RU2147102C1

RU2147102C1 - Surface heat exchanger

Info

Publication number: RU2147102C1
Application number: RU99102089/06A
Authority: RU
Inventors: М.П. Белоусов; П.А. Лыгин
Priority date: 1999-02-01
Filing date: 1999-02-01
Publication date: 2000-03-27

Abstract

FIELD: heat supply systems or low pressure regenerative systems of steam turbines. SUBSTANCE: proposed heat exchanger is designed for heating water by condensation of steam and its overcooling. Condensate cooler tube bank of heat exchanger is arranged between two vertical partitions directing condensate or gas flow and installed over periphery of condensate cooler tube bank. Different diameter horizontal partitions are installed between vertical partitions. Holes made in partitions of maximum diameter at side of steam inlet branch pipe outside tube zone in tube bank are connected by vertical tubes with steam space of housing over box. EFFECT: provision of gradual control of heat capacity of condensate cooler with heater operating, enhanced reliability and increased economy. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в теплообменных аппаратах регенеративных систем низкого давления паровых турбин или в системах теплоснабжения и предназначенных для подогрева воды за счет конденсации пара и его переохлаждения. The invention relates to the field of energy and can be used in heat exchangers of regenerative low-pressure systems of steam turbines or in heat supply systems designed to heat water by condensation of steam and its supercooling.

Известен подогреватель, содержащий корпус, внутри которого установлен трубный пучок и охладитель конденсата, в кожухе которого размещены горизонтальные направляющие перегородки, водоподводящую и водоотводящую камеры, сообщенные соответственно с входом и выходом трубного пучка, патрубок отвода конденсата, установленный на корпусе со стороны водоподводящей камеры, и патрубок подвода пара в паровой объем корпуса (А.С. СССР N 1025960, МПК F 22 D 1/32). A heater is known comprising a housing, inside which a tube bundle and a condensate cooler are installed, in the casing of which horizontal guides of a partition, a water supply and a water drain chamber are arranged, respectively communicating with a pipe bundle inlet and outlet, a condensate drain pipe mounted on the body from a water supply chamber, and a pipe for supplying steam to the steam volume of the hull (AS USSR N 1025960, IPC F 22 D 1/32).

Недостатком данного подогревателя является его повышенное гидравлическое сопротивление охладителя конденсата со стороны конденсата, что уменьшает располагаемый перепад давления на регулирующем клапане, а это приводит к необходимости увеличения уровня конденсата в корпусе или сброса конденсата помимо охладителя конденсата. The disadvantage of this heater is its increased hydraulic resistance of the condensate cooler on the condensate side, which reduces the available differential pressure on the control valve, and this leads to the need to increase the level of condensate in the housing or discharge of condensate in addition to the condensate cooler.

В случае понижения уровня в корпусе и поступления пара в охладитель возможно возникновение в охладителе гидроударов, способных разрушить охладитель. Гидроудары в охладителе конденсата могут возникнуть и в случае появления выше уровня конденсата неплотностей в кожухе охладителя. Поэтому к подогревателям со встроенными охладителями конденсата предъявляются повышенные требования при изготовлении, что удорожает их производство. If the level in the case decreases and steam enters the cooler, water hammer may occur in the cooler, which can destroy the cooler. Water hammer in the condensate cooler can also occur if leaks appear in the cooler casing above the condensate level. Therefore, heaters with built-in condensate coolers are subject to increased manufacturing requirements, which makes their production more expensive.

Конструкция этих подогревателей не предусматривает возможности изменения величины поверхности охладителя конденсата в процессе его работы. The design of these heaters does not provide for the possibility of changing the surface value of the condensate cooler during its operation.

Известен поверхностный теплообменник, содержащий корпус с патрубками подвода пара и охлаждающей воды, водоподводящую и водоотводящую водяные камеры, встроенный охладитель конденсата с конденсатособирающим коробом над ним, с гидрозатвором и несколькими патрубками для отвода конденсата с присоединенными к ним трубопроводами с запорной арматурой (А.С. СССР N 1138595 МПК F 22 D 1/32 - прототип). A surface heat exchanger is known, comprising a housing with steam and cooling water inlets, water supply and water drainage chambers, a built-in condensate cooler with a condensate collecting box above it, with a water trap and several pipes for condensate discharge with pipelines connected to them with shutoff valves (A.S. USSR N 1138595 IPC F 22 D 1/32 - prototype).

Недостатком известного теплообменника является наличие гидрозатвора, усложняющего конструкцию, и наличие нескольких патрубков с присоединенными к ним трубопроводами с запорной арматурой, что также усложняет конструкцию и затрудняет эксплуатацию, отсутствие возможности плавного регулирования теплопроизводительности. Тепловой поток регулируется дискретно в зависимости от количества установленных патрубков отвода конденсата. Участок труб поверхности нагрева, расположенный под охладителем, работает неэффективно, так как омывается не всем количеством конденсата пара, а только его частью. A disadvantage of the known heat exchanger is the presence of a water seal, complicating the design, and the presence of several pipes with pipelines attached to them with shutoff valves, which also complicates the design and complicates operation, the lack of the possibility of smooth regulation of heat output. The heat flow is controlled discretely depending on the number of installed condensate drain pipes. The pipe section of the heating surface, located under the cooler, is inefficient, since it is not washed by the entire amount of steam condensate, but only by its part.

Заявленное решение позволяет повысить надежность, экономичность, а также во время работы подогревателя плавно регулировать теплопроизводительность охладителя конденсата. При работе охладителя на любых режимах исключена возможность появления гидроударов, так как при любых величинах уровня в зоне охладителя паровая область, появившаяся в нем, например, в случае понижения уровня, будет всегда соединена с паровым объемом подогревателя. В рассматриваемом подогревателе имеется возможность плавно изменять расположение уровня конденсата в зоне расположения охладителя и обеспечивать плавное изменение поверхности нагрева охладителя, а следовательно, и величину переохлаждения конденсата греющего пара и его температуру на выходе. The claimed solution allows to increase reliability, efficiency, and also, while the heater is in operation, to smoothly adjust the heating capacity of the condensate cooler. When the cooler is operating in any modes, the possibility of the appearance of water hammer is excluded, since at any level in the cooler zone the steam region that appears in it, for example, in case of a decrease in level, will always be connected to the steam volume of the heater. In the considered heater, it is possible to smoothly change the location of the condensate level in the area of the cooler location and to provide a smooth change in the heating surface of the cooler, and therefore the magnitude of the supercooling of the heating steam condensate and its outlet temperature.

При необходимости поверхность нагрева охладителя полностью исключается из работы, а освободившаяся поверхность используется для работы в режиме конденсации. Перевод поверхности нагрева охладителя конденсата в режим работы при конденсации позволяет использовать ее с целью повышения температуры воды на выходе из подогревателя. If necessary, the heating surface of the cooler is completely excluded from work, and the freed surface is used to work in condensation mode. The transfer of the condensate cooler heating surface to the operation mode during condensation allows it to be used to increase the temperature of the water leaving the heater.

Предложен поверхностный теплообменник, включающий корпус, внутри которого установлен встроенный охладитель конденсата с коробом над ним и размещенными в нем горизонтальными перегородками, трубный пучок с перегородками, водоподводящую и водоотводящую камеры с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, патрубок подвода пара в паровой объем корпуса, при этом трубный пучок охладителя конденсата размещен между двумя направляющими поток конденсата или пара вертикальными перегородками, установленными по периферии трубного пучка охладителя конденсата, между которыми размещены горизонтальные перегородки разных диаметров, кроме того, в перегородках с наибольшим диаметром со стороны патрубка входа пара вне зоны расположения труб поверхности теплообмена в трубном пучке выполнены отверстия, соединенные посредством вертикальных труб с паровым объемом корпуса над коробом. A surface heat exchanger is proposed, including a housing, inside which an integrated condensate cooler is installed with a duct above it and horizontal partitions placed in it, a tube bundle with partitions, water supply and water drainage chambers with heated water inlet and outlet pipes, a steam supply pipe into the steam volume of the body, this tube bundle of condensate cooler placed between two guides the flow of condensate or steam by vertical partitions mounted on the periphery of the tube bundle will cool A condensate, between which horizontal partitions of different diameters, in addition, in the partitions with the largest diameter of the steam-side manifold is input tube location area of heat exchange surface in the tube bundle is provided with holes connected by means of vertical pipes with a steam volume of the housing duct.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображен поверхностный теплообменник, продольный разрез (общий вид), на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a surface heat exchanger, a longitudinal section (general view), FIG. 2 is a section AA in FIG. 1.

Поверхностный теплообменник включает корпус 1, внутри которого установлен встроенный охладитель конденсата 2 с коробом 3 над ним и размещенными в нем горизонтальными перегородками 4, 5, 6, 7, трубный пучок 8 с горизонтальными перегородками 9, водоподводящую 10 и водоотводящую 11 камеры с патрубками входа 12 и выхода 13 нагреваемой воды, патрубком подвода пара в паровой объем корпуса 14. Трубный пучок охладителя конденсата 2 размещен между двумя направляющими поток конденсата или пара вертикальными перегородками 15 (фиг. 2), установленными по периферии трубного пучка охладителя конденсата 2, между которыми размещены горизонтальные перегородки 4, 5, 6, 7 разных диаметров, при этом в перегородках с наибольшим диаметром со стороны патрубка входа пара вне зоны расположения труб в трубном пучке выполнены отверстия 16, соединенные посредством вертикальных труб 17 с паровым объемом корпуса над коробом 3. The surface heat exchanger includes a housing 1, inside which an integrated condensate cooler 2 is installed with a duct 3 above it and horizontal partitions 4, 5, 6, 7 placed in it, a tube bundle 8 with horizontal partitions 9, a water supply 10 and a water discharge 11 of the chamber with inlet 12 and the outlet 13 of heated water, a pipe for supplying steam to the steam volume of the housing 14. The tube bundle of the condensate cooler 2 is placed between the two guides of the condensate stream or steam by vertical partitions 15 (Fig. 2) installed on the periphery and a tube bundle of condensate cooler 2, between which horizontal partitions 4, 5, 6, 7 of different diameters are placed, while holes 16 connected by vertical pipes 17 are made in the partitions with the largest diameter on the side of the steam inlet pipe outside the pipe location zone in the tube bundle with a steam volume of the body above the box 3.

В нижней части корпуса 1 установлен патрубок 18 для отвода конденсата греющего пара, для отвода паровоздушной смеси из корпуса 1 установлены патрубки 19, 20 и 21. На горизонтальной перегородке 7, служащей днищем короба 3, установлена боковая вертикальная стенка 22, обеспечивающая совместно с вертикальной перегородкой 15 возможность образования и поддержание уровня в коробе 3. In the lower part of the housing 1, a pipe 18 is installed for the removal of heating steam condensate, pipes 19, 20 and 21 are installed for the removal of the steam-air mixture from the housing 1. A horizontal side wall 22 is installed on the horizontal partition 7, which serves as the bottom of the box 3, providing together with the vertical partition 15 the possibility of education and maintaining the level in the box 3.

В верхней части теплообменника расположена поворотная водяная камера 23. In the upper part of the heat exchanger there is a rotary water chamber 23.

Поверхностный теплообменник работает следующим образом. Surface heat exchanger operates as follows.

Поток нагреваемой воды через патрубок 12 поступает в водоподводящую водяную камеру 10, откуда в трубный пучок 8. Изменив направление движения в поворотной водяной камере 23, нагреваемая вода через трубный пучок второго хода поступает в водоотводящую водяную камеру 11 и через патрубок 13 выводится из подогревателя. Поток греющего пара через патрубок 14, установленный на корпусе 1, поступает в трубный пучок 8, разделенный на отсеки перегородками 9, где и конденсируется, а неконденсирующиеся газы с некоторым количеством пара (паровоздушная смесь) выводятся через вертикальную перфорированную трубу, присоединенную к патрубку 21. Конденсат пара из каждого отсека трубного пучка стекает в короб 3, в котором устанавливается максимальный уровень конденсата, обеспечивающий максимальную эффективную поверхность теплообмена зоны охлаждения конденсата. The flow of heated water through the pipe 12 enters the water supplying water chamber 10, from where it enters the tube bundle 8. By changing the direction of movement in the rotary water chamber 23, the heated water through the second flow pipe bundle enters the water discharge water chamber 11 and is discharged from the heater through the pipe 13. The flow of heating steam through the pipe 14 mounted on the housing 1 enters the tube bundle 8, divided into compartments by partitions 9, where it condenses, and non-condensable gases with a certain amount of steam (vapor-air mixture) are discharged through a vertical perforated pipe connected to the pipe 21. Condensate vapor from each compartment of the tube bundle flows into box 3, in which the maximum level of condensate is set, which ensures the maximum effective heat exchange surface of the condensate cooling zone.

Учитывая, что верхняя кромка вертикальной стенки короба 3 расположена ниже верхней кромки вертикальной трубы 17, уровень конденсата в ней по закону сообщающихся сосудов будет такой же, как и в коробе 3 (точнее, несколько меньше на величину гидравлического сопротивления части трубного пучка охладителя). Наличие этого уровня конденсата в трубе(ах) 17 не допускает поступления через нее пара под перегородку 5. Given that the upper edge of the vertical wall of the box 3 is located below the upper edge of the vertical pipe 17, the condensate level in it according to the law of communicating vessels will be the same as in the box 3 (more precisely, it is somewhat less by the hydraulic resistance of a part of the tube bundle of the cooler). The presence of this level of condensate in the pipe (s) 17 does not allow the flow of steam through it under the partition 5.

Движение конденсата в охладителе конденсата 2 организуется вертикальными перегородками 15 и горизонтальными 4, 5, 6, 7. Переохлажденный конденсат выводится из подогревателя через патрубок 18. The movement of condensate in the condensate cooler 2 is organized by vertical partitions 15 and horizontal 4, 5, 6, 7. Subcooled condensate is removed from the heater through the pipe 18.

Для уменьшения рабочей поверхности охладителя конденсата 2, а следовательно, теплопроизводительности и величины переохлаждения конденсата необходимо на соответствующую величину понизить уровень его в корпусе 1. При понижении уровня конденсата к части поверхности охладителя конденсата 2 обеспечивается возможность поступления греющего пара, и эта поверхность начинает работать в режиме конденсации. В случае повышения уровня и затопления поверхности нагрева она переходит в режим работы охладителя. Работа протекает следующим образом. Например, необходимо уменьшить поверхность охладителя, соответствующую расположению уровня конденсата в корпусе между перегородками 6 и 7. В этом случае к освободившейся поверхности, между перегородками 6 и 7, греющий пар поступает через зазоры между корпусом 1 и боковой вертикальной стенкой 22 короба 3, а отвод неконденсирующихся газов осуществляется через патрубок 20. Через этот зазор пар проходит к поверхности нагрева в случае дальнейшего уменьшения поверхности охладителя, когда уровень конденсата необходимо расположить между перегородками 5 и 6. При дальнейшем уменьшении поверхности нагрева охладителя и расположении уровня конденсата между перегородками 4 и 5 греющий пар к поверхности нагрева между этими перегородками будет поступать через трубу(ы) 17, а паровоздушная смесь отводиться через патрубок 19. Через эти же трубы пар поступает к поверхности нагрева, расположенной между трубной доской и перегородкой 4, когда уровень конденсата в корпусе 1 устанавливается минимально возможным и поверхность охладителя конденсата 2 полностью исключается из работы в режиме охладителя. To reduce the working surface of the condensate cooler 2, and therefore, the heat output and the magnitude of the condensate supercooling, it is necessary to lower its level in the housing 1 by an appropriate amount. When the condensate level decreases to a part of the surface of the condensate cooler 2, it is possible to receive heating steam, and this surface starts to work in the mode condensation. In the case of increasing the level and flooding of the heating surface, it goes into the mode of operation of the cooler. The work proceeds as follows. For example, it is necessary to reduce the surface of the cooler corresponding to the location of the condensate level in the housing between the partitions 6 and 7. In this case, to the freed surface, between the partitions 6 and 7, the heating steam enters through the gaps between the case 1 and the side vertical wall 22 of the box 3, and the outlet non-condensing gases is carried out through the pipe 20. Through this gap, the steam passes to the heating surface in the case of a further decrease in the surface of the cooler, when the level of condensate must be located between the partition kami 5 and 6. With a further decrease in the heating surface of the cooler and the location of the condensate level between partitions 4 and 5, heating steam to the heating surface between these partitions will flow through pipe (s) 17, and the air-vapor mixture will be discharged through pipe 19. enters the heating surface located between the tube plate and the partition 4 when the condensate level in the housing 1 is set to the minimum possible and the surface of the condensate cooler 2 is completely excluded from operation in the cooler mode .

Claims

A surface heat exchanger, including a housing, inside which an integrated condensate cooler is installed with a duct above it and horizontal partitions placed in it, a tube bundle with partitions, a water supply and drainage chamber with heated water inlet and outlet pipes, a steam supply pipe to the steam volume of the body, characterized in that the condensate cooler tube bundle is located between two condensate or steam flow guides with vertical partitions mounted on the periphery of the refrigeration tube bundle condensate separator, between which horizontal partitions of different diameters are placed, while in the partitions with the largest diameter on the side of the steam inlet pipe outside the pipe location zone, holes are made in the tube bundle connected by means of vertical pipes to the steam volume of the body above the box.