RU109542U1

RU109542U1 - AIR CONDENSER

Info

Publication number: RU109542U1
Application number: RU2011110188/06U
Authority: RU
Inventors: Леон Игнатьевич Трофимов; Валентин Лазаревич Подберезный; Валерий Александрович Никулин; Аркадий Александрович Кудряшов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ХИМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ"
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2011-10-20

Abstract

1. Водовоздушный конденсатор с рециркуляцией потока охлаждающей воды, содержащий в качестве конденсационной ступени открытый сверху, снизу и ограниченный боковыми продольными стенками пучок горизонтальных теплообменных трубок, закрепленных концами в трубных решетках и расположенных в виде вертикальных секций, в каждой из которых трубки расположены с некоторым интервалом одна под другой, к одной трубной решетке присоединена камера для подвода конденсируемого пара, к другой - камера для отвода конденсата и неконденсирующихся газов, над трубным пучком установлено орошающее устройство с водяными форсунками, направленными вниз на теплообменные трубки, а под трубным пучком с зазором размещен поддон и циркуляционный водяной насос, всасывающий патрубок которого сообщен с поддоном, а нагнетательный патрубок сообщен с орошающим устройством, отличающийся тем, что оснащен дополнительной охлаждающей ступенью, предназначенной для охлаждения рециркулирующего потока воды. ! 2. Водовоздушный конденсатор по п.1, отличающийся тем, что под трубным пучком конденсационной ступени установлена ступень охлаждения рециркулирующей охлаждающей воды, выполненная в виде оросительного теплообменника с дополнительным патрубком для подвода свежего атмосферного воздуха, теплообменные трубки которого снаружи орошаются рециркулирующим потоком воды, стекающим с конденсационной ступени, а в трубки подается поток атмосферного воздуха из дополнительного патрубка. ! 3. Водовоздушный конденсатор по п.1, отличающийся тем, что снабжен дополнительным патрубком для подвода свежего атмосферного воздуха, расположенным под поддоном конд 1. A water-air condenser with a recirculation of the flow of cooling water, containing as a condensation stage open from above, below and bounded by lateral longitudinal walls a bundle of horizontal heat transfer tubes fixed by the ends in the tube sheets and arranged in the form of vertical sections, in each of which the tubes are arranged at some intervals one below the other, a chamber for supplying condensable steam is connected to one tube sheet, and a chamber for draining condensate and non-condensable gases is attached to the other, above an irrigation device with water nozzles directed downward to the heat exchange tubes is installed in the tube bundle, and a pan and a circulation water pump are placed under the tube bundle with a suction pipe in communication with the pan and the discharge pipe in communication with the irrigation device, characterized in that it is equipped with an additional cooling a stage designed to cool the recirculating flow of water. ! 2. The water-air condenser according to claim 1, characterized in that a cooling stage of the recirculating cooling water is installed under the tube bundle of the condensation stage, made in the form of an irrigation heat exchanger with an additional pipe for supplying fresh atmospheric air, the heat exchange tubes of which are externally irrigated by a recirculating stream of water flowing from condensation stage, and the tube is supplied with a stream of atmospheric air from an additional pipe. ! 3. The water-air condenser according to claim 1, characterized in that it is equipped with an additional pipe for supplying fresh atmospheric air located under the cond

Description

Полезная модель относится к процессам конденсации промышленного технологического пара и может быть использована в химической промышленности и теплоэнергетике, а также в других отраслях техники, где осуществляется конденсация паров, выделяющихся при осуществлении производственных процессов.The utility model relates to the processes of condensation of industrial process steam and can be used in the chemical industry and the power industry, as well as in other branches of technology where the condensation of vapors released during the production processes is carried out.

В зависимости от конкретных производственных условий в технике применяются конденсаторы различных конструкций: поверхностные и барометрические конденсаторы, конденсаторы оросительного типа (см. например, книгу: Семилет З.В. «Оросительные теплообменники химических производств». М. Машгиз. 1961. С.12, рис.6-8). В оросительных конденсаторах теплопередающую поверхность чаще всего образуют горизонтальные теплообменные трубы, скомпонованные в вертикальные секции, в каждой из которых оси труб размещены в одной вертикальной плоскости и трубы размещены с некоторым интервалом по вертикали. Конденсируемый пар подают внутрь труб, а снаружи трубы при помощи оросителей орошаются холодной водой, которая в виде тонкого слоя стекает по наружной поверхности труб последовательно сверху вниз в каждой секции и нагревается. Нагретая вода направляется на градирню для охлаждения и охлажденной возвращается в аппарат для осуществления процесса конденсации.Depending on the specific production conditions, condensers of various designs are used in the technique: surface and barometric condensers, irrigation type condensers (see, for example, the book: Z. Semilet, “Irrigation heat exchangers of chemical plants.” M. Mashgiz. 1961. P.12, fig. 6-8). In irrigation condensers, the heat transfer surface is most often formed by horizontal heat exchange pipes arranged in vertical sections, in each of which the pipe axes are placed in one vertical plane and the pipes are placed at a certain vertical interval. Condensed steam is supplied inside the pipes, and outside the pipes, they are irrigated with cold water, which, in the form of a thin layer, flows down the outer surface of the pipes sequentially from top to bottom in each section and is heated. Heated water is sent to the cooling tower for cooling and chilled is returned to the apparatus for the condensation process.

В условиях недостатка охлаждающей воды используются конденсаторы оросительно-испарительного типа, в которых тепло конденсации пара отводится не только за счет нагрева орошающей воды, но также за счет ее частичного испарения. Частичное испарение орошающей воды позволяет существенно снизить расход воды, необходимый для конденсации пара. При этом часть орошающей воды, стекающей в нижней части трубного пучка с теплообменных трубок, направляют на рециркуляцию - т.е. возвращают на орошение теплообменных трубок сверху, смешивая с потоком охлаждающей воды, подаваемой извне.In conditions of lack of cooling water, irrigation-evaporative condensers are used, in which the heat of steam condensation is removed not only by heating the irrigation water, but also due to its partial evaporation. Partial evaporation of irrigation water can significantly reduce the water flow required for steam condensation. At the same time, part of the irrigation water flowing down from the heat exchange tubes in the lower part of the tube bundle is sent for recycling, i.e. return to irrigation heat transfer tubes from above, mixing with a stream of cooling water supplied from the outside.

Наиболее экономичным по капитальным затратам и по расходу охлаждающей воды является водо-воздушный конденсатор, представляющий оросительно-испарительный теплообменник, в котором однонаправленно с потоком воды, стекающим по теплоотводящей поверхности, в аппарат дополнительно подается поток воздуха, например, - атмосферного. Поток воздуха турбулизирует слой стекающей по трубкам воды и обусловливает этим интенсивный отвод тепла от поверхности теплообменных трубок, в которых изнутри конденсируется пар, в поток воды и от поверхности воды к потоку воздуха. В результате в этом конденсаторе значительная доля тепла конденсации пара в трубном пучке передается непосредственно потоку воздуха, что обусловливает снижение необходимого расхода охлаждающей воды.The most economical in terms of capital costs and cooling water consumption is a water-air condenser, which represents an irrigation-evaporative heat exchanger, in which an air stream, for example, atmospheric, is additionally supplied to the apparatus in unidirectional flow of water flowing down the heat-removing surface. The air stream turbulizes the layer of water flowing through the pipes and causes an intense heat removal from the surface of the heat exchange tubes, in which steam condenses from the inside, into the water stream and from the water surface to the air stream. As a result, in this condenser a significant proportion of the heat of condensation of the vapor in the tube bundle is transferred directly to the air flow, which leads to a decrease in the required flow rate of cooling water.

Известный конденсатор этого типа применен в выпарной установке по патенту США №4756797 В01D 1/26, где он применен в качестве конденсатора-концентратора, в котором конденсация вторичного пара последнего выпарного аппарата многокорпусной выпарной установки совмещена с процессом концентрирования обрабатываемого технологического раствора, используемого для орошения трубок. На фиг.1 приведен фрагмент схемы выпарной установки, включающий конденсатор-концентратор. На фиг.1 обозначены: 1 - корпус оросительно-испарительного конденсатора, 2 - поверхность теплообмена конденсатора, 3 - вентилятор, 4 - распределительное устройство, 5 - подача вторичного пара из последнего выпарного аппарата выпарной установки, 6 - подвод исходного раствора, 7 - подача раствора на орошение теплопередающей поверхности конденсатора, 8 - вывод концентрированного раствора после орошения поверхности теплопередачи, 9 - подача раствора на выпаривание в выпарной аппарат, 10 и 11 - вывод из конденсатора образующегося конденсата. От других известных (водо-воздушных) конденсаторов этот аппарат отличается лишь тем, что вместо охлаждающей воды на него подается перерабатываемый на выпарной установке технологический раствор. При этом механизм передачи тепла от конденсируемого пара к теплоотводящим потокам жидкости и воздуха в этом аппарате полностью аналогичен.A known condenser of this type is used in the evaporator according to US patent No. 4756797 B01D 1/26, where it is used as a condenser-concentrator, in which the condensation of the secondary vapor of the last evaporator of a multi-case evaporator is combined with the concentration of the processed technological solution used for irrigation of tubes . Figure 1 shows a fragment of the circuit evaporator, including a capacitor-hub. In Fig. 1 are indicated: 1 - housing of the irrigation and evaporation condenser, 2 - heat exchange surface of the condenser, 3 - fan, 4 - switchgear, 5 - secondary steam supply from the last evaporator of the evaporator, 6 - supply of the initial solution, 7 - supply solution for irrigation of the heat-transferring surface of the condenser, 8 — output of the concentrated solution after irrigation of the heat-transfer surface, 9 — supply of the solution for evaporation to the evaporator, 10 and 11 — output of condensate formed from the condenser. This apparatus differs from other well-known (water-air) condensers only in that instead of cooling water, a technological solution processed at the evaporator is supplied to it. In this case, the mechanism of heat transfer from condensed steam to the heat fluxes of liquid and air in this device is completely similar.

Известный водо-воздушный конденсатор работает следующим образом. Перерабатываемый частично концентрированный раствор из третьего выпарного аппарата выпарной установки после охлаждения самоиспарением направляется в водо-воздушный конденсатор, который является последним по ходу пара аппаратом и используется для отвода тепла от конденсирующегося пара, поступающего из последнего выпарного аппарата выпарной установки. Для этого раствор, поступающий по трубопроводу 6, направляется по трубопроводу 7 в распределительное устройство 4, с помощью которого распределяется по наружной поверхности теплообменных трубок 2. В виде тонкого слоя («пленки») раствор стекает по этой поверхности вниз и нагревается теплом пара, который подводится по трубе 5, а затем поступает внутрь теплообменных трубок 2. Конденсатор снабжен вентилятором 3, нагнетающим вдоль теплообменных трубок атмосферный воздух. Под действием тепла пара происходит частичное испарение стекающего раствора и повышение его концентрации. Таким образом, данный водо-воздушный (или точнее - растворо-воздушный) конденсатор в значительной части выполняет функцию выпарного аппарата, что позволяет уменьшить и капитальные и эксплуатационные затраты на процесс выпаривания раствора. Частично упаренный раствор из нижней части аппарата по трубопроводам 8 и 9 направляется на окончательное выпаривание в выпарные аппараты.Known water-air condenser operates as follows. The partially concentrated solution from the third evaporation apparatus of the evaporator, after self-evaporation, is directed to a water-air condenser, which is the last apparatus along the steam and is used to remove heat from condensing steam coming from the last evaporator of the evaporator. To do this, the solution entering through the pipeline 6 is sent through the pipeline 7 to the distribution device 4, with which it is distributed on the outer surface of the heat exchange tubes 2. In the form of a thin layer (“film”), the solution flows down this surface and is heated by the heat of steam, which is fed through the pipe 5, and then enters the heat exchange tubes 2. The condenser is equipped with a fan 3, which pumps atmospheric air along the heat exchange tubes. Under the action of steam heat, partial evaporation of the flowing solution occurs and its concentration increases. Thus, this water-air (or rather, solution-air) condenser largely performs the function of an evaporator, which allows to reduce both the capital and operating costs of the process of evaporation of the solution. Partially stripped off solution from the bottom of the apparatus through pipelines 8 and 9 is sent to the final evaporation in evaporators.

При использовании по прямому назначению - для конденсации пара с использованием водяного орошения при дополнительном спутном воздушном потоке, водо-воздушные конденсаторы, обеспечивающие интенсивную теплопередачу от пара непосредственно к атмосферному воздуху, просты по конструкции и в обслуживании, позволяют свести к минимуму стоимость применяемого оборудования и необходимые расходы охлаждающих сред, что не обеспечивается другими известными способами и устройствами.When used for its intended purpose - to condense steam using water irrigation with an additional satellite air flow, water-air condensers that provide intensive heat transfer from the steam directly to the atmospheric air are simple in design and maintenance, they minimize the cost of the equipment used and the necessary expenses of cooling media, which is not provided by other known methods and devices.

По технической сущности и достигаемому положительному эффекту конструкция водо-воздушного конденсатора, соответствующая конденсатору по патенту США №4756797, наиболее близка к заявляемому техническому решению и поэтому этот известный конденсатор принят нами в качестве прототипа.According to the technical nature and the achieved positive effect, the design of a water-air condenser corresponding to the condenser according to US patent No. 4756797 is the closest to the claimed technical solution and therefore we have adopted this known condenser as a prototype.

Недостатки известного водо-воздушного конденсатора по патенту США №4756797 заключаются в следующем. При отекании по поверхности теплопередачи температура орошающего жидкостного потока увеличивается. Вследствие этого, при рециркуляции, когда этот поток смешивается с исходным жидкостным потоком и вновь направляется на орошение верхней части теплообменной поверхности, начальная температура смешанного орошающего потока становится выше. Следовательно, уменьшается разность температур конденсируемого пара и орошающей жидкости, определяющая движущую силу процесса теплопередачи и производительность конденсатора. В конечном итоге это приводит к увеличению необходимой поверхности теплопередачи известного водо-воздушного конденсатора и, соответственно, его габаритов и стоимости.The disadvantages of the known water-air condenser according to US patent No. 4756797 are as follows. When swelling over the surface of the heat transfer, the temperature of the irrigating liquid flow increases. As a result of this, during recirculation, when this stream is mixed with the original liquid stream and again sent to irrigate the upper part of the heat exchange surface, the initial temperature of the mixed irrigation stream becomes higher. Consequently, the temperature difference between the condensed steam and the irrigation liquid decreases, which determines the driving force of the heat transfer process and the performance of the condenser. Ultimately, this leads to an increase in the required heat transfer surface of the known water-air condenser and, accordingly, its dimensions and cost.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанного недостатка.The proposed technical solution is aimed at eliminating this drawback.

Поставленная цель достигается тем, что в водо-воздушном конденсаторе с рециркуляцией потока охлаждающей воды, содержащем в качестве конденсационной ступени открытый сверху, снизу и ограниченный боковыми продольными стенками пучок горизонтальных теплообменных теплообменных трубок, закрепленных концами в трубных решетках и расположенных в виде вертикальных секций, в каждой из которых трубки расположены с некоторым интервалом одна над другой, к одной трубной решетке присоединена камера для подвода конденсируемого пара, к другой - камера для отвода конденсата и неконденсирующихся газов, над трубным пучком установлено орошающее устройство с водяными форсунками, направленными вниз на теплообменные трубки, а под трубным пучком с зазором размещен поддон и циркуляционный водяной насос, всасывающий патрубок которого сообщен с поддоном, а нагнетательный патрубок сообщен с орошающим устройством, согласно изобретению новым является то, что аппарат оснащен дополнительной охлаждающей ступенью, предназначенной для охлаждения рециркулирующего потока воды.This goal is achieved by the fact that in a water-air condenser with a recirculation of the flow of cooling water, containing as a condensation stage open from above, below and bounded by longitudinal longitudinal walls, a bundle of horizontal heat-exchange heat transfer tubes, fixed with ends in tube sheets and arranged in the form of vertical sections, in each of which the tubes are located at a certain interval one above the other, a chamber for supplying condensable steam is connected to one tube sheet, and chambers to the other and for the removal of condensate and non-condensable gases, an irrigation device with water nozzles directed downward to the heat exchange tubes is installed above the tube bundle, and a pan and a circulation water pump are placed under the tube bundle with a gap, the suction pipe of which is in communication with the pallet, and the discharge pipe is in communication with the irrigation The device according to the invention is new, that the device is equipped with an additional cooling stage, designed to cool the recirculated water flow.

Кроме того, в заявляемом водо-воздушном конденсаторе под трубнвм пучком конденсационной ступени может быть установлена ступень охлаждения рециркулирующей охлаждающей воды, выполненная в виде оросительного теплообменника с дополнительным патрубком для подвода свежего атмосферного воздуха, теплообменные трубки которого снаружи орошаются рециркулирующим потоком воды, стекающим с конденсационной ступени, а в трубки подается поток атмосферного воздуха из дополнительного патрубка.In addition, in the inventive water-air condenser under the conduit bundle of the condensation stage, a cooling stage of the recirculating cooling water may be installed, made in the form of an irrigation heat exchanger with an additional pipe for supplying fresh atmospheric air, the heat exchange tubes of which are externally irrigated by a recirculating stream of water flowing from the condensation stage , and the tube is supplied with a stream of atmospheric air from an additional pipe.

Кроме того, заявляемый водо-воздушный конденсатор может быть снабжен дополнительным патрубком для подвода свежего атмосферного воздуха, расположенным под поддоном конденсационной ступени, дно которого может быть выполнено перфорированным и в расположенной ниже охладительной ступени служить для формирования водяных струй, обдуваемых потоком воздуха из дополнительного подводящего патрубка.In addition, the inventive water-air condenser can be equipped with an additional pipe for supplying fresh atmospheric air located under the condensation stage tray, the bottom of which can be perforated and used in the lower cooling stage to form water jets blown by the air stream from the additional supply pipe .

Кроме того, в заявляемом водо-воздушном конденсаторе со струйной ступенью охлаждения рециркулирующего потока воды охладительная ступень в нижней части может быть снабжена дополнительным поддоном.In addition, in the inventive water-air condenser with a jet stage for cooling the recirculating water stream, the cooling stage in the lower part can be equipped with an additional tray.

Кроме того, в заявляемом водо-воздушном конденсаторе со струйной ступенью охлаждения рециркулирующего потока воды в охладительной ступени между струеформирующим устройством и дополнительным поддоном может быть расположена сетка, например, - проволочная.In addition, in the inventive water-air condenser with a jet stage for cooling the recirculating water stream in the cooling stage between the jet forming device and the additional tray, a grid, for example, wire, can be located.

Кроме того, в заявляемом водо-воздушном конденсаторе в воздухоотводящих коробах после конденсационной и охлаждающей ступеней могут быть установлены каплеулавливающие (например, - жалюзийные) устройства.In addition, in the inventive water-air condenser in the exhaust ducts after the condensation and cooling stages, droplet-collecting (for example, louvre) devices can be installed.

Варианты заявляемого водо-воздушного конденсатора с охладителями рециркулирующего потока орошающей жидкости различной конструкции приведены на фиг.2-6.Variants of the inventive water-air condenser with coolers recirculating flow of irrigation fluid of various designs are shown in figure 2-6.

На фиг.2-4 приведены чертежи варианта заявляемого водо-воздушного конденсатора, в котором нагревшаяся орошающая жидкость, стекающая с теплопередающей поверхности конденсационной ступени, попадает в охладительную ступень, выполненную в виде оросительного теплообменника. В охлаждающей ступени охлаждаемая орошающая жидкость стекает в виде тонкого слоя по наружной поверхности теплообменных трубок охладителя, а во внутрь открытых с обеих концов теплообменных трубок нагнетается холодный атмосферный воздух. Охлаждение орошающей жидкости потоком воздуха происходит теплопередачей через стенки этих трубок.Figure 2-4 shows drawings of a variant of the inventive water-air condenser, in which a heated irrigation liquid flowing down from the heat transfer surface of the condensation stage enters the cooling stage, made in the form of an irrigation heat exchanger. In the cooling stage, the cooled irrigation liquid flows in the form of a thin layer on the outer surface of the heat exchanger tubes of the cooler, and cold atmospheric air is pumped into the inside of the heat exchange tubes open at both ends. The irrigation fluid is cooled by air flow through heat transfer through the walls of these tubes.

На фиг.2 показано поперечное сечение аппарата, на фиг.3 показан вид в сечении по А-А, как обозначено на фиг.2, на фиг.4 показан вид по Б-Б, как обозначено на фиг.3.Figure 2 shows a cross section of the apparatus, figure 3 shows a view in section along aa, as indicated in figure 2, figure 4 shows a view along bb, as indicated in figure 3.

Конденсационная ступень включает: пучок горизонтальных теплообменных трубок 2, открытый сверху и снизу и ограниченный боковыми продольными стенками 1, ороситель 3, оснащенный форсунками 6, поддон 4, расположенный под трубным пучком, вентилятор 5, расположенный сверху трубного пучка, камеру 7 для подвода конденсируемого пара, камеру 8 для отвода конденсата и неконденсирующихся газов, циркуляционный насос 9, нагнетательный патрубок которого соединен трубой 10 с орошающим устройством 3. Дно поддона 4 конденсационной ступени перфорировано и служит оросителем для теплообменных трубок расположенной ниже охлаждающей ступени 11.The condensation stage includes: a bundle of horizontal heat exchange tubes 2, open above and below and bounded by lateral longitudinal walls 1, a sprinkler 3, equipped with nozzles 6, a tray 4 located under the tube bundle, a fan 5 located on top of the tube bundle, a chamber 7 for supplying condensed steam , a chamber 8 for draining condensate and non-condensable gases, a circulation pump 9, the discharge pipe of which is connected by a pipe 10 to an irrigation device 3. The bottom of the condensate stage tray 4 is perforated and serves t irrigator for heat exchange tubes disposed below the cooling stage 11.

Ниже конденсационной ступени размещена охлаждающая ступень 11, которая включает: теплообменные трубки 12, дополнительный поддон 13, расположенный под теплообменными трубками и сообщенный всасывающим трубопроводом 14 с циркуляционным насосом 9, нагнетательный патрубок которого соединен трубой 10 с орошающим устройством 3 конденсационной ступени, вентилятор 15 для подачи холодного воздуха в межтрубное пространство ступени, установленный в дополнительный патрубок 19, дополнительный вентилятор 16 для нагнетания холодного атмосферного воздуха в теплообменные трубки, установленный в дополнительный патрубок 20.Below the condensation stage, there is a cooling stage 11, which includes: heat exchange tubes 12, an additional tray 13 located under the heat exchange tubes and communicated by the suction pipe 14 with a circulation pump 9, the discharge pipe of which is connected by a pipe 10 to the condensation stage irrigation device 3, a fan 15 for supplying cold air into the annulus of the stage installed in the additional pipe 19, an additional fan 16 for pumping cold atmospheric air heat exchanging tube installed into the additional port 20.

Заявляемый водо-воздушный конденсатор работает следующим образом (см. фиг.2, 3 и 4).The inventive water-air condenser operates as follows (see figure 2, 3 and 4).

Конденсируемый пар 17 подается в паровую камеру 7 конденсационной ступени и распределяется по теплообменным трубкам 2, поступая внутрь каждой трубки. Охлаждающая жидкость по трубе 10 подается в орошающее устройство 3 и через форсунки 6 этого устройства орошает наружную поверхность теплообменных трубок, а затем в виде тонкого слоя перетекает по поверхности всех трубок сверху вниз, нагреваясь за счет тепла пара, конденсирующегося на внутренних поверхностях трубок конденсационного трубного пучка. При этом орошающая жидкость нагревается и частично испаряется, поглощая тепло конденсирующегося пара. В межтрубном пространстве однонаправлено с движением орошающей жидкости движется поток холодного воздуха, нагнетаемый вентилятором 5. Этот поток турбулизирует слой орошающей жидкости стекающей по наружным поверхностям теплообменных трубок, интенсифицируя отвод тепла от конденсирующегося пара и воспринимая отводимое от пара тепло, как за счет нагрева, частичного испарения орошающей жидкости, а также конвективного теплообмена с орошающим жидкостным потоком. В нижней части конденсационной ступени потоки охлаждающей жидкости и воздуха разделяются: нагретая орошающая жидкость стекает в ступень охлаждения, а нагретый воздух 17 отводится в атмосферу через выводящий короб 18. Конденсат из теплообменных трубок 2 стекает в камеру 8 и из нее отводится через патрубок 21. Накапливающиеся неконденсирующиеся газы выводятся через патрубок 22.Condensable steam 17 is supplied to the steam chamber 7 of the condensation stage and is distributed through the heat exchange tubes 2, entering into each tube. The cooling liquid through the pipe 10 is supplied to the irrigation device 3 and through the nozzles 6 of this device irrigates the outer surface of the heat exchange tubes, and then flows over the surface of all tubes from top to bottom in a thin layer, being heated by the heat of steam condensing on the inner surfaces of the tubes of the condensation tube bundle . In this case, the irrigating liquid is heated and partially evaporates, absorbing the heat of condensing steam. In the annular space unidirectionally with the movement of the irrigation liquid, a cold air stream is pumped by the fan 5. This stream turbulizes the layer of the irrigation liquid flowing down the outer surfaces of the heat exchange tubes, intensifying the heat removal from the condensing steam and sensing the heat removed from the steam, as a result of heating, partial evaporation irrigation fluid, as well as convective heat transfer with irrigation fluid flow. In the lower part of the condensation stage, the coolant and air flows are separated: the heated irrigation liquid flows into the cooling stage, and the heated air 17 is discharged into the atmosphere through the outlet box 18. Condensate from the heat exchange tubes 2 flows into the chamber 8 and is discharged through the pipe 21. Accumulating non-condensable gases are discharged through the pipe 22.

Стекающая из конденсационной ступени нагретая орошающая жидкость, вытекая из поддона 4, формируется в струи, которые орошают наружные поверхности теплообменных трубок в охлаждающей ступени. В виде тонкого слоя охлаждающая жидкость стекает по поверхности трубок сверху вниз и охлаждается холодным атмосферным воздухом, который нагнетается в эти трубки вентилятором 16, а затем выводится из них через патрубок 23.. Для интенсификации охлаждения в межтрубное пространство охлаждающей ступени холодный воздух может дополнительно подаваться также вентилятором 15. Турбулизация охлаждаемой орошающей жидкости, стекающей по наружной поверхности трубок, потоком этого воздуха, позволяет интенсифицировать процесс охлаждения. Этот дополнительный воздушный поток выводится из охлаждающей ступени через патрубок 24.The heated irrigation fluid flowing from the condensation stage, flowing out of the tray 4, is formed into jets that irrigate the outer surfaces of the heat exchange tubes in the cooling stage. In the form of a thin layer, the cooling liquid flows downward from the surface of the tubes and is cooled by cold atmospheric air, which is pumped into these tubes by the fan 16, and then removed from them through the nozzle 23. To intensify cooling, cold air can also be supplied to the annulus of the cooling stage fan 15. The turbulization of the cooled irrigation fluid flowing down the outer surface of the tubes with the flow of this air makes it possible to intensify the cooling process. This additional air flow is discharged from the cooling stage through the pipe 24.

Охлажденная орошающая жидкость с теплообменных трубок охлаждающей ступени стекает вниз на поддон 13, а затем в приямок 25, откуда через трубу 14 поступает во всасывающий патрубок насоса 9. Насос 9 подает охлажденную жидкость по трубе 10 в ороситель 3 конденсационной ступени. При необходимости подпитки циркуляционного контура конденсатора в приямок 25 осуществляется подвод жидкости 26, а также вывод избыточной жидкости через патрубок 27.Cooled irrigation liquid from the heat exchanger tubes of the cooling stage flows down onto the sump 13, and then into the pit 25, from where it enters the suction pipe of pump 9 through the pipe 14. Pump 9 delivers the cooled liquid through the pipe 10 to the condensate stage irrigation 3. If necessary, recharge the circulating circuit of the condenser in the pit 25 is the supply of fluid 26, as well as the withdrawal of excess fluid through the pipe 27.

Более интенсивное охлаждение орошающей жидкости, стекающей с конденсационной ступени, может быть осуществлено в струйной охладительной ступени, в которой охлаждаемая жидкость формируется в струи. Для охлаждения струй жидкости в струйную ступень подается атмосферный воздух. Принципиальная конструкция этого варианта заявляемого конденсатора приведена на фиг.5 и 6. На фиг.5 представлено поперечное сечение аппарата, на фиг.6 - вид по В-В, как показано на фиг.5.More intensive cooling of the irrigation liquid flowing down from the condensation stage can be carried out in the jet cooling stage, in which the cooled liquid is formed in the jet. To cool the liquid jets, atmospheric air is supplied to the jet stage. The principal construction of this embodiment of the inventive capacitor is shown in FIGS. 5 and 6. FIG. 5 shows a cross section of the apparatus, FIG. 6 is a view along BB, as shown in FIG.

На фиг.5 и 6 в конденсационной ступени обозначены: 1 - боковые продольные стенки, ограничивающие пучок горизонтальных теплообменных трубок 2, открытый сверху и снизу, 3 - ороситель, оснащенный форсунками 6, 4 - поддон, расположенный под трубным пучком, 5 - вентилятор, размещенный сверху, 7 - камера для подвода конденсируемого пара, 8 - камера для отвода конденсата и неконденсирующихся газов, 9 - циркуляционный насос, нагнетательный патрубок которого соединен трубой 10 с орошающим устройством 3.5 and 6 in the condensation stage are indicated: 1 - lateral longitudinal walls restricting the bundle of horizontal heat exchange tubes 2, open at the top and bottom, 3 - sprinkler equipped with nozzles 6, 4 - pan located under the tube bundle, 5 - fan, placed on top, 7 is a chamber for supplying condensable steam, 8 is a chamber for draining condensate and non-condensable gases, 9 is a circulation pump, the discharge pipe of which is connected by a pipe 10 to the irrigation device 3.

В охлаждающей ступени обозначены: 28 - струи охлаждаемой жидкости, 29 - дополнительный патрубок для подвода воздуха с вентилятором 30, 31 - дополнительный поддон с бортами, в котором постоянно поддерживается некоторый слой охлаждаемой жидкости.In the cooling stage are indicated: 28 - jets of the cooled liquid, 29 - an additional pipe for supplying air with a fan 30, 31 - an additional tray with sides, in which a certain layer of the cooled liquid is constantly supported.

Заявляемый водо-воздушный конденсатор со струйной охлаждающей ступенью работает следующим образом (см. фиг 5 и 6).The inventive water-air condenser with a jet cooling stage operates as follows (see Fig. 5 and 6).

В конденсационной ступени осуществляются все описанные ранее процессы.In the condensation stage, all previously described processes are carried out.

Конденсируемый пар 17 подается в паровую камеру 7 конденсационной ступени и распределяется по теплообменным трубкам 2, поступая внутрь каждой трубки. Охлаждающая жидкость по трубе 10 подается в орошающее устройство 3 и через форсунки 6 этого устройства орошает наружные поверхности теплообменных трубок, а затем в виде тонкого слоя перетекает по поверхности всех трубок сверху вниз, нагреваясь за счет тепла пара, конденсирующегося на внутренних поверхностях этих трубок. В межтрубном пространстве однонаправленно с движением орошающей жидкости движется поток холодного воздуха, нагнетаемый вентилятором 5. Этот поток турбулизирует слой орошающей жидкости, стекающий по наружным поверхностям теплообменных трубок, интенсифицируя отвод тепла от конденсирующегося пара к орошающей жидкости и от орошающей жидкости к потоку воздуха, воспринимая в значительной доле тепло, отводимое от пара как за счет нагрева жидкости, так и за счет ее частичного испарения, а также за счет конвективного теплообмена с орошающим жидкостным потоком. В нижней части конденсационной ступени потоки охлаждающей жидкости и нагревшегося воздуха разделяются: нагретая орошающая жидкость стекает в поддон 4 с перфорированным дном и, пройдя отверстия в виде струй поступает в ступень охлаждения 11, а нагретый воздух 17 отводится в атмосферу через выводящий короб 18. Конденсат из теплообменных трубок стекает в камеру 8 и из нее отводится через патрубок 21. Накапливающиеся неконденсирующиеся газы выводятся через патрубок 22.Condensable steam 17 is supplied to the steam chamber 7 of the condensation stage and is distributed through the heat exchange tubes 2, entering into each tube. Coolant through the pipe 10 is supplied to the irrigation device 3 and through the nozzles 6 of this device irrigates the outer surfaces of the heat exchange tubes, and then flows over the surface of all tubes from top to bottom in a thin layer, being heated by the heat of steam condensing on the inner surfaces of these tubes. In the annular space unidirectionally with the movement of the irrigation fluid, a cold air stream is pumped by the fan 5. This stream turbulizes the layer of the irrigation liquid flowing down the outer surfaces of the heat exchange tubes, intensifying the heat removal from the condensing steam to the irrigation liquid and from the irrigation liquid to the air stream, perceiving a significant proportion of the heat removed from the steam due to both heating of the liquid and due to its partial evaporation, as well as due to convective heat exchange with irrigation fluid by doc flow. In the lower part of the condensation stage, the coolant and heated air flows are separated: the heated irrigation liquid flows into the drip tray 4 with a perforated bottom and, passing through the holes in the form of jets, enters the cooling stage 11, and the heated air 17 is discharged into the atmosphere through the outlet box 18. Condensate from heat transfer tubes flows into the chamber 8 and is discharged from it through the pipe 21. The accumulating non-condensable gases are discharged through the pipe 22.

В ступени охлаждения 11 струи жидкости 28 падают в потоке холодного воздуха, создаваемом вентилятором 30, установленным в дополнительном воздухоподводящем патрубке 29. При этом происходит интенсивное охлаждение жидкости.In the cooling stage 11, the jets of liquid 28 fall in the stream of cold air created by the fan 30 installed in the additional air supply pipe 29. In this case, intensive cooling of the liquid occurs.

Для интенсификации теплопереноса от струй жидкости к воздуху в нижней части струйной охлаждающей ступени может быть установлен поддон 31 (полка с бортами 32), в котором постоянно поддерживается некоторый слой воды 34 и в этот слой будут погружаться падающие в потоке воздуха водяные струи 28 (фиг.6). Как показали проведенные нами исследования, при погружении в слой воды падающие водяные струи способны захватывать окружающий их охлаждающий воздух в объем жидкости на поддоне, вследствие чего на поддоне возникает и постоянно поддерживается дополнительный участок тепло-массообмена 33 с весьма интенсивной тепло-массопередачей, характерной для барботажного слоя. В более крупном масштабе вид принимающего слоя при погружении в него водяных струй с захватом воздуха и с образованием водо-воздушной смеси 34 в поддоне показан на фиг.7. Наличие этого участка позволяет получать температуру охлаждаемой жидкости, приближающуюся к температуре воздуха, обдувающего струи в охлаждающей ступени.To intensify the heat transfer from the liquid jets to the air, a pan 31 (a shelf with sides 32) can be installed in the lower part of the jet cooling stage, in which a certain layer of water 34 is constantly supported and water jets 28 falling in the air stream will be immersed into this layer (Fig. 6). As our studies showed, when immersed in a layer of water, falling water jets are able to capture the cooling air surrounding them into the volume of liquid on the sump, as a result of which an additional heat and mass transfer section 33 with very intense heat and mass transfer characteristic of bubble bubbling occurs and is constantly supported layer. On a larger scale, the view of the receiving layer upon immersion of water jets into it with air entrapment and with the formation of a water-air mixture 34 in the pan is shown in Fig. 7. The presence of this section allows you to get the temperature of the liquid being cooled, approaching the temperature of the air blowing the jets in the cooling stage.

Аналогичный эффект достижения предельно возможного охлаждения струй жидкости в заявляемом водо-воздушном конденсаторе обеспечивается при размещении в струйной ступени охлаждения между струеформирующим устройством 4 и дополнительным поддоном 13 сетки 35 полотнянного плетения, изготовленной, например, из проволочных прутьев (фиг.8). При ударе в сетку падающие струи 28 дробятся на множество мелких вторичных струй и капель 36, вследствие чего поверхность контакта жидкости и охлаждающего ее воздуха многократно увеличивается. Кроме того, жидкость при этом интенсивно перемешивается. Кроме того, при этом сохраняется способность вторичных струй, погружающихся слой жидкости в поддоне, захватывать охлаждающий воздух с образованием энергично перемешивающейся водо-воздушной смеси в поддоне. В результате интенсивность тепло-массопереноса от жидкости к воздуху резко возрастает и температура жидкости на выходе из ступени охлаждения приближается к предельно возможной, т.е. к температуре атмосферного воздуха..A similar effect of achieving the maximum possible cooling of the liquid jets in the inventive water-air condenser is provided when placed in the inkjet cooling stage between the jet forming device 4 and the additional tray 13 of the plain weave mesh 35 made, for example, of wire rods (Fig. 8). Upon impact into the grid, the incident jets 28 are crushed into many small secondary jets and droplets 36, as a result of which the contact surface of the liquid and its cooling air increases many times. In addition, the liquid is intensively mixed. In addition, while maintaining the ability of the secondary jets, immersed in a layer of liquid in the pan, to capture cooling air with the formation of vigorously mixing air-water mixture in the pan. As a result, the intensity of heat and mass transfer from liquid to air increases sharply and the temperature of the liquid at the outlet of the cooling stage approaches the maximum possible, i.e. to air temperature ..

Каплеуловители 37 инерционного типа, например, - жалюзийные, установленные в воздухоотводящем коробе 18, на выходе из патрубка 23 и из струйной охладительной ступени 11 (см. фиг.2 и фиг.5) в заявляемом конденсаторе предотвращают вынос капель орошающей жидкости с выводимыми воздушными потоками и тем самым значительные ее потери.Inertial type droplets 37, for example, louvres installed in the air outlet duct 18, at the outlet of the nozzle 23 and from the jet cooling stage 11 (see FIG. 2 and FIG. 5) in the inventive condenser prevent droplets of irrigation fluid with the resulting air flows and thereby significant losses.

Предлагаемая конструкция водо-воздушного конденсатора, обеспечивающая полное охлаждение рециркулирующего потока орощающей жидкости в пределах аппарата, исключает необходимость в потоке охлаждающей жидкости, подаваемой извне, что значительно упрощает систему охлаждения производственных установок, в которых требуется конденсация выводимого технологического пара, так как делает ненужными какие либо традиционные внешние устройства, обычно применяемые для охлаждения оборотной воды конденсаторов, включая коммуникации пара к ним. Достигаемая при этом автономность позволяет уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты, а также расширить возможности практического применения технологических установок.The proposed design of a water-air condenser, which provides complete cooling of the recirculating flow of irrigation fluid within the apparatus, eliminates the need for a flow of coolant supplied from the outside, which greatly simplifies the cooling system of production plants that require condensation of the output process steam, as it makes any traditional external devices commonly used for cooling condenser circulating water, including steam communications to them. The autonomy achieved at the same time allows to reduce capital and operating costs, as well as expand the possibilities of practical application of technological plants.

Заявляемый водо-воздушный конденсатор отвечает всем критериям патентоспособности. Технические решения являются новыми, так как из уровня техники не известны технические решения с такими же совокупностями существенных отличительных признаков, о чем свидетельствует проведенный авторами и заявителем анализ научно-технической и патентной литературы. Предпринятая предварительная проработка промышленного варианта заявляемого конденсатора позволяет сделать вывод об отсутствии каких либо трудностей и препятствий для успешного использования его с получением ожидаемого положительного результата. Это свидетельствует о соответствии предлагаемых технических решений критериям «новизна» и «существенные отличия».The inventive water-air condenser meets all the criteria of patentability. Technical solutions are new, because technical solutions with the same sets of essential distinguishing features are not known from the prior art, as evidenced by the analysis of the scientific, technical and patent literature by the authors and the applicant. The undertaken preliminary study of the industrial version of the inventive capacitor allows us to conclude that there are no difficulties and obstacles for its successful use with obtaining the expected positive result. This indicates the compliance of the proposed technical solutions with the criteria of "novelty" and "significant differences".

Claims

1. A water-air condenser with a recirculation of the flow of cooling water, containing as a condensation stage open from above, below and bounded by lateral longitudinal walls a bundle of horizontal heat transfer tubes fixed by the ends in the tube sheets and arranged in the form of vertical sections, in each of which the tubes are arranged at some intervals one below the other, a chamber for supplying condensable steam is connected to one tube sheet, and a chamber for draining condensate and non-condensable gases is attached to the other, above an irrigation device with water nozzles directed downward to the heat exchange tubes is installed in the tube bundle, and a pan and a circulation water pump are placed under the tube bundle with a suction pipe in communication with the pan and the discharge pipe in communication with the irrigation device, characterized in that it is equipped with an additional cooling a stage designed to cool the recirculating flow of water.

2. The water-air condenser according to claim 1, characterized in that a cooling stage of the recirculating cooling water is installed under the tube bundle of the condensation stage, made in the form of an irrigation heat exchanger with an additional pipe for supplying fresh atmospheric air, the heat exchange tubes of which are externally irrigated by a recirculating stream of water flowing from condensation stage, and the tube is supplied with a stream of atmospheric air from an additional pipe.

3. The water-air condenser according to claim 1, characterized in that it is equipped with an additional pipe for supplying fresh atmospheric air, located under the condensation stage tray, the bottom of which is perforated and in the cooling stage below, serves to form water jets blown by the air stream from the additional supply pipe .

4. Water-air condenser according to claims 1 and 3, characterized in that the cooling stage in the lower part is equipped with an additional tray.

5. Water-air condenser according to claims 3 and 4, characterized in that in the cooling stage between the jet-forming device and the additional tray is located (for example, wire) mesh.

6. The water-air condenser according to claim 1, characterized in that in the air ducts after the condensation and cooling stages drip catchers (for example, louvres) are installed.