RU224326U1 - Пароводяной теплообменник - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована в котельных, на ТЭЦ и в промышленных энергетических установках.

Предложен пароводяной теплообменник, включающий корпус, распределительную и поворотную водяные камеры, патрубки входа и выхода нагреваемой среды, подвода пара, отвода конденсата греющего пара и отвода неконденсирующихся газов, трубную систему из труб, концы которых закреплены в трубных досках, и опорных перегородок, в котором трубная система выполнена однопроходной по пару и снабжена анкерными связями, концы которых соединены с верхней и нижней трубными досками, расстояния между опорными перегородками рассчитаны с учетом равенства тепловой мощности теплообменных секций, кроме того, опорные перегородки снабжены лотками и бортиками по их внешнему контуру, на входе пара в трубный пучок установлен перфорированный пароотбойный щит, а в зоне между корпусом, пароотбойным щитом, прилегающим к нему рядом теплообменных труб и трубными досками образован вертикальный раздающий коллектор, кроме того, поворотная водяная камера выполнена плавающей и присоединена к нижней трубной доске посредством фланца.

Заявленное техническое решение позволяет обеспечить равномерное распределение температурного напора в теплообменных секциях и способствует эффективной системе сбора и отвода конденсата греющего пара с поверхности теплообмена, оптимизирует скорости греющей среды по всей высоте аппарата, что способствует повышению устойчивости трубной системы к вибрации.

Description

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована в котельных, на ТЭЦ и в промышленных энергетических установках.

Известен пароводяной теплообменник, включающий корпус с патрубками подвода, отвода конденсата, отсоса неконденсирующихся газов, водяную камеру с патрубками подвода и отвода сетевой воды, трубную систему, разделенную горизонтальными перегородками. (SU 877222, МПК F22D 1/32, опубликовано 30.10.81)

Недостатком известного теплообменника является то, что в трубной системе при движении греющего пара по мере его конденсации на холодных трубках теплообмена появляются застойные зоны, в которых пар теряет скорость и теплообмен ухудшается, это приводит к уменьшению температуры нагреваемого теплоносителя и снижению экономичности.

Известен вертикальный пароводяной теплообменник, включающий корпус, трубную систему из труб, концы которых закреплены в трубных досках, опорные перегородки, распределительную и поворотную водяные камеры и патрубки входа и выхода нагреваемой среды, подвода пара, отвода конденсата греющего пара и отвода неконденсирующихся газов. (ОСТ 108.271.101-76 [4] Подогреватели сетевой воды для тепловых электростанций, отопительно-производственных и отопительных котельных. Типы, основные параметры, конструкции и размеры, 1976 г.)

Недостатками данного пароводяного теплообменника является не оптимальная с термодинамической точки зрения схема движения потоков нагреваемой воды и греющего пара, наличие застойных зон в трубной системе и значительных холостых перетечек пара, неравномерность распределения тепловой нагрузки по аппарату (60% греющего пара конденсируется на первых двух секциях теплообмена), отсутствие устройств для сбора и отвода с поверхности труб образующейся на ней пленки конденсата, ухудшающей условия теплообмена, пониженная вибрационная надежность трубного пучка, все это приводит к пониженной тепловой эффективности и недостаточной надежности.

Известен, принятый за прототип, паровой теплообменник, включающий корпус с патрубками подвода пара, отвода конденсата, отсоса неконденсирующихся газов, водяную камеру с патрубками подвода и отвода сетевой воды, трубную систему, разделенную горизонтальными перегородками. (№ RU 37182 U1, МПК F22D 1/32, опубликовано 10.04.2004).

Недостатком представленного теплообменника является то, что расстановка горизонтальных опорных перегородок в конструкции не учитывает, что приблизительно 60% тепловой мощности аппарата приходится на две-три секции теплообменника, что вызывает повышенный температурный напор в теплообменных секциях и неустойчивое вибрационное состояние.

Заявленное техническое решение позволяет обеспечить равномерное распределение температурного напора в теплообменных секциях и способствует эффективной системе сбора и отвода конденсата греющего пара с поверхности теплообмена, оптимизирует скорости греющей среды по всей высоте аппарата, что способствует повышению устойчивости трубной системы к вибрации.

Предложен пароводяной теплообменник, включающий корпус, распределительную и поворотную водяные камеры, патрубки входа и выхода нагреваемой среды, подвода пара, отвода конденсата греющего пара и отвода неконденсирующихся газов, трубную систему из труб, концы которых закреплены в трубных досках и опорные перегородки, в котором трубная система выполнена однопроходной по пару и снабжена анкерными связями, концы которых соединены с верхней и нижней трубными досками, расстояния между опорными перегородками рассчитаны с учетом равенства тепловой мощности теплообменных секций, кроме того, опорные перегородки снабжены лотками и бортиками по их внешнему контуру, на входе пара в трубный пучок установлен перфорированный пароотбойный щит, а в зоне между корпусом, пароотбойным щитом, прилегающим к нему рядом теплообменных труб и трубными досками образован вертикальный раздающий коллектор, кроме того, поворотная водяная камера выполнена плавающей и присоединена к нижней трубной доске посредством фланца.

Полезная модель иллюстрируется чертежом фиг. 1, где показан общий вид теплообменника и чертежом фиг. 2, где выделены границы теплообменных секций подогревателя.

Пароводяной теплообменник включает корпус 1, трубную систему 2 из труб, концы которых закреплены в верхней 3 и нижней 4 трубных досках, опорные перегородки 5, распределительную 6 и поворотную 7 водяные камеры, патрубки входа 8 и выхода 9 нагреваемой среды, подвод пара 10, отвод конденсата греющего пара 11 и отвод неконденсирующихся газов 12. Трубная система 2 выполнена однопроходной по пару и снабжена анкерными связями 13, концы которых соединены с верхней 3 и нижней 4 трубными досками. Опорные перегородки 5 расположены на разных расстояниях друг от друга, с учетом рассчитанной тепловой нагрузки каждой теплообменной секции, а также снабжены лотками 14 под ними и бортиками 15 по их внешнему контуру. При этом перегородки 5 и концы лотков 14 соединены с анкерными связями 13. На входе пара в трубный пучок установлен перфорированный пароотбойный щит 16, а в зоне между корпусом 1, пароотбойным щитом 16, прилегающим к нему рядом теплообменных труб трубной системы 2 и трубными досками 3 и 4 образован вертикальный раздающий коллектор 17. Поворотная водяная камера 7 выполнена плавающей и присоединена к нижней трубной доске 4 посредством фланца 18. Для отвода неконденсирующихся газов из зон конденсации установлена перфорированная труба 19, вокруг которой на каждой перегородке 5 выполнена система отверстий для стекания конденсата греющего пара в виде струй, образующих смешивающий воздухоохладитель. На поворотной камере 7 установлен патрубок 20 для опорожнения трубной системы 2.

Пароводяной теплообменник работает следующим образом.

Поток нагреваемой среды через патрубок входа 8 поступает в распределительную водяную камеру 6, откуда - в трубы первого хода трубной системы 2, затем поступает в плавающую поворотную водяную камеру 7, поворачивается в ней и по трубам второго хода возвращается в распределительную водяную камеру 6, из которой отводится через патрубок выхода нагреваемой среды 9. Греющий пар поступает в теплообменник через патрубок подвода пара 10 и распространяется по всей длине подогревателя над трубной системой 2.

В вертикальном раздающем паровом коллекторе 17 происходит выравнивание распределения греющего пара по высоте трубного пучка. Пароотбойный щит 16 предупреждает прямое динамическое воздействие потока пара с каплями влаги, вытекающего с большими скоростями из патрубка 10 на передние ряды теплообменных труб, находящихся в зоне между анкерными связями 13. Поток греющего пара двигается в поперечном направлении через трубный пучок в теплообменные секции параллельными каналами. Ввиду различного расстояние между опорными перегородками 5, но равенства тепловых нагрузок теплообменных секций, греющий пар распределяется равномерно в каждую секцию. Отвод неконденсирующихся газов осуществляется из всех зон конденсации пара в нижнюю часть теплообменника через перфорированную трубу 19 к патрубку 12, через который они отводятся из корпуса. Отводимая через трубу 19 парогазовая смесь обтекает струи конденсата, при этом происходит конденсация остатков пара из удаляемой смеси и в ней повышается концентрация отводимых неконденсирующихся газов.

На поверхности струй конденсируется та небольшая часть пара, которая не сконденсировалась на поверхности труб при его движении через трубный пучок, что позволяет сократить до минимума потери пара с отводимыми из подогревателя неконденсирующимися газами. С помощью бортиков 15 образующаяся на поверхности труб пленка конденсата стекает и собирается на перегородках 5, через отверстия в которых затем перетекает в расположенные под ними лотки 14, присоединенные к соответствующим анкерным связям 13. Из лотков 14 конденсат самотеком перетекает во внутреннюю полость анкерных связей 13 и отводится на нижнюю трубную доску, с которой стекает в водяной объем нижней части теплообменника. Конденсат греющего пара отводится через патрубок 11.

Для расстановки опорных перегородок в пароводяном теплообменнике должно выполняться условие равенства тепловых мощностей теплообменных секций Q₁=Q₂=Q₃=Q₄=Q₅=Q₆=Q_n, n - номер теплообменной секции (см. фиг. 2). Тепловая мощность рассчитывается из выражения Q_n=F_n⋅k_n⋅Δt_cpn, где F_n - площадь теплообмена n-секции, k_n - коэффициент теплопередачи n-секции, Δt_cpn - средний температурный напор n-теплообменной секции.

Расстояние между опорными перегородками выбирается из равенства:

Где d_n, мм - наружный диаметр труб теплообменных; m_n - количество труб теплообмена в n-секции; Z_n - количество ходов в n-секции теплообмена.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, а также выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил технические решения, характеризующие признаками тождественными или эквивалентно предлагаемым. При этом предлагаемые технические решения не вытекают явным для специалиста образом из известного уровня техники и определенного заявителем.

Claims (1)

1. Пароводяной теплообменник, включающий корпус, распределительную и поворотную водяные камеры, патрубки входа и выхода нагреваемой среды, подвода пара, отвода конденсата греющего пара и отвода неконденсирующихся газов, трубную систему из труб, концы которых закреплены в трубных досках, и опорных перегородок, которые образуют между корпусом теплообменные секции, отличающийся тем, что расстояние между опорными перегородками трубной системы подбирается исходя из равенства тепловой мощности и вибрационной устойчивости каждой секции теплообменника внутри трубной системы.