CS244173B1

CS244173B1 - Steam-heated vertical water heater

Info

Publication number: CS244173B1
Application number: CS846370A
Authority: CS
Inventors: Josef Martoch; Vladimir Krizek; Vladimir Kugler; Josef Travnicek; Stanislav Merta
Original assignee: Josef Martoch; Vladimir Krizek; Vladimir Kugler; Josef Travnicek; Stanislav Merta
Priority date: 1984-08-23
Filing date: 1984-08-23
Publication date: 1986-07-17
Also published as: CS637084A1

Abstract

U provedení svislého ohříváku vody vytápěného parou, se zvýšeným využitím výhřevné plochy, efektivním průtokem topné páry od pláště ohříváku k jeho ose, je vložena trubka odvod kondenzátu topné páry a v tomto nejchladnějším prostoru je výhodně umístěna trubka pro odvod nezkondenzovatelných plynů,'které by jinak využití výhřevné plochy snižovaly. Prostor odvodu kondenzátu a teplosměnných trubek je výhodně opatřen směšovacím chladičem páry. Předmětný ohřívák je technologicky dobře řešen, co do koncepce omezuje možnost trubkové vibrace a konečně umožňuje vysoké ohřátí vody. Řešení je možno využít v klasické i jaderné energetice.In the design of a vertical water heater heated by steam, with increased utilization of the heating surface, effective flow of heating steam from the heater shell to its axis, a pipe is inserted for draining the condensate of the heating steam and in this coldest space a pipe is preferably placed for draining non-condensable gases, which would otherwise reduce the utilization of the heating surface. The space for draining the condensate and heat exchange tubes is preferably equipped with a mixing steam cooler. The heater in question is technologically well designed, in terms of concept it limits the possibility of tube vibration and finally enables high water heating. The solution can be used in both classical and nuclear power.

Description

Vynález se týká svislého ohříváku vody vytápěného parou se zvýšeným využiti· výhřevné ploáhy, zlepšenou funkcí, který je koncepčnětechnologicky výhodný.The invention relates to a vertical steam-water heater with an increased utilization of the heating surface, an improved function which is conceptually advantageous in technology.

V energetických zařízeních jsou ve značném rozsahu používány ohříváky vody s ohřevem vody v trubkovém teplosměnném svazku a kondenzací topné páry v mezitrubkovém prostoru· Podle využití, velikosti, teplotního a tlakového zatížení jsou konstruovány a vyráběny jako svislé nebo ležaté s teplosměnnou plochou tvořenou přímými trubkami zakotvenými v pevných trubkovnicích nebo v jedné trubkovnici pevné a v jedné plovoucí· Při větších rozdílech mezi teplotou ohřívané vody na vstupu a na výstupu jsou používány tzv. ohříváky vlásemkové, v nichž je teplosměnná plocha tvořena svazkem teplosměnných trubek (vlésenek) ohnutých do tvaru písmene U” s oběma konci zakotvenými v jedné trubkovnioi· Vodní komora připojená k trubkovnici je opatřena rozváděči vestavbou zabezpečující rozdělení vody do jednotlivých trubkových tahů. Trubkovým tahem se zde rozumí část trubek teplosměnného trubkového svazku, ve kterých ohřívající se voda proudí v jednom směru a jednotlivé trubkové tahy jsou v teplosměnném svazku zapojeny za sebou. Známé provedení svislého ohříváku vody/používaného jako ohříváku regeneračního nebo ohříváku pro teplofikační účely/sestává ze svislého válcového tělesa nahoře opatřeného klenutým víkem a dole horizontální trubkovnicí s připojenou vodní komorou· Teplosměnná plocha je tvořena svazkem teplosměnných trubek ohnutých do tvaru obráceného písmene U* svými konci zakotvených v trubkovnici a ohybem směřujících nahoru. U dvoutahového provedení je prostor vodní komory rozdělen rozváděči vestavbou tvořenou svislou rovinnou stěnou v oso vodní komory na dvě poloviny, vstupní a výstupní prostor.Teplosměnné trubky zaúslují jedním koncem do vstupního a druhým koncem do výstupního prostoru komory a vytváří tak dva trubkové tahy, vstupní trubkový tah a výstupní trubkový tak navzájem propojené U-ohyby teplosměnných trubek. V příčném řezu teplosměnného svazku vyplňujíWater heaters with water heating in a tube heat exchange bundle and condensation of heating steam in the inter-tube space are used extensively in power installations. · Depending on the use, size, temperature and pressure loads, they are designed and manufactured as vertical or horizontal with a heat exchange surface • In the case of larger differences between the temperature of the heated water at the inlet and at the outlet, the so-called hairpin heaters are used, in which the heat transfer surface is formed by a bundle of heat exchange tubes (cushions) bent to the shape of U ”s · The water chamber connected to the tube plate is fitted with a distribution board ensuring the distribution of water into individual tube ducts. By tube pull is meant here a portion of the tubes of the heat exchange tube bundle in which the heated water flows in one direction and the individual tube pulls are connected in series in the heat exchange tube. A known embodiment of a vertical water heater (used as a regenerative heater or a heater for heating purposes) consists of a vertical cylindrical body topped with an arched lid and a horizontal tubesheet with a water chamber attached at the bottom. anchored in the tube sheet and bending upwards. In the two-pass design, the water chamber space is divided into two halves by a distribution plane consisting of a vertical planar wall in the axis of the water chamber, the inlet and outlet compartments. The heat transfer tubes connect one end to the inlet chamber and the other end into the outlet chamber. the tension and the outlet tube thus interconnected the U-bends of the heat exchange tubes. In the cross-section of the heat transfer bundle

244 173 trubky každého z trubkových tahů plochu půlkruhu. U čtyřtahového provedení je jedna z polovin vodní komory rozdělena další svis lou rovinnou stěnou na dva kvadranty sloužící ke vstupu a výstupu ohřívané vody.V příčném řezu teplosměnným svazkem vyplňují trubky každého ze čtyř trubkových tahů plochu čtvrtkruhu. Mezi jednotlivými trubkovými tahy jsou neotrubkované prostory sloužící k zabudování nosného systému teplosměnného svazku a dvou odvodňovacích trubek. Topná pára je do prostorů ohříváku přivedena nátrubkem umístěným ve středu horního klenutého víka, vstupuje bajednou do všech trubkových tahů, a to jednak z prostoru mezi teplosměnným svazkem a pláštěm a jednak z neotrubkovaných prostorů mezi jednotlivými trubkovými tahy. Kondenzát vzniklý na teplosměnných trubkách je sváděn sběracími plechy do odvodnovacích trubek zaústěných pod hladinou kondenzátu v ohříváku· Sběraoí plechy jsou rozloženy v několika horizontálních rovinách po výšce teplosměnného svazku, v každé rovině jsou dva sběrací plechy půlkruhového tvaru· prostoru mezi jednotlivými trubkovými tahy je umístěna trubka odvodu nezkondenzovatelných plynů. Odvod kondenzátu je proveden nátrubkem v plášti ohříváku umístěným pod úrovní hladiny kondenzátu v ohříváku. ^voda vstupuje do vstupního prostoru vodní komory, proudí jednotlivými trubkovými tahy, ohřívá se a z výstupního prostoru vodní komory je odváděna z ohříváku. Kromě výhod plynoucích z poměrné výrobní jednoduchosti a ověřené technologie výroby má výše popsaný ohřívák vody řadu funkčních nevýhod. Mezi tyto nevýhody patří zejména neuspořádané proudění páry v mezitrubkovém prostoru teplosměnného svazku (nejsou zde vytvořeny mezitrubkové tahy pro definované prouděni páry) vedoucí k vytváření, míst s nulovou rychlostí páry a tedy k hromadění nezkondenzovatelných plynů uvnitř teplosměnného svazku mající za následek značné snížení výkonu ohříváku. Uspořádání teplosměnného svazku a vestavby nevytváří dostatečné podmínky pro existenci definovaného prostoru s nejvýiším parciálním tlakem nezkondenzovatelných plynů. Znač né rozmezí použitých poloměrů ohybů u jednotlivých trubkových řad má za následek u vnějších trubkových řad (nepodepřený trubkový ohyb činí kolem 3 m) zvýšenou možnost vibrací trubek a dále značné rozdíly mezi celkovou délkou jednotlivých trubek ( 2 až 3 m) jsou z teplotechnického í výrobního hlediska nevýhodné.244 173 tubes of each of the tube moves a semicircle area. In the four-pass design, one of the water chamber halves is divided by another vertical planar wall into two quadrants for the entry and exit of the heated water. In a cross-section of the heat exchange bundle, the tubes of each of the four tube moves fill the quadrant area. Between the individual pipe strokes there are un-piped spaces used for the installation of the supporting system of the heat exchange bundle and two drainage pipes. The heating steam is brought into the heater spaces by means of a sleeve located in the center of the upper arched lid, it enters into all the tubular tracts, both from the space between the heat exchanger bundle and the sheath and from the non-tubular spaces between the individual traces. Condensate formed on heat transfer tubes is led by collecting plates into drain pipes leading to the condensate level in the heater. The collecting plates are distributed in several horizontal planes along the height of the heat transfer bundle, in each plane there are two collecting plates of semicircular shape. discharge of non-condensable gases. The condensate is drained through a sleeve in the heater jacket located below the condensate level in the heater. ^{in the} oda it enters the inlet chamber of the water chamber, flows through the individual pipe strokes, is heated and is discharged from the outlet chamber of the water chamber from the heater. In addition to the advantages of comparative manufacturing simplicity and proven manufacturing technology, the water heater described above has a number of functional disadvantages. These disadvantages include, in particular, the disordered steam flow in the inter-tube space of the heat exchange package (no inter-tube strokes for defined steam flow are created) resulting in zero vapor velocity sites and thus accumulation of non-condensable gases within the heat exchange package. The arrangement of the heat exchange bundle and the installation do not create sufficient conditions for the existence of a defined space with the highest partial pressure of non-condensable gases. The large range of bending radii used for individual pipe rows results in increased pipe vibration for the outer pipe rows (unsupported pipe bend is about 3 m) and further significant differences between the total length of individual pipes (2 to 3 m) disadvantageous.

244 173244 173

Další nevýhodou je nesymetrické pevnostní namáhání trubkovnice vlivem teplotního rozdílu mezi vodou ve vstupním a výstupním pros toru vodní komory, a proto je omezeno ohřátí vody.Another disadvantage is the unbalanced strength stress of the tube sheet due to the temperature difference between the water in the inlet and outlet spaces of the water chamber, and therefore the heating of the water is limited.

Uvedené nevýhody odstraňuje a výhody ponechává svislý ohřívák vody vytápěný parou padle vynálezu· ^eho podstata spočívá v tom, že prostor odvodu kondenzátu z teplosměnného svazku/vytvo* řený po jeho výšce ve střední neotrubkované části ohříváku/je obklopen dvěma nebo vlče soustřednými trubkovými tahy, vstupním trubkovým tahem a výstupním trubkovým tahem, propojených ze strany vody ve směru od osy ohříváku k jeho plášti a prostor vytvořený mezi vstupním trubkovým tahe* a pláštěm ohříváku je vstupním prostorem páry, do sběracími plechy vytvořených paralelních horizontálních mezitrubkových tahů, propojených a nátrubkem páry. Prostor odvodu kondenzátu z teplosměnného svazku je výhodná opatřit směšovacím chladičem páry umístěným ve směru od oay ohříváku před první řadu teplosměnných trubek vstupního trubkového tahu. Prostor odvodu kondenzátu je dále opatřen jedinou centricky umístěnou odvodňovací trubkou a alespoň jednou trubkou odvodu nezkondenzovatelných plynů se vstupními otvory zaústěnými do vnitřního prostoru směšovacího chladiče· ^yála je výhodná vyvést kondenzát z ohříváku středovým otvorem v trubkovnici·The vertical water heater heated by the steam of the present invention eliminates these disadvantages and is based on the fact that the condensate drainage area (formed over its height in the central non-tubular part of the heater) is surrounded by two or more concentric pipe strokes. the inlet tubing and outlet tubing connected from the water side in the direction of the heater axis to its jacket, and the space formed between the inlet tubing and the heater jacket is the steam inlet space into the collecting plates formed by parallel horizontal inter-tubular moves interconnected with the steam nozzle. It is advantageous to provide a condensate drain from the heat exchange bundle with a mixing steam cooler located downstream of the heater in front of the first row of inlet pipe draft heat transfer tubes. Condensate space is further provided with a single centrally positioned drainage tube and at least one exhaust pipe-condensable gases with the inlet ducts to the interior of the mixing cooler · ^y ala is advantageous to lead the condensate from the heater central opening in the tubesheet ·

Svislý ohřívák vody vytápěný parou provedený podle vynálezu optimalizuje vzájemné prouděni topné páry a ohřívaná vody· Topná pára vstupuje z prostoru mezi pláštěm a výstupním trubkovým tahem do horizontálních tahů tvořených sběracími plechy, proudí radiálně od obvodu ke středu teploeměnnáho trubkového svazku mezi teplosměnnými trubkami jednotlivých trubkových tahů ve směru od výstupního ke vstupnímu trubkovému tahu · Zbytky nezkondenzované páry spolu s nezkondenzovatelnými plyny proudí dále do prostoru směšovacího chladiče páry, kde převážná část zbylé páry zkondenzuje a je zde tedy vytvořen prostor s vysokou koncentrací nezkondenzovatelných plynů, který vytváří předpoklady pro vysokou účinnost odvodu nezkondenzovatelných plynů. R_adiální proudění topné páry se zmenšujícím se průtočným průřezem páry daným soustředným uspořádáním trubkových tahů zabezpečuje udržení rychlosti páry a zamezuje vzniku prostoru s hromaděním nezkondenzovatelných plynů a toto proudění je dál· podporován· činností směšovacího chladiče páry· 244 173The steam-heated vertical water heater according to the invention optimizes the mutual flow of heating steam and heated water. The steam from the space between the jacket and the outlet pipe draft enters the horizontal collecting plate strokes, flows radially from circumference to the center of the heat exchange tube bundle between the heat transfer tubes in the direction from the outlet to the inlet pipe draft · Residues of non-condensed steam together with non-condensable gases continue to flow into the mixing condenser where the majority of the remaining steam condenses and thus creates a space with high concentration of non-condensable gases. of gases. R _and diurnal flow of heating steam with decreasing steam flow cross-section due to the concentric arrangement of the pipe strokes ensures the maintenance of steam velocity and prevents the formation of space with accumulation of non-condensable gases and this flow is further supported by operation of the mixing steam cooler

Chladicím médiom směšovacího chladiče páry jo část podchlazeného kondenzátu odebraného ze sběracích plechů. Yýhodou chladiče páry jako koncového stupně při kondenzaci páry oproti povrchovému jo jeho účinnost téměř nezávislá na koncentraci nezkondenzovatelných plynů v tomto prostoru· Další výhodou je sníženi nebezpečí vibrací u nepodepřených ohybů trubek, jejichž dálka v· srovnáni so stávajícím typem ohříváku je 3 sž 4 krát kratší· Pevnostní přídavné namáháni trubkovnice vlivem rozdílných teplot vody v jednotlivých prostorách vodní komory a trubkových tazích jo výhodnější než u stávajícího typu, nebol teplotní pole trubkovnice je osově souměrné, álo uspořádáni teplotního svazku spolu se středovým odvodem kondenzátu z ohříváku dává dobrá předpoklady pro zabudováni účinného podchlazovačo kondenzátu do prostoru nad trubkovnici·The cooling medium of the mixing steam cooler is part of the supercooled condensate taken from the collecting plates. Advantage of the steam cooler as an output stage in steam condensation versus surface heat exchanger, its efficiency is almost independent of the concentration of non-condensable gases in this space. Another advantage is to reduce the risk of vibration in unsupported pipe bends of 3 to 4 times shorter. · Strength additional stress of the tube plate due to different water temperatures in individual water chamber spaces and tube ducts is more advantageous than the current type, because the temperature field of the tube plate is axially symmetrical, but the arrangement of the temperature bundle together with central condensate condensate into the space above the tube plate ·

Přiklad provedeni svislého ohříváku vody vytápěného parou padle vynálezu je uveden na přiložených výlcrecedi· Na obr· 1 jo schematicky znázorněn podélný řez svislým ohřívákem vody. Na obr.2 je znázorněn příčný řez.An exemplary embodiment of a vertical water heater heated by the steam of the present invention is shown in the accompanying drawings. A longitudinal section of the vertical water heater is shown schematically in FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view.

Svislý ohřívák vody sestává ze svislého válcového tělesa JL tvořeného obvodovým pláštěm £, horním klenutým víkem 3, trubkovnicí £ v dolní části tělesa JL a k ní přilehlou vodní komorou £· Toplosaěnný svazek 6,zakotvený v trubkovnici 4,je tvořen teplosměnnými trubkami 7 ohnutými do tvaru obráceného písmene U a uspořádanými do dvou soustředných trubkových tahů vstupního 8 trubkového tahu a výstupního 9 trubkového tahu, symetricky umístěnými, kolem středního nootrubkovaného prostoru ohříváku, který je prostorem 10 odvodu kondenzátu z topíosměnného svazku· Prostor 10 odvodu kondenzátu je opatřen centricky umístěnou odvodnovaoí trubkou 11 a dálo je opatřen směšovacími chladičem 13 páry umístěným ve směru od osy ohříváku před první řadu 13 toplosměnných trubek vstupního 8 trubkového tahu· Do prostoru.směšovacího chladiče 12 páry zaúelujl vstupní otvory 14 trubky 15 odvodu nezkondenzovatelných plynů· Prostor mezi teplosměnným svazkem 6 a pláštěm 2 je vstupním prostorem 16 páry do sběracími plochy 17 vytvořených paralelních horizontálních mezitrubkových 18 tahů.propojenýchThe vertical water heater consists of a vertical cylindrical body 11 formed by a peripheral sheath 6, an upper arched lid 3, a tubesheet 6 at the bottom of the body 11 and an adjacent water chamber 6. inverted U and arranged in two concentric tubular draws of the inlet 8 pipe draft and the outlet 9 pipe draft, symmetrically positioned around the central nootubed space of the heater, which is the condensate drain space 10 of the heater beam. and further provided with a mixing steam cooler 13 located downstream of the heater axis in front of the first row 13 of the inlet pipe 8 of the tubular draft. Inlet chamber 14 of the exhaust pipe 15 has not been condensed into the space of the mixing steam cooler 12. · The space between the heat exchanger bundle 6 and the housing 2 is the steam inlet space 16 into the collecting surface 17 formed by parallel horizontal inter-tube 18 strokes.

244 173 s nátrubkem 19 topné páry umístěným centricky v horní» klenutém víku 3. Mezi zaústění nátrubku 19 topné páry a vstupní prostor 16 topné páry do mezitrubkových 18 tahů je vls^žena rozváděči vestavba 20 topné páry. ^vodní komora 5 je rozdělena přepážkou 21 tvaru dutého válce na vstupní prostor 22 a výstupní prostor 23 vodní komory· Konce teplosměnných trubek vstupního trubkového tahu 8 zaúslují do vstupního prostorů 22 vodicí komory a konce teplosměnných trubek výstupního trubkového tahu 9 zaúslují do výstupního prostoru 23 vodní komory· Teplosměnné trubky vstupního trubkového tahu 8, jsou propojeny s teplo směnnými trubkami výstupního trubkového tahu £ svými ohyby 24»244 173 with a heating steam connection 19 positioned centrally in the upper »domed lid 3. Between the opening of the heating steam connection 19 and the heating steam inlet space 16 into the inter-tube 18 strokes, there is a distributor 20 for heating steam. ^{in the} chamber 5 is divided by a hollow cylindrical partition 21 into the inlet chamber 22 and the outlet chamber 23 of the water chamber. The ends of the heat transfer tubes of the inlet pipe draft 8 engage in the inlet spaces 22 of the guide chamber and the ends of the heat transfer tubes chambers · Inlet pipe draft heat transfer tubes 8 are connected to the outlet pipe draft heat exchange tubes 8 by their bends 24 »

Topná pára 25 vstupuje do ohříváku nátrubkem 19 topné páry a je rozvedena rozváděči vestavbou 20 topné páry do vstupního prostoru 16 topné páry mezitrubkových tahů 18, Topná pára proudí těmito tahy radiálně do prostoru 10 Odvodu kondenzátu a postup ně kondenzuje na teplosměnných trubkách· Kondenzát 26 takto vznik lý se dělí na dvě části, první část kondenzátu stéká po teplosměn ných trubkách 7 do nižšího mezitrubkového tahu a část stéká po povrchu sběracích plechů 17, podchlazuje se a je jimi sváděna do rozváděčích žlabů 27 směšovacího chladiče 12 páry opatřených otvory 28, z nichž volnými proudy vytéká, ohřívá se zbytky nezkondezované páry a je zachycována a sváděna sběracími žlaby 29 do odvodňovací trubky 11 zaústěné pod hladinu 30 kondenzátu nad trubkovnici 4. Od.tud je kondenzát odváděn středovým otvorem 31 v trubkovnici 4 a napojeným nátrubkem 32 kondenzátu z ohříváku· Nezkondenzovatelné plyny jsou odváděny trubkou 15 odvodu nezkondenzovatelných plynů. Voda 36 vstupuje vstupním nátrubkem vody 33 do vstupního prostoru 22 vodní komory, proudí teplosměnnými trubkami vstupního trubkového tahu 8 nahoru a teplosměnnými trubkami výstupního trubkového tahu í) proudí dolů a přes výstupní prostor 23 vodní komory a výstupní nátrubek 34 vody vystupuje ohřátá voda z ohříváku.The heating steam 25 enters the heater via the heating steam pipe 19 and is distributed through the heating steam distribution box 20 to the inlet space 16 of the steam steam pipe 18, the heating steam flowing radially into the condensate drain 10 through these strokes. the first part of the condensate flows down the heat exchanger tubes 7 into a lower inter-tube draft and a part flows down the surface of the collecting plates 17, is subcooled and is led through them to the distribution chutes 27 of the mixing steam cooler 12 provided with apertures 28, It flows through the free currents, heats up the residues of uncondensed steam and is collected and led through the collecting trays 29 into the drainage pipe 11, which runs below the condensate level 30 above the tube plate 4. Nezkonde The recoverable gases are discharged through a non-condensable gas discharge pipe 15. The water 36 enters the water inlet nipple 33 into the water chamber inlet 22, flows through the inlet pipe draft tube 8 and the outlet pipe draft tube heat exchanger tubes 16 flows downward, and through the water chamber outlet space 23 and the water outlet tube 34 the heated water exits the heater.

Pro zabezpečení opravitelnosti při případných poruchách těsnosti teplosměnné plochy je vodní komora opatřena snímatelnými průlezovými víky 35.The water chamber is provided with removable manhole covers 35 to ensure repairability in the event of leakage failure of the heat transfer surface.

Claims

A steam-heated vertical water heater, characterized in that the condensate drainage space (10) formed from its height in the central, non-tubular part of the heater is surrounded by two or more concentric tubing strokes, an inlet tubing (8) g an outlet pipe thrust (0) interconnected from the water side in the direction from the heater axis to its housing (2) and the space formed between the outlet pipe thrust (9) and the housing (2) is the heating steam inlet (16) into the collecting surface ( 17) created parallel horizontal inter-tube thrusts (18), interconnected and with a steam connection (19) ·

2. A vertical steam-heated water heater according to claim 1, characterized in that the condensate discharge space (10) from the heat-exchange tube bundle (6) is provided with a steam mixing cooler (12) located in front of the heater ace (13). Inlet pipe draft heat transfer tubes (8) *

Vertical steam heater according to claim 1, characterized in that the condensate discharge space (10) is provided with a single centrally located drainage tube (11).

A steam-heated vertical water heater according to Claims 1 and 2, characterized in that the condensate discharge space (10) of the heat-exchange tube bundle (6) is provided with at least one non-condensable gas discharge tube (15) with inlets (14) space of the mixing steam cooler (12).

A steam-heated water heater according to claim 1, characterized in that the heat exchange tube bundle (6) is anchored in a tube plate (4) provided in its central opening (421) for the condensate drain (26).