CS254774B1

CS254774B1 - Water-cooled water vapour condenser

Info

Publication number: CS254774B1
Application number: CS855485A
Authority: CS
Inventors: Jiri Machacek; Vaclav Michal
Original assignee: Jiri Machacek; Vaclav Michal
Priority date: 1985-07-25
Filing date: 1985-07-25
Publication date: 1988-02-15
Also published as: CS548585A1

Abstract

Řešení se týká vzduchem chlazeného kondensátoru vodní páry, uzpůsobeného k použití zejména v oblastech s nízkými teplotami venkovního vzduchu. Sestává z horní a spodní komory a svazku teplosměnných a dochlazovacích trubek. Horní komora je rozdělena na vstupní a výstupní část, přičemž vstupní část horní komory je opatřena plynotesným uzávěrem, který umožňuje oddělení části teplosměnných trubek a v důsledku toho jejich funkční změnu na trubky dochlazovací. Vstupní část horní komory je přitom opatřena potrubím s uzavíracím ventilem, které je spojeno s potrubím pro obvod inertů.The solution concerns air cooled a water vapor condenser adapted to especially in areas with low temperatures outdoor air. It consists of a top and lower chamber and bundle of heat exchange and aftercooling pipes. The upper chamber is divided into input and output portions, with the inlet portion of the upper chamber is provided gas-tight seal that allows separating a portion of the heat transfer tubes and the v consequently their functional change to aftercooling tubes. Upper entrance section the chamber is provided with a shut-off pipe valve which is connected to the pipe for the inert circuit.

Description

Vynález se týká vzduchem chlazeného kondenzátoru vodní páry juzpůsobeného k použití zejména v oblastech s možnými nízkými teplotami venkovního vzduchu·The invention relates to an air-cooled water vapor condenser adapted to be used in particular in areas with possible low outside air temperatures.

U dosud známých vzduchem chlazených kondenzátorů probíhá kondenzace uvnitř teplosměnných trubek, které jsou na vnější straně ochlazovány nucené proudícím vzduchem. Trubky jsou uspořádány v souběžných řadách a jsou chladícím vzduchem protékány ve směru kolmém k podélné ose trubkového svazku. Teplosměnné trubky jsou na obou koncích zaústěny do společných komor a jsou na straně přívodu vzduchu opatřeny příčnými žebry, která zvětšují teplosměnnou plochu oproti hladkým trubkám obvykle o 1.500 až 2.000 %· Jednotlivé řady trubek jsou uspořádány svisle anebo jsou umístěny v šikmé poloze, popř. dva protilehlé svazky trubek tvoří sestavu ve tvaru písmene A. Pára se přivádí do horní komory kondenzátoru a proudí vnitřním prostorem trubek směrem dolůjza současné kondenzace. Kondenzát stéká v souproudu s parou rovněž směrem dolů do společné sběrné spodní komory, z níž se odvádí k opětnému použití. Za jednotlivými řadami teplosměnných trubek ve směru toku vzduchu anebo paralelně k nim může být kromě toho zařazena další jedna nebo více řad trubek,určených k dochlazování inertních plynů a k dokončení kondenzace zbytků páry. Tato řada dochlazovacích trubek je na dolní straně zaústěna do komory společné i pro teplosměnné trubky takovým způsobem, že inertní plyny a zbytky páry vystupující z teplosměnných trubek mění v komoře svůj směr, vstupují do dochlazovacích trubek a proudí jejich vnitřním prostorem ve směru odspodu nahoru, přičemž zbytky páry v dochlazovacích trubkách kondenzuji. Kondenzát stéká do společné spodní komory, odkud se opět odvádí. Inertní plyny jsou odsávány ze samostatné horní komory dochlazovacích trubek. Za řadami teplosměnných trubek se dále ve směru toku vzduchu umisťují ručně nebo dálkově ovladatelné žaluzie, kterými lze přivírat neboIn the prior art air-cooled condensers, condensation takes place inside the heat exchange tubes, which are externally cooled by forced air. The tubes are arranged in parallel rows and flow through the cooling air in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the tube bundle. The heat exchanger tubes are connected to the common chambers at both ends and have transverse ribs on the air inlet side which increase the heat exchanger surface by 1.500 to 2.000% compared to plain tubes. two opposed tube bundles form an A-shaped assembly. The steam is fed into the upper condenser chamber and flows through the inner space of the tubes towards the bottom of the current condensation. The condensate also flows downstream of the steam into the common collecting lower chamber from which it is discharged for reuse. In addition, one or more rows of tubes may be provided downstream of the individual rows of heat exchange tubes in the direction of or in the direction of the air flow, to cool the inert gases and complete the condensation of the steam residues. This line of aftercooling tubes is downstream of the chamber common to the heat exchanger tubes in such a way that the inert gases and steam residues exiting the heat exchanger tubes change their direction, enter the aftercooling tubes and flow through their interior space from bottom to top, I condense the steam residues in the aftercooling tubes. The condensate flows into the common lower chamber, where it is discharged again. The inert gases are extracted from a separate upper chamber of the aftercooling tubes. In addition, manually or remotely controlled louvers are placed downstream of the rows of heat exchange tubes, which can be closed or

254 774 úplně zavřít průtočný průřez chladicího vzduchuj a tím regulovat jeho možství. Tyto žaluzie se používají zejména při sestavování protilehlých svazků do sestavy ve'tvaru písmene ”A”. V tomto případě jsou žaluzie umístěny nad svazky teplosměnných trubek a lze jich použít vedle regulace množství vzduchu i k zamezení vnikání deště, sněhu a nečistot z ovzduší při odstavení kondenzátoru. Hlavním nedostatkem popsaných kondenzátorů je nerovnoměrné kondenzace páry v jednotlivých řadách teplosměnných trubek, ve směru toku vzduchu· V první řadě teplosměnných trubek,obtékané relativně nejstudenějším vzduchem,kondenzuje zpočátku největší množství páry a trubky této řady mají největší hydraulický odpor.254 774 completely close the flow cross section of the cooling air and thus regulate its capacity. These blinds are used in particular when assembling opposing bundles into a "A" shaped assembly. In this case, the blinds are placed above the bundles of heat exchange tubes and can be used in addition to air volume control to prevent rain, snow and air contaminants from entering the condenser. The main drawback of the described condensers is the uneven condensation of steam in the individual rows of heat transfer tubes, downstream. In the first row of heat transfer tubes, bypassing relatively cold air, initially the largest amount of steam condenses and the tubes of this row have the greatest hydraulic resistance.

V poslední řadě,obtékané již ohřátým vzduchem,kondenzuje zpočátku nejmenší množství páry a trubky této řady mají nejmenší hydraulický odpor· Jsou proto i rozdílné tlaky páry na dolních koncích uvedených řad trubek v místě jejich zaústění do společné spodní komory, které způsobují zpětný tok páry spodními otvory první (přední) řady trubek· Zatímco tato vniklá pára postupně kondenzuje, inertní plyny obsažené v páře nemohou být z trubek odsávány, vzhledem k uvedeným tlakovým poměrům se shromažďují v těchto trubkách a tvoří stabilní “plynné kapsy, které zadržují i kondenzát· Části teplosměnných trubek zaplněných inertními plyny a kondenzátem se nemohou zúčastnit kondenzačního procesu, způsobují při středních teplotách venkovního vzduchu snížení kondenzačního výkonu a při nízkých teplotách vzduchu se v nich nashromážděný kondenzát ochlazuje, zamrzá a trubky praskají· K odstranění těchto nedostatků se proto trubky navrhují tak, aby kondenzace byla ukončena u všech za sebou jdoucích řad trubek ve stejné výši, a to co nejblíže k místu dolního zaústění trubek do sběrací komory kondenzátoru, čímž bude využito maxima teplosměnné plochy trubek kondenzát ořu. Tohoto efektu se dosahuje jednak postupným zmenšováním průřezu trubek v jednotlivých za sebou umístěných řadách, jednak zvětšováním teplosměnné plochy trubek jednotlivých řad ve směru proudění vzduchu, dále postupným zmenšováním rozteče žeber v jednotlivých řadách trubek, změnou rozteče žeber podél jednotlivých trubek, umístěním klapek, popř. clon v místech zaústění rozdělovačů páry do jednotlivých trubek, změnou podtlaku u jednotlivých řad trubek a instalací parních ejektorů pro odsávání inertních plynů pro každou řadu trubek zvlášť. Mění se tedy buá množstvíIn the last row, bypassing the already heated air, the smallest amount of steam condenses initially and the tubes of this series have the least hydraulic resistance. · There are also different steam pressures at the lower ends of the tube series at their mouth into the common lower chamber holes of the first (front) row of tubes · While this ingressed steam condenses gradually, the inert gases contained in the steam cannot be extracted from the tubes, due to the pressure ratios they accumulate in these tubes and form stable "gas pockets that retain condensate" pipes filled with inert gases and condensate cannot take part in the condensation process, they cause condensation performance to be reduced at medium outdoor air temperatures, and at low air temperatures the accumulated condensate cools, freezes and the pipes burst. In order to avoid these deficiencies, the tubes are designed so that condensation is terminated at the same level for all successive rows of tubes, as close as possible to the point of lower entry of the tubes into the condenser collection chamber, thereby utilizing the maximum heat exchange surface of the condensate tubes. This effect is achieved by gradually decreasing the cross-section of the tubes in the individual rows, increasing the heat exchange surface of the individual rows in the direction of the air flow, further decreasing the rib spacing in the individual rows of tubes, changing the rib spacing along the individual tubes. orifices at the points where the steam distributors enter the individual pipes, varying the vacuum at each pipe row, and installing steam ejectors to extract inert gases for each pipe row separately. Thus, either quantity varies

- 3 254 774 páry protékající jednotlivými řadami trubekj nebo teplopměnný povrch trubek tak, aby kondenzace v některých řadách byla částečně potlačena. Tato řešení však přinášejí s^ebou nové nevýhody, které spočívají především v náročnosti a složitosti výroby a v nutnosti výroby širokého sortimentu žebrovaných trubek s různými roztečemi a různými průřezy. Při zrněná rozteče žeber podél jedné trubky nelze použít vysoce výkonné technologie pro navíjení žeber, ale méně výkonného navlékání žeber s osazením, tzv. L - žeber, při němž hrozí nebezpečí, že při opakovaném ohřevu a ochlazení trubky, např. při odstavení kondenzát oru, dojde ke zmenšení pevnosti styku mezi žebrem a trubkou, a tím i ke snížení přestupu tepla. Výrobně náročné je rovněž umístění clon, dýz nebo klapek do rozdělovače páry, popř. jednotlivých trubek. Tyto elementy způsobují také nárůst tlakové ztráty při průtoku páry,a tím i nutnost zvýšeného výkonu parních ejektorových odsavačů páry. Použití ejektorů u každé jednotlivé řady pak opět zvyšuje složitost ovládání odsávacího ejektorového systému, spotřebu páry na pohon ejektorů i zvýšení investičních nákladů.- 3,254,774 vapor flowing through the individual rows of tubes or the heat exchange surface of the tubes so that condensation in some rows is partially suppressed. However, these solutions bring about new disadvantages, which consist primarily in the difficulty and complexity of production and in the need to produce a wide range of ribbed tubes with different pitches and cross sections. With the rib spacing along one tube, high-performance rib winding technologies cannot be used, but less powerful rib-type threading, the so-called L-ribs, can result in repeated condensation heating and cooling, this reduces the strength of the contact between the fin and the tube, thereby reducing heat transfer. The production of orifice plates, nozzles or dampers in the steam distributor or in the steam distribution system is also difficult to manufacture. individual tubes. These elements also cause an increase in the pressure drop during the steam flow and hence the need for increased output of the steam ejector hoods. The use of ejectors for each individual row again increases the complexity of the operation of the exhaust ejector system, the consumption of steam to drive the ejectors and the increase in investment costs.

Uvedené nevýhody odstraňuje vzduchem chlazený kondenzátor vodní páry podle vynálezu, uzpůsobený k použití zejména v oblastech s možnými nízkými teplotami venkovního vzduchu, který sestává z horní a spodní komory a ze svazku teplosměnných a dochlazovacích trubek umístěných za sebou ve směru proudění chladicího vzduchu, přičemž teplosměnné i dochlazovací trubky jsou na spodním konci zaústěny do společné spodní komory opatřené hrdlem pro odvod kondenzátu, zatímco horní komora je rozdělena na dvě části, přičemž do první, vstupní části jsou zaústěny teplosměnné trubky a vstupní hrdlo páry a do druhé, výstupní části jsou zaústěny dochlazovací trubky a potrubí pro odvod inertů a jehož podstata spočívá v tom, že první, vstupní část horní komory je opatřena nejméně jedním plynotěsným uzávěrem a v úrovni poslední řady teplosměnných trubek ve směru proudění chladícího vzduchu je opatřena potrubím, v němž je umístěn uzavírací ventil, přičemž toto potrubí je spojeno s potrubím pro odvod inertů.The above-mentioned disadvantages are overcome by the air-cooled water vapor condenser according to the invention, adapted especially for use in areas with low outside air temperatures, which consists of an upper and a lower chamber and a bundle of heat exchange and aftercooling tubes arranged one after the other. the aftercooling tubes are connected at the lower end to a common lower chamber equipped with a condensate outlet, while the upper chamber is divided into two parts, with the heat exchanger tubes and the steam inlet opening into the first inlet part and the cooling outlet tubes into the second outlet part and an inert gas discharge conduit, the first inlet portion of the upper chamber being provided with at least one gas-tight closure and provided at the level of the last row of heat exchange tubes in the direction of cooling air flow. The pipeline is connected to an inert discharge line.

2S4 7742S4 774

Plyu běsným odpojením části horní komory se dosáhne funkční změny jedné nebo více řad teplosměnných trubek v trubky dochlazovací a v důsledku toho musí veškerá pára přiváděná do kondenzátoru projít zbývajícími teplosměnnými trubkami a při tomto profouknutí jsou z teplosměnných trubek odstraněny i zadržené inertní plyny a kondenzát.By gasly disconnecting a portion of the upper chamber, one or more rows of heat transfer tubes are cooled into a coolant tube, and consequently all the steam supplied to the condenser must pass through the remaining heat exchange tubes and the inert gas and condensate retained are removed from the heat exchange tubes.

U vzduchem chlazených kondenzátorů vodní páry je často vhodné uspořádání trubek kondenzátoru ve tvaru písmene A”. V tomto případě sestává vzduchem chlazený kondenzátor ze svazků souběžných teplosměnných a dochlazovacích trubek. Velikost vrcholového úhlu sestavy se volí podle velikosti použitého ventilátoru a podle celkové dispozice zařízení.In the case of air-cooled water vapor condensers, an A-shaped condenser tube arrangement is often appropriate. In this case, the air-cooled condenser consists of bundles of parallel heat exchange and aftercooling tubes. The size of the top angle of the assembly is chosen according to the size of the fan used and the overall layout of the device.

Příkladné provedení vzduchem chlazeného kondenzátoru vodní páry podle vynálezu je znázorněno na připojených výkresech, kde obr. 1 představuje svislý podélný řez kondenzátorem při zapojení dvou řad teplosměnných trubek a jedné řady dochlazovacích trubek, obr. 2 představuje svislý podélný řez kondenzátoru při zapojení jedné řady teplosměnných trubek a dvou řad dochlazovacích trubek.An exemplary embodiment of an air-cooled water vapor condenser according to the invention is shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a vertical longitudinal section of a condenser with two rows of heat exchange tubes and one row of aftercooling tubes. and two rows of aftercooling tubes.

Vzduchem chlazený kondenzátor vodní páry v provedení podle obr. 1 znázorňuje zapojení kondenzátoru při středních teplotách venkovního vzduchu. Sestává ze dvou souběžných řad teplosměnných trubek , jedné řady dochlazovacích trubek 2, vstupní části horní komory, opatřené hrdlem 6, pro přívod páry, spodní komory 4, opatřené hrdlem 2 pro odvod kondenzátu, výstupní části £ horní komory, dále plynotěsného uzávěru 11. ve vstupní části 2 horní komory, potrubí £ s uzavíracím ventilem 10 a potrubí 8 pro odvod inertů. Péra se přivádí hrdlem 6 pro přívod páry do vstupní části J horní komory kondenzátoru a rozděluje se do dvou řad teplosměnných trubek J.· řlynotěsný uzávěr 11 je otevřen. Vnitřním prostorem teplosměnných trubek J. protéká pára směrem dolů za současné kondenzace. Kondenzát stéká soupr^clně do spodní komory 4, která je společná jak pro teplosměnné trubky tak pro dochlazovací trubky 2. Ze spodní komory 4 je kondenzát odváděn hrdlem 2 pro odvod kondenzátu k opětnému použití. Inert- 5 254 774 ní plyny a zbytky páry proudí ze spodní komory χ směrem nahoru vnitřním prostorem dochlazovacích trubek 2, ve kterých zkondenzuje zbytek páry a kondenzát stéká zpět do spodní komory X, odkud je odváděn spolu s hlavními podíly hrdlem χ pro odvod kondenzátu, zatímco inertní plyny ochlazená v dochlazovacích trubkách 2 jsou odsávány ze samostatné výstupní části χ horní komory potrubím 8 pro odvod inertů. Potrubí £ je vyřazeno z činnosti uzavřením uzavíracího ventilu 10.The air-cooled water vapor condenser of the embodiment of Fig. 1 shows the condenser wiring at medium outdoor air temperatures. It consists of two parallel rows of heat exchange tubes, one row of aftercooling tubes 2, an inlet part of the upper chamber provided with a neck 6 for steam supply, a lower chamber 4, provided with a neck 2 for condensate discharge, an outlet part 6 of the upper chamber, a gas-tight closure 11. the inlet part 2 of the upper chamber, the line 8 with the shut-off valve 10 and the line 8 for the inert removal. The spring is fed through the steam inlet 6 to the inlet portion J of the upper condenser chamber and is divided into two rows of heat exchange tubes J. The seal 11 is open. Steam flows downwardly through the interior of the heat exchange tubes 1 with simultaneous condensation. The condensate flows downwardly into the lower chamber 4, which is common to both heat exchange tubes and aftercooling tubes 2. From the lower chamber 4, the condensate is discharged through a condensate outlet 2 for re-use. The inert gases and steam residues flow from the lower chamber χ upwardly through the internal space of the aftercooling tubes 2, in which the steam residue condenses and the condensate flows back into the lower chamber X, where it is discharged together with the main portions. while the inert gases cooled in the aftercooling tubes 2 are sucked from a separate outlet portion χ of the upper chamber through a line 8 for inert removal. The pipe 8 is disabled by closing the shut-off valve 10.

Vzduchem chlazený kondenzátor v provedení podle obr. 2 znázorňuje zapojení kondenzátoru při poklesu teploty venkovního vzduchu. Kondenzátor je op&třen jednou řadou teplosměnných trubek χ a dvěma řadami dochlazovacích trubek 2.. Změny funkce jedné řady trubek z teplosměnné na dochlazovací je dosaženo uzavřením plynotěsného uzávěru 11 a otevřením uzavíracího ventilu 10.The air-cooled condenser of the embodiment of Fig. 2 shows the condenser connection when the outside air temperature drops. The condenser is supported by one row of heat exchange tubes χ and two rows of aftercooling tubes 2. A change in the function of one row of tubes from the heat exchanger to the aftercooling is achieved by closing the gas-tight closure 11 and opening the shut-off valve 10.

Pára se opět přivádí hrdlem 6 pro přívod páry do vstupní části J. horní komory, odkud vstupuje do vnitřního prostoru teplosměnných trubek χ a protéká směrem dolů za současné kondenzace. Kon denzát stéká souproudně do spodní komory χ, z níž je odváděn hrdlem χ pro odvod kondenzátu k opětnému použití· Inertní plyny a zbytky páry proudí ze spodní komory χ vnitřním prostorem dvou řad dochlazovacích trubek 2 nahoru. V obou řadách dochlazovacích trubek 2 zkondenzuje zbytek páry a kondenzát stéká zpět do spodní komory χ, odkud je odváděn společně s hlavními podíly k dalšímu použití. Inertní plyny ochlazené v dochlazovacích trubkách 2 jaou odsávány jednak z oddělené vstupní části 12 horní komory potrubím 2 Přes otevřený uzavírací ventil 10. jednak z výstupní části % horní komory potrubím 8 pro odvod inertů. Oddělení vstupní části 12 horní komory může být provedeno také klapkou nebo poklopem, který vytvoří ve vstupní části X, resp. 12 kanál společný pro celou řadu dochlazovacích trubek 2.. Ovládání plynotěsného uzávěru 11 a uzavíracího ventilu 10 může být provedeno dálkově. Signálem pro přepojení kondenzátoru při provozu za středních a nízkých teplot venkovního vzduchu je postupné zvyšování kondenzačního tlaku na určitou hodnotu. Při eliminování ostatních příčin, které mohou toto zvyšování tlaku způsobit, je tento jev informací, že dochází k hromadění inertních plynů a kondenzátu v teplosměnných trubkách.The steam is again fed through the steam inlet 6 to the inlet part J of the upper chamber, from where it enters the interior of the heat exchange tubes χ and flows downwards with simultaneous condensation. The condensate flows downstream into the lower chamber χ, from which it is discharged through the condensate outlet χ for re-use. · Inert gases and steam residues flow from the lower chamber χ through the inner space of two rows of aftercooling tubes 2 upwards. In both rows of aftercooling tubes 2, the remainder of the steam condenses and the condensate flows back into the lower chamber χ, where it is discharged together with the main components for further use. The inert gases cooled in the aftercooling tubes 2 are exhausted from the separate inlet portion 12 of the upper chamber via line 2 through the open shut-off valve 10 and from the outlet portion% of the upper chamber through line 8 for inert gas removal. The inlet section 12 of the upper chamber can also be separated by a flap or a hatch which forms in the inlet section X and the inlet section 12 respectively. 12 is common to a plurality of aftercooling tubes 2. The control of the gas-tight closure 11 and the shut-off valve 10 can be performed remotely. The signal for condenser switching when operating at medium and low outside air temperatures is to gradually increase the condensation pressure to a certain value. By eliminating the other causes that this pressure increase may cause, this phenomenon is an indication that inert gases and condensate accumulate in the heat exchange tubes.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

254 774

An air-cooled water vapor condenser adapted to be used, in particular, in areas with possible low outdoor air temperatures, consisting of an upper and a lower chamber and a stack of heat exchange and coolant tubes arranged one behind the other. provided with a condensate discharge port, while the upper chamber is divided into two portions, the first inlet portion receiving the heat exchange tube and the steam inlet port and the second, outlet portion receiving the cooling tube and the inert gas discharge port, the upper chamber part (3) is provided with at least one gas-tight closure (11) and at the level of the last row of heat exchange tubes (1) is provided with a conduit (9) in which a shut-off valve (10) is located; with piping (8) for inert gas discharge.