ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2010 года по МПК F22D1/32 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в теплообменных аппаратах регенеративных систем, систем теплоснабжения, предназначенных для подогрева воды за счет конденсации пара и переохлаждения его конденсата.

Известен поверхностный подогреватель, содержащий водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, корпус с установленными на нем патрубками входа и выхода его конденсата, трубную систему, расположенную под водяной камерой, часть труб поверхности теплообмена по всей их длине в трубной системе установкой кожуха выделена под охладитель конденсата. (Отраслевой каталог. "Теплообменное оборудование паротурбинных установок", часть I, 20-89-09. М.; ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1989, с.52, рис.39).

Недостатком известного подогревателя является необходимость располагать водяную камеру над трубами поверхности теплообмена, набранной, например, из ”U”-образных труб, из которых на период вывода подогревателя из работы не представляется возможным удалить нагреваемую воду, а также использовать под поверхность теплообмена охладителя конденсата всей длины труб первого хода, что уменьшает температурный напор и увеличивает поверхность теплообмена охладителя конденсата.

Известен теплообменник, содержащий водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, корпус с установленными на нем патрубком входа пара и выхода его конденсата, трубную систему, расположенную над водяной камерой, охладитель конденсата, под поверхность теплообмена которого выделены установкой кожуха часть длины всех труб поверхности теплообмена при входе в них нагреваемой воды (RU 2278323 С1, МПК: F22D 1/32; опубликовано 20.06.2006. Бюл. №17).

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

Недостатком известного теплообменника является возможность поступления греющего пара из парового пространства корпуса в охладитель конденсата через кольцевые зазоры в местах прохода труб поверхности теплообмена через верхнюю перегородку охладителя. Такое поступление пара в охладитель конденсата возможно из-за повышенного давления пара над верхней перегородкой охладителя по сравнению с давлением конденсата под ней. Давление конденсата под верхней перегородкой будет меньше давления пара в корпусе на величину гидравлического сопротивления от места входа конденсата в охладитель до выхода его после второго хода в охладителе. (Первый ход конденсат совершает в нижней части корпуса над трубной доской). В случае прохода пара в охладитель конденсата через кольцевые зазоры прекращается поступление конденсата пара в охладитель, и прекращается работа охладителя конденсата. Угроза поступления пара через кольцевые зазоры верхней перегородки в охладитель возрастает по мере увеличения гидравлического сопротивления охладителя, увеличения диаметра отверстий из-за вибрации труб и истирания перегородки в процессе эксплуатации, из-за трудностей при малой величине кольцевого зазора теплообменника на заводе-изготовителе. Исключение из работы охладителя конденсата приводит к снижению экономичности работы теплообменника и всей системы в целом.

Заявляемое техническое решение позволяет надежно эксплуатировать охладитель конденсата, так как за счет установки камеры предотвращается возможность поступления пара из корпуса в охладитель конденсата через кольцевые зазоры в местах прохода труб поверхности теплообмена через отверстия верхней перегородки охладителя, что приводит к повышению надежности и экономичности теплообменника.

Предложен вертикальный теплообменник, включающий водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, корпус с установленными на нем патрубком входа пара и выхода его конденсата, с размещенной в нем трубной системой, включающей охладитель конденсата, при этом теплообменник снабжен камерой, установленной над охладителем конденсата, с размещенной в ней частью труб поверхности теплообмена, днищем камеры является верхний лист охладителя конденсата, а крышкой - дополнительная горизонтальная перегородка, боковые стенки камеры приварены к днищу и крышке, а на верхних участках боковых стенок камеры по всему периметру выполнены дросселирующие давление пара отверстия.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где изображен продольный разрез вертикального теплообменника.

Теплообменник включает водяную камеру 1 с патрубком входа 2 и выхода 3 нагреваемой воды, вертикальный корпус 4 с размещенной в нем трубной системой 5. На корпусе 4 установлен патрубок входа пара 6 и выхода его конденсата 7. В трубной системе 5 при входе в нее нагреваемой воды установлен охладитель конденсата 8, из которого охлажденный конденсат через патрубок 7 и регулирующий клапан 9 выводится из теплообменника. Над верхним листом 10 охладителя конденсата 8 установлена камера 11, в которой размещена часть труб поверхности теплообмена. Боковые стенки 12 камеры 11 приварены внизу к верхнему листу 10 охладителя конденсата 8, а верхняя часть боковых листов 12 приварена к дополнительной горизонтальной перегородке 13, которая является крышкой камеры 11.

На боковых стенках 12 камеры 11 размещены дросселирующие пар отверстия 14.

Вертикальный теплообменник работает следующим образом. В водяную камеру 1 нагреваемая вода направляется через патрубок 2, далее она поступает в трубы поверхности теплообмена охладителя конденсата 8, и, после прохождения всей длины труб трубной системы 5, направляется в водяную камеру 1 и через патрубок 3 выводится из теплообменника. Греющий пар в корпус 4 поступает через патрубок 6. Равномерно распределяясь по всей высоте корпуса 4, пар поступает на трубы поверхности теплообмена трубной системы 5, конденсируется, нагревая воду, проходящую в трубах. Конденсат пара стекает в нижнюю часть корпуса 4 и, при достижении определенного (нормального) уровня, расположенного ниже верхнего листа 10 охладителя конденсата 8, поступает в охладитель 8, где, в основном, при противоточном движении охлаждается, нагревая воду, проходящую в трубах. После охладителя 8 конденсат пара поступает в патрубок 7 и через регулирующий клапан 9 выводится из теплообменника. Во время работы давление конденсата под верхним листом 10 охладителя конденсата 8 будет меньше давления пара в корпусе на величину гидравлического сопротивления при движении конденсата пара от входа конденсата в охладитель 8 до выхода его из межтрубного пространства под верхним листом 10. Для предотвращения, из-за упомянутой разницы давления над и под листом 10, поступления пара в охладитель конденсата 8 через кольцевые зазоры в местах прохода труб поверхности теплообмена через верхний лист 10 над ним установлена камера 11 с боковыми листами 12, в которых выполнены дросселирующие давление пара отверстия 14. За счет дросселирования пара в отверстиях 14 давление в камере 11 понижается до давления, которое меньше, чем давление конденсата под листом 10, что обеспечивает поступление через кольцевые зазоры конденсата из охладителя 8 в камеру 11, то есть предотвращается проход пара из парового пространства теплообменника в охладитель конденсата 8. При поступлении конденсата через кольцевые зазоры в верхнем листе 10 из охладителя 8 в камеру 11 уровень конденсата в ней может повышаться. Однако, при этом, за счет затопления поверхности теплообмена в камере 11 расход пара через дроссельные отверстия 14 уменьшается, и давление в камере 11 повышается. При этом перепад давления над и под листом 10 уменьшится, что сократит расход конденсата через кольцевые зазоры, а это приведет к понижению уровня конденсата в камере 11. Но, уменьшение уровня конденсата в камере 11 увеличит поверхность теплообмена, участвующую в конденсации пара, прошедшего через дроссельные отверстия 14. Увеличение расхода пара через дроссельные отверстия 14 повысит гидравлическое сопротивление их и приведет к уменьшению давления пара в камере 11, и уровень конденсата в ней начнет увеличиваться. Такое автоматическое поддержание уровня в камере 11 не позволит пару проходить через кольцевые зазоры в местах прохода труб поверхности теплообмена в верхнем листе 10. В случае поступления конденсата пара в камеру 11 через кольцевые отверстия в дополнительной перегородке 13 избыток этого конденсата будет "уходить" из камеры 11 в охладитель 8 через кольцевые отверстия в перегородке 10 или через дросселирующие отверстия 14 направляться в корпус 4.

Таким образом, за счет установки над охладителем конденсата 8 камеры 11, боковые листы которой с дроссельными отверстиями плотно соединены с верхним листом охладителя 10 и дополнительной горизонтальной перегородкой 13, автоматически при любых режимах работы теплообменника поддерживается и сохраняется уровень конденсата над верхним листом 10 охладителя конденсата 8, что исключает поступление пара из камеры 11 в охладитель конденсата 8 через кольцевые зазоры в месте прохода труб через верхний лист 10 и обеспечивает устойчивую работу охладителя конденсата 8.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в теплообменных аппаратах регенеративных систем, систем теплоснабжения, предназначенных для подогрева воды за счет конденсации пара и переохлаждения его конденсата. Вертикальный теплообменник содержит водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, корпус с установленными на нем патрубком входа пара и выхода его конденсата, с размещенной в нем трубной системой, включающей охладитель конденсата, при этом теплообменник снабжен камерой, установленной над охладителем конденсата, с размещенной в ней частью труб поверхности теплообмена, днищем камеры является верхний лист охладителя конденсата, а крышкой - дополнительная горизонтальная перегородка, боковые стенки камеры приварены к днищу и крышке, а на верхних участках боковых стенок камеры по всему периметру выполнены дросселирующие давление пара отверстия. Такое выполнение позволяет надежно эксплуатировать охладитель конденсата, так как за счет установки камеры предотвращается возможность поступления пара из корпуса в охладитель конденсата через кольцевые зазоры в местах прохода труб поверхности теплообмена через отверстия верхней перегородки охладителя, что повышает надежность и экономичность теплообменника. 1 ил.

Вертикальный теплообменник, включающий водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, корпус с установленными на нем патрубком входа пара и выхода его конденсата, с размещенной в нем трубной системой, включающей охладитель конденсата, отличающийся тем, что теплообменник снабжен камерой, установленной над охладителем конденсата, с размещенной в ней частью труб поверхности теплообмена, при этом днищем камеры является верхний лист охладителя конденсата, а крышкой - дополнительная горизонтальная перегородка, кроме того, боковые стенки камеры приварены к днищу и крышке, а на верхних участках боковых стенок камеры по всему периметру выполнены дросселирующие давление пара отверстия.