Система отвода конденсата от парового теплообменника Российский патент 2023 года по МПК F28B1/00 F28B9/08 

Изобретение относится к тепловой технике, в частности к теплообменным устройствам поверхностного типа, в которых в качестве греющего теплоносителя используется водяной пар и они оснащаются системами отвода конденсата, содержащими конденсатоотводчики.

Паровые теплообменники технологического назначения работают обычно в условиях переменных тепловых нагрузок, что связано с непостоянством расходов нагреваемых теплоносителей и температур их нагрева. При этом возникают трудности отвода конденсата греющего пара от теплообменников, так как устанавливаемые на конденсатных линиях конденсатоотводчики имеют ограниченный и достаточно узкий диапазон производительности, который может не соответствовать диапазону изменения тепловой нагрузки. Значительны потери с пролетным паром из-за часто неэффективной работы конденсатоотводчиков и с вторичным паром, образующимся из потока конденсата при снижении его давления на пути следования от теплообменника до сборного конденсатного бака.

В известной системе отвода конденсата от паровых теплообменников поверхностного типа (Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. М. - Л.: Энергия, 1966. С.233, рис. 8-10) входящий в ее состав конденсатоотводчик расположен на уровне выпускного патрубка или ниже выпускного патрубка парового теплообменника. Конденсат выпускается с температурой соответствующей температуре насыщения при давлении греющего пара в паровом пространстве теплообменника. Потери с пролетным и вторичным паром при этом велики и при работе с переменными тепловыми нагрузками могут составлять 25-30% от расхода греющего пара.

В известной пароконденсатной системе с установленными на подающем паровом и выпускном конденсатном трубопроводах автоматических регулирующих органов (Патент 184017 РФ, МПК F28В 1/00, опубл. 11.10.2018) возможна работа теплообменника с заливом части площади поверхности теплопередачи конденсатом и тем самым за счет образующегося внутри корпуса теплообменника гидрозатвора исключить потери с пролетным и вторичным паром. Недостатком известной пароконденсатной системы является трудность согласования между собой работы автоматических регулирующих органов при воздействии на них разных управляющих сигналов - температуры нагрева в теплообменнике технологического продукта для регулятора на линии подачи пара и температуры выпускаемого конденсата для регулятора на конденсатной линии. Известная пароконденсатная система сложна в управлении обслуживающим персоналом.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является система отвода конденсата от парового теплообменника, включающая в себя поплавковый конденсатоотводчик, конденсатный трубопровод, соединяющий выпускной патрубок парового теплообменника с поплавковым конденсатоотводчиком, трубку, соединяющую паровые пространства поплавкового конденсатоотводчика и парового теплообменника (Печенегов Ю.Я., Грачева Ю.А., Денисов В.А. Повышение энергетической эффективности паровых теплообменников // Энергобезопасность и энергосбережение. №2. 2018. С.23, рис. 3) - прототип. В известном устройстве поплавковый конденсатоотводчик установлен выше выпускного патрубка парового теплообменника. Так как давление в соединенных между собой полостях парового пространства теплообменника и конденсатоотводчика, в соединяющей их трубке и конденсатном трубопроводе одинаковое, то на высоте размещения поплавкового конденсатоотводчика при работе парового теплообменника устанавливается уровень слоя конденсата греющего пара. Нижняя часть теплопередающей поверхности со стороны пространства теплообменника при этом оказывается залитой конденсатом. Слой конденсата в нижней части парового пространства теплообменника создает гидравлический затвор, препятствующий проходу пролетного пара в конденсатный трубопровод. Контактируя с теплопередающей поверхностью парового теплообменника в слое залива, конденсат охлаждается и поступает в конденсатный трубопровод с температурой меньшей, чем температуры насыщения греющего пара. Выпуск конденсата из парового теплообменника в переохлажденном состоянии позволяет уменьшить или полностью исключить образование и потери вторичного пара. Недостатком является то, что в процессе работы нет возможности изменять высотное расположение поплавкового конденсатоотводчика и тем самым изменять положение уровня конденсата в паровом пространстве теплообменника для обеспечения переменных тепловых нагрузок.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в создании возможности изменять уровень слоя залива конденсата в паровом пространстве теплообменника в процессе его работы.

Поставленная задача решается тем, что система отвода конденсата от парового теплообменника, включающая в себя поплавковый конденсатоотводчик, конденсатный трубопровод, соединяющий выпускной патрубок парового теплообменника с поплавковым конденсатоотводчиком, трубку, соединяющую паровые пространства поплавкового конденсатоотводчика и парового теплообменника, выполнена с установленным на конденсатом трубопроводе запорным органом, параллельно с конденсатным трубопроводом установлены два или больше байпасных трубопроводов, расположенных на разной высоте относительно друг друга и снабженных запорными органами с возможностью пропуска по ним отводимого конденсата и изменения уровня слоя конденсата.

В отличие от известного устройства, наличие запорных органов на конденсатом трубопроводе и на байпасных трубопроводах, установленных параллельно с конденсатным трубопроводом и возможностью пропуска по ним отводимого конденсата и изменения уровня слоя конденсата, и размещение конденсатного и байпасных трубопроводов на разной высоте относительно друг друга дает возможность за счет пропуска конденсата по тому или иному трубопроводу устанавливать на соответствующей высоте уровень слоя залива конденсата в процессе работы парового теплообменника. В условиях работы теплообменника давление в соединенных между собой полостях парового пространства теплообменника и конденсатоотводчика, в соединяющей их трубке и конденсатном трубопроводе одинаковое, и поэтому открытие одного при закрытых других запорных органах на конденсатном и байпасных трубопроводах дает возможность изменять высоту гидравлического затвора, создаваемого конденсатом в слое залива. Уровень слоя конденсата в теплообменнике будет соответствовать высоте расположения того байпасного трубопровода, через который осуществляется пропуск конденсата при открытом запорном органе. Следовательно, путем переключения потока выпускаемого конденсата для пропуска по расположенным на разной высоте байпасным трубопроводам обеспечивается изменение уровня слоя конденсата в теплообменнике и изменение зависящей от уровня слоя конденсата передаваемой тепловой мощности в паровом теплообменнике, исключается выход пролетного пара и в определенной степени - вторичного пара.

Таким образом, отличительные признаки изобретения позволяет решить поставленную задачу.

Технический результат настоящего изобретения заключается в упрощении и улучшении регулирования парового теплообменника и устранения потерь с пролетным и вторичным паром.

В известных системах отвода конденсата от парового теплообменника для изменения уровня слоя залива конденсата используются сложные управляющие и регулирующие органы с механическим приводом и невысокой надежностью.

На фиг.1 показана предлагаемая система отвода конденсата от парового теплообменника.

Система отвода конденсата от парового теплообменника состоит из поплавкового конденсатоотводчика 1, который соединен с выпускным патрубком 2 парового теплообменника 3 конденсатным трубопроводом 4. На конденсатном трубопроводе 4 установлен запорный орган 5. Параллельно конденсатному трубопроводу 4 установлены на разной высоте друг относительно друга байпасные трубопроводы 6, снабженные запорными органами 7. Паровое пространство 8 теплообменника 3 соединено с паровым пространством поплавкового конденсатоотводчика 1 трубкой 9. При работе парового теплообменника 3 в нижней части его парового пространства 8 образуется слой конденсата 10, который на своей высоте контактирует с частью площади поверхности теплопередачи 11.

Работа предлагаемой системы отвода конденсата от парового теплообменника осуществляется следующим образом.

В зависимости от необходимой величины передаваемой тепловой мощности в паровом теплообменнике 3 открывается один из запорных органов 5 или 7. При этом другие запорные органы должны быть закрыты. Конденсат перемещается только по трубопроводу с открытым запорным органом. На высоте размещения трубопровода с открытым запорным органом устанавливается уровень слоя конденсата 10 в паровом пространстве 8 теплообменника 3. На фиг.1 показан уровень слоя конденсата, соответствующий пропуску конденсата по второму снизу байпасному трубопроводу 6. Пропуская конденсат по тому или другому трубопроводу 4 или 6 за счет открытия и закрытия соответствующих запорных органов 5 или 7, можно изменять уровень слоя конденсата 10 так, чтобы была обеспечена требуемая тепловая нагрузка парового теплообменника 3.

Наличие слоя залива конденсатом части площади поверхности теплопередачи 11 кроме того, что устраняет потери с пролетным и вторичным паром, за счет переохлаждения конденсата позволяет уменьшить расход подаваемого в теплообменник греющего пара на 10 - 30% по отношению к работе теплообменника с выпуском конденсата при температуре насыщения пара.

Предлагаемая система отвода конденсата легко монтируется на действующих паровых теплообменниках. При этом затраты на ее установку окупаются за весьма короткий промежуток времени.

Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества:

- повышенная надежность и эффективность работы;

- устранение потерь с пролетным и вторичным паром;

- расширение возможности и упрощение регулирования парового теплообменника при его работе с переменной тепловой нагрузкой.

Изобретение относится к тепловой технике, в частности к теплообменным устройствам поверхностного типа, в которых в качестве греющего теплоносителя используется водяной пар и они оснащаются системами отвода конденсата, содержащими конденсатоотводчики. Система отвода конденсата от парового теплообменника, включающая в себя поплавковый конденсатоотводчик, конденсатный трубопровод, соединяющий выпускной патрубок парового теплообменника с поплавковым конденсатоотводчиком, трубку, соединяющую паровые пространства поплавкового конденсатоотводчика и парового теплообменника, выполненную с установленным на конденсатном трубопроводе запорным органом, параллельно с конденсатным трубопроводом установлены два или больше байпасных трубопровода, расположенных на разной высоте относительно друг друга и снабженных запорными органами, с возможностью пропуска по ним отводимого конденсата и изменения уровня слоя конденсата. Технический результат – регулирование уровня слоя залива конденсата в паровом пространстве теплообменника в процессе его работы. 1 ил.

Система отвода конденсата от парового теплообменника, включающая в себя поплавковый конденсатоотводчик, конденсатный трубопровод, соединяющий выпускной патрубок парового теплообменника с поплавковым конденсатоотводчиком, трубку, соединяющую паровые пространства поплавкового конденсатоотводчика и парового теплообменника, отличающаяся тем, что на конденсатном трубопроводе установлен запорный орган, параллельно с конденсатным трубопроводом установлены два или больше байпасных трубопровода, расположенных на разной высоте относительно друг друга и снабженных запорными органами, с возможностью пропуска по ним отводимого конденсата и изменения уровня слоя конденсата.