Способ интенсификации теплообмена в сетевых и регенеративных теплообменных аппаратах Российский патент 2025 года по МПК F01K13/00 F28F13/18 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано при эксплуатации сетевых и регенеративных теплообменных аппаратов для интенсификации теплообмена.

Известны «Способ и устройство для интенсификации конденсации пара в паротурбинном энергогенерирующем блоке» (см. патент RU №2185517 С2, МПК F01K 13/02, опубл. 20.07.2002, бюл. №20), заключающиеся в том, что в период эксплуатации паротурбинной установки в режиме работы при подаче пара от парогенератора, включающего паровую турбину, приводимую в действие указанным паром и образующую отходящий пар, представляющий собой влажный нар, и конденсатор, включающий множество теплообменных труб, для интенсификации конденсации пара создают внутри соединительного канала, который соединяет паровую турбину и конденсатор, электрическое поле так, что указанное электрическое поле находится на пути движения отходящего влажного пара турбины. Электрически заряженные капли воды, содержащиеся в указанном отходящем паре турбины, отклоняются указанным электрическим полем, что изменяет течение указанного отходящего пара турбины и снижает турбулентность, и разрушаются, образуя множество мелких капелек, которые служат зародышами для внутренней конденсации, что обеспечивает интенсификацию теплообмена в конденсаторе и увеличивает выработку энергии указанным генерирующим блоком.

Недостатком этого технического решения является его низкая эффективность, поскольку по многочисленным работам известно, что снижение диаметра капель конденсирующего пара при определенных условиях может обеспечить незначительное увеличение коэффициента теплоотдачи, при этом режим конденсации остается пленочным.

Известен «Способ интенсификации конденсации пара в конденсаторе паротурбинной установки» (см. патент RU 2492332 С1, МПК F01K 13/00, опубл. 10.09.2013, бюл. №25), заключающийся в том, что при эксплуатации, состоящей из чередующихся режимов работы и регламентных работ паротурбинной установки, в режиме работы при подаче пара от парогенератора, включающего паровую турбину, вал которой соединен с генератором, приводимую в действие указанным паром и образующую влажный пар, и конденсатор, включающий теплообменные трубы, внутри которых циркулирует холодная вода по контуру конденсатор - система оборотного водоснабжения, образующийся на внешних поверхностях трубок конденсат возвращается в пароводяной контур паротурбинной установки насосом, затем переводят на режим регламентных работ путем отключения подачи пара от парогенератора, остановки турбины и генератора, гидравлических отключений конденсатора от турбины, циркуляционного насоса, системы оборотного водоснабжения, отличающийся тем, что в режиме регламентных работ подключают внешний источник пара, источник горячей химически обессоленной воды к конденсатору, подключают установку приготовления эмульсии ПАВ к линии подключения источника пара к конденсатору, формируют на внешней металлической поверхности трубок моно- или полимолекулярную пленку октадециламина путем ввода смешанной и подогретой водной эмульсии ПАВ в паровую среду с температурой 120°С и выше, подаваемой в конденсатор.

Недостатком этого способа является низкая эффективность интенсификации теплообменных процессов в конденсаторе паротурбинной установки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Способ интенсификации конденсации пара в конденсаторе паротурбинной установки» (см. патент RU 2602653, МПК F01K 13/00, опубл. 20.11.2016, бюл. №32), заключающийся в том, что при эксплуатации паротурбинной установки, характеризующейся чередующимися режимами работы и простоя, в период простоя конденсатор с межтрубным и внутритрубным пространствами и очищенными от отложений латунными трубками отключают от системы оборотного водоснабжения и подключают к внутритрубному пространству конденсатора внешний источник горячей химически обессоленной воды, к межтрубному пространству конденсатора источник пара, подключают к установке приготовления эмульсии ПАВ источник ПАВ и источник горячей химически обессоленной воды, отличающийся тем, что подключают источник горячей химически обессоленной воды к межтрубному пространству конденсатора, подают в межтрубное и внутритрубное пространства конденсатора горячую химически обессоленную воду и высококонцентрированную эмульсию ПАВ, выдерживают эмульсию с концентрацией 20÷60 мг/кг в квазистатических условиях в течение 8÷12 часов и ее дренируют.

Недостатком этого технического решения является возможность его реализации только на паротурбинных установках, работающих в конденсационном режиме и необходимость обработки как межтрубного, так и внутритрубного пространства конденсатора для исключения образования отложений на внутренней поверхности трубок.

Технической задачей изобретения является расширение его функциональных возможностей, связанное с эксплуатацией сетевых и регенеративных теплообменных аппаратов.

Техническим результатом изобретения является снижение расхода топлива на выработку электрической энергии и увеличение выработки электрической энергии.

Это достигается способом интенсификации теплообмена с использованием водной эмульсии поверхностно-активных веществ (ПАВ) в кожухотрубном теплообменном аппарате, заключающемся в отключении от внешних коммуникаций кожухотрубного теплообменного аппарата, содержащего межтрубное пространство, и модификации теплообменных поверхностей по паровой стороне в период останова теплогенерирующего оборудования, согласно изобретению модификацию теплообменных поверхностей осуществляют на сетевом или регенеративном кожухотрубном теплообменном аппарате при постоянном перемешивании и циркуляции водной эмульсии ПАВ с использованием конденсатного насоса при температуре на 20÷40°С выше, чем температура пара, конденсирующегося при эксплуатации паротурбинной установки.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена блок-схема установки для интенсификации теплообмена с использованием водной эмульсии поверхностно-активных веществ (ПАВ) в теплообменном аппарате, с помощью которой может быть реализован способ интенсификации теплообмена в сетевых и регенеративных теплообменных аппаратах, и приняты следующие обозначения:

1 - источник химически обессоленной воды (ХОВ);

2 - конденсатный насос;

3 - дренажный слив;

4 - межтрубное пространство теплообменного аппарата (ТА);

5 - источник пара;

6 - установка приготовления эмульсии поверхностно-активных веществ (ПАВ);

7 - источник ПАВ.

Способ интенсификации теплообмена в сетевых и регенеративных теплообменных аппаратах может быть реализован с использованием установки, представленной на фиг.

Установка для интенсификации теплообмена с использованием водной эмульсии поверхностно-активных веществ (ПАВ) в кожухотрубном теплообменном аппарате (см. фиг.), который может быть сетевым или регенеративным, с очищенной от отложений трубной системой из латуни или нержавеющей стали, содержащая источник ХОВ 1, например, выполненный в виде бака химически обессоленной воды, соединенный первым выходом с первым входом установки приготовления эмульсии ПАВ 6, например, выполненной в виде емкости для приготовления эмульсии, вторым выходом с первым входом межтрубного пространства ТА 4, источник пара 5, в качестве которого используется пар из паропровода собственных нужд станции, соединенный со вторым входом межтрубного пространства ТА 4, источник ПАВ 7, в виде емкости с ПАВ, соединенный со вторым входом установки приготовления эмульсии ПАВ 6, снабжена конденсатным насосом 2, например, центробежного типа и дренажным сливом 3 в виде дренажной линии трубопровода, при этом конденсатный насос 2 соединен с третьим входом и первым выходом межтрубного пространства ТА 4 трубопроводом, дренажный слив 3 соединен трубопроводом со вторым выходом межтрубного пространства ТА 4, а установка приготовления эмульсии ПАВ 6 соединена с линией соединения межтрубного пространства ТА 4 и конденсатного насоса 2, представляющую собой циркуляционный трубопровод.

Способ интенсификации теплообмена в сетевых и регенеративных теплообменных аппаратах заключается в том, что в период останова теплогенерирующего оборудования производят отключение от внешних коммуникаций теплообменного аппарата, содержащего межтрубное пространство ТА 4, модифицируют теплообменные поверхности по паровой стороне. Формируют на наружных трубках теплообменного аппарата моно- или полимолекулярную пленку ПАВ. Для этого монтируют технологическую схему: соединяют источник ХОВ 1 с межтрубным пространством теплообменного аппарата 4 и установкой приготовления эмульсии 6, соединяют межтрубное пространство теплообменного аппарата 4 с дренажным сливом 3 и конденсатным насосом 2, подключают источник ПАВ 7 к установке приготовления эмульсии ПАВ 6, а выход установки приготовления эмульсии ПАВ 6 к линии соединения межтрубного пространства ТА 4 и конденсатного насоса 2.

Способ реализуют в следующей последовательности. Предварительно, с использованием источника ХОВ 1 и источника ПАВ 7 приготавливают высококонцентрированную эмульсию ПАВ в установке приготовления эмульсии ПАВ 6. Заполняют межтрубное пространство ТА 4 водной эмульсией ПАВ, например, с расчетной концентрацией 20÷60 мг/кг. Для компенсации тепловых потерь и поддержания необходимого уровня температур в межтрубное пространство ТА 4 подают греющий пар с температурой 105÷115°С от источника пара 5. Модификацию теплообменных поверхностей осуществляют при постоянном перемешивании и циркуляции водной эмульсии ПАВ за счет использования конденсатного насоса 2. Опорожнение межтрубного пространства ТА 4 осуществляют через дренажный слив 3.

При этом модификацию теплообменных поверхностей осуществляют при температуре на 20÷40°С выше, чем температура пара, конденсирующегося при эксплуатации паротурбинной установки, и при постоянном перемешивании водной эмульсии ПАВ за счет использования конденсатного насоса. Увеличение температуры при модификации поверхностей необходимо для повышения энергии адсорбции ПАВ, то есть сдвига изотермы адсорбции, которая в свою очередь определяет энергию активации, достаточную для десорбции молекул ОДА с поверхности. Следовательно, осуществление процесса адсорбции при более низких температурах (менее чем на 20°С выше, чем температура пара, конденсирующегося при эксплуатации паротурбинной установки), близких к эксплуатационным, приведет к быстрой десорбции молекул ПАВ в конденсируемый пар и, как следствие, к снижению долговечности покрытия, что подтверждено результатами экспериментальных исследований. С другой стороны, дальнейшее увеличение температуры (более чем на 40°С выше, чем температура пара, конденсирующегося при эксплуатации паротурбинной установки) при модификации поверхностей приводит к значительному увеличению энергозатрат и является экономически нецелесообразным, что согласуется с результатами проведенных режимных испытаний.

В результате использования изобретения достигается экономия ТЭР при выработке электрической энергии за счет гидрофобизации теплообменных поверхностей при формировании пленки ПАВ, обеспечивается переход от пленочного характера конденсации пара к капельному на внешних трубках теплообменного аппарата в процессе эксплуатации теплообменного аппарата, который не вызывает возникновения естественной преграды теплообмену и, таким образом, повышает эффективность конденсации пара. Гидрофобное покрытие ПАВ наносят в виде вещества из класса алифатических пленкообразующих аминов - октадециламина. При ориентированной сорбции молекул ОДА на латунную поверхность углеводородные радикалы формируют так называемый «частокол Лэнгмюра», характеризующийся гидрофобными свойствами. При этом силы когезии воды (силы межмолекулярного взаимодействия) превышают силы адгезии воды к углеводородным радикалам. Способ основан на использовании в качестве ингибитора коррозии поверхностно-активного вещества ОДА, которое с помощью теплоносителя образует на защищаемых поверхностях гидрофобную пленку, предохраняющую металл от коррозии. Модификацию теплообменных поверхностей осуществляют при постоянном перемешивании и циркуляции водной эмульсии ПАВ с использованием конденсатного насоса, который позволяет обеспечить перемешивание эмульсии ПАВ в заполняемом объеме и избежать расслаивания. Так как ОДА обладает более низкой плотностью, чем вода, пленка эмульсии концентрируется в приповерхностной области, что негативно сказывается на сплошности получаемого гидрофобного покрытия. В свою очередь, перемешивание потока водной эмульсии ПАВ, происходящее при циркуляции с использованием конденсатного насоса, обеспечивает высокую гомогенность и равномерное распределение гидрофобной пленки по обрабатываемой теплообменной поверхности сетевого или регенеративного подогревателя.

Расчетным путем доказано, что использование заявленного способа интенсификации теплообмена в сетевых и регенеративных теплообменных аппаратах приводит к снижению расхода топлива на выработку электрической энергии и увеличению выработки электрической энергии (таблица 1).

Использование заявленного изобретения позволяет расширить его функциональные возможности, например, использованием на паротурбинных установках, работающих в теплофикационном режиме, и паротурбинных установках с противодавлением, снизить расход топлива на выработку электрической энергии и увеличить выработку электрической энергии вследствие изменения смачиваемости металлической поверхности (поверхность становится гидрофобной).

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано при эксплуатации сетевых и регенеративных теплообменных аппаратов для интенсификации теплообмена. Техническим результатом изобретения является снижение расхода топлива на выработку электрической энергии и увеличение выработки электрической энергии и достигается способом интенсификации теплообмена с использованием водной эмульсии поверхностно-активных веществ (ПАВ) в теплообменном аппарате, заключающемся в отключении от внешних коммуникаций кожухотрубного теплообменного аппарата, содержащего межтрубное пространство, и модификации теплообменных поверхностей по паровой стороне в период останова теплогенерирующего оборудования, отличающийся тем, что модификацию теплообменных поверхностей осуществляют на сетевом или регенеративном кожухотрубном теплообменном аппарате при постоянном перемешивании и циркуляции водной эмульсии ПАВ с использованием конденсатного насоса при температуре на 20÷40°С выше, чем температура пара, конденсирующегося при эксплуатации паротурбинной установки. 1 ил., 1 табл.

Способ интенсификации теплообмена с использованием водной эмульсии поверхностно-активных веществ (ПАВ) в кожухотрубном теплообменном аппарате, заключающийся в отключении от внешних коммуникаций кожухотрубного теплообменного аппарата, содержащего межтрубное пространство, и модификации теплообменных поверхностей по паровой стороне в период останова теплогенерирующего оборудования, отличающийся тем, что модификацию теплообменных поверхностей осуществляют на сетевом или регенеративном кожухотрубном теплообменном аппарате при постоянном перемешивании и циркуляции водной эмульсии ПАВ с использованием конденсатного насоса при температуре на 20÷40°C выше, чем температура пара, конденсирующегося при эксплуатации паротурбинной установки.