Теплообменник Советский патент 1992 года по МПК F28D7/00 

Изобретение относится к тепловым процессам нагревания, охлаждения, испарения, конденсации и устройствам для их реализации, конкретно к теплообменным аппаратам со слоем зернистого материала.

Известен кожухотрубный теплообменник в корпусе которого размещен пучок труб, в межтрубном пространстве засыпан слой мелкозернистого материала, Корпус выполнен с раширением в верхней части, имеет карманы для слива жидкого теплоносителя, штуцеры для ввода и вывода среды трубного пространства, а также для ввода и вывода жидкого теплоносителя. Жидкий теплоноситель подается через распределитель, выполненный в виде перфорированной пластины.

Известен способ предотвращения образования отложений на внутренних поверхностях аппаратов, который реализуется на устройствах следующей конструкции. В трубном пространстве вертикального теплообменника размещают зернистый материал, приводимый в псевдоожиженное состояние восходящим потоком теплоносителя. Каждая труба в таком аппарате в нижней части снабжена устройством распределения теплоносителя. Для исключения уноса зернистого материала из трубного пространства предусматривается расширение верхних участков каждой трубы трубного пучка.

Известен также теплообменный аппарат, содержащий кожух и установленный в нем пучок теплообменных труб, подключенных к раздающему коллектору, снабженному подводящим патрубком, расположенным по оси пучка труб. Подводящий патрубок снабжен диффузором. В раздающем коллекторе, которым является нижняя крышка, и трубном пучке помещен зернистый материал. Над трубным пучком установлена ограничительная сетка и выполнены карманы. Теплообменный аппарат имеет расширение в верхней части.

Недостатком подобных аппаратов является уменьшение их эксплуатационной надежности, связанное с уносом зернистого материала из аппарата при увеличении скорости подачи теплоносителя. Это вызывает необходимость изготовления дополнительных устройств для распределения подачи теплоносителя на входе в аппарат, расширения верхних участков каждой трубы трубного пучка или верхней части корпуса и установки ограничительной сетки, что усложняет конструкцию и затрудняет ее техническое обслуживание.

Наиболее близким к предлагаемому является теплообменник, в корпусе которого

в трубных досках закреплен пучок вертикальных труб одного диаметра, а в межтрубном пространстве расположен подводящий коллектор в виде пучка труб, диаметр когорых превышает диаметр другой части пучка

Недостатком данного теплообменника

является то, что при размещении в трубах

зернистого материала в нем невозможно

организовать его циркуляцию между труба0 ми различного диаметра, что уменьшаем эксплуатационную надежность аппарата.

Цель изобретения - повышение экспл - атационной надежности при размещении в трубах промежуточного зернисто; о ь.атери5 ала.

Поставленная цель достигается тем, что в теплообменнике, содержащем кожух и закрепленный в трубных досках пучок вертикальных труб, часть из которых имеет

0 диаметр, превышающий диаметр другой ча- сти пучка, и патрубки подвода и отвода сред трубного и межтрубного пространств, трубы большего диаметра расположены по периферии пучка, при этом диаметр

5 указанных труб превышает в 2-4 раза диаметр труб, расположенных в центральной части пучка, а суммарная площадь попереч ного сечения труб большего диаметра равна суммарной площади поперечного сечения

0 труб меньшего диаметра.

На фиг. 1 общий вид; на фиг 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Теплообменный аппарат состоит из кожуха 1 с патрубками подвода и отвода теп5 лоносятеля межгрубного пространства, тетлос оменного пучка с трубами меньшего 2 и большего диаметра 3 (см. фиг 2), расположенных по периферии трубного пучка, подводящего патрубка 4 теплоноси0 теля в трубное пространство, снабженного отражательным колпачком 5, верхней крышки 6 с отводящим теплоноситель патрубком и нижней крышки 7, являющейся приемной камерой и раздающим коллектором тепло5 носителя и зернистого материала. Зернистый материал 8 размещен в трубном пространстве и приемной камере теплообменника.

Теплообменный аппарат работает сле0 дующим образом.

Один из теплоносителей подается в межтрубное пространство, Второй теплоноситель подается в трубное пространство с зернистым материалом. Наибольший коэф5 фициент теплоотдачи при псевдоо/ижении зернистого материала обеспечивается при порозности слоя, равной е 0,7-0,8. Такая порозность достигается при двух- и трехкратном расширении слоя соответственно Поэтому зернистый материал загружается в

аппарат в количестве, необходимом для полного заполнения приемной камеры и заполнения на 40-50% по высоте труб тепло- обменного пучка. При подаче через подводящий патрубок теплоносителя зернистый материал в трубах приводится в псевдоожиженное состояние, занимая при штатной рабочей скорости всю высоту труб большего диаметра, а в трубах меньшего диаметра граница уровня зернистого материала располагается несколько ниже, Этот режим работы проходит при оптимальной средней порозности, равной е 0,75, и обеспечивает высокий коэффициент теплопередачи со стороны зернистого материала,

При превышении регламентного расхода теплоносителя часть зернистого материала начинает выноситься из труб большего диаметра, так как при одинаковом гидравлическом сопротивлении в трубах различного диаметра, обусловленном их объединением в общий коллектор верхней и нижней крышками, в трубе с большим диаметром скорость теплоносителя больше, чем в трубе с меньшим диаметром. Вынесенные частицы зернистого материала вследствие резкого уменьшения скорости потока осаждаются на поверхность трубной решетки и попадают в трубы с меньшим диаметром, где уровень зернистого материала не достигает верхнего края трубы. Дополнительное количество зернистого материала, попавшего в трубы с меньшим диаметром, увеличиаая общий вес слоя в трубе, приводит к его опусканию и избыточное количество частиц зернистого материала вытесняется из нижней части трубы в приемную камеру (нижнюю крышку). Оттуда частицы засасываются в трубы с большим диаметром. Таким образом, возникает циркуляция частиц зернистого материала, что предотвращает их унос из аппарата, причем в самих трубах сохраняется порозность зернистого слоя в оптимальных пределах е 0,7-0,8 и она не зависит от скорости подачи теплоноситепя, Увеличение скорости подачи теплоносителя увеличивает только скорость циркуляции зернистого материала,

Диаметр больших труб должен превышать диаметр меньших труб в 2-4 раза. Левая граница интервала обусловлена тем, что при da/di 2, где di - диаметр меньшей трубы, da - диаметр большей трубы, разность скоростей в трубах незначительна. Поэтому становится малой разность уровней псевдоожиженных слоев в трубах и цир- куляция материала неустойчива. С увеличением отношения d2/di интенсивность циркуляции в трубах увеличивается,

так как увеличивается разность уровней и соответственно разность порозностей материала в трубах. При d2/di 4 порозность слоя в большей трубе становится больше

е 0,8, а в меньшей - меньше е 0,7, что приводит к ухудшению теплоотдачи.

Так как количество зернистого материала, циркулирующего в системе (через большие и малые трубы), должно быть по0 стоянным, то площадь проходных сечений больших и малых труб должна быть равной. При размещении труб большего диаметра по периферии обеспечивается дополнительное увеличение разности скоростей

5 движения теплоносителя в трубах с большим и меньшим диаметром за счет направления отражательным колпачком основного потока теплоносителя к периферии. Следствием этого является увеличение разностей

0 уровней зернистого материала, что улучшает и стабилизирует его циркуляцию.

В процессе эксплуатации в трубах теп- лообменных аппаратов образуется накипь и водный камень, откладывается ил, расти5 тельность, что значительно увеличивает гидродинамическое сопротивление проточной части теплообменного аппарата и повышает термическое сопротивление теплопередачи. В результате необходимо чистить аппа0 рат через каждые 2-4 мес. Псевдоожижение обеспечивает непрерывную очистку трубок, следствием чего является высокая и стабильная интенсивность теплообмена По сравнению с прототипом, предлагаемое

5 устройство обеспечивает исключение уноса зернистого при увеличении расхода теплоносителя, что повышает эксплуатационную надежность. Кроме того, устройство просто в изготовлении и удобно при эксплуатации.

0

Формула изобретения Теплообменник, содержащий кожух, закрепленный в трубных досках пучок вертикальных труб, часть из которых имеет

5 диаметр, превышающий диаметр другой части пучка, и патрубки подвода и отвода сред трубного и межтрубного пространств, о т- личающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности при раз0 мещении в трубах промежуточного зернистого материала, трубы большего диаметра расположены по периферии пучка, при этом диаметр указанных труб превышает в 2-4 раза диаметр труб, расположенных

5 в центральной части пучка, а суммарная площадь поперечного сечения труб большего диаметра равна суммарной площади по- перечного сечения труб меньшего диаметра.

J

J

Использование: теплообменные устройства различного назначения. Сущность изобретения: в кожухе 1 размещен пучок вертикальных труб разного диаметра. Трубы большего диаметра 3 расположены по периферии пучка и их диаметр превышает Е 2-4 раза диаметр труб 2, расположенных в центральной части пучка. В трубах 2 и 3 размещен промежуточный зернистый материал. 2 ил. Јь ю

фиг 2