СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИСХОДНОЙ ВОДЫ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ ХЛАДОАГЕНТА ГТУ И ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК F28D9/00 F28F13/12 F15D1/06 

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для нагрева и охлаждения газов и жидкостей в различных отраслях народного хозяйства, а именно, для интенсификации процесса теплопередачи и снижения скорости образования накипи в теплообменниках ГТУ.

Известен блок радиаторов пластинчатого теплообменника, предназначенный для использования низкопотенциальных природных источников тепла, хозяйственно-бытовых стоков и других тепловых отходов, содержащий пакет, соединенный последовательно, плоских радиаторов с направлением движения потока нагреваемой воды зигзагом, снабженных входными и выходными проточными каналами щелевидной формы, расположенными на общем торце радиатора. Теплообменник обеспечивает эффективность теплообмена между охлаждаемой и нагреваемой средой при низких (малых) температурных напорах, а также доступность к поверхностям теплообмена для их оперативной очистки от накопившихся загрязнений [Патент РФ №2210044, МПК F28D 9/00, 2003].

Основными недостатками известного способа и устройства являются малая скорость теплопередачи в каналах плоских радиаторов и образование накипи на их внутренней поверхности из-за недостаточной турбулизации теплоносителя, двигающегося внутри каналов, обусловленные их конструкцией.

Более близким к предлагаемому изобретению является способ работы пластинчатого теплообменника, содержащий подачу и вывод потоков жидкостей в щелевые каналы через соответствующие пары входных и выходных отверстий в каждой пластине, равномерное распределение потоков по ширине упомянутых каналов, турбулизацию потоков путем создания движения жидкости на поверхностях с регулярным рельефом вогнутостей. Способ осуществляется в пластинчатом теплообменнике, включающем, установленный между прижимными плитами пакет теплообменных пластин прямоугольной формы, выполненных с регулярным рельефом вогнутостей, с канавками, в которые уложены уплотнительные прокладки, с входным и выходным отверстиями на противоположных краях каждой пластины для взаимно чередующихся щелевых каналов с противоположными направлениями для движения их жидкостей и объединенных соответственно своими входными и выходными коллекторами. [Патент РФ №2, МПК F28D 9/00, F28F 3/00, 2004].

Основным недостатком известного способа является невозможность создания пульсационного движения потока в каналах пластинчатого теплообменника, а недостатком теплообменника, в котором осуществляется способ - отсутствие устройства, создающего пульсационное движение жидкости в этих каналах, что снижает эффективность известного способа и теплообменника при использовании для охлаждения воды с высокой жесткостью, например, исходной воды.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности способа использования исходной воды при охлаждении хладоагента ГТУ и пластинчатого теплообменника для его осуществления.

Технический результат достигается способом работы пластинчатого теплообменника, содержащем подачу и вывод потоков жидкостей в щелевые каналы через соответствующие пары входных и выходных отверстий в каждой пластине, равномерное распределение потоков по ширине упомянутых каналов, турбулизацию потоков путем создания движения жидкости на поверхностях с регулярным рельефом вогнутостей и дополнительные вихревые структуры и пульсации, образующиеся по всему сечению потока в щелевых каналах, которые возникают в результате вибрации корпуса теплообменника.

Способ осуществляется в пластинчатом теплообменнике, содержащем, установленный между прижимными плитами пакет теплообменных пластин, выполненных с регулярным рельефом вогнутостей, с канавками, в которые уложены уплотнительные прокладки, с входным и выходным отверстиями на противоположных краях каждой пластины для взаимно чередующихся щелевых каналов с противоположными направлениями для движения их жидкостей и объединенных соответственно своими входными и выходными коллекторами, соединенными с подающими и выходными трубопроводами через гибкие вставки, причем нижние торцы прижимных плит снабжены упругими элементами, соединенными с опорной плитой.

Пластинчатый теплообменник для использования исходной воды при охлаждении хладоагента ГТУ представлен на фиг. 1-4 (фиг. 1-общий вид, фиг. 2 - узел пакета теплообменных пластин 10, фиг. 3, 4 - разрезы теплообменника).

Пластинчатый теплообменник для использования исходной воды при охлаждении хладоагента ГТУ содержит, установленный между прижимными плитами 1 и 2 пакет теплообменных пластин прямоугольной формы 3, выполненных с регулярным рельефом вогнутостей 4, с канавками 5, в которые уложены уплотнительные прокладки, с входными 6, 7 и выходными 8, 9 отверстиями на противоположных краях каждой пластины 10 для взаимно чередующихся щелевых каналов 11 с противоположными направлениями для движения их жидкостей и объединенных соответственно своими входными 12, 13 и выходными 14, 15 коллекторами, соединенными с подающими 16, 17 и выходными 18, 19 трубопроводами через гибкие вставки 20, причем нижние торцы прижимных плит 1 и 2 снабжены упругими элементами 21, соединенными с опорной плитой 22.

Перед началом эксплуатации, во время монтажа или капитального ремонта нижние торцы прижимных плит 1 и 2 снабжают упругими элементами 21, которые крепят к опорной плите 22 и устанавливают упругие вставки 20 между коллекторами 12, 13, 14, 15 и трубопроводами наружной 16, 17, 18, 19 таким образом, чтобы обеспечить создание вибрации корпуса теплообменника с заданной амплитудой и частотой во всем рабочем диапазоне нагрузок.

Теплообменник работает следующим образом. Каждая из двух жидкостей (например, вода и антифриз) поступает в теплообменник и выходит из него соответственно через подающими 16, 17 и обратные 18, 19 трубопроводы, гибкие вставки 20 и свои входные 12, 13 и выходные 14, 15 коллекторы. В теплообменнике жидкости противоточно проходят по своим рядам параллельных щелевых каналов 11, которые поочередно чередуются, а теплообмен между жидкостями осуществляется через пластины 10. Так как пластины 2 выполнены с регулярным рельефом четырехгранных пирамидальных вогнутостей 3, расположенных поперечными рядами 4 относительно осредненного направления движения жидкостей, соседние ряды вогнутостей смещены относительно друг друга по направлению упомянутых рядов, то потоки жидкостей по щелевым каналам 11 турбулизуются практически в каждой точке пластин. Кроме того, эффективность работы теплообменника значительно повышается за счет возникновения пульсации потоков жидкости в каналах 11, которая возникает за счет установки его корпуса на упругие элементы 21 и соединении его коллекторов 12, 13 и 14, 15 с подающими и обратными трубопроводами 16, 17 и 18, 19 через гибкие вставки 20. Такая конструкция опор и соединений теплообменника создает вибрацию его корпуса и пластин 10 за счет пульсаций потоков в трубах 16, 17, 18, 19 и передается от пластин 10 потокам жидкостей в каналах 11. При этом дополнительные вихревые структуры и пульсации, образующиеся по всему сечению потока в каналах 11, активизируют процесс теплоотдачи от ядра потока к поверхности пластин 10 за счет увеличения скорости пристенного слоя жидкости. Эти же процессы обеспечивают интенсивный унос механических примесей, присутствующих в жидкости и снижают скорость образования накипи и отложений механических примесей за счет уменьшения времени контакта частиц исходной воды с поверхностью пластин 10.

Предлагаемый способ и устройство, обеспечивающие, в том числе и снижение скорости образования накипи на теплообменных стенках, возможно использовать для охлаждения антифриза ГТУ ПТУ в летний период.

Известно, что в ряде существующих конструкций ГТУ для подготовки воздуха имеется комплексная воздухоочистительная установка (КВОУ), которая используется в период низких температур, в том числе и для подогрева воздуха в зимнее время до температуры более (6-7)°С во избежание образования наледи на лопатках компрессора. Подогрев воздуха осуществляется антифризом, который, в свою очередь, нагревается сетевой водой с начальной температурой (65-70)°С в пластинчатом теплообменнике.

В летний период подогрев воздуха в КВОУ не используется и наружный воздух с высокой температурой подается, минуя ее, непосредственно в компрессор ГТУ, в результате чего значительно снижается производительность компрессора и, соответственно, снижается мощность ГТУ (согласно данным эксплуатации ПТУ г. Курска мощность ГТУ в летний период снижается с 45 МВт до 37 МВт, т.е. на 17%). Невозможность использования КВОУ для подготовки воздуха в летний период обусловлена высокой температурой сетевой воды, которая не позволяет охлаждать антифриз и, соответственно, охладить воздух. В тоже время, существует возможность использования КВОУ в летний период для охлаждения воздуха при замене сетевой воды на воду с более низкой температурой. В системе водоснабжения ПГУ имеется исходная вода с постоянной начальной температурой (8-9)°С, химически неочищенная, имеющая высокую жесткость, поэтому ее использование для охлаждения антифриза возможно только при условии снижения скорости образования накипи на теплообменных поверхностях пластинчатого теплообменника для охлаждения антифриза. Использование исходной воды для охлаждения антифриза позволяет снизить температуру наружного воздуха, подаваемого в компрессор, на (10-12)°С и довести мощность ГТУ в летнее время до 41,5 МВт (т. е. снизить потерю мощности на (43%).

При этом, использование в зимнее время для нагрева антифриза сетевой водой предлагаемого пластинчатого теплообменника, обеспечивающего интенсификацию теплопередачи, позволяет снизить расход сетевой воды и таким образом также повысить эффективность ГТУ ПГУ.

Предлагаемый способ и устройство можно использовать, как в конструкциях изготавливаемых, так и действующих пластинчатых теплообменников. Частота и амплитуда пульсаций зависят от производительности теплообменника, скорости потоков теплообменивающихся сред, а также характеристик вставок 20 и упругих элементов 21, которые определяют опытным путем.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство позволяют использовать в летний период исходную воду с высокой жесткостью для охлаждения антифриза в пластинчатом теплообменнике КВАОУ ГТУ, интенсифицировать теплопередачу и снизить скорость образования накипи и отложений на его теплообменных поверхностях без серьезной переделки вышеупомянутого теплообменника за счет создания пульсаций и дополнительной турбулизации потоков жидкости в каналах 11, в результате чего повышается эффективность пластинчатого теплообменника и, в конечном итоге, обеспечивается значительное повышение мощности ГТУ.

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для нагрева и охлаждения газов и жидкостей в различных отраслях народного хозяйства, а именно, для интенсификации процесса теплопередачи и снижения скорости образования накипи в теплообменниках ГТУ. Изобретение заключается в том, что создают дополнительные вихревые структуры и пульсации, образующиеся по всему сечению потока в щелевых каналах, которые возникают в результате вибрации корпуса теплообменника. В пластинчатом теплообменнике, содержащем прижимные плиты, пакет теплообменных пластин, выполненных с регулярным рельефом вогнутостей, с входным и выходным отверстиями на каждой пластине для взаимно чередующихся щелевых каналов, объединенных своими входными и выходными коллекторами, соединенными с подающими и выходными трубопроводами через гибкие вставки, а нижние торцы прижимных плит снабжены упругими элементами, соединенными с опорной плитой. Технический результат - повышение эффективности способа использования исходной воды при охлаждении хладагента ГТУ и пластинчатого теплообменника. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ использования исходной воды при охлаждении хладоагента ГТУ, содержащий подачу и вывод потоков жидкостей в щелевые каналы через соответствующие пары входных и выходных отверстий в каждой пластине, равномерное распределение потоков по ширине упомянутых каналов, турбулизацию потоков путем создания движения жидкости на поверхностях с регулярным рельефом вогнутостей, отличающийся тем, в щелевых каналах создаются дополнительные вихревые структуры и пульсации, образующиеся по всему сечению потока, которые возникают в результате вибрации корпуса теплообменника.

2. Пластинчатый теплообменник по п. 1, содержащий установленный между прижимными плитами пакет теплообменных пластин, выполненных с регулярным рельефом вогнутостей, с канавками, в которые уложены уплотнительные прокладки, с входным и выходным отверстиями на противоположных краях каждой пластины для взаимно чередующихся щелевых каналов с противоположными направлениями для движения их жидкостей и объединенных соответственно своими входными и выходными коллекторами, отличающийся тем, что входные и выходные коллекторы соединены с подающими и выходными трубопроводами через гибкие вставки, а нижние торцы прижимных плит снабжены упругими элементами, соединенными с опорной плитой.