РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ БЛОЧНО-СЕКЦИОННЫЙ Российский патент 2005 года по МПК F23L15/04 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам для утилизации тепла отходящих от агрегатов газов, в частности для подогрева воздуха выхлопными продуктами сгорания, поступающими от компрессора газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата на компрессорных станциях магистральных газопроводов.

Известен воздухоподогреватель (SU, №992920, F 12 L 15/04, 1983 г.), содержащий расположенные один над другим и установленные на нижнем каркасе блоки теплообменных секций, образованных вертикальными трубками с горизонтальными трубными досками, жестко скрепленными между собой и верхним распределительным коробом, снабженным компенсатором температурных изменений, при этом воздухоподогреватель снабжен силовым поясом с пружинными опорами, охватывающими распределительный короб, жестко скрепленный с поясом в зоне ниже своего компенсатора, а участком выше последнего взаимодействующий с его пружинными опорами.

Известен также регенеративный воздухоподогреватель (SU, №985595, F 12 L 15/04, 1982 г.), содержащий трубную доску с закрепленным в ней пучком теплообменных труб, установленных вертикальными рядами, плоскости которых перпендикулярны к опорным краям трубной доски, при этом для снижения термических напряжений трубы в местах закрепления пучка труб в трубных досках трубы в рядах на участках, расположенных со стороны опорных краев трубной доски, соединены между собой и с трубными досками дополнительными проставками.

К недостаткам описанных выше устройств относится их высокая металлоемкость, обусловленная наличием вертикальных теплообменных трубок и горизонтальных трубных досок. В первом аналоге нагрузка от верхнего распределительного короба воспринимается через блоки теплообменных секций нижним каркасом, в связи с чем потребовалось введение силового пояса с пружинными опорами. Во втором аналоге для снижения термических напряжений потребовалось введение проставок, объединяющих трубы между собой и с трубной доской.

Ближайшим аналогом является регенеративный воздухоподогреватель (RU, №31838 F 23 L 15/04, 2002 г.), содержащий теплообменные блоки, имеющие собранные в пакеты пучки теплообменных труб, торцы которых элементами крепления соединены с коллекторами подвода и отвода воздуха, пучок теплообменных труб имеет форму змеевика и выполнен однопакетным, при этом элементы крепления теплообменных труб к коллекторам выполнены в виде отдельных трубных досок, вваренных непосредственно в стенку соответствующего коллектора.

К недостаткам ближайшего аналога относится то, что он не обеспечивает высокой тепловой эффективности, а также компактности укладки теплообменных труб при обеспечении прочности и жесткости конструкции, вследствие чего ближайший аналог обладает повышенной металлоемкостью.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности теплообмена при одновременном повышении прочности и жесткости конструкции и снижении металлоемкости.

Поставленная задача решается за счет того, что регенеративный воздухоподогреватель блочно-секционный, согласно изобретению содержит, по крайней мере, две секции, внутри каждой из которых размещены по меньшей мере два теплообменных блока, каждый из которых включает состоящий из четырех ветвей четырехходовой многорядный пучок теплообменных труб, уложенных горизонтальными рядами и дистанцированных по горизонтали и вертикали друг от друга, а также включает диффузор для подвода и конфузор для отвода охлаждаемой среды, коллекторы подвода и отвода нагреваемой среды, каждый из которых соединен с теплообменными трубами посредством отдельных трубных досок, вмонтированных непосредственно в стенку соответствующего коллектора подвода или отвода нагреваемой среды, каждая теплообменная труба ряда выполнена с четырьмя или пятью или шестью гибами радиусом R, образующими четыре прямолинейные ветви и соединяющие их три колена, при этом участки гиба у двух труб в каждом нечетном ряду имеют длину πR, а именно у одной трубы - на внутреннем колене, у другой - на двух внешних коленах, для остальных труб нечетных и четных рядов участки гиба имеют длину πR/2 и сочленены попарно посредством прямолинейных вставок длиной H'_i, для внешних колен и H''_i - для внутреннего колена, при этом размещение труб в объеме, занимаемом по крайней мере одной ветвью пучка, принято с соблюдением условий, согласно первому из которых отношение суммарной площади ∑F_н.т.п. наружной теплообменной поверхности труб этой ветви пучка к объему ∑F_м.с., занимаемому межтрубной средой в зоне активного теплообмена ветви пучка и равному объему ветви пучка по внешнему контуру, очерченному условными плоскостями, касающимися внешних поверхностей крайних теплообменных труб ветви пучка, за вычетом объема, занимаемого собственно теплообменными трубами в этой ветви пучка, находится в диапазоне значений, определяемом коэффициентом

составляющим (84,5-460) [м^-1], согласно второму условию отношение суммарного объема ∑V_в.c. для нагреваемой среды в трубах ветви пучка к объему V_м.с. определено коэффициентом

составляющим 0,78-1,25.

При этом параметры каждой трубы ряда могут быть определены зависимостями:

L_i+1=2l'_i+1+2l''_i+1-Δ+2H'_i+1+H''_i+1+3πR,

где L_i+1 - длина развертки (i+1)-й трубы ряда, [м];

l'_i+1 - длина внешней прямолинейной ветви (i+1)-й трубы ряда, равная l'_i+1=l'_i-b, [м];

l''_i+1 - длина внутренней прямолинейной ветви (i+1)-й трубы ряда, равная l''_i+1=l'_i-Δ, [м];

H'_i+1 - длина прямолинейных вставок внешних колен (i+1)-й трубы ряда, равная H'_i+1=Н'_i-2a, [м];

H''_i+1 - длина прямолинейной вставки внутреннего колена (i+1)-й трубы ряда, равная Н''_i+1=H''_i+2а, [м];

а - шаг между продольными осями одноименных прямолинейных ветвей смежных в ряду труб, [м];

b - шаг между продольными осями прямолинейных вставок колен смежных труб в ряду, [м];

Δ - эмпирическая величина, равная [3-12]·10^-3, [м];

l'_i, l''_i, H'_i и Н''_i - соответствующие параметры для i-й трубы в ряду, считая от внешней трубы к внутренней в этом ряду, причем шаг а составляет (1,5-2,5)·d, шаг b составляет (1,8-2,8)·d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы, [м], длина развертки L_min теплообменной трубы минимальной длины составляет не менее 0,75 длины развертки L_max теплообменной трубы максимальной длины, при этом размещение теплообменных труб в ряду может быть выбрано с соблюдением условия, согласно которому отношение площади внутренней поверхности теплообменных труб на прямолинейных ветвях ряда, расположенных перпендикулярно потоку охлаждаемой среды, к объему, занимаемому рядом теплообменных труб, и равному объему, очерченному условными плоскостями, касающимися внешних поверхностей теплообменных труб ряда, с учетом зазоров между трубами, составляет 0,02-0,12 [м^-1].

В каждой секции регенеративного воздухоподогревателя теплообменные блоки могут быть расположены один над другим, а предпочтительное количество блоков - четыре.

Коллекторы подвода и отвода нагреваемой среды могут быть выполнены с возможностью соединения с трубопроводами подвода и отвода нагреваемой среды, в качестве которой использован предпочтительно воздух, в том числе с обогащенным содержанием кислорода, при этом в качестве охлаждаемой среды могут быть использованы продукты сгорания после турбины газотурбинной установки, преимущественно следующего состава:

CO₂1,0-1,5%O₂18-20%СО0,01-0,02%CH₄ и Н₂следыN₂остальное

при содержании оксидов азота, составляющем не более 220 мг/м³ и коэффициенте избытка воздуха, составляющем 5-8.

В каждом ряду шаг а между продольными осями смежных труб прямолинейных ветвей может быть меньше или больше, чем шаг b между продольными осями смежных труб на участке прямолинейных вставок колена, предпочтительно а<b, или шаг а равен шагу b.

Количество теплообменных труб в смежных по высоте рядах пучка для нечетных и четных рядов может составлять соответственно m и n, где m - четное число, и n=(m-1), количество рядов труб в пучке k - предпочтительно нечетное, причем k>3, теплообменные трубы в смежных по высоте рядах размещены в шахматном порядке со смещением на (0,4÷0,6)а, [м], где а - шаг между продольными осями прямолинейных ветвей смежных труб одного ряда, [м], при этом длины H'_i и Н''_i прямолинейных вставок колен i-й трубы выполнены переменными: для нечетного ряда теплообменных труб изменяющимися от величины, равной 2a±10%, [м], до величины, равной 2а(m-1)±10%, [м], и для четного ряда - от величины, равной а±10%, [м], до величины, равной a(2n-1)±10%, [м].

Количество N теплообменных труб в блоке при нечетном количестве рядов k труб в пучке может быть определено зависимостью N=0,5(k-1)(2m-1)+m и составляет предпочтительно 263-563 шт.

Количество N теплообменных труб в блоке при четном количестве рядов k труб в пучке также может определяться зависимостью N=0,5k(2m-1) и составляет предпочтительно 263-563 шт.

Для каждой теплообменной трубы пучка расстояние Н между продольными осями ее внешних прямолинейных ветвей составляет (30-85) d; длина прямолинейных ветвей l' и l'' составляет соответственно (95-145)d и (100-135)d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы, [м].

Между коллекторами подвода и отвода нагреваемой среды может быть закреплен вытеснитель межтрубной среды, выполненный в виде профилированной панели с плоским участком, расположенным между коллекторами подвода и отвода нагреваемой среды.

Площадь проходного сечения коллекторов подвода или отвода нагреваемой среды может составлять 0,45-0,82 суммарной площади проходного сечения теплообменных труб пучка.

Теплообменный блок может быть снабжен устройствами для строповки и люками-лазами, выполненными в коллекторах подвода и отвода нагреваемой среды.

Суммарная длина l'_∑ и l''_∑ прямолинейных участков труб внешних и внутренних ветвей пучка теплообменных труб, расположенных перпендикулярно потоку охлаждаемой среды, может составлять не менее 72% суммарной длины разверток L_∑ теплообменных труб, а суммарная длина прямолинейных вставок H'_∑ и Н''_∑ колен теплообменных труб пучка, нагреваемая среда в которых расположена в противотоке с охлаждаемой средой, составляет до 18% суммарной длины разверток L_∑ теплообменных труб пучка.

Регенеративный воздухоподогреватель, оборудованный диффузором для подвода и конфузором для отвода охлаждаемой среды, может быть установлен соответственно на противолежащих боковых стенках секции.

Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью существенных признаков, состоит в обеспечении высокой эффективности теплообмена при одновременном снижении металлоемкости регенеративного воздухоподогревателя.

Известно, что эффективность теплообменных аппаратов преимущественно из поперечно обтекаемых труб в большой степени зависит от параметров поверхности теплообмена, которая характеризуется, в частности, площадью полной поверхности теплообмена, омываемой охлаждаемой средой (продуктами сгорания), площадью проходного сечения для нагреваемой среды (воздуха) и другими характеристиками, оптимальный подбор которых позволяет повысить эффективность теплообмена, уменьшить массу и размеры теплообменных аппаратов.

Изобретение позволяет оптимизировать характер обтекания высокотемпературными продуктами сгорания четырехходового многорядного пучка теплообменных труб, заполненных нагреваемым воздухом. Это обеспечивается за счет выполнения конструкции теплообменного блока секции воздухоподогревателя с использованием полученных экспериментально коэффициентов, учитывающих, при известных свойствах теплоносителя, геометрические параметры поверхности.

Высокая эффективность теплообмена регенеративного воздухоподогревателя достигается за счет предлагаемого объемного размещения теплообменных труб (соблюдения определенной плотности упаковки), обеспечивающей хорошую омываемость их поверхности продуктами сгорания (охлаждаемой средой), а также формой теплообменных труб. Объемное размещение теплообменных труб в ветви пучка теплообменного блока осуществлено с использованием коэффициентов ν и μ, в соответствии с которыми можно, к примеру, при заданных исходных параметрах (расход нагреваемого воздуха, габариты теплообменного блока и т.д.) определить оптимальные геометрические характеристики пучка теплообменных труб в зоне активного теплообмена, обеспечивающие высокую эффективность теплоотдачи. Предлагаемые диапазоны значений коэффициентов ν и μ позволяют наряду с высокой эффективностью теплообмена достичь минимальной металлоемкости в случае, если при этом теплообменные трубы выполнены однопакетными четырехходовыми.

Выполнение регенеративного воздухоподогревателя блочно-секционным и расположение теплообменных блоков в секции один над другим позволяет снизить потери тепловой энергии, уменьшить металлоемкость средств, обеспечивающих подвод и отвод продуктов сгорания. Использование вытеснителя с плоской поверхностью, обращенной внутрь теплообменного блока, к которой примыкают прямолинейные участки колен длиной Н'', в совокупности с признаками любого из предыдущих пунктов формулы изобретения обеспечивает отсутствие застойных зон охлаждаемой среды (продуктов сгорания) вблизи коллекторов и оптимальную теплоотдачу на прямолинейных участках труб, нагреваемая среда в которых расположена в противотоке с охлаждаемой средой.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 - регенеративный воздухоподогреватель, вид сбоку;

на фиг.2 - то же, вид сверху;

на фиг.3 - теплообменный блок регенеративного воздухоподогревателя, вид сверху;

на фиг.4 - теплообменная труба, вид сверху;

на фиг.5 - узел А на фиг.3;

на фиг.6 - сечение Б-Б на фиг.3;

на фиг.7 - теплообменный блок регенеративного воздухоподогревателя с открытыми крышками люков-лазов, вид сверху;

на фиг.8 - блок регенеративного воздухоподогревателя в аксонометрии.

Регенеративный воздухоподогреватель 1 блочно-секционный содержит, по крайней мере, две секции 2, внутри каждой из которых размещены по меньшей мере два теплообменных блока 3, каждый из которых включает состоящий из четырех ветвей 4, 5 четырехходовой многорядный пучок 6 теплообменных труб 7, уложенных горизонтальными рядами 8 и дистанцированных по горизонтали и вертикали друг от друга, а также включает диффузор 9 для подвода и конфузор 10 для отвода охлаждаемой среды, коллекторы 11 подвода и отвода нагреваемой среды, каждый из которых соединен с теплообменными трубами 7 посредством отдельных трубных досок 12, вмонтированных непосредственно в стенку соответствующего коллектора 11 подвода и отвода нагреваемой среды, каждая теплообменная труба 7 ряда выполнена с четырьмя или пятью или шестью гибами 13, 14 радиусом R, образующими четыре прямолинейные ветви 4, 5 и соединяющие их три колена 15, 16, при этом участки гиба 13 у двух труб 7 в каждом нечетном ряду 8 имеют длину πR, а именно у одной трубы 7 - на внутреннем колене 15, у другой 7 - на двух внешних коленах 16, для остальных труб 7 нечетных и четных рядов 8 участки гиба 14 имеют длину πR/2 и сочленены попарно посредством прямолинейных вставок 17 длиной Н'_i для внешних колен 16 и H''_i - для внутреннего колена 15, при этом размещение труб 7 в объеме, занимаемом по крайней мере одной ветвью 4 или 5 пучка, принято с соблюдением условий, согласно первому из которых отношение суммарной площади ∑F_н.т.п. наружной теплообменной поверхности труб 7 этой ветви 4 или 5 пучка 6 к объему ∑V_м.с., занимаемому межтрубной средой в зоне активного теплообмена ветви 4 или 5 пучка 6 и равному объему ветви 4 или 5 пучка 6 по внешнему контуру, очерченному условными плоскостями, касающимися внешних поверхностей крайних теплообменных труб 7 ветви 4 или 5 пучка 6, за вычетом объема, занимаемого собственно теплообменными трубами 7 в этой ветви 4 или 5 пучка 6, находится в диапазоне значений, определяемом коэффициентом

составляющим (84,5-460) [м^-1], согласно второму условию отношение суммарного объема ∑V_в.с. для нагреваемой среды в трубах 7 ветви 4 или 5 пучка 6 к объему V_м.с. определено коэффициентом

составляющим 0,78-1,25.

Параметры каждой трубы 7 ряда 8 определены зависимостями:

L_i+1=2l'_i+1+2l''_i+1-Δ+2H'_i+1+H''_i+1+3πR,

где L_i+1 - длина развертки (i+1)-й трубы 7 ряда 8, [м];

l'_i+1 - длина внешней прямолинейной ветви 5 (i+1)-й трубы 7 ряда 8, равная l'_i+1=l'_i-b, [м];

l''_i+1 - длина внутренней прямолинейной ветви 4 (i+1)-й трубы 7 ряда 8, равная l''_i+1=l'_i-Δ, [м];

H'_i+1 - длина прямолинейных вставок 17 внешних колен 16 (i+1)-й трубы 7 ряда 8, равная H'_i+1=H'_i-2а, [м];

H''_i+1 - длина прямолинейной вставки 17 внутреннего колена 15 (i+1)-й трубы 7 ряда 8, равная H''_i+1=H''_i+2а, [м],

а - шаг между продольными осями одноименных прямолинейных ветвей 4 или 5 смежных в ряду 8 труб 7, [м];

b - шаг между продольными осями прямолинейных вставок 17 колен 15, 16 смежных труб 7 в ряду 8, [м];

Δ - эмпирическая величина, равная [3-12]·10^-3, [м];

l'_i, l''_i, H'_i и H''_i - соответствующие параметры для i-й трубы 7 в ряду 8, считая от внешней трубы 18 к внутренней 19 в этом ряду 8, причем шаг а составляет (1,5-2,5)·d, шаг b составляет (1,8-2,8)·d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы 7, [м], длина развертки L_min теплообменной трубы 7 минимальной длины составляет не менее 0,75 длины развертки L_max теплообменной трубы 7 максимальной длины, при этом размещение теплообменных труб 7 в ряду 8 выбрано с соблюдением условия, согласно которому отношение площади внутренней поверхности теплообменных труб 7 на прямолинейных ветвях 4, 5 ряда 8, расположенных перпендикулярно потоку охлаждаемой среды, к объему, занимаемому рядом 8 теплообменных труб 7, и равному объему, очерченному условными плоскостями, касающимися внешних поверхностей теплообменных труб 7 ряда 8, с учетом зазоров между трубами 7, составляет 0,02-0,12 [м^-1].

В каждой секции 2 регенеративного воздухоподогревателя 1 теплообменные блоки 3 расположены один над другим, а предпочтительное количество блоков 3 - четыре.

Коллекторы 11 подвода и отвода нагреваемой среды выполнены с возможностью соединения с трубопроводами подвода 20 и отвода 21 нагреваемой среды, в качестве которой использован предпочтительно воздух, в том числе с обогащенным содержанием кислорода, при этом в качестве охлаждаемой среды использованы продукты сгорания после турбины газотурбинной установки (на чертежах не показано), преимущественно следующего состава:

CO₂1,0-1,5%O₂18-20%СО0,01-0,02%CH₄ и Н₂следыN₂остальное

при содержании оксидов азота, составляющем не более 220 мг/м³ и коэффициенте избытка воздуха, составляющем 5-8.

В каждом ряду 8 шаг а между продольными осями смежных труб 7 прямолинейных ветвей 4, 5 меньше или больше, чем шаг b между продольными осями смежных труб 7 на прямолинейной вставке 17 колена 15, 16, предпочтительно а<b или шаг a равен шагу b.

Количество теплообменных труб 7 в смежных по высоте рядах 8 пучка 6 для нечетных и четных рядов 8 составляет соответственно m и n, где m - четное число, и n=(m-1), количество рядов 8 труб 7 в пучке 6 k - предпочтительно нечетное, причем k>3, теплообменные трубы 7 в смежных по высоте рядах 8 размещены в шахматном порядке со смещением на (0,4÷0,6)а, [м], где а - шаг между продольными осями прямолинейных ветвей 4, 5 смежных труб 7 одного ряда 8, [м], при этом длины H'_i и H''_i прямолинейных вставок 17 колен, соответственно 16 и 15 i-й трубы 7 выполнены переменными: для нечетного ряда 8 теплообменных труб 7 изменяющимися от величины, равной 2а±10%, [м], до величины, равной 2а(m-1)±10%, [м], и для четного ряда 8 - от величины, равной а±10%, [м], до величины, равной а(2n-1)±10%, [м].

Количество N теплообменных труб 7 в блоке 3 при нечетном количестве рядов k труб 7 в пучке 6 определено зависимостью N=0,5(k-1)(2m-1)+m и составляет предпочтительно 263-563 шт.

Количество N теплообменных труб 7 в блоке 3 при четном количестве рядов k труб 7 в пучке 6 определено зависимостью N=0,5k(2m-1) и составляет предпочтительно 263-563 шт.

Для каждой теплообменной трубы 7 пучка 6 расстояние Н между продольными осями ее внешних прямолинейных ветвей 5 составляет (30-85)d; длина прямолинейных ветвей l' и l'' составляет соответственно (95-145)d и (100-135)d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы 7, [м].

Между коллекторами 11 подвода и отвода нагреваемой среды закреплен вытеснитель 22 межтрубной среды, выполненный в виде профилированной панели с плоским участком, расположенным между коллекторами 11 подвода и отвода нагреваемой среды.

Площадь проходного сечения коллекторов 11 подвода и отвода нагреваемой среды составляет 0,45-0,82 суммарной площади проходного сечения теплообменных труб 7 пучка 6.

Теплообменный блок 3 снабжен устройствами 23 для строповки и люками-лазами (на чертежах не показано), выполненными в коллекторах 11 подвода и отвода нагреваемой среды.

Суммарная длина l'_∑ и l''_∑ прямолинейных участков труб 7 внешних 5 и внутренних 4 ветвей пучка 6 теплообменных труб 7, расположенных перпендикулярно потоку охлаждаемой среды, составляет не менее 72% суммарной длины разверток L_∑ теплообменных труб 7, а суммарная длина прямолинейных вставок Н'_∑ и Н''_∑ колен 16 и 15, соответственно, теплообменных труб 7 пучка 6, нагреваемая среда в которых расположена в противотоке с охлаждаемой средой, составляет до 18% суммарной длины разверток L_∑ теплообменных труб 7 пучка 6.

Регенеративный воздухоподогреватель 1 оборудован диффузором 9 для подвода и конфузором 10 для отвода охлаждаемой среды, установленными соответственно на противолежащих боковых стенках секции 2.

Работа регенеративного воздухоподогревателя 1 осуществляется следующим образом.

Воздух, предназначенный для топки газотурбинной установки, поступает в компрессор, в котором подвергается сжатию, а затем по трубопроводу подвода 20 через коллектор подвода нагреваемой среды и трубную доску 12 подается в теплообменные трубы 7 блоков 3 каждой секции 2. Температура воздуха после компрессора составляет около 200°С.

Продукты сгорания приведенного выше состава от турбины ГТУ через диффузор 9, примыкающий к корпусам теплообменных блоков 3, поступают внутрь блока 3 секции 2 и омывают теплообменные трубы 7 с нагреваемым воздухом. Подвод продуктов сгорания к теплообменным блокам 3 производится в противотоке с направлением движения нагреваемого воздуха, то есть продукты сгорания поступают в теплообменный блок 3 со стороны расположения коллектора отвода нагреваемой среды. На входе в теплообменный блок 3 продукты сгорания имеют температуру 520-550°С.

Проходя по теплообменным трубам 7 блоков 3, воздух нагревается продуктами сгорания до температуры 440-450°С и через трубную доску 12 поступает в коллектор отвода нагреваемой среды, из которого по трубопроводу 21 подается на вход топки ГТУ.

Продукты сгорания выводятся в атмосферу через конфузор 10, примыкающий к корпусам теплообменных блоков 3.

Высокая эффективность теплообмена регенеративного воздухоподогревателя, выполненного согласно изобретению, определяется геометрическими характеристиками блока и теплообменных труб, выбранными с использованием экспериментальных коэффициентов, учитывающих геометрические параметры поверхности при известных свойствах нагреваемой среды - воздуха и охлаждаемой среды - продуктов сгорания ГТУ. При этом изобретение обеспечивает уменьшение массы и габаритов теплообменных блоков.

Пример 1

Законструировать нечетный ряд пучка теплообменных труб блока регенеративного воздухоподогревателя по данному изобретению.

Дано: Трубный ряд составлен из четырехветвевых изогнутых труб диаметром ⊘25×1,0 мм. Каждая труба содержит две внешние прямолинейные ветви длиной l', две внутренние прямолинейные ветви каждая длиной l'', два внешних колена, образованных каждый двумя гибами радиусом R на угол π/2 и длиной πR/2 и прямолинейной вставкой длиной Н', и одно внутреннее колено, образованное двумя гибами радиусом R на угол π/2 и длиной πR/2 с прямолинейной вставкой Н''. Трубы в ряду расположены с шагом а между осями одноименных ветвей и шагом b между осями прямолинейных вставок одноименных колен.

Конструирование трубного ряда производим из условия наиболее плотной набивки труб в блоке.

Размеры внутреннего объема блока в плане для размещения образующих пучок рядов теплообменных труб составляют 3130×1650 мм. Исходя из этого, задаем размеры элементов трубы №1 l'₁=3060 мм, l''₁=2639,5 мм, H'₁=480 мм, H''₁=0 мм. Шаг между осями одноименных ветвей труб в ряду а=48 мм; шаг между осями колен b=48 мм; радиус гиба R=100 мм.

Параметры остальных труб ряда определяем по приведенным в изобретении зависимостям.

Результаты приведены в Таблице 1.

Таблица 1iН'_i, ммН''_i, ммl'_i, ммl''_i, ммL_i, мм1480030602639,513301,523849630122645,513121,5328819229642651,512941,5419228829162657,512761,559638428682663,512581,56048028202669,512401,5

Пример 2

Законструировать четный ряд пучка теплообменных труб блока регенеративного воздухоподогревателя по данному изобретению.

Дано: Трубный ряд составлен из четырехветвевых изогнутых труб диаметром ⊘25×1,0 мм. Каждая труба содержит две внешние прямолинейные ветви длиной l', две внутренние прямолинейные ветви каждая длиной l'', два внешних колена, образованных каждый двумя гибами радиусом R на угол π/2 и длиной πR/2 и прямолинейной вставкой длиной Н', и одно внутреннее колено, образованное двумя гибами радиусом R на угол π/2 и длиной πR/2 с прямолинейной вставкой Н''. Трубы в ряду расположены с шагом а между осями одноименных ветвей и шагом b между осями прямолинейных вставок одноименных колен.

Конструирование трубного ряда производим из условия наиболее плотной набивки труб в блоке.

Размеры внутреннего объема блока в плане для размещения образующих пучок рядов теплообменных труб составляют 3130×1650 мм. Исходя из этого, задаем размеры элементов трубы №1 l'₁=3036 м, l''₁=2642,5 м, Н'_i=432, Н''₁=48 м. Шаг между осями одноименных ветвей труб в ряду а=48 мм; шаг между осями колен b=48 мм; радиус гиба R=100 мм.

Параметры остальных труб ряда определяем по приведенным в изобретении зависимостям.

Результаты приведены в Таблице 2.

Таблица 2iH'_i, ммH''_i, ммl'_i, ммl''_i, ммL_i мм14324830362642,513211,5233614429882648,513031,5324024029402654,512851,5414433628922660,512671,554843228442666,512491,5

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам для утилизации тепла отходящих от агрегатов газов, в частности, для подогрева воздуха выхлопными продуктами сгорания, поступающими от компрессора газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата на компрессорных станциях магистральных газопроводов. Регенеративный воздухоподогреватель блочно-секционный содержит, по крайней мере, две секции, внутри каждой из которых размещены, по меньшей мере, два теплообменных блока, каждый из которых включает состоящий из четырех ветвей четырехходовой многорядный пучок теплообменных труб, уложенных горизонтальными рядами и дистанцированных по горизонтали и вертикали друг от друга, а также включает диффузор для подвода и конфузор для отвода охлаждаемой среды, коллекторы подвода и отвода нагреваемой среды, каждый из которых соединен с теплообменными трубами посредством отдельных трубных досок, вмонтированных непосредственно в стенку соответствующего коллектора подвода или отвода воздуха, каждая теплообменная труба ряда выполнена с четырьмя или пятью или шестью гибами радиусом R, образующими четыре прямолинейные ветви и соединяющие их три колена, при этом размещение труб в объеме, занимаемом ветвью пучка, принято в зависимости от двух коэффициентов, первый из которых учитывает отношение суммарной площади наружной теплообменной поверхности труб ветви к объему, занимаемому межтрубной средой в зоне активного теплообмена ветви, а второй - отношение суммарного объема для нагреваемой среды в трубах ветви к упомянутому объему, занимаемому межтрубной средой. Длина развертки трубы в ряду принимается в зависимости от геометрических параметров труб, составляющих трубный ряд, и от шага между продольными осями смежных труб прямолинейных ветвей на разных участках рядов, причем шаг и длина развертки минимальной и максимальной теплообменных труб выбирается в предлагаемом диапазоне в зависимости от диаметра трубы. Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении высокой эффективности теплообмена при одновременном снижении металлоемкости регенеративного воздухоподогревателя. 13 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл.

1. Регенеративный воздухоподогреватель блочно-секционный, характеризующийся тем, что он содержит, по крайней мере, две секции, внутри каждой из которых размещены, по меньшей мере, два теплообменных блока, каждый из которых включает состоящий из четырех ветвей четырехходовой многорядный пучок теплообменных труб, уложенных горизонтальными рядами и дистанцированных по горизонтали и вертикали друг от друга, а также включает диффузор для подвода и конфузор для отвода охлаждаемой среды, коллекторы подвода и отвода нагреваемой среды, каждый из которых соединен с теплообменными трубами посредством отдельных трубных досок, вмонтированных непосредственно в стенку соответствующего коллектора подвода или отвода воздуха, каждая теплообменная труба ряда выполнена с четырьмя, или пятью, или шестью гибами радиусом R, образующими четыре прямолинейные ветви и соединяющие их три колена, при этом участки гиба у двух труб в каждом нечетном ряду имеют длину πR, а именно, у одной трубы - на внутреннем колене, у другой - на двух внешних коленах, для остальных труб нечетных и четных рядов участки гиба имеют длину πR/2 и сочленены попарно посредством прямолинейных вставок длиной Н'_i для внешних колен и Н''_i - для внутреннего колена, при этом размещение труб в объеме, занимаемом, по крайней мере, одной ветвью пучка, принято с соблюдением условий, согласно первому из которых отношение суммарной площади ∑F_н.т.п наружной теплообменной поверхности труб этой ветви пучка к объему ∑V_м.с, занимаемому межтрубной средой в зоне активного теплообмена ветви пучка и равному объему ветви пучка по внешнему контуру, очерченному условными плоскостями, касающимися внешних поверхностей крайних теплообменных труб ветви пучка, за вычетом объема, занимаемого собственно теплообменными трубами в этой ветви пучка, находится в диапазоне значений, определяемом коэффициентом

составляющим 84,5-460 м^-1, согласно второму условию отношение суммарного объема ∑V_в.с для нагреваемой среды в трубах ветви пучка к объему V_м.с, определено коэффициентом

составляющим 0,78-1,25.

L_i+1=2l'_i+1+2l''_i+1-Δ+2H'_i+1+H''_i+1+3πR,

где L_i+1 - длина развертки (i+1)-й трубы ряда, м;

l'_i+1 - длина внешней прямолинейной ветви (i+1)-й трубы ряда, равная l'_i+1=l'_i-b, м;

l''_i+1 - длина внутренней прямолинейной ветви (i+1)-й трубы ряда, равная l''_i=1=l'_i-Δ, м;

H'_i+1 - длина прямолинейных вставок внешних колен (i+1)-й трубы ряда, равная H'_i+1=H'_i-2a, м;

H''_i+1 - длина прямолинейной вставки внутреннего колена (i+1)-й трубы ряда, равная Н''_i+1=Н''_i+2a, м;

a - шаг между продольными осями одноименных прямолинейных ветвей смежных в ряду труб, м;

b - шаг между продольными осями прямолинейных вставок колен смежных труб в ряду, м;

Δ - эмпирическая величина, равная (3-12)·10^-3 м;

l'_i, l''_i, Н'_i и Н''_i - соответствующие параметры для i трубы в ряду, считая от внешней трубы к внутренней в этом ряду,

причем шаг а составляет (1,5-2,5)·d, шаг b составляет (1,8-2,8)·d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы, м, длина развертки L_min теплообменной трубы минимальной длины составляет не менее 0,75 длины развертки L_max теплообменной трубы максимальной длины, при этом размещение теплообменных труб в ряду выбрано с соблюдением условия, согласно которому отношение площади внутренней поверхности теплообменных труб на прямолинейных ветвях ряда, расположенных перпендикулярно потоку охлаждаемой среды, к объему, занимаемому рядом теплообменных труб, и равному объему, очерченному условными плоскостями, касающимися внешних поверхностей теплообменных труб ряда, с учетом зазоров между трубами, составляет 0,02-0,12 м^-1.

CO₂1,0-1,5%O₂18-20%СО0,01-0,02%CH₄ и Н₂следыN₂остальное

при содержании оксидов азота, составляющем не более 220 мг/м³ и коэффициенте избытка воздуха, составляющем 5-8.