ТРУБЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2006 года по МПК F28D7/16 F28F1/04 

Изобретение относится к теплообменным установкам, предпочтительно для топочных устройств с движением потоков продуктов сгорания твердого топлива сверху вниз, и может быть использовано в энергетических установках в качестве утилизаторов теплоотходящих газов.

Известен кожухотрубный теплообменник (см. SU №1765672, F 28 D 7/16, F 28 F 1/04, 1986 г.). Теплообменник содержит размещенный внутри кожуха пучок теплообменных труб с шестигранными высадками на концах. Пучок труб образует при сборке трубные и межтрубные пространства. Трубные доски теплообменника ограничены коллекторами среды трубного пространства. На наружной поверхности кожуха размещены коллекторы среды межтрубного пространства. Трубы между высадками выполнены в виде многогранников, контактирующих продольными ребрами с гранями смежных труб, причем грани каждой трубы выполнены с наклонными выдавками.

Недостатком кожухотрубного теплообменника, выбранного авторами за прототип, является неоптимальная прочность конструкции. Наличие кожуха в теплообменнике способствует образованию больших нагрузок от действия давления теплоносителя - воды на большую площадь поверхности. Чем больше давление теплоносителя в межтрубном пространстве, тем толще должна быть стенка кожуха теплообменника. Установка коллекторов входа и выхода теплоносителя - воды к кожуху теплообменника сбоку не рациональна, так как ухудшается равномерность движения потоков теплоносителя в межтрубном пространстве теплообменника.

Перед изобретением поставлена задача повысить прочностные характеристики теплообменника с одновременным уменьшением металлоемкости за счет уменьшения площади поверхности, испытывающей высокое давление, повысить теплопередачу путем обеспечения равномерного движения потокам теплоносителя в межтрубном пространстве и обеспечить возможность использования предложенного теплообменника в топочных установках с движением продуктов сгорания сверху вниз.

Поставленная задача достигается тем, что трубчатый теплообменник, предпочтительно для топочных установок с движением в процессе горения твердого топлива потоков газов сверху вниз, содержащий пучок теплообменных труб с шестигранными высадками на торцах, образующими при сборке трубные и межтрубные пространства, согласно изобретению теплообменник представляет собой видом сверху форму кольца с внутренним окном, с возможностью прохода твердых частиц - продуктов сгорания топлива, торцы высадных концов труб соединены между собой сваркой, а межтрубные пространства по наружных контурам пучка теплообменных труб теплообменника перекрыты отдельными пластинами в форме вытянутых шестигранников, примыкающими касательно к попарно расположенным трубам и соединены сваркой, и с двух сторон относительно вертикальной оси теплообменника изъято по одной теплообменной трубе, и к образовавшимся свободным шестигранным ячейкам приварены патрубки входа и выхода межтрубного теплоносителя, а ячейки с противоположных сторон патрубков закрыты заглушками.

Устройство поясняется фиг.1, 2, 3.

На фиг.1 показан теплообменник, вид сбоку.

Фиг.2 - теплообменник в виде трехмерной модели.

Фиг.3 - теплообменник, размещенный под подом топочной установки.

Трубчатый теплообменник состоит из пучка теплообменных труб 1 с высадными участками 2 с шестигранными торцами 3. Теплообменник представляет собой видом сверху форму кольца с внутренним окном 4, с возможностью прохода твердых частиц - продуктов сгорания топлива. Торцы 3 высадных концов труб соединены между собой сваркой. Межтрубные пространства по наружных контурам пучка теплообменных труб 1 теплообменника перекрыты отдельными пластинами 5 в форме вытянутых шестигранников, примыкающими касательно к попарно расположенным трубам и соединены сваркой. С двух сторон относительно вертикальной оси теплообменника изъято по одной теплообменной трубе и к образовавшимся свободным шестигранным ячейкам приварены патрубки 6 и 7 входа и выхода межтрубного теплоносителя. Ячейки с противоположных сторон патрубков закрыты заглушками 8.

Трубчатый теплообменник для топочных установок с движением продуктов сгорания сверху вниз устанавливают под подом 9 (фиг.3) так, чтобы внутреннее окно 4 (фиг.2) теплообменника было соизмеримо с центральным каналом - камерой 10 дожигания пиролизных газов топочной установки. Окно 4 теплообменника прикрыто зольником 11.

Образующийся пиролизный газ в надколосниковом пространстве попадает в канал-камеру 10, где происходит дожигание пиролизного газа с подачей окислителя-воздуха через канал 12 и сквозные окна 13. Поток продуктов сгорания - газа поступает в трубное пространство теплообменника сверху (на фиг.3 поток газа показан изогнутыми стрелками), а твердые частицы - зола (на фиг.3 - прямые стрелки) направляется в зольник 11. Теплоноситель - вода подается в патрубок 6, а выходит нагретый из патрубка 7, а газ, отдавший тепло трубкам, направляется в дымовую трубу 14.

При использовании в трубчатом теплообменнике схемы движения газообразных продуктов сгорания сверху вниз по теплообменным трубам 1, а теплоносителя - воды по межтрубному пространству во встречном направлении достигаются положительные эффекты, повышающие эффективность теплопередачи. Слои газа с одинаковой температурой располагаются внутри теплообменных труб - газоводов горизонтально под действием гравитации, так как имеют одинаковую плотность и тормозят движение верхних, более горячих слоев вниз. Пристеночный кольцевой слой газа, отдавая тепло стенке теплообменной трубы, теряет температуру и движется вниз под действием гравитации, а его место занимает поток газа, движущийся в горизонтальном слое из сердцевины потока. Происходит самопроизвольное перемешивание всех частей объема газа в горизонтальном и вертикальном направлениях без применения сложных конструктивных приемов типа тормозных колодок, винтовых завихрителей и т.п. При такой схеме движения газа каждая частица его объема не может уйти вниз, не отдав тепла стенке трубы.

Изобретение предназначено для применения в теплообменных установках, предпочтительно для топочных устройств с движением потоков продуктов сгорания сверху вниз, а именно может быть использовано в энергетических установках, таких как утилизатор теплоотходящих газов. Трубчатый теплообменник, предпочтительно для топочных установок с движением продуктов сгорания топлива сверху вниз, содержащий пучок теплообменных труб с шестигранными высадками на торцах, образующими при сборке трубные и межтрубные пространства, причем теплообменник представляет собой видом сверху форму кольца с внутренним окном с возможностью прохода твердых частиц-продуктов сгорания топлива, торцы высадных концов труб соединены между собой сваркой, а межтрубные пространства по наружным контурам пучка теплообменных труб теплообменника перекрыты отдельными пластинами в форме вытянутых шестигранников, примыкающими касательно к попарно расположенным трубам, и соединены сваркой, и с двух сторон относительно вертикальной оси теплообменника изъято по одной теплообменной трубе и к образовавшимся свободным шестигранным ячейкам приварены патрубки входа и выхода межтрубного теплоносителя, а ячейки с противоположных сторон патрубков закрыты заглушками. Изобретение позволяет повысить прочностные характеристики теплообменника, теплопередачу без использования сложных конструктивных решений и обеспечить возможность использования теплообменников в топочных установках с движением продуктов сгорания топлива сверху вниз. 3 ил.

Трубчатый теплообменник, предпочтительно для топочных установок с движением в процессе горения твердого топлива потоков газов сверху вниз, содержащий пучок теплообменных труб с шестигранными высадками на торцах, образующими при сборке трубные и межтрубные пространства, отличающийся тем, что теплообменник представляет собой видом сверху форму кольца с внутренним окном с возможностью прохода твердых частиц - продуктов сгорания топлива, торцы высадных концов труб соединены между собой сваркой, а межтрубные пространства по наружным контурам пучка теплообменных труб теплообменника перекрыты отдельными пластинами в форме вытянутых шестигранников, примыкающими касательно к попарно расположенным трубам, и соединены сваркой, и с двух сторон относительно вертикальной оси теплообменника изъято по одной теплообменной трубе и к образовавшимся свободным шестигранным ячейкам приварены патрубки входа и выхода межтрубного теплоносителя, а ячейки с противоположных сторон патрубков закрыты заглушками.