ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2005 года по МПК F28D7/00 

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

Известен поверхностный подогреватель, содержащий водоподводящую и водоотводящую водяные камеры, корпус с патрубками подвода пара и отвода его конденсата, трубную систему с горизонтальными направляющими перегородками, размещенную в кожухе, имеющем по всей высоте "окно" для прохода пара к трубной системе (Подогреватель ПН-3000-25-16-IV А, Отраслевой каталог, часть II /Теплообменное оборудование паротурбинных установок/, - М.; НИИ ЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, 1989, с.86-87, рис.74).

Недостатком данного подогревателя является отсутствие разницы давления над и под направляющей перегородкой, обеспечивающей отсутствие прохода конденсата пара через кольцевые зазоры в месте прохода труб поверхности нагрева через отверстия в горизонтальных перегородках. Наличие прохода конденсата через эти кольцевые зазоры увеличивает толщину конденсатной пленки на нижележащих участках труб поверхности нагрева, что ухудшает процесс теплообмена и снижает эффективность работы подогревателя.

Известен теплообменник, включающий водоподводящую и водоотводящую водяные камеры, корпус с патрубками для входа пара и выхода конденсата, внутри которого установлена трубная система с горизонтальными перегородками, размещенная в кожухе с отверстиями, расположенными в шахматном порядке на диаметральных сторонах кожуха (SU №1315721, F 22 D 1/32; опубликовано 07.06.87).

По совокупности признаков этот известный теплообменник является наиболее близким к заявляемому и принимается за прототип.

Недостатком данного подогревателя является необходимость подвода пара к трубному пучку (трубной системе) через отверстия в кожухе, расположенные с диаметральных сторон, что требует прохождения ˜50% пара между корпусом и трубной системой, для чего необходимо увеличение диаметра корпуса, чтобы обеспечить достаточное сечение для прохода пара. Кроме того, необходимая разность давления пара над и под горизонтальными перегородками, предотвращающая проход конденсата пара через кольцевые зазоры в месте прохода труб через отверстия в горизонтальных перегородках, обеспечивается только у 50% этих перегородок.

Заявляемое решение позволяет повысить экономичность работы подогревателя путем интенсификации теплообмена за счет уменьшения толщины пленки конденсата на трубах теплообменной поверхности.

Предложен теплообменник, включающий корпус с размещенным в нем трубным пучком и основными горизонтальными перегородками, водоподводящую и водоотводящую камеры с патрубками входа и выхода нагреваемой среды и патрубок подвода пара в паровой объем корпуса, при этом под каждой, или через одну, или через две, основной горизонтальной перегородкой параллельно ей на расстоянии, меньшем расстояния между основными перегородками, установлена дополнительная горизонтальная перегородка, основные и дополнительные горизонтальные перегородки заключены в кожух, верхняя часть которого прикреплена к дополнительным перегородкам на части их внешнего периметра, а нижняя - к основным перегородкам, расположенным над следующими дополнительными перегородками, причем дополнительные перегородки соединены герметичными каналами с верхними основными перегородками. Кроме того, высота герметичного канала, соединяющего основную и дополнительную перегородки, может быть равной или большей расстояния между ними.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид теплообменника, на фиг.2 - разрез по А-А, на фиг.3 - разрез по Б-Б, на фиг.4 - разрез по С-С, на фиг.5, 6 - варианты исполнения теплообменника с различной высотой герметичного канала.

Теплообменник включает вертикальный корпус 1 с размещенным в нем трубным пучком 2 и основными горизонтальными перегородками 3, водоподводящую 4 и водоотводящую 5 камеры с патрубками входа 6 и выхода 7 нагреваемой среды и патрубок подвода пара 8 в паровой объем корпуса 1. Под каждой, или через одну, или через две, основной горизонтальной перегородкой 3 параллельно ей на расстоянии, меньшем расстояния между основными перегородками, установлена дополнительная горизонтальная перегородка 9. Основные 3 и дополнительные 9 горизонтальные перегородки заключены в кожух 10, верхняя часть которого прикреплена к дополнительным перегородкам 9 на части их внешнего периметра, а нижняя - к основным перегородкам 3, расположенным над следующими дополнительными перегородками. Дополнительные перегородки 9 соединены герметичными каналами 11 с верхними основными перегородками 3.

Высота герметичного канала 11, соединяющего основную 3 и дополнительную 9 перегородки может быть равной или большей расстояния между ними. Трубная система 2 разделена основными и дополнительными перегородками на разной высоты отсеки 12 и 13 и в ней установлена вертикальная перфорированная труба 14 для отвода неконденсирующихся газов. В центральной части дополнительных перегородок 9 выполнены отверстия 15 для выхода неконденсирующихся газов из отсеков 13. На корпусе 1 имеется патрубок для выхода конденсата пара 16. Водоподводящая 4 и водоотводящая 5 камеры приварены к трубной доске 17.

Теплообменник работает следующим образом.

Нагреваемая вода через патрубок 6 поступает в водоподводящую камеру 4, совершает первый и второй ход в трубах трубной системы 2 и возвращается в водоотводящую камеру 5, откуда отводится через патрубок 7. Нагрев воды в трубах трубной системы происходит при конденсации пара, поступающего в корпус 1 через патрубок 8. Пар при входе в корпус 1 распределяется по всей его высоте и входит в отсеки 12, ограниченные по периметру кожухом 10 только с одной стороны, в том месте, где кожух 10 имеет "окно" для входа пара в трубную систему 2. При своем движении пар последовательно проходит вначале трубы второго, а затем первого ходов нагреваемой воды, конденсируется, а несконденсировавшиеся газы (воздух) поступают в перфорированную трубу 14 и через соответствующий патрубок выводятся из теплообменника. Учитывая, что при движении в отсеках 12 пар омывает максимальное количество рядов труб, потери давления пара в этих отсеках максимальное. Суммарная величина поверхности нагрева, заключенная в отсеках 12, значительно больше суммарной величины поверхности нагрева отсеков 13, поэтому не требуется увеличения зазора для прохода пара между корпусом 1 и кожухами 10 к трубам первого хода в зоне отсеков 13. В отсеки 13, ограниченные дополнительной перегородкой 9 и расположенной над ней ближайшей основной перегородкой 3, пар из зазора между корпусом 1 и трубной системой 2 поступает одновременно на трубы поверхности нагрева первого и второго хода нагреваемой воды и движется от периферии трубной системы к центру теплообменника (фиг.1 и 4). При этом количество рядов труб, омываемых потоком пара, в два раза меньше, чем при давлении пара в отсеках 12 и поэтому потери давления пара в отсеках 13 будут меньше, чем в отсеках 12. Неконденсировавшиеся газы из отсеков 13 отводятся в нижерасположенные отсеки 12 через отверстия 15. Поэтому среднее давление пара в отсеке 13 будет больше давления пара в отсеке 12. Эта разница давлений будет препятствовать проходу конденсата пара через кольцевые зазоры, образованные при прохождении труб поверхности нагрева через отверстия в основных горизонтальных перегородках 3, расположенных в непосредственной близости над дополнительными перегородками 9. Конденсат греющего пара с этих основных перегородок 3 будет сливаться через каналы 11 под дополнительные перегородки 9, не заливая нижерасположенные участки труб поверхности нагрева (фиг.4, 5, 6), что приведет к уменьшению толщины пленки конденсата на теплообменной поверхности. При своем дальнейшем движении этот конденсат поступает на трубную доску 17 и совместно с конденсатом с перегородок 9 отводится из подогревателя через патрубок 16.

Таким образом, за счет соответствующего выполнения установки кожуха, основных и дополнительных горизонтальных перегородок, соединенных герметичными каналами, обеспечивается интенсификация теплообмена на части труб поверхности нагрева трубной системы и повышается экономичность работы подогревателя.

Изобретение предназначено для применения в области энергетики, а именно может быть использовано в теплообменных аппаратах регенеративных систем низкого и высокого давления паровых турбин или в теплообменных аппаратах систем теплоснабжения, предназначенных для подогрева воды за счет конденсации пара. Теплообменник включает корпус с размещенными в нем трубным пучком и основными горизонтальными перегородками, водоподводящую и водоотводящую камеры с патрубками входа и выхода нагреваемой среды и патрубок подвода пара в паровой объем корпуса, причем под каждой, или через одну, или через две, основной горизонтальной перегородкой параллельно ей на расстоянии, меньшем расстояния между основными перегородками, установлена дополнительная горизонтальная перегородка, при этом основные и дополнительные горизонтальные перегородки заключены в кожух, верхняя часть которого прикреплена к дополнительным перегородкам на части их внешнего периметра, а нижняя - к основным перегородкам, расположенным над следующими дополнительными перегородками, причем дополнительные перегородки соединены герметичными каналами с верхними основными перегородками. Кроме того, высота герметичного канала, соединяющего основную и дополнительную перегородки, может быть равной или большей расстояния между ними. Изобретение позволяет повысить экономичность работы подогревателя путем интенсификации теплообмена за счет уменьшения толщины пленки конденсата на трубах теплообменной поверхности. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Теплообменник, включающий корпус с размещенными в нем трубным пучком и основными горизонтальными перегородками, водоподводящую и водоотводящую камеры с патрубками входа и выхода нагреваемой среды и патрубок подвода пара в паровой объем корпуса, отличающийся тем, что под каждой, или через одну, или через две, основной горизонтальной перегородкой параллельно ей на расстоянии, меньшем расстояния между основными перегородками, установлена дополнительная горизонтальная перегородка, при этом основные и дополнительные горизонтальные перегородки заключены в кожух, верхняя часть которого прикреплена к дополнительным перегородкам на части их внешнего периметра, а нижняя - к основным перегородкам, расположенным над следующими дополнительными перегородками, причем дополнительные перегородки соединены герметичными каналами с верхними основными перегородками.2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что высота герметичного канала, соединяющего основную и дополнительную перегородки, может быть равной или большей расстояния между ними.