RU2264592C1

RU2264592C1 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2264592C1
Application number: RU2004110312/06A
Authority: RU
Inventors: М.П. Белоусов (RU); М.П. Белоусов; Л.П. Заёкин (RU); Л.П. Заёкин; В.А. Колтунов (RU); В.А. Колтунов
Priority date: 2004-04-05
Filing date: 2004-04-05
Publication date: 2005-11-20
Also published as: RU2004110312A

Abstract

FIELD: power engineering; low- and high-pressure regenerative systems of steam turbines or heat supply systems for water heating due to steam condensation.

SUBSTANCE: proposed heat exchanger has housing accommodating tube bank and main horizontal partitions, water inlet and water-outlet chambers with heated medium inlet and outlet pipes, and steam supply pipe running to steam space of housing; additional horizontal partition is installed in parallel with main one under each or after every one or every two main ones at distance shorter than that between main partitions; main and additional horizontal partitions are placed in casing whose upper part is attached to additional partitions on part of their outer perimeter and bottom part, to main partitions disposed under next additional partitions; the latter are joined through pressurized channels to upper main partitions. In addition, height of pressurized channel interconnecting main and additional partitions may be equal to or shorter than distance between them.

EFFECT: enhanced operating economic efficiency of heater by augmenting heat transfer due to reduction of condensate film thickness in heat-transfer surface tubes.

1 cl, 6 dwg

Description

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

Известен поверхностный подогреватель, содержащий водоподводящую и водоотводящую водяные камеры, корпус с патрубками подвода пара и отвода его конденсата, трубную систему с горизонтальными направляющими перегородками, размещенную в кожухе, имеющем по всей высоте "окно" для прохода пара к трубной системе (Подогреватель ПН-3000-25-16-IV А, Отраслевой каталог, часть II /Теплообменное оборудование паротурбинных установок/, - М.; НИИ ЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, 1989, с.86-87, рис.74).Known is a surface heater comprising a water supply and water drainage chambers, a housing with steam supply and condensate branch pipes, a pipe system with horizontal guide walls, located in a casing having a “window” for the passage of steam to the pipe system over its entire height (Heater PN-3000 -25-16-IV A, Industry catalog, part II / Heat exchange equipment of steam turbine plants /, - M .; NII EINFORMENERGOMASH, 1989, pp. 86-87, Fig. 74).

Недостатком данного подогревателя является отсутствие разницы давления над и под направляющей перегородкой, обеспечивающей отсутствие прохода конденсата пара через кольцевые зазоры в месте прохода труб поверхности нагрева через отверстия в горизонтальных перегородках. Наличие прохода конденсата через эти кольцевые зазоры увеличивает толщину конденсатной пленки на нижележащих участках труб поверхности нагрева, что ухудшает процесс теплообмена и снижает эффективность работы подогревателя.The disadvantage of this heater is the lack of pressure difference above and below the guide wall, which ensures that steam condensate does not pass through the annular gaps at the passage of the heating surface pipes through openings in the horizontal partitions. The presence of condensate passage through these annular gaps increases the thickness of the condensate film on the underlying pipe sections of the heating surface, which affects the heat transfer process and reduces the efficiency of the heater.

Известен теплообменник, включающий водоподводящую и водоотводящую водяные камеры, корпус с патрубками для входа пара и выхода конденсата, внутри которого установлена трубная система с горизонтальными перегородками, размещенная в кожухе с отверстиями, расположенными в шахматном порядке на диаметральных сторонах кожуха (SU №1315721, F 22 D 1/32; опубликовано 07.06.87).A heat exchanger is known, including water supply and water drainage chambers, a housing with nozzles for steam inlet and condensate outlet, inside which a pipe system with horizontal partitions is installed, placed in a casing with holes staggered on the diametrical sides of the casing (SU No. 1315721, F 22 D 1/32; published 07.06.87).

По совокупности признаков этот известный теплообменник является наиболее близким к заявляемому и принимается за прототип.By the totality of the features, this known heat exchanger is closest to the claimed one and is taken as a prototype.

Недостатком данного подогревателя является необходимость подвода пара к трубному пучку (трубной системе) через отверстия в кожухе, расположенные с диаметральных сторон, что требует прохождения ~50% пара между корпусом и трубной системой, для чего необходимо увеличение диаметра корпуса, чтобы обеспечить достаточное сечение для прохода пара. Кроме того, необходимая разность давления пара над и под горизонтальными перегородками, предотвращающая проход конденсата пара через кольцевые зазоры в месте прохода труб через отверстия в горизонтальных перегородках, обеспечивается только у 50% этих перегородок.The disadvantage of this heater is the need to supply steam to the tube bundle (pipe system) through openings in the casing located on the diametric sides, which requires ~ 50% of the passage between the casing and the pipe system, which requires an increase in the diameter of the casing to ensure sufficient cross-section for passage couple. In addition, the necessary difference in vapor pressure above and below the horizontal partitions, preventing the passage of steam condensate through the annular gaps in the place of passage of pipes through the holes in the horizontal partitions, is provided only in 50% of these partitions.

Заявляемое решение позволяет повысить экономичность работы подогревателя путем интенсификации теплообмена за счет уменьшения толщины пленки конденсата на трубах теплообменной поверхности.The claimed solution allows to increase the efficiency of the heater by intensifying heat transfer by reducing the thickness of the condensate film on the tubes of the heat exchange surface.

Предложен теплообменник, включающий корпус с размещенным в нем трубным пучком и основными горизонтальными перегородками, водоподводящую и водоотводящую камеры с патрубками входа и выхода нагреваемой среды и патрубок подвода пара в паровой объем корпуса, при этом под каждой, или через одну, или через две, основной горизонтальной перегородкой параллельно ей на расстоянии, меньшем расстояния между основными перегородками, установлена дополнительная горизонтальная перегородка, основные и дополнительные горизонтальные перегородки заключены в кожух, верхняя часть которого прикреплена к дополнительным перегородкам на части их внешнего периметра, а нижняя - к основным перегородкам, расположенным над следующими дополнительными перегородками, причем дополнительные перегородки соединены герметичными каналами с верхними основными перегородками. Кроме того, высота герметичного канала, соединяющего основную и дополнительную перегородки, может быть равной или большей расстояния между ними.A heat exchanger is proposed, which includes a housing with a tube bundle and main horizontal partitions, a water supply and water drainage chamber with inlet and outlet pipes of a heated medium, and a steam supply pipe to the steam volume of the body, while under each, or through one, or through two, the main horizontal partition parallel to it at a distance less than the distance between the main partitions, an additional horizontal partition is installed, the main and additional horizontal partitions are closed enes in a housing upper part of which is attached to the additional partitions a portion of their outer perimeter, and the bottom - to the main partition positioned above the following additional partitions, wherein additional septum sealed channels connected to the upper main partition walls. In addition, the height of the sealed channel connecting the main and additional partitions may be equal to or greater than the distance between them.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид теплообменника, на фиг.2 - разрез по А-А, на фиг.3 - разрез по Б-Б, на фиг.4 - разрез по С-С, на фиг.5, 6 - варианты исполнения теплообменника с различной высотой герметичного канала.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a general view of a heat exchanger, Fig. 2 is a section along A-A, Fig. 3 is a section along BB, in Fig. 4 is a section along CC, in Fig. 5, 6 - versions of the heat exchanger with different heights of the sealed channel.

Теплообменник включает вертикальный корпус 1 с размещенным в нем трубным пучком 2 и основными горизонтальными перегородками 3, водоподводящую 4 и водоотводящую 5 камеры с патрубками входа 6 и выхода 7 нагреваемой среды и патрубок подвода пара 8 в паровой объем корпуса 1. Под каждой, или через одну, или через две, основной горизонтальной перегородкой 3 параллельно ей на расстоянии, меньшем расстояния между основными перегородками, установлена дополнительная горизонтальная перегородка 9. Основные 3 и дополнительные 9 горизонтальные перегородки заключены в кожух 10, верхняя часть которого прикреплена к дополнительным перегородкам 9 на части их внешнего периметра, а нижняя - к основным перегородкам 3, расположенным над следующими дополнительными перегородками. Дополнительные перегородки 9 соединены герметичными каналами 11 с верхними основными перегородками 3.The heat exchanger includes a vertical housing 1 with a tube bundle 2 and main horizontal partitions 3 placed therein, a water supply 4 and a water discharge 5 cameras with inlet 6 and 7 outlet pipes of a heated medium and a steam supply pipe 8 into the steam volume of the housing 1. Under each, or through one , or through two, the main horizontal partition 3 parallel to it at a distance less than the distance between the main partitions, an additional horizontal partition 9 is installed. The main 3 and additional 9 horizontal partitions enclosed in a casing 10, the upper part of which is attached to additional partitions 9 on the part of their outer perimeter, and the lower one - to the main partitions 3 located above the following additional partitions. Additional partitions 9 are connected by airtight channels 11 with the upper main partitions 3.

Высота герметичного канала 11, соединяющего основную 3 и дополнительную 9 перегородки может быть равной или большей расстояния между ними. Трубная система 2 разделена основными и дополнительными перегородками на разной высоты отсеки 12 и 13 и в ней установлена вертикальная перфорированная труба 14 для отвода неконденсирующихся газов. В центральной части дополнительных перегородок 9 выполнены отверстия 15 для выхода неконденсирующихся газов из отсеков 13. На корпусе 1 имеется патрубок для выхода конденсата пара 16. Водоподводящая 4 и водоотводящая 5 камеры приварены к трубной доске 17.The height of the sealed channel 11 connecting the main 3 and the additional 9 partitions can be equal to or greater than the distance between them. The pipe system 2 is divided by the main and additional partitions at different heights of the compartments 12 and 13 and a vertical perforated pipe 14 is installed in it for the removal of non-condensable gases. In the central part of the additional partitions 9, holes 15 are made for the exit of non-condensable gases from the compartments 13. On the housing 1 there is a pipe for the exit of steam condensate 16. The water supply 4 and water discharge 5 chambers are welded to the tube plate 17.

Теплообменник работает следующим образом.The heat exchanger operates as follows.

Нагреваемая вода через патрубок 6 поступает в водоподводящую камеру 4, совершает первый и второй ход в трубах трубной системы 2 и возвращается в водоотводящую камеру 5, откуда отводится через патрубок 7. Нагрев воды в трубах трубной системы происходит при конденсации пара, поступающего в корпус 1 через патрубок 8. Пар при входе в корпус 1 распределяется по всей его высоте и входит в отсеки 12, ограниченные по периметру кожухом 10 только с одной стороны, в том месте, где кожух 10 имеет "окно" для входа пара в трубную систему 2. При своем движении пар последовательно проходит вначале трубы второго, а затем первого ходов нагреваемой воды, конденсируется, а несконденсировавшиеся газы (воздух) поступают в перфорированную трубу 14 и через соответствующий патрубок выводятся из теплообменника. Учитывая, что при движении в отсеках 12 пар омывает максимальное количество рядов труб, потери давления пара в этих отсеках максимальное. Суммарная величина поверхности нагрева, заключенная в отсеках 12, значительно больше суммарной величины поверхности нагрева отсеков 13, поэтому не требуется увеличения зазора для прохода пара между корпусом 1 и кожухами 10 к трубам первого хода в зоне отсеков 13. В отсеки 13, ограниченные дополнительной перегородкой 9 и расположенной над ней ближайшей основной перегородкой 3, пар из зазора между корпусом 1 и трубной системой 2 поступает одновременно на трубы поверхности нагрева первого и второго хода нагреваемой воды и движется от периферии трубной системы к центру теплообменника (фиг.1 и 4). При этом количество рядов труб, омываемых потоком пара, в два раза меньше, чем при давлении пара в отсеках 12 и поэтому потери давления пара в отсеках 13 будут меньше, чем в отсеках 12. Неконденсировавшиеся газы из отсеков 13 отводятся в нижерасположенные отсеки 12 через отверстия 15. Поэтому среднее давление пара в отсеке 13 будет больше давления пара в отсеке 12. Эта разница давлений будет препятствовать проходу конденсата пара через кольцевые зазоры, образованные при прохождении труб поверхности нагрева через отверстия в основных горизонтальных перегородках 3, расположенных в непосредственной близости над дополнительными перегородками 9. Конденсат греющего пара с этих основных перегородок 3 будет сливаться через каналы 11 под дополнительные перегородки 9, не заливая нижерасположенные участки труб поверхности нагрева (фиг.4, 5, 6), что приведет к уменьшению толщины пленки конденсата на теплообменной поверхности. При своем дальнейшем движении этот конденсат поступает на трубную доску 17 и совместно с конденсатом с перегородок 9 отводится из подогревателя через патрубок 16.The heated water through the pipe 6 enters the water supply chamber 4, makes the first and second stroke in the pipes of the pipe system 2 and returns to the water discharge chamber 5, from where it is discharged through the pipe 7. The heating of water in the pipes of the pipe system occurs when the steam entering the housing 1 is condensed through pipe 8. Steam at the entrance to the housing 1 is distributed over its entire height and enters the compartments 12, limited along the perimeter by the casing 10 on one side only, in the place where the casing 10 has a “window” for steam to enter the pipe system 2. When their steam movement First, it passes through the pipes of the second and then the first strokes of the heated water, condenses, and non-condensed gases (air) enter the perforated pipe 14 and are removed from the heat exchanger through the corresponding pipe. Considering that when moving in compartments 12 pairs, the maximum number of rows of pipes is washed, the maximum vapor pressure loss in these compartments. The total value of the heating surface, enclosed in compartments 12, is significantly larger than the total value of the heating surface of compartments 13, therefore, there is no need to increase the clearance for the steam to pass between the housing 1 and the casings 10 to the pipes of the first stroke in the area of the compartments 13. Into the compartments 13, limited by an additional partition 9 and the closest main partition 3 located above it, steam from the gap between the housing 1 and the pipe system 2 enters simultaneously on the pipes of the heating surface of the first and second strokes of the heated water and moves from the periphery of the pipe system to the center of the heat exchanger (figures 1 and 4). Moreover, the number of rows of pipes washed by the steam stream is two times less than at the vapor pressure in the compartments 12, and therefore the vapor pressure loss in the compartments 13 will be less than in the compartments 12. Non-condensing gases from the compartments 13 are discharged into the downstream compartments 12 through the openings 15. Therefore, the average vapor pressure in compartment 13 will be greater than the vapor pressure in compartment 12. This pressure difference will prevent the passage of steam condensate through the annular gaps formed when the pipes of the heating surface pass through the holes in the main horizontal the partitions 3 located in the immediate vicinity of the additional partitions 9. The condensate of the heating steam from these main partitions 3 will merge through the channels 11 under the additional partitions 9 without filling the lower sections of the pipes of the heating surface (Figs. 4, 5, 6), which will lead to reducing the thickness of the condensate film on the heat exchange surface. With its further movement, this condensate enters the tube plate 17 and together with the condensate from the partitions 9 is discharged from the heater through the pipe 16.

Таким образом, за счет соответствующего выполнения установки кожуха, основных и дополнительных горизонтальных перегородок, соединенных герметичными каналами, обеспечивается интенсификация теплообмена на части труб поверхности нагрева трубной системы и повышается экономичность работы подогревателя.Thus, due to the appropriate installation of the casing, the main and additional horizontal partitions connected by sealed channels, the heat exchange is intensified on the part of the pipes of the heating surface of the pipe system and the efficiency of the heater is increased.

Claims

1. A heat exchanger comprising a housing with a tube bundle and main horizontal partitions located therein, a water supply and discharge chamber with inlet and outlet pipes of a heated medium and a steam supply pipe to the steam volume of the housing, characterized in that under each, or through one, or through two, the main horizontal partition parallel to it at a distance less than the distance between the main partitions, an additional horizontal partition is installed, while the main and additional horizontal partitions the towns are enclosed in a casing, the upper part of which is attached to additional partitions on the part of their external perimeter, and the lower one - to the main partitions located above the following additional partitions, with additional partitions connected by airtight channels to the upper main partitions.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the height of the sealed channel connecting the main and additional partitions can be equal to or greater than the distance between them.