RU2116562C1

RU2116562C1 - Heat-transfer surface

Info

Publication number: RU2116562C1
Application number: RU96103989A
Authority: RU
Inventors: А.С. Шамароков; Б.И. Кравец
Original assignee: Шамароков Александр Сергеевич
Priority date: 1996-03-06
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 1998-07-27

Abstract

FIELD: regenerating systems of steam- turbine plants of thermal and nuclear power stations. SUBSTANCE: heat-transfer surface has heat-transfer tubes 2 and condensate-accumulating troughs 3,4 all accommodated in case 1. Troughs 3,4 are arranged in tiers and in each tier they face on one end case 1 and on other, its axis. Troughs 3,4 are expanding from case axis to case 1 with the result that in each cell of case cross-sectional area last portion of steam condenses at end of heat-transfer surface irrespective of location of this cell in cross-sectional area of this space. This provides for definite location of region of maximum concentration of noncondensing gases. EFFECT: reduced blowdown air requirement for extracting these gases and reduced heating steam loss in blowdown process. 3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в подогревателях высокого и низкого давления систем регенерации паротурбинных установок тепловых и атомных электростанций. The invention relates to energy and can be used in heaters of high and low pressure regeneration systems of steam turbine plants of thermal and nuclear power plants.

Известна поверхность теплообмена, содержащая размещенные в полости корпуса теплообменные трубы и конденсатосборные желобы, причем трубы и желобы навиты вокруг оси корпуса с образованием многозаходного спирального пучка [2]. Known heat exchange surface containing heat exchanging pipes and condensate gutters located in the cavity of the housing, the pipes and gutters being wound around the axis of the housing with the formation of a multi-helical spiral beam [2].

Недостатком такой поверхности теплообмена является сложность сборки трубного пучка из-за совместной навивки труб и желобов вокруг оси корпуса. The disadvantage of this heat exchange surface is the difficulty of assembling the tube bundle due to the joint winding of pipes and grooves around the axis of the housing.

К изобретению наиболее близким техническим решением из известных является поверхность теплообмена, содержащая размещенные в полости корпуса теплообменные трубы и конденсатосборные желобы, причем последние в полости корпуса размещены ярусами и в каждом ярусе обращены одними концами в сторону корпуса, а другими - в сторону его оси [1]. The closest technical solution known to the invention is a heat exchange surface containing heat exchange pipes and condensate gutters located in the body cavity, the latter being placed in tiers and in each tier facing one end towards the body and the other towards its axis [1 ].

В такой поверхности теплообмена по сравнению с аналогом упрощается сборка трубного пучка, так как каждая ширма со своими желобами монтируется отдельно и предварительно, а уж затем ширмы собираются вокруг оси корпуса в трубный пучок. При этом в поверхности теплообмена могут быть использованы радиальные ширмы или ширмы, имеющие в поперечном сечении полости корпуса форму кривых, изогнутых в одну сторону, например форму эвольвент. В том и другом случаях при прохождении через полость корпуса греющего пара гидравлическое сопротивление трубного пучка уменьшается в направлении от оси корпуса к корпусу. Это справедливо в большей степени для радиальных ширм и в меньшей степени для изогнутых, например эвольвентных, ширм. Из-за такого перепада гидравлического сопротивления по периферии полости корпуса проходит количество пара больше, чем то, которое конденсируется на трубах. Несконденсировавшийся пар направляется сначала к оси корпуса и затем вдоль этой оси, встречно основному потоку. В результате становится неопределенным место нахождения неконденсирующихся газов максимальной концентрации. Чтобы все-таки вывести из полости корпуса требуемое количество этих газов, увеличивают расход продувки, а это приводит к потере греющего пара с продувкой и к снижению экономичности поверхности теплообмена. In such a heat exchange surface, in comparison with the analogue, the assembly of the tube bundle is simplified, since each screen with its troughs is mounted separately and previously, and only then the screens are assembled around the body axis into a tube bundle. In this case, radial screens or screens having the shape of curves curved in one direction, for example, the shape of involutes, can be used in the heat exchange surface. In both cases, when the heating steam passes through the cavity of the housing, the hydraulic resistance of the tube bundle decreases in the direction from the axis of the housing to the housing. This is true to a greater extent for radial screens and to a lesser extent for curved, for example involute, screens. Due to such a drop in hydraulic resistance, more steam passes through the periphery of the body cavity than that which condenses on the pipes. Non-condensing steam is directed first to the axis of the casing and then along this axis, counter to the main stream. As a result, the location of non-condensing gases of maximum concentration becomes uncertain. In order to nevertheless remove the required amount of these gases from the body cavity, the purge consumption is increased, and this leads to the loss of heating steam with the purge and to a decrease in the efficiency of the heat exchange surface.

Кроме того, в тех желобах, в которых конденсат течет в направлении от оси корпуса к корпусу, из-за большой скорости пара на периферии полости корпуса происходит разбрызгивание конденсата и оттеснение его брызг паром на нижерасположенные теплообменные трубы. В результате снижается коэффициент теплоотдачи, что повышает металлоемкость поверхности теплообмена. In addition, in those troughs in which condensate flows in the direction from the axis of the housing to the housing, due to the high steam velocity at the periphery of the cavity of the housing, the condensate is sprayed and steam is forced out by steam onto the downstream heat transfer pipes. As a result, the heat transfer coefficient decreases, which increases the metal consumption of the heat transfer surface.

Целью изобретения является повышение экономичности и снижение металлоемкости поверхности теплообмена. The aim of the invention is to increase efficiency and reduce the metal surface of the heat transfer surface.

В поверхности теплообмена, содержащей размещенные в полости корпуса теплообменные трубы и конденсатосборные желобы, причем последние в полости корпуса размещены ярусами и в каждом ярусе обращены одними концами в сторону корпуса, а другими - в сторону его оси, поставленная цель достигается тем, что желобы выполнены расширяющимися в направлении от оси корпуса к корпусу, причем в каждом желобе борты могут быть выполнены с переменной высотой, увеличивающейся в направлении движения в нем конденсата, и (или) эти борты могут быть выполнены наклонными один к другому. In the heat exchange surface, containing heat exchange pipes and condensate collection chutes located in the body cavity, the latter in the body cavity being arranged in tiers and facing at one end towards the body and the other towards its axis, the goal is achieved by expanding the gutters in the direction from the axis of the casing to the casing, and in each trough, the sides can be made with a variable height, increasing in the direction of movement of condensate in it, and (or) these sides can be made inclined one to the other.

Выполнение желобов расширяющимися в направлении от оси корпуса к корпусу перераспределяет гидравлическое сопротивление для пара по поперечному сечению полости корпуса и снижает скорость пара на ее периферии. Подобрав соответствующие зазоры (величину, форму) между смежными желобами в каждом ярусе желобов, можно добиться, чтобы в каждой ячейке поперечного сечения полости корпуса проходило требуемое количество пара, соответствующее величине поверхности теплообмена в этой ячейке. В результате, в каждой ячейке последний пар конденсируется в конце теплообменной поверхности независимо от места расположения этой ячейки в поперечном сечении полости корпуса. Это приводит к определенности места расположения зоны максимальной концентрации неконденсирующихся газов и соответственно минимальной концентрации греющего пара (она находится в конце поверхности теплообмена по ходу пара), что снижает расход продувки для вывода этих газов, уменьшает потери греющего пара с продувкой и повышает экономичность теплообменной поверхности. The execution of the gutters expanding in the direction from the axis of the housing to the housing redistributes the hydraulic resistance for steam over the cross section of the cavity of the housing and reduces the speed of steam at its periphery. Having selected the appropriate gaps (size, shape) between adjacent grooves in each tier of the grooves, it is possible to ensure that in each cell of the cross section of the body cavity the required amount of steam passes, corresponding to the value of the heat exchange surface in this cell. As a result, in each cell, the last pair condenses at the end of the heat exchange surface, regardless of the location of this cell in the cross section of the body cavity. This leads to the certainty of the location of the zone of maximum concentration of non-condensable gases and, accordingly, the minimum concentration of heating steam (it is located at the end of the heat exchange surface along the steam), which reduces the purge consumption for removing these gases, reduces the loss of heating steam with purge and increases the efficiency of the heat exchange surface.

Снижение скорости пара на периферии полости корпуса уменьшает разбрызгивание конденсата из желобов, в которых конденсат течет в направлении от оси корпуса к корпусу. Уменьшению разбрызгивания конденсата из этих желобоы способствует также их расширение в направлении движения конденсата, так как при этом проходное сечение желобов увеличивается, а скорость конденсата, несмотря на все увеличивающееся его количество, остается на допустимом уровне. Снижению разбрызгивания конденсата из этих желобов, а также из других желобов, в которых конденсат течет в направлении от корпуса к оси корпуса, способствует еще увеличивающаяся высота бортов в каждом желобе по ходу конденсата и наклоненность этих бортов один к другому. При этом нижерасположенные трубы не забрызгиваются конденсатом, что повышает коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося пара и снижает металлоемкость поверхности теплообмена. Reducing the steam velocity at the periphery of the cavity of the housing reduces condensate spatter from the troughs in which condensate flows in the direction from the axis of the housing to the housing. Reducing the spraying of condensate from these gutters also contributes to their expansion in the direction of movement of the condensate, since in this case the cross section of the gutters increases, and the speed of the condensate, despite its ever increasing number, remains at an acceptable level. A further increase in the height of the sides in each groove along the condensate and the inclination of these sides to one another contributes to the reduction of condensate spatter from these gutters, as well as from other gutters in which condensate flows in the direction from the housing to the housing axis. At the same time, the downstream pipes are not sprayed with condensate, which increases the heat transfer coefficient from the side of the condensing steam and reduces the metal consumption of the heat exchange surface.

На фиг. 1 изображен общий вид поверхности теплообмена в варианте использования ее в подогревателе высокого давления паротурбинной установки тепловой электростанции; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 3; на фиг. 6 - разрез Д-Д на фиг. 4; на фиг. 7 - поперечное сечение желобов, варианты выполнения. In FIG. 1 shows a general view of a heat exchange surface in an embodiment using it in a high-pressure heater of a steam turbine installation of a thermal power plant; in FIG. 2 is a section AA in FIG. one; in FIG. 3 - section BB in FIG. one; in FIG. 4 is a section BB of FIG. one; in FIG. 5 is a section GG in FIG. 3; in FIG. 6 is a section DD in FIG. 4; in FIG. 7 is a cross section of gutters, embodiments.

Поверхность теплообмена содержит размещенные в полости корпуса 1 теплообменные трубы 2 и конденсатосборные желобы 3, 4. Желобы 3, 4 в полости корпуса 1 размещены ярусами и в каждом ярусе обращены одними концами в сторону корпуса 1, а другими - в сторону его оси. Желобы 3, 4 выполнены расширяющимися в направлении от оси корпуса 1 к корпусу 1. В каждом из желобов 3, 4 борты могут быть выполнены с переменной высотой, увеличивающейся в направлении движения в нем конденсата, и (или) эти борты могут быть выполнены наклоненными один к другому. Целесообразность такого выполнения бортов повышается с увеличением вероятности разбрызгивания конденсата из желобов 3, 4, например с увеличением количества конденсата, сливающегося в каждый из желобов 3, 4 (большое количество теплообменных труб над каждым из желобов 3, 4) и (или) с увеличением скорости пара такая целесообразность увеличивается. The heat exchange surface contains heat exchange tubes 2 located in the cavity of the housing 1 and condensate collection chutes 3, 4. The grooves 3, 4 in the cavity of the housing 1 are arranged in tiers and in each tier are facing at one end towards the housing 1 and the other towards its axis. The grooves 3, 4 are made expanding in the direction from the axis of the housing 1 to the housing 1. In each of the grooves 3, 4, the sides can be made with a variable height, increasing in the direction of movement of condensate in it, and (or) these sides can be made inclined one to another. The feasibility of such an implementation of the sides increases with an increase in the probability of spraying condensate from the grooves 3, 4, for example, with an increase in the amount of condensate discharging into each of the grooves 3, 4 (a large number of heat transfer pipes above each of the grooves 3, 4) and (or) with an increase in speed a pair of such expediency is increasing.

Трубы 2 сгруппированы в вертикальные ширмы, продольно установленные в корпусе 1. Каждая ширма в поперечном сечении корпуса 1 расположена по линии, направленной от оси корпуса 1 к корпусу 1, и образована чередующимися по высоте поперечными и продольными участками, обрамляющими полости 5, 6. По меньшей мере в части полостей 5, 6 каждой ширмы и установлены желобы 3, 4, соответственно. Желобы 3, 4 расположены под углом к горизонту и обращены верхними концами в сторону соответствующего продольного участка ширмы. При малом количестве труб 2 в ширме желобы 3, 4 устанавливаются не во всех полостях 5, 6 из-за небольшого количества конденсата, образующегося над каждым из желобов 3, 4. Pipes 2 are grouped into vertical screens installed longitudinally in the housing 1. Each screen in the cross section of the housing 1 is located along a line directed from the axis of the housing 1 to the housing 1 and is formed by alternating vertical and transverse sections framing the cavities 5, 6. at least in part of the cavities 5, 6 of each screen and gutters 3, 4 are installed, respectively. The gutters 3, 4 are located at an angle to the horizon and face the upper ends towards the corresponding longitudinal section of the screen. With a small number of pipes 2 in the screen, the grooves 3, 4 are not installed in all cavities 5, 6 due to the small amount of condensate formed above each of the grooves 3, 4.

В подогревателе высокого давления, кроме предлагаемой поверхности теплообмена с трубами 2 и желобами 3, 4, используются трубы 7 поверхности охлаждения пара и поверхность 8 охлаждения конденсата. Поверхность 8 образована нижними участками труб 2, расположенными под уровнем 9 конденсата. Трубы 7 заключены в короб 10, полость которого подключена к патрубку 11 подвода греющего пара. Патрубок 12 служит для отвода конденсата, а патрубок 13 - для вывода из полости корпуса 1 неконденсирующихся газов. Для раздачи питательной воды по трубам 2 и 7, а также для ее сбора после подогрева используется центральный коллектор 14 с входным патрубком 15 и выходным патрубком 16. In the high-pressure heater, in addition to the proposed heat exchange surface with pipes 2 and grooves 3, 4, pipes 7 of the steam cooling surface and condensate cooling surface 8 are used. The surface 8 is formed by the lower sections of the pipes 2 located under the level 9 of the condensate. The pipes 7 are enclosed in a box 10, the cavity of which is connected to the pipe 11 for supplying heating steam. The pipe 12 serves to drain the condensate, and the pipe 13 - to output non-condensable gases from the cavity of the housing 1. To distribute feed water through pipes 2 and 7, as well as to collect it after heating, a central collector 14 with an inlet pipe 15 and an outlet pipe 16 is used.

Поверхность теплообмена работает следующим образом. The heat transfer surface operates as follows.

Греющий пар через патрубок 11 подают в полость короба 10, где он, омывая трубы 7, охлаждается и поднимается в верхнюю часть полости корпуса 1. Развернувшись на 180^o, охлажденный пар попадает на трубы 2, где он конденсируется, опускаясь вниз с умеренной скоростью, а конденсат собирается в желобах 3, 4 без разбрызгивания и затем сливается на уровень 9 конденсата. Конденсат, собранный желобами 3, на уровень 9 сливается по внутренней поверхности корпуса 1, а из желобов 4 конденсат сливается по наружной поверхности центрального коллектора 14. По мере движения вниз и конденсации на трубах 2 концентрация пара уменьшается, а конденсация неконденсирующихся паров соответственно увеличивается. Конденсация последнего пара происходит одновременно по всему поперечному сечению полости корпуса 1 в конце предлагаемой поверхности теплообмена непосредственно около уровня 9 конденсата. Из этой зоны по патрубку 13 осуществляют продувку с минимальным расходом. Под уровнем 9 конденсат охлаждается, омывая поверхность 8 теплообмена, и затем по патрубку 12 выводится из подогревателя.Heating steam through the pipe 11 is fed into the cavity of the box 10, where it, washing the pipes 7, is cooled and rises to the upper part of the cavity of the housing 1. Turning 180 ^° , the cooled steam enters the pipes 2, where it condenses, dropping down at a moderate speed, and condensate is collected in gutters 3, 4 without spraying and then drained to level 9 of the condensate. The condensate collected by the grooves 3 is drained to level 9 along the inner surface of the housing 1, and from the grooves 4 the condensate is drained along the outer surface of the central manifold 14. As the downward movement and condensation on the pipes 2, the vapor concentration decreases, and the condensation of non-condensing vapors increases accordingly. The condensation of the last pair occurs simultaneously over the entire cross-section of the cavity of the housing 1 at the end of the proposed heat exchange surface directly near the level 9 of the condensate. From this zone, the pipe 13 carries out a purge with a minimum flow rate. Under level 9, the condensate cools, washing the heat exchange surface 8, and then through the pipe 12 is removed from the heater.

Питательную воду, которую необходимо подогреть, подают в центральный коллектор 14 по патрубку 15. Из коллектора 14 вода поступает в трубы 2 и 7, где подогревается за счет охлаждения греющего пара, его конденсации и охлаждения конденсата. Из труб 2 и 7 подогретая вода попадает опять в коллектор 14, из которого выводится по патрубку 16. The feed water that needs to be heated is supplied to the central collector 14 through the pipe 15. From the collector 14, the water enters the pipes 2 and 7, where it is heated by cooling the heating steam, its condensation and cooling of the condensate. From pipes 2 and 7, the heated water enters again into the collector 14, from which it is discharged through the pipe 16.

Claims

1. The heat exchange surface containing heat exchanging pipes and condensate collection channels located in the body cavity, the latter being placed in tiers and in each tier facing one end towards the body and the other towards its axis, characterized in that the grooves are made expandable in direction from the axis of the housing to the housing.

2. The heat exchange surface according to claim 1, characterized in that in each channel the sides are made with a variable height, increasing in the direction of movement of condensate in it.

3. The heat exchange surface according to claims 1 and 2, characterized in that in each channel the sides are made inclined to one another.