ПАРОВОДЯНОЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2007 года по МПК F22D1/32 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в теплообменных аппаратах регенеративных систем, паровых турбин или в теплообменных аппаратах систем теплоснабжения, предназначенных для подогрева воды за счет конденсации пара на трубах поверхности теплообмена и его переохлаждения.

Известен подогреватель с горизонтальным трубным пучком, включающий корпус с патрубками для подвода пара и отвода его конденсата, трубную систему с вертикальными и радиально установленными горизонтальными перегородками, распределительную водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды и "поворотную" водяную камеру (Подогреватель ПГС-2300-3-8-II, Отраслевой каталог Теплообменное оборудование паротурбинных установок, М.: НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, 1984, с.244-245, рис.193).

Недостатком известного подогревателя является заливание конденсатом пара нижележащих рядов труб с вышерасположенных, что увеличивает толщину пленки конденсата и ухудшает теплообмен. Кроме того, достигнутое при контакте пленки конденсата пара с трубами поверхности теплообмена переохлаждение конденсата теряется при сливе переохлажденного конденсата с радиально установленных перегородок за счет нагрева его потоком пара. Такой нагрев целесообразен для теплообменников, работающих при давлении пара ниже атмосферного, или в случае поступления в теплообменник вместе с греющим паром неконденсирующихся газов (воздуха). Потеря переохлаждения конденсата пара в случае необходимости его переохлаждения потребует для этой цели дополнительной поверхности теплообмена.

Известен горизонтальный поверхностный подогреватель, содержащий водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, по обе стороны от камеры установлены корпуса, в которых размещены трубные системы с горизонтальными U-образными трубами и вертикальными перегородками, нижние ряды труб размещены в кожухе и используются для переохлаждения конденсата пара (Подогреватель ПН-1200-120-17А Каталог 8-78 часть II. Теплообменное оборудование. - М.: НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, лист 137).

По совокупности признаков это известное техническое решение является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип.

Недостатком известного подогревателя, принятого за прототип, является заливание конденсатом пара нижележащих горизонтальных труб с вышележащих, что, учитывая большое количество горизонтальных рядов труб, ухудшает теплообмен из-за увеличения толщины стекающей с труб поверхности теплообмена пленки конденсата. Эта пленка на трубах переохлаждается, но далее при свободном падении в виде струй, капель на уровень конденсата в корпусе нагревается практически до температуры насыщения и поступает в охладитель конденсата, под поверхность теплообмена которого выделены нижние ряды труб первого хода нагреваемой воды. Таким образом, конденсат, вначале переохлажденный при контакте его пленки с трубами поверхности теплообмена, затем нагревается потоком пара при своем падении в виде струй и капель на уровень конденсата в корпусе, далее для охлаждения конденсат поступает на дополнительно выделенную установкой корпуса поверхность теплообмена встроенного охладителя конденсата. При этом к плотности кожуха предъявляются повышенные требования при изготовлении. Встроенный охладитель конденсата не допускает больших колебаний уровня конденсата в корпусе, при которых возможно поступление пара в межтрубное пространство, что может привести к возникновению гидроударов и разрушению охладителя.

Известно, что в пароводяных теплообменниках при конденсации пара происходит его "естественное" переохлаждение за счет контакта пленки конденсата с поверхностью нагрева теплообменных труб. Это переохлаждение тем больше, чем ниже температура нагреваемой воды в трубах. Однако это "естественное" переохлаждение конденсата пара теряется при отрыве пленки конденсата с поверхности труб и в свободном падении, в конечном счете, на уровень конденсата в корпусе, падающая уже в виде капель, струй пленка потоком пара нагревается до температуры насыщения. При необходимости охлаждения этого конденсата выделяется дополнительная поверхность теплообмена в встроенном или выносном охладителе. В последнем случае это отдельный водо-водяной теплообменник с соединительными трубопроводами и арматурой, установленной на них. Встроенный охладитель конденсата требует повышенного качества изготовления и не допускает, во избежание гидроударов, поступления в межтрубное пространство пара при колебаниях уровня в корпусе. Утолщение пленки конденсата на каждом последующем по вертикали ряду труб ухудшает теплообмен. Поэтому организация промежуточного отвода конденсата пара с горизонтальных труб поверхности теплообмена с целью уменьшения заливания конденсатом нижележащих труб с вышележащих и уменьшение толщины пленки является одним из технических решений, повышающих эффективность работы теплообменников.

Заявляемое техническое решение позволяет уменьшить заливание, то есть уменьшить толщину пленки конденсата на нижележащих в рядах трубах поверхности теплообмена, стекающим конденсатом пара с вышележащих труб, обеспечить и сохранить до выхода из подогревателя без специального выделения поверхности теплообмена под встроенный или выносной охладитель конденсата "естественное" переохлаждение конденсата пара, дополнительно увеличить "естественное" переохлаждение конденсата, стекающего с расположенных под углом к горизонту перегородок, и сохранить эту величину переохлаждения до выхода конденсата из подогревателя, предусмотреть организацию на части труб первого хода нагреваемой воды поверхностного воздухоохладителя.

Заявляемое техническое решение за счет простых конструктивных мер позволяет повысить эффективность работы теплообменника за счет уменьшения толщины пленки на трубах поверхности теплообмена (повышается в конечном счете коэффициент теплопередачи), обеспечивается без создания специальных зон поверхности - охладителей конденсата переохлаждение конденсата за счет сохранения "естественного" переохлаждения и дополнительного охлаждения конденсата при стекании его по наклонным к горизонту перегородкам, что также позволяет повысить тепловую эффективность работы теплообменника и оптимизировать условия работы регулирующего уровень конденсата в корпусе клапана.

Предложен пароводяной теплообменник, включающий корпус с патрубками входа пара и выхода его конденсата, распределительную водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, размещенную в кожухе трубную систему с вертикальными перегородками, прямыми или U-образными трубами поверхности теплообмена, при этом между вертикальными перегородками установлены под углом к горизонту наклонные перегородки с конденсатосборниками в их нижней части, причем к конденсатосборникам присоединены вертикальные сливные каналы, соединяющие их между собой, а нижний конец сливного канала, присоединенного к нижнему конденсатосборнику, размещен под уровнем конденсата в корпусе.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен пароводяной горизонтальный теплообменник, продольный разрез, на фиг.2 - поперечный разрез Б-Б, на фиг.3 - вид А по фиг.1, на фиг.4 - узел С по фиг.2.

Пароводяной теплообменник включает корпус 1 с патрубком входа пара 2 и выхода его конденсата 3, распределительную водяную камеру 4 с патрубками входа 5 и выхода 6 нагреваемой воды, трубную доску 7, установленный в корпусе 1 кожух 8 с расположенной в нем трубной системой 9, составленной из прямых или U-образных труб (представлены на фиг.1 U-образные трубы) с вертикальными перегородками 10, между которыми по всей длине трубной системы установлены под углом к горизонту горизонтальные перегородки 11, в нижней части которых расположены горизонтальные конденсатосборники 12 с отверстиями для входа в них стекающего с перегородок 11 конденсата. Конденсатосборники 12 соединены между собой вертикальными сливными каналами 13, причем нижний конец сливного канала, присоединенного к нижнему конденсатосборнику 12, размещен под уровнем конденсата в корпусе 1. Для отвода конденсата пара из нижней части кожуха 8 предусмотрены патрубки 14 с размещенной в них перегородкой 15, а для выхода паровоздушной смеси (воздуха) из корпуса 1 установлена горизонтальная перфорированная труба 16, перед которой трубы поверхности теплообмена первого хода нагреваемой воды располагаются в объеме, ограниченном наклонной перегородкой 11, частью кожуха 8, перегородками 15 и 17. Для отвода паровоздушной смеси (воздуха) из трубной системы через сверление в трубной доске 7 установлен патрубок 18. На горизонтальных перегородках 11 перед отверстиями в конденсатосборниках 12 установлены бортики 19.

Пароводяной теплообменник работает следующим образом. Поток нагреваемой воды через патрубок 5 поступает в распределительную водяную камеру 4, затем в трубы поверхности теплообмена трубной системы 9, из которой нагретая при конденсации пара и его переохлаждении вода поступает в водяную камеру 4 и выводится из теплообменника через патрубок 6. Поток греющего пара через патрубок 2 поступает в корпус 1, где в зазоре между трубами поверхности теплообмена и корпусом распространяется по всей длине трубной системы 9. Из этого зазора пар направляется к трубам последнего (на фиг.1 второго хода), а затем первого хода нагреваемой воды. При движении греющего пара в каналах, образованных кожухом 8, перегородками 10 и 11, пар конденсируется на трубах поверхности теплообмена, передавая тепло конденсации протекающей в трубах нагреваемой воде. После выхода пара из межтрубного пространства труб первого хода, расположенных в верхней части трубной системы, пар поступает к трубам того же первого хода, установленным в нижней части трубной системы и которые изолированы от остальных труб в объеме, ограниченном кожухом 8, одной из наклонных перегородок 11, перегородками 15 и 17. Между кожухом 8 и наклонной перегородкой 11 предусмотрен зазор, через который греющий пар поступает к трубам поверхности теплообмена первого хода нагреваемой воды, и выполняющим функцию поверхностного воздухоохладителя. (При необходимости повышения эффективности отвода неконденсирующихся газов (воздуха) под этим участком труб первого хода может быть предусмотрен воздухоохладитель смешивающего типа, при этом место установки горизонтальной перфорированной трубы 16 должно быть изменено.) За этими трубами установлена горизонтальная труба отвода воздуха 16, из которой он отводится через патрубок 18.

Конденсат греющего пара, стекающий с труб поверхности теплообмена как первого, так и второго ходов, "перехватывается" перегородками 11 и при сохранении "естественного" переохлаждения направляется в горизонтальные конденсатосборники 12, в которых предусмотрены соответствующие отверстия. Месторасположение и величина этих отверстий в конденсатосборниках выбирается таким образом, чтобы обеспечивалось подтопление части труб поверхности теплообмена, расположенных непосредственно над перегородками 11. Для этих целей может служить бортик 19, устанавливаемый перед отверстием в конденсатосборнике на перегородках 11.

При движении конденсата греющего пара вниз по перегородкам 11 конденсат омывает затопленную часть труб поверхности теплообмена и при контакте с ними дополнительно переохлаждается. Дважды переохлажденный конденсат поступает в конденсатосборники, соединенные между собой вертикальными сливными каналами 13. Конденсат из нижних конденсатосборников 12 отводится сливными каналами (трубами) 13, нижняя открытая часть которых размещена под нормальным уровнем конденсата в корпусе. (Возможен вариант отвода переохлажденного конденсата из каждого конденсатосборника автономными сливными каналами под нормальный уровень конденсата в корпусе.)

Это позволяет не допустить нагрева конденсата паром и вывести его из теплообменника через патрубок 3 с сохранением первоначального переохлаждения. Конденсат пара из зоны смешивающего воздухоохладителя и из зоны труб второго хода, расположенных под последней наклонной горизонтальной перегородкой 11, стекает на уровень конденсата в кожухе 8, который практически совпадает с уровнем конденсата в корпусе 1, и через патрубки 14 и 3 выводится из теплообменника. Патрубки 14 и нижняя часть кожуха разделены продольной вертикальной перегородкой 15 по всей длине трубной системы, установка этой перегородки не позволяет потоку пара, прошедшего трубы второго хода, поступить к перфорированной трубе отвода воздуха 16 и "запарить" ее.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в теплообменных аппаратах регенеративных систем, паровых турбин или в теплообменных аппаратах систем теплоснабжения, предназначенных для подогрева воды за счет конденсации пара на трубах поверхности теплообмена и его переохлаждения. Предложен пароводяной теплообменник, включающий корпус с патрубками входа пара и выхода его конденсата, распределительную водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, размещенную в кожухе трубную систему с вертикальными перегородками, прямыми или U-образными трубами поверхности теплообмена, при этом между вертикальными перегородками установлены под углом к горизонту наклонные перегородки с конденсатосборниками в их нижней части, причем к конденсатосборникам присоединены вертикальные сливные каналы, соединяющие их между собой, а нижний конец сливного канала, присоединенного к нижнему конденсатосборнику, размещен под уровнем конденсата в корпусе. Данное техническое решение за счет простых конструктивных мер позволяет повысить эффективность работы теплообменника за счет уменьшения толщины пленки на трубах поверхности теплообмена (повышается в конечном счете коэффициент теплопередачи), обеспечивается без создания специальных зон поверхности - охладителей конденсата переохлаждение конденсата за счет сохранения "естественного" переохлаждения и дополнительного охлаждения конденсата при стекании его по наклонным к горизонту перегородкам, что также позволяет повысить тепловую эффективность работы теплообменника и оптимизировать условия работы и регулирующего уровень конденсата в корпусе клапана. 4 ил.

Пароводяной теплообменник, включающий корпус с патрубками входа пара и выхода его конденсата, распределительную водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, размещенную в кожухе трубную систему с вертикальными перегородками, прямыми или U-образными трубами поверхности теплообмена, отличающийся тем, что между вертикальными перегородками установлены под углом к горизонту наклонные перегородки с конденсатосборниками в их нижней части, причем к конденсатосборникам присоединены вертикальные сливные каналы, соединяющие их между собой, а нижний конец сливного канала, присоединенного к нижнему конденсатосборнику, размещен под уровнем конденсата в корпусе.