EA014796B1

EA014796B1 - Многоступенчатый испаритель мгновенного вскипания

Info

Publication number: EA014796B1
Application number: EA200802338A
Authority: EA
Inventors: Владимир Сергеевич Петин
Original assignee: Владимир Сергеевич Петин
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2011-02-28
Also published as: EA200802338A1

Abstract

Изобретение относится к области теплоэнергетики и предназначено для подготовки обессоленной воды для восполнения пароводяных потерь на тепловых электростанциях, промышленных котельных и может быть использовано на предприятиях металлургической, химической, фармацевтической промышленности. Многоступенчатый испаритель мгновенного вскипания содержит корпус 1, разделительную перегородку 2, камеры конденсации 3, камеры расширения 4, окна 5, выполненные в разделительной перегородке 2 сепаратора 6, установленного перед окнами 5, теплообменные горизонтальные трубки 7, вертикальные направляющие перегородки 8, снабженные окнами 9 и отверстиями для перетока дистиллята 10, горизонтальную пластину 11, горизонтальную перегородку 12, патрубки для отвода дистиллята 13, патрубки для отвода парогазовой смеси 14, трубную доску 15, патрубки для подвода и отвода испаряемой воды 16, патрубки для перетока испаряемой воды в камеру расширения 17, патрубки подвода и отвода охлаждающей воды в трубную систему камеры конденсации 18, полость 19, образованную трубной доской 15 и перегородками 8 и 12.

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики и предназначено для подготовки обессоленной воды для восполнения пароводяных потерь на тепловых электростанциях, промышленных котельных и может быть использовано на предприятиях металлургической, химической, фармацевтической промышленности.

Известен испаритель мгновенного вскипания, содержащий корпус, камеру расширения и камеру конденсации, разделенные стенкой, в которой закреплен сепаратор, а камера конденсации снабжена пучком горизонтально расположенных теплообменных трубок, патрубками отвода дистиллята и вертикальными перегородками, расположенными за пределами сепараторов (см. описание изобретения Ступень испарителя мгновенного вскипания к евразийской заявке № 200501307, дата подачи заявки 2005.08.26, МПК: Β01Ό 3/06, С02Р 1/04, Β01Ό 1/16, заявитель ЗАО ИКС А).

В известном техническом решении большая часть пространства конденсатора недоступна для парового потока из-за наличия застойных зон, заполненных неконденсирующими газами, что значительно снижает эффективность теплообмена в камере конденсации. Это является причиной низкой экономичности процесса производства обессоленной воды из-за необходимости потребления большого количества теплоносителя для ликвидации недогрева воды, проходящей через теплообменные трубки, а также повышенной концентрации продукта коррозии в дистилляте из-за коррозионных процессов, обусловленных повышенной концентрацией коррозионно-активных газов в застой среде.

Известен испаритель мгновенного вскипания, содержащий корпус, разделительную перегородку, снабженную окнами для прохода пара, сепараторы, камеры расширения, камеры конденсации с горизонтально расположенными теплообменными трубками, вертикальные пластины, плотно соединенные с разделительной перегородкой, корпусом испарителя, потолком и днищем камеры, и направляющие перегородки, расположенные равноудалено по обе стороны от вертикальной пластины, а между собой друг от друга на расстоянии, уменьшающемся по ходу движения пара (см. патент РФ № 2259514 на изобретение Испаритель мгновенного вскипания, дата подачи: 2004.02.12, МПК: Ρ22Ό1/28, патентообладатель: Петин В.С.).

В известном техническом решении задача, связанная с повышением теплообменных характеристик камеры конденсации по сравнению с техническим решением, изложенным в евразийской заявке № 200501307, решена более эффективно. Тем не менее, в известном устройстве часть трубок трубного пучка камеры конденсации при пониженных нагрузках недостаточно эффективно вентилируется паровым потоком, что негативно сказывается на теплообменных характеристиках испарителя, что приводит к снижению его производительности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому техническому решению является конструкция, выполненная по изобретению Многоступенчатый испаритель мгновенного вскипания (см. патент РФ № 2303475, дата подачи: 2005.12.14, МПК: Β01Ό 3/06, С02Р1/04, Β01Ό1/16, патентообладатель Петин В.С.), выбранная в качестве прототипа.

Известное техническое решение содержит корпус, разделительные стенки с окнами для прохода пара и сепараторами, камеры расширения, камеры конденсации, снабженные пучком горизонтально расположенных теплообменных трубок, вертикальные направляющие перегородки, соединенные с разделительной стенкой, расположенной в камере конденсации, днищем и потолком камеры и имеющие каналы для прохода пара, горизонтальные пластины, снабженные каналом для прохода пара, патрубками для отвода дистиллята и паровоздушной смеси.

Недостатками известного технического решения являются:

с одной стороны, повышенное сопротивление пучка теплообменных трубок на начальном участке движения пара после паросепаратора, особенно при работе испарителя в условиях глубокого вакуума, что приводит к потери давления, а, следовательно, к снижению тепловой эффективности работы испарителя, с другой стороны, недостаточно эффективно удаляются неконденсирующиеся газы из полости, расположенной между последней по ходу пара направляющей пластиной и трубной доской, что снижает теплообменные процессы.

Следовательно, это является причиной повышенной коррозии теплообменных трубок, что ведет к повышенному содержанию продуктов коррозии в дистилляте.

Также в известном техническом решении недостаточная эффективность вентиляции теплообменных трубок нижнего ряда трубного пучка из-за отсутствия буферного парового пространства между уровнем дистиллята и нижним рядом теплообменных трубок трубного пучка.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков.

Технический результат заявляемого изобретения состоит в повышении эффективности работы известного многоступенчатого испарителя мгновенного вскипания, в частности в повышении эффективности теплообмена в камере конденсации, снижении коррозионных процессов.

Технический результат достигается тем, что в заявляемом многоступенчатом испарителе мгновенного вскипания, содержащем корпус, разделительные стенки с окнами для прохода пара и сепараторами, камеры расширения, камеры конденсации, снабженные пучком горизонтально расположенных теплооб- 1 014796 менных трубок, вертикальные направляющие перегородки, соединенные с разделительной стенкой, расположенной в камере конденсации, днищем и потолком камеры и имеющие каналы для прохода пара, горизонтальные пластины, снабженные каналом для прохода пара, патрубками для отвода дистиллята и паровоздушной смеси, согласно изобретению в камере конденсации пучок горизонтально расположенных теплообменных трубок размещен относительно потолочной части камеры конденсации на расстоянии а = 0,2-0,4 высоты (11) сепаратора, а относительно днища на расстоянии Ь = 1,1-1,5 диаметра патрубка отвода дистиллята, при этом вертикальные направляющие перегородки в нижней части снабжены отверстиями для перетока дистиллята, а полости, образованные трубной доской и вертикальными перегородками последними по ходу пара, снабжены горизонтальными перегородками с каналом для прохода парогазовой смеси, причем полости, расположенные над горизонтальной перегородкой, снабжены по меньшей мере двумя патрубками для отвода парогазовой смеси.

Выполнение в камере конденсации дополнительного парового канала между верхними теплообменными трубками, расположенными на расстоянии от потолочной части камеры, на расстоянии а = 0,20,4 высоты (1) сепаратора, во-первых, позволяет уменьшить скорости парового потока в межтрубном пространстве, находящегося над горизонтальной пластиной трубного пучка, что уменьшает его сопротивление паровому потоку, во-вторых, позволит повысить коэффициент теплопередачи трубок трубного пучка, расположенных под горизонтальной пластиной за счет увеличения скорости набегающего потока за счет байпасного пара, поступающего через образованный канал, и усиления вентиляции части этого трубного пучка паровым потоком.

Опытным путем установлено, что паровой канал, образованный между днищем камеры конденсации и трубным пучком, расположенным на расстоянии Ь = 1,1-1,5 диаметра патрубка отвода дистиллятора, расположенного в боковой стенке камеры конденсации, исключает во-первых, возможность затопления трубок, а, следовательно, переохлаждения дистиллята, во-вторых, возможность растворения неконденсирующихся газов в переохлажденной среде, что исключает процесс коррозии теплообменных трубок.

Выполнение патрубков отвода неконденсирующихся газов в верхней части полости, образованной трубной доской направляющей вертикальной и горизонтальной пластинами, обеспечивает эффективность, локализацию агрессивных газов и их надежное удаление.

Отверстия в вертикальных направляющих пластинах гарантированно обеспечивают отвод дистиллята из полостей, образованных этими пластинами, исключая подтапливание теплообменных трубок пучка.

Заявляемое техническое решение имеет отличия от прототипа (см. патент РФ №2303475, дата подачи 2005.12.14, МПК: Β01Ό 3/06, С02Р 1/04, Β01Ό 1/16, патентообладатель Петин В.С.), следовательно, соответствует критерию новизна, не следует явным образом из изученного уровня техники, то есть, имеет изобретательский уровень.

Заявляемое техническое решение может быть использовано в промышленности, следовательно, оно является промышленно применимым.

Условие патентоспособности промышленная применимость подтверждено на примере конкретного выполнения.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен многоступенчатый испаритель мгновенного вскипания (вид сбоку);

на фиг. 2 - многоступенчатый испаритель мгновенного вскипания (сечение А-А);

на фиг. 3 - многоступенчатый испаритель мгновенного вскипания (сечение Б-Б).

Пример конкретного выполнения

Многоступенчатый испаритель мгновенного вскипания содержит корпус 1, разделительную перегородку 2, камеры конденсации 3, камеры расширения 4, окна 5, выполненные в разделительной перегородке 2 сепаратора 6, установленного перед окнами 5, теплообменные горизонтальные трубки 7, вертикальные направляющие перегородки 8, снабженные окнами 9 и отверстиями для перетока дистиллята 10, горизонтальную пластину 11, горизонтальную перегородку 12, патрубки для отвода дистиллята 13, патрубки для отвода парогазовой смеси 14, трубную доску 15, патрубки для подвода и отвода испаряемой воды 16, патрубки для перетока испаряемой воды в камеру расширения 17, патрубки подвода и отвода охлаждающей воды в трубную систему камеры конденсации 18, полость 19, образованную трубной доской 15 и перегородками 8 и 12.

В верхней части камеры конденсации между пучком горизонтальных трубок и потолочной частью расположен канал высотой а. Высота канала определяет его сечение и зависит от высоты сепаратора 1. Высота сепаратора испарителя, как показали многочисленные исследования, определяет при фиксированной его длине производительность ступени, при которой обеспечивается производство дистиллята высокого качества. Высота канала, как показали эксперименты, составляет а = (0,2-0,4)-1

Коэффициенты 0,2-0,4 зависят от величины вакуума в ступенях испарителя. С углублением вакуума коэффициент растет и достигает своего максимального значения при 0,008 МПа, это объясняется увели

- 2 014796 чением удельного объема пара (V, м³/кг) с углублением вакуума в десятки раз по сравнению с атмосферными условиями, необходимостью снижения сопротивления трубного пучка трубок набегающему потоку пара.

В нижней части камеры конденсации расположено буферное паровое пространство высотой Ь, равное 1,1-1,5 диаметра патрубка отвода дистиллята ά.

Буферное пространство расположено на расстоянии от нижних трубок трубного пучка до верхней образующей патрубка отвода дистиллята

Ь = (1,1- 1,5)·ά

Значение коэффициентов 1,1-1,5 зависит от величины гидравлической нагрузки патрубков, определяемой производительностью ступени (ступеней), что должно исключить затопление теплообменных трубок и переохлаждение дистиллята.

Эксперименты показывают, что увеличение уровня дистиллята в камере конденсации на величину, равную 1,5ά, увеличивает производительность (пропускную способность) патрубка не менее, чем на 3035%, это находится в пределах возможных колебаний гидравлических нагрузок наиболее загруженных ступеней испарителя мгновенного вскипания, а, следовательно, исключается затопление теплообменных трубок со всеми негативными последствиями (переохлаждение, загазованность, коррозия и т.д.).

Значение коэффициентов от 1,1 до 1,5 зависит от количества ступеней и их расположения в испарителе мгновенного вскипания по высоте.

В испарителе башенного типа при перетоке дистиллята каскадно из верхней ступени к нижней, коэффициент имеет максимальное значение в последней ступени испарителя и наименьшее в первой.

Многоступенчатый испаритель мгновенного вскипания работает следующим образом.

Перегретая вода поступает через патрубок 16 в камеру расширения 4, где вскипает, образовавшийся пар, пройдя сепаратор 6, через окно 5 поступает в камеру конденсации 3, где благодаря горизонтальным пластинам 11 и вертикальным направляющим перегородкам 8 разделяется на несколько параллельных потоков, движущихся однонаправлено.

При этом часть парового потока после окна 5 через паровой канал, образованный верхним рядом трубок трубного пучка и потолочной частью камеры, направляется на трубки трубного пучка, расположенного под горизонтальной пластиной 11, обеспечивая оптимальные условия омывания паром трубного пучка, расположенного под горизонтальной пластиной 11 и уменьшая сопротивление пучка трубок, расположенных под горизонтальной пластиной 11.

Неконденсирующие газы из параллельных потоков удаляются через окна 9 в полость 19 и далее через патрубки 14 на эжектор или в ступени, находящиеся под более высоким вакуумом (не показано).

Дистиллят, образованный при конденсации пара на трубном пучке, стекает на днище камеры конденсации и через отверстия 10 поступает к патрубкам 13 и далее отводится из испарителя.

Паровой зазор между нижними теплообменными трубками трубного пучка и уровнем дистиллята исключает подтопление трубок и способствует их вентиляции.

Таким образом, заявляемое техническое решение по сравнению с известным техническим решением обеспечивает эффективное движение парового потока, исключая образование не вентилируемых зон, обеспечивает минимальное сопротивление паровому потоку, обеспечивает более полное удаление неконденсирующих газов, что повышает тепловую экономичность работы многоступенчатого испарителя мгновенного вскипания, существенно снижает коррозионные процессы, повышая качество дистиллята.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Многоступенчатый испаритель мгновенного вскипания, содержащий корпус, разделительные стенки с окнами для прохода пара и сепараторами, камеры расширения, камеры конденсации, снабженные пучком горизонтально расположенных теплообменных трубок, вертикальные направляющие перегородки, соединенные с разделительной стенкой, расположенной в камере конденсации, днищем и потолком камеры и имеющие каналы для прохода пара, горизонтальные пластины, снабженные каналом для прохода пара, патрубками для отвода дистиллята и паровоздушной смеси, отличающийся тем, что в камере конденсации пучок горизонтально расположенных теплообменных трубок размещен относительно потолочной части камеры конденсации на расстоянии а=0,2-0,4 высоты (й) сепаратора, а относительно днища на расстоянии Ь=1,1-1,5 диаметра патрубка отвода дистиллята, при этом вертикальные направляющие перегородки в нижней части снабжены отверстиями для перетока дистиллята, а полости, образованные трубной доской и вертикальными перегородками, последними по ходу пара, снабжены горизонтальными перегородками с каналом для прохода парогазовой смеси, причем полости, расположенные над горизонтальной перегородкой, снабжены по меньшей мере двумя патрубками для отвода парогазовой смеси.