонтальные перегородки разных диаметров, кроме того, в перегородках с наибольшим диаметром со стороны патрубка входа пара вне зоны расположения труб поверхности теплообмена в трубном пучке выполнены отверстия, соединенные посредством вертикальных труб с паровым объемом корпуса над коробом.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображен поверхностный теплообменник, продольный разрез (общий вид), на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Поверхностный теплообменник включает корпус 1, внутри которого установлен встроенный охладитель конденсата 2 с коробом 3 над ним и размещенными в нем горизонтальными перегородками 4, 5, 6, 7, трубный пучок 8 с горизонтальными перегородками 9, водоподводящую 10 и водоотводящую 11 камеры с патрубками входа 12 и выхода 13 нагреваемой воды, патрубком подвода пара в паровой объем корпуса 14. Трубный пучок охладителя конденсата 2 размещен между двумя направляющими поток конденсата или пара вертикальными перегородками 15 (фиг. 2), установленными по периферии трубного пучка охладителя конденсата 2, между которыми размещены горизонтальные перегородки 4, 5, 6, 7 разных диаметров, при этом в перегородках с наибольшим диаметром со стороны патрубка входа пара вне зоны расположения труб в трубном пучке выполнены отверстия 16, соединенные посредством вертикальных труб 17 с паровым объемом корпуса над коробом 3.

В нижней части корпуса 1 установлен патрубок 18 для отвода конденсата греющего пара, для отвода паровоздушной смеси из корпуса 1 установлены патрубки 19, 20 и 21. На горизонтальной перегородке 7, служащей днищем короба 3, установлена боковая вертикальная стенка 22, обеспечивающая совместно с вертикальной перегородкой 15 возможность образования и поддержание уровня в коробе 3.

В верхней части теплообменника расположена поворотная водяная камера 23.

Поверхностный теплообменник работает следующим образом.

Поток нагреваемой воды через патрубок 12 поступает в водоподводящую водяную камеру 10, откуда в трубный пучок 8. Изменив направление движения в поворотной водяной камере 23, нагреваемая вода через трубный пучок второго хода поступает в водоотводящую водяную камеру 11 и через патрубок 13 выводится из подогревателя. Поток греющего пара через патрубок 14, установленный на корпусе 1, поступает в трубный пучок 8, разделенный на отсеки перегородками 9, где и конденсируется, а неконденсирующиеся газы с некоторым количеством пара (паровоздушная смесь) выводятся через вертикальную перфорированную трубу, присоединенную к патрубку 21. Конденсат пара из каждого отсека трубного пучка стекает в короб 3, в котором устанавливается максимальный уровень конденсата, обеспечивающий максимальную эффективную поверхность теплообмена зоны охлаждения конденсата.

Учитывая, что верхняя кромка вертикальной стенки короба 3 расположена ниже верхней кромки вертикальной трубы 17, уровень конденсата в ней по закону сообщающихся сосудов будет такой же, как и в коробе 3 (точнее, несколько меньше на величину гидравлического сопротивления части трубного пучка охладителя). Наличие этого уровня конденсата в трубе(ах) 17 не допускает поступления через нее пара под перегородку 5.

Движение конденсата в охладителе конденсата 2 организуется вертикальными перегородками 15 и горизонтальными 4, 5, 6, 7. Переохлажденный конденсат выводится из подогревателя через патрубок 18.

Для уменьшения рабочей поверхности охладителя конденсата 2, а следовательно, теплопроизводительности и величины переохлаждения конденсата необходимо на соответствующую величину понизить уровень его в корпусе 1. При понижении уровня конденсата к части поверхности охладителя конденсата 2 обеспечивается возможность поступления греющего пара, и эта поверхность начинает работать в режиме конденсации. В случае повышения уровня и затопления поверхности нагрева она переходит в режим работы охладителя. Работа протекает следующим образом. Например, необходимо уменьшить поверхность охладителя, соответствующую расположению уровня конденсата в корпусе между перегородками 6 и 7. В этом случае к освободившейся поверхности, между перегородками 6 и 7, греющий пар поступает через зазоры между корпусом 1 и боковой вертикальной стенкой 22 короба 3, а отвод неконденсирующихся газов осуществляется через патрубок 20. Через этот зазор пар проходит к поверхности нагрева в случае дальнейшего уменьшения поверхности охладителя, когда уровень конденсата необходимо расположить между перегородками 5 и 6. При дальнейшем уменьшении поверхности нагрева охладителя и расположении уровня конденсата между перегородками 4 и 5 греющий пар к поверхности нагрева между этими перегородками будет поступать через трубу(ы) 17, а паровоздушная смесь отводиться через патрубок 19. Через эти же трубы пар поступает к поверхности нагрева, расположенной между трубной доской и перегородкой 4, когда уровень конденсата в корпусе 1 устанавливается минимально возможным и поверхность охладителя конденсата 2 полностью исключается из работы в режиме охладителя.

Теплообменник предназначен для подогрева воды за счет конденсации пара и его переохлаждения и может быть использован в теплообменных аппаратах регенеративных систем низкого давления паровых турбин или в системах теплоснабжения. В описываемом теплообменнике трубный пучок охладителя конденсата размещен между двумя направляющими поток конденсата или пара вертикальными перегородками, установленными по периферии трубного пучка охладителя конденсата, между которыми размещены горизонтальные перегородки разных диаметров, при этом в перегородках с наибольшим диаметром со стороны патрубка входа пара вне зоны расположения труб в трубном пучке выполнены отверстия, соединенные посредством вертикальных труб с паровым объемом корпуса над коробом. Такое выполнение позволит плавно регулировать теплопроизводительность охладителя конденсата во время работы подогревателя, повышает его надежность и экономичность. 2 ил.

Поверхностный теплообменник, включающий корпус, внутри которого установлен встроенный охладитель конденсата с коробом над ним и размещенными в нем горизонтальными перегородками, трубный пучок с перегородками, водоподводящую и водоотводящую камеры с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, патрубок подвода пара в паровой объем корпуса, отличающийся тем, что трубный пучок охладителя конденсата размещен между двумя направляющими поток конденсата или пара вертикальными перегородками, установленными по периферии трубного пучка охладителя конденсата, между которыми размещены горизонтальные перегородки разных диаметров, при этом в перегородках с наибольшим диаметром со стороны патрубка входа пара вне зоны расположения труб в трубном пучке выполнены отверстия, соединенные посредством вертикальных труб с паровым объемом корпуса над коробом.