RU2265775C1 - Regenerative air heater - Google Patents
Regenerative air heater Download PDFInfo
- Publication number
- RU2265775C1 RU2265775C1 RU2004108965/06A RU2004108965A RU2265775C1 RU 2265775 C1 RU2265775 C1 RU 2265775C1 RU 2004108965/06 A RU2004108965/06 A RU 2004108965/06A RU 2004108965 A RU2004108965 A RU 2004108965A RU 2265775 C1 RU2265775 C1 RU 2265775C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- row
- heat exchange
- length
- pipes
- tubes
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам для утилизации тепла отходящих от агрегатов газов, в частности для подогрева воздуха выхлопными продуктами сгорания, поступающими от компрессора газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата на компрессорных станциях магистральных газопроводов.The invention relates to a power system, and in particular, to devices for recovering heat from exhaust gases from aggregates, in particular for heating air with exhaust products from a compressor of a gas turbine installation of a gas pumping unit at compressor stations of gas mains.
Известен воздухоподогреватель (SU, №992920, F 12 L 15/04, 1983 г.), содержащий расположенные один над другим и установленные на нижнем каркасе блоки теплообменных секций, образованных вертикальными трубками с горизонтальными трубными досками, жестко скрепленными между собой и верхним распределительным коробом, снабженным компенсатором температурных изменений, при этом воздухоподогреватель снабжен силовым поясом с пружинными опорами, охватывающими распределительный короб, жестко скрепленный с поясом в зоне ниже своего компенсатора, а участком выше последнего взаимодействующий с его пружинными опорами.Known air heater (SU, No. 992920, F 12
Известен также регенеративный воздухоподогреватель (SU, №985595, F 12 L 15/04, 1982 г.), содержащий трубную доску с закрепленным в ней пучком теплообменных труб, установленных вертикальными рядами, плоскости которых перпендикулярны к опорным краям трубной доски, при этом для снижения термических напряжений трубы в местах закрепления пучка труб в трубных досках трубы в рядах на участках, расположенных со стороны опорных краев трубной доски, соединены между собой и с трубными досками дополнительными проставками.Also known is a regenerative air heater (SU, No. 985595, F 12
К недостаткам описанных выше устройств относится их высокая металлоемкость, обусловленная наличием вертикальных теплообменных трубок и горизонтальных трубных досок. В первом аналоге нагрузка от верхнего распределительного короба воспринимается через блоки теплообменных секций нижним каркасом, в связи с чем потребовалось введение силового пояса с пружинными опорами. Во втором аналоге для снижения термических напряжений потребовалось введение проставок, объединяющих трубы между собой и с трубной доской.The disadvantages of the above devices include their high metal consumption due to the presence of vertical heat transfer tubes and horizontal tube boards. In the first analogue, the load from the upper distribution box is perceived through the blocks of the heat exchange sections by the lower frame, and therefore the introduction of a power belt with spring supports was required. In the second analogue, in order to reduce thermal stresses, it was necessary to introduce spacers connecting the pipes together and with the tube plate.
Ближайшим аналогом является регенеративный воздухоподогреватель (RU, №31838 F 23 L 15/04, 2002 г.), содержащий теплообменные блоки, имеющие собранные в пакеты пучки теплообменных труб, торцы которых элементами крепления соединены с коллекторами подвода и отвода воздуха, пучок теплообменных труб имеет форму змеевика и выполнен однопакетным, при этом элементы крепления теплообменных труб к коллекторам выполнены в виде отдельных трубных досок, вваренных непосредственно в стенку соответствующего коллектора.The closest analogue is a regenerative air heater (RU, No. 31838 F 23
К недостаткам ближайшего аналога относится то, что он не обеспечивает высокой тепловой эффективности, а также компактности укладки теплообменных труб при обеспечении прочности и жесткости конструкции, вследствие чего ближайший аналог обладает повышенной металлоемкостью.The disadvantages of the closest analogue include the fact that it does not provide high thermal efficiency, as well as the compactness of the stacking of heat transfer pipes, while ensuring strength and rigidity of the structure, as a result of which the closest analogue has an increased metal consumption.
Задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности теплообмена при одновременном повышении прочности и жесткости конструкции и снижении металлоемкости.The problem solved by the invention is to increase the heat transfer efficiency while increasing the strength and rigidity of the structure and reducing metal consumption.
Поставленная задача решается за счет того, что регенеративный воздухоподогреватель блочно-секционный, согласно изобретению содержит, по крайней мере, две секции, внутри каждой из которых размещены по меньшей мере два теплообменных блока, каждый из которых включает состоящий из четырех ветвей четырехходовой многорядный пучок теплообменных труб, уложенных горизонтальными рядами и дистанцированных по горизонтали и вертикали друг от друга, а также включает диффузор для подвода и конфузор для отвода охлаждаемой среды, коллекторы подвода и отвода нагреваемой среды, каждый из которых соединен с теплообменными трубами посредством отдельных трубных досок, вмонтированных непосредственно в стенку соответствующего коллектора подвода или отвода нагреваемой среды, каждая теплообменная труба ряда выполнена с четырьмя или пятью или шестью гибами радиусом R, образующими четыре прямолинейные ветви и соединяющие их три колена, при этом участки гиба у двух труб в каждом нечетном ряду имеют длину πR, а именно у одной трубы - на внутреннем колене, у другой - на двух внешних коленах, для остальных труб нечетных и четных рядов участки гиба имеют длину πR/2 и сочленены попарно посредством прямолинейных вставок длиной H'i, для внешних колен и H''i - для внутреннего колена, при этом размещение труб в объеме, занимаемом по крайней мере одной ветвью пучка, принято с соблюдением условий, согласно первому из которых отношение суммарной площади ∑Fн.т.п. наружной теплообменной поверхности труб этой ветви пучка к объему ∑Fм.с., занимаемому межтрубной средой в зоне активного теплообмена ветви пучка и равному объему ветви пучка по внешнему контуру, очерченному условными плоскостями, касающимися внешних поверхностей крайних теплообменных труб ветви пучка, за вычетом объема, занимаемого собственно теплообменными трубами в этой ветви пучка, находится в диапазоне значений, определяемом коэффициентом The problem is solved due to the fact that the regenerative block-sectional air heater according to the invention contains at least two sections, each of which contains at least two heat-exchange units, each of which includes a four-way multi-row bundle of heat-exchange pipes consisting of four branches laid in horizontal rows and spaced horizontally and vertically from each other, and also includes a diffuser for supply and a confuser for removal of the cooled medium, supply manifolds and of the outlet of the heated medium, each of which is connected to the heat exchange tubes by means of separate tube plates mounted directly into the wall of the corresponding collector of the inlet or outlet of the heated medium, each heat exchange tube of a row is made with four, five or six bends of radius R, forming four straight branches and connecting them three bends, while the bending sections of two pipes in each odd row have a length πR, namely, one pipe has an inner bend, the other has two external bends, for the rest of odd and even rows of pipes, the bend sections are πR / 2 long and are paired by means of straight inserts of length H ' i , for the outer elbows and H'' i - for the inner elbow, while placing the pipes in the volume occupied by at least one branch beam, taken in compliance with the conditions, according to the first of which the ratio of the total area ∑F ntp the outer surface of the heat exchange tubes of the bundle branches to the volume ΣF MS occupied by the annular medium in the area of active heat transfer of the beam branch and equal to the volume of the beam branch along the external contour defined by the conditional planes touching the outer surfaces of the extreme heat transfer tubes of the beam branch, minus the volume occupied by the heat transfer tubes in this beam branch, is in the range of values determined by the coefficient
составляющим (84,5-460) [м-1], согласно второму условию отношение суммарного объема ∑Vв.c. для нагреваемой среды в трубах ветви пучка к объему Vм.с. определено коэффициентом components (84.5-460) [m -1 ], according to the second condition, the ratio of the total volume ∑V century.c. for the heated medium in the pipes of the beam branch to the volume V m.s. determined by the coefficient
составляющим 0,78-1,25.constituting 0.78-1.25.
При этом параметры каждой трубы ряда могут быть определены зависимостями:In this case, the parameters of each row pipe can be determined by the dependencies:
Li+1=2l'i+1+2l''i+1-Δ+2H'i+1+H''i+1+3πR,L i + 1 = 2l ' i + 1 + 2l'' i + 1 -Δ + 2H' i + 1 + H '' i + 1 + 3πR,
где Li+1 - длина развертки (i+1)-й трубы ряда, [м];where L i + 1 is the scan length of the (i + 1) th row pipe, [m];
l'i+1 - длина внешней прямолинейной ветви (i+1)-й трубы ряда, равная l'i+1=l'i-b, [м];l ' i + 1 is the length of the external straight branch (i + 1) of the row pipe equal to l' i + 1 = l ' i -b, [m];
l''i+1 - длина внутренней прямолинейной ветви (i+1)-й трубы ряда, равная l''i+1=l'i-Δ, [м];l " i + 1 is the length of the internal straight branch (i + 1) of the row pipe equal to l" i + 1 = l ' i -Δ, [m];
H'i+1 - длина прямолинейных вставок внешних колен (i+1)-й трубы ряда, равная H'i+1=Н'i-2a, [м];H ' i + 1 - the length of the rectilinear inserts of the outer elbows of the (i + 1) th pipe of the row, equal to H' i + 1 = H ' i -2a, [m];
H''i+1 - длина прямолинейной вставки внутреннего колена (i+1)-й трубы ряда, равная Н''i+1=H''i+2а, [м];H " i + 1 - the length of the straight insert of the inner bend of the (i + 1) th pipe of the row, equal to H" i + 1 = H " i + 2a, [m];
а - шаг между продольными осями одноименных прямолинейных ветвей смежных в ряду труб, [м];a - step between the longitudinal axes of the same straight branches of the same adjacent in a row of pipes, [m];
b - шаг между продольными осями прямолинейных вставок колен смежных труб в ряду, [м];b is the step between the longitudinal axes of the rectilinear inserts of the elbows of adjacent pipes in a row, [m];
Δ - эмпирическая величина, равная [3-12]·10-3, [м];Δ is an empirical value equal to [3-12] · 10 -3 , [m];
l'i, l''i, H'i и Н''i - соответствующие параметры для i-й трубы в ряду, считая от внешней трубы к внутренней в этом ряду, причем шаг а составляет (1,5-2,5)·d, шаг b составляет (1,8-2,8)·d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы, [м], длина развертки Lmin теплообменной трубы минимальной длины составляет не менее 0,75 длины развертки Lmax теплообменной трубы максимальной длины, при этом размещение теплообменных труб в ряду может быть выбрано с соблюдением условия, согласно которому отношение площади внутренней поверхности теплообменных труб на прямолинейных ветвях ряда, расположенных перпендикулярно потоку охлаждаемой среды, к объему, занимаемому рядом теплообменных труб, и равному объему, очерченному условными плоскостями, касающимися внешних поверхностей теплообменных труб ряда, с учетом зазоров между трубами, составляет 0,02-0,12 [м-1].l ' i , l'' i , H' i and Н '' i are the corresponding parameters for the i-th pipe in the row, counting from the outer pipe to the inner one in this row, and step a is (1.5-2.5 ) · D, step b is (1.8-2.8) · d, where d is the outer diameter of the heat exchanger pipe, [m], the scan length L min of the heat transfer pipe of the minimum length is at least 0.75 of the scan length L max of the heat transfer pipes of maximum length, while the placement of heat transfer pipes in a row can be selected subject to the condition according to which the ratio of the internal surface area of heat transfer pipes to straight the branches of the row, perpendicular to the flow of the cooled medium, to the volume occupied by the series of heat transfer tubes and equal to the volume outlined by the conditional planes touching the outer surfaces of the heat transfer tubes of the row, taking into account the gaps between the pipes, is 0.02-0.12 [m -1 ].
В каждой секции регенеративного воздухоподогревателя теплообменные блоки могут быть расположены один над другим, а предпочтительное количество блоков - четыре.In each section of the regenerative air heater, the heat exchange units can be located one above the other, and the preferred number of units is four.
Коллекторы подвода и отвода нагреваемой среды могут быть выполнены с возможностью соединения с трубопроводами подвода и отвода нагреваемой среды, в качестве которой использован предпочтительно воздух, в том числе с обогащенным содержанием кислорода, при этом в качестве охлаждаемой среды могут быть использованы продукты сгорания после турбины газотурбинной установки, преимущественно следующего состава:The collectors for supplying and discharging the heated medium can be made with the possibility of connecting with pipelines for supplying and discharging the heated medium, which is preferably used air, including with an enriched oxygen content, while the products of combustion after the turbine of a gas turbine can be used as a cooled medium , mainly of the following composition:
при содержании оксидов азота, составляющем не более 220 мг/м3 и коэффициенте избытка воздуха, составляющем 5-8.when the content of nitrogen oxides is not more than 220 mg / m 3 and the coefficient of excess air is 5-8.
В каждом ряду шаг а между продольными осями смежных труб прямолинейных ветвей может быть меньше или больше, чем шаг b между продольными осями смежных труб на участке прямолинейных вставок колена, предпочтительно а<b, или шаг а равен шагу b.In each row, the step a between the longitudinal axes of adjacent pipes of rectilinear branches may be smaller or larger than the step b between the longitudinal axes of adjacent pipes in the section of straight knee inserts, preferably a <b, or step a is equal to step b.
Количество теплообменных труб в смежных по высоте рядах пучка для нечетных и четных рядов может составлять соответственно m и n, где m - четное число, и n=(m-1), количество рядов труб в пучке k - предпочтительно нечетное, причем k>3, теплообменные трубы в смежных по высоте рядах размещены в шахматном порядке со смещением на (0,4÷0,6)а, [м], где а - шаг между продольными осями прямолинейных ветвей смежных труб одного ряда, [м], при этом длины H'i и Н''i прямолинейных вставок колен i-й трубы выполнены переменными: для нечетного ряда теплообменных труб изменяющимися от величины, равной 2a±10%, [м], до величины, равной 2а(m-1)±10%, [м], и для четного ряда - от величины, равной а±10%, [м], до величины, равной a(2n-1)±10%, [м].The number of heat transfer tubes in the adjacent rows of the beam for odd and even rows can be respectively m and n, where m is an even number and n = (m-1), the number of rows of tubes in the bundle k is preferably odd, and k> 3 , heat-exchange pipes in rows adjacent in height are placed in a checkerboard pattern with an offset of (0.4 ÷ 0.6) a , [m], where a is the step between the longitudinal axes of the rectilinear branches of adjacent pipes of the same row, [m], while length H 'i and H''i rectilinear inserts knee i-th tube formed variables: for an odd number of heat exchange tubes changing from a value equal to 2a ± 10%, [m], to a value equal to 2a (m-1) ± 10%, [m], and for an even row, from a value equal to a ± 10%, [m], to a value equal to a (2n-1) ± 10%, [m].
Количество N теплообменных труб в блоке при нечетном количестве рядов k труб в пучке может быть определено зависимостью N=0,5(k-1)(2m-1)+m и составляет предпочтительно 263-563 шт.The number N of heat exchange tubes in the block with an odd number of rows of k tubes in the bundle can be determined by the dependence N = 0.5 (k-1) (2m-1) + m and is preferably 263-563 pcs.
Количество N теплообменных труб в блоке при четном количестве рядов k труб в пучке также может определяться зависимостью N=0,5k(2m-1) и составляет предпочтительно 263-563 шт.The number N of heat exchange tubes in the block with an even number of rows of k tubes in the bundle can also be determined by the dependence N = 0.5k (2m-1) and is preferably 263-563 pcs.
Для каждой теплообменной трубы пучка расстояние Н между продольными осями ее внешних прямолинейных ветвей составляет (30-85) d; длина прямолинейных ветвей l' и l'' составляет соответственно (95-145)d и (100-135)d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы, [м].For each beam heat exchange tube, the distance H between the longitudinal axes of its external straight branches is (30-85) d; the length of the straight branches l 'and l' 'is (95-145) d and (100-135) d, respectively, where d is the outer diameter of the heat exchanger pipe, [m].
Между коллекторами подвода и отвода нагреваемой среды может быть закреплен вытеснитель межтрубной среды, выполненный в виде профилированной панели с плоским участком, расположенным между коллекторами подвода и отвода нагреваемой среды.Between the inlet and outlet collectors of the heated medium, an annulus displacer can be fixed, made in the form of a profiled panel with a flat section located between the inlet and outlet collectors of the heated medium.
Площадь проходного сечения коллекторов подвода или отвода нагреваемой среды может составлять 0,45-0,82 суммарной площади проходного сечения теплообменных труб пучка.The cross-sectional area of the inlet or outlet of the heated medium collectors can be 0.45-0.82 of the total cross-sectional area of the beam heat-transfer tubes.
Теплообменный блок может быть снабжен устройствами для строповки и люками-лазами, выполненными в коллекторах подвода и отвода нагреваемой среды.The heat exchange unit can be equipped with slinging devices and manholes made in collectors for supplying and discharging a heated medium.
Суммарная длина l'∑ и l''∑ прямолинейных участков труб внешних и внутренних ветвей пучка теплообменных труб, расположенных перпендикулярно потоку охлаждаемой среды, может составлять не менее 72% суммарной длины разверток L∑ теплообменных труб, а суммарная длина прямолинейных вставок H'∑ и Н''∑ колен теплообменных труб пучка, нагреваемая среда в которых расположена в противотоке с охлаждаемой средой, составляет до 18% суммарной длины разверток L∑ теплообменных труб пучка.The total length l ' ∑ and l'' ∑ of the straight sections of the pipes of the external and internal branches of the heat exchange tube bundle, perpendicular to the flow of the cooled medium, can be at least 72% of the total length of the sweeps L ∑ of the heat transfer tubes, and the total length of the straight inserts H' ∑ and H ' ∑ of the elbows of the heat exchange tubes of the beam, the heated medium in which is located in countercurrent with the cooled medium, amounts to 18% of the total length of the sweeps L ∑ of the heat exchange tubes of the beam.
Регенеративный воздухоподогреватель, оборудованный диффузором для подвода и конфузором для отвода охлаждаемой среды, может быть установлен соответственно на противолежащих боковых стенках секции.A regenerative air heater, equipped with a diffuser for supply and a confuser for the removal of the cooled medium, can be installed respectively on the opposite side walls of the section.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью существенных признаков, состоит в обеспечении высокой эффективности теплообмена при одновременном снижении металлоемкости регенеративного воздухоподогревателя.The technical result provided by the above set of essential features is to ensure high heat transfer efficiency while reducing the metal consumption of the regenerative air heater.
Известно, что эффективность теплообменных аппаратов преимущественно из поперечно обтекаемых труб в большой степени зависит от параметров поверхности теплообмена, которая характеризуется, в частности, площадью полной поверхности теплообмена, омываемой охлаждаемой средой (продуктами сгорания), площадью проходного сечения для нагреваемой среды (воздуха) и другими характеристиками, оптимальный подбор которых позволяет повысить эффективность теплообмена, уменьшить массу и размеры теплообменных аппаратов.It is known that the efficiency of heat exchangers mainly from transversely streamlined pipes to a large extent depends on the parameters of the heat exchange surface, which is characterized, in particular, by the area of the total heat exchange surface washed by the cooled medium (combustion products), the area of the passage section for the heated medium (air), and others characteristics, the optimal selection of which allows to increase the efficiency of heat transfer, to reduce the mass and size of heat exchangers.
Изобретение позволяет оптимизировать характер обтекания высокотемпературными продуктами сгорания четырехходового многорядного пучка теплообменных труб, заполненных нагреваемым воздухом. Это обеспечивается за счет выполнения конструкции теплообменного блока секции воздухоподогревателя с использованием полученных экспериментально коэффициентов, учитывающих, при известных свойствах теплоносителя, геометрические параметры поверхности.The invention allows to optimize the nature of the flow of high-temperature combustion products of a four-way multi-row bundle of heat-exchange tubes filled with heated air. This is ensured by the design of the heat exchange unit of the air heater section using experimentally obtained coefficients that take into account, with known properties of the coolant, the surface geometric parameters.
Высокая эффективность теплообмена регенеративного воздухоподогревателя достигается за счет предлагаемого объемного размещения теплообменных труб (соблюдения определенной плотности упаковки), обеспечивающей хорошую омываемость их поверхности продуктами сгорания (охлаждаемой средой), а также формой теплообменных труб. Объемное размещение теплообменных труб в ветви пучка теплообменного блока осуществлено с использованием коэффициентов ν и μ, в соответствии с которыми можно, к примеру, при заданных исходных параметрах (расход нагреваемого воздуха, габариты теплообменного блока и т.д.) определить оптимальные геометрические характеристики пучка теплообменных труб в зоне активного теплообмена, обеспечивающие высокую эффективность теплоотдачи. Предлагаемые диапазоны значений коэффициентов ν и μ позволяют наряду с высокой эффективностью теплообмена достичь минимальной металлоемкости в случае, если при этом теплообменные трубы выполнены однопакетными четырехходовыми.High heat exchange efficiency of the regenerative air heater is achieved due to the proposed volumetric placement of heat exchange pipes (compliance with a certain packing density), which ensures good washability of their surface with combustion products (cooled medium), as well as the shape of the heat transfer pipes. The volumetric placement of heat transfer tubes in the beam branch of the heat exchange unit was carried out using the coefficients ν and μ, in accordance with which it is possible, for example, for given initial parameters (flow rate of heated air, dimensions of the heat exchange unit, etc.) to determine the optimal geometric characteristics of the heat exchange beam pipes in the zone of active heat transfer, providing high heat transfer efficiency. The proposed ranges of the values of the coefficients ν and μ allow, along with high heat transfer efficiency, to achieve the minimum metal consumption if, in this case, the heat transfer tubes are made of single-pack four-way ones.
Выполнение регенеративного воздухоподогревателя блочно-секционным и расположение теплообменных блоков в секции один над другим позволяет снизить потери тепловой энергии, уменьшить металлоемкость средств, обеспечивающих подвод и отвод продуктов сгорания. Использование вытеснителя с плоской поверхностью, обращенной внутрь теплообменного блока, к которой примыкают прямолинейные участки колен длиной Н'', в совокупности с признаками любого из предыдущих пунктов формулы изобретения обеспечивает отсутствие застойных зон охлаждаемой среды (продуктов сгорания) вблизи коллекторов и оптимальную теплоотдачу на прямолинейных участках труб, нагреваемая среда в которых расположена в противотоке с охлаждаемой средой.The implementation of the regenerative air heater in a block-sectional manner and the arrangement of the heat exchange units in the section one above the other can reduce the loss of heat energy, reduce the metal consumption of the means providing the supply and removal of combustion products. The use of a displacer with a flat surface facing the inside of the heat exchange unit, to which there are adjacent straight sections of elbows with a length of H '', together with the features of any of the preceding claims, ensures the absence of stagnant zones of the cooled medium (combustion products) near the collectors and optimal heat transfer in the straight sections pipes, the heated medium in which is located in countercurrent with the cooled medium.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:The invention is illustrated by drawings, which depict:
на фиг.1 - регенеративный воздухоподогреватель, вид сбоку;figure 1 - regenerative air heater, side view;
на фиг.2 - то же, вид сверху;figure 2 is the same, a top view;
на фиг.3 - теплообменный блок регенеративного воздухоподогревателя, вид сверху;figure 3 - heat transfer unit regenerative air heater, top view;
на фиг.4 - теплообменная труба, вид сверху;figure 4 - heat transfer pipe, top view;
на фиг.5 - узел А на фиг.3;figure 5 - node a in figure 3;
на фиг.6 - сечение Б-Б на фиг.3;figure 6 is a section bB in figure 3;
на фиг.7 - теплообменный блок регенеративного воздухоподогревателя с открытыми крышками люков-лазов, вид сверху;Fig.7 is a heat exchange unit of a regenerative air heater with open manhole covers, a top view;
на фиг.8 - блок регенеративного воздухоподогревателя в аксонометрии.on Fig - block regenerative air heater in a perspective view.
Регенеративный воздухоподогреватель 1 блочно-секционный содержит, по крайней мере, две секции 2, внутри каждой из которых размещены по меньшей мере два теплообменных блока 3, каждый из которых включает состоящий из четырех ветвей 4, 5 четырехходовой многорядный пучок 6 теплообменных труб 7, уложенных горизонтальными рядами 8 и дистанцированных по горизонтали и вертикали друг от друга, а также включает диффузор 9 для подвода и конфузор 10 для отвода охлаждаемой среды, коллекторы 11 подвода и отвода нагреваемой среды, каждый из которых соединен с теплообменными трубами 7 посредством отдельных трубных досок 12, вмонтированных непосредственно в стенку соответствующего коллектора 11 подвода и отвода нагреваемой среды, каждая теплообменная труба 7 ряда выполнена с четырьмя или пятью или шестью гибами 13, 14 радиусом R, образующими четыре прямолинейные ветви 4, 5 и соединяющие их три колена 15, 16, при этом участки гиба 13 у двух труб 7 в каждом нечетном ряду 8 имеют длину πR, а именно у одной трубы 7 - на внутреннем колене 15, у другой 7 - на двух внешних коленах 16, для остальных труб 7 нечетных и четных рядов 8 участки гиба 14 имеют длину πR/2 и сочленены попарно посредством прямолинейных вставок 17 длиной Н'i для внешних колен 16 и H''i - для внутреннего колена 15, при этом размещение труб 7 в объеме, занимаемом по крайней мере одной ветвью 4 или 5 пучка, принято с соблюдением условий, согласно первому из которых отношение суммарной площади ∑Fн.т.п. наружной теплообменной поверхности труб 7 этой ветви 4 или 5 пучка 6 к объему ∑Vм.с., занимаемому межтрубной средой в зоне активного теплообмена ветви 4 или 5 пучка 6 и равному объему ветви 4 или 5 пучка 6 по внешнему контуру, очерченному условными плоскостями, касающимися внешних поверхностей крайних теплообменных труб 7 ветви 4 или 5 пучка 6, за вычетом объема, занимаемого собственно теплообменными трубами 7 в этой ветви 4 или 5 пучка 6, находится в диапазоне значений, определяемом коэффициентомThe
составляющим (84,5-460) [м-1], согласно второму условию отношение суммарного объема ∑Vв.с. для нагреваемой среды в трубах 7 ветви 4 или 5 пучка 6 к объему Vм.с. определено коэффициентомcomponents (84,5-460) [m -1], the second condition the ratio of the total volume VS ΣV for a heated medium in
составляющим 0,78-1,25.constituting 0.78-1.25.
Параметры каждой трубы 7 ряда 8 определены зависимостями:The parameters of each
Li+1=2l'i+1+2l''i+1-Δ+2H'i+1+H''i+1+3πR,L i + 1 = 2l ' i + 1 + 2l'' i + 1 -Δ + 2H' i + 1 + H '' i + 1 + 3πR,
где Li+1 - длина развертки (i+1)-й трубы 7 ряда 8, [м];where L i + 1 is the scan length of the (i + 1)
l'i+1 - длина внешней прямолинейной ветви 5 (i+1)-й трубы 7 ряда 8, равная l'i+1=l'i-b, [м];l ' i + 1 - the length of the outer straight branch of the 5 (i + 1)
l''i+1 - длина внутренней прямолинейной ветви 4 (i+1)-й трубы 7 ряда 8, равная l''i+1=l'i-Δ, [м];l " i + 1 is the length of the inner straight branch of the 4 (i + 1)
H'i+1 - длина прямолинейных вставок 17 внешних колен 16 (i+1)-й трубы 7 ряда 8, равная H'i+1=H'i-2а, [м];H ' i + 1 - the length of the rectilinear inserts 17 of the outer elbows of the 16 (i + 1)
H''i+1 - длина прямолинейной вставки 17 внутреннего колена 15 (i+1)-й трубы 7 ряда 8, равная H''i+1=H''i+2а, [м],H '' i + 1 - the length of the straight insert 17 of the inner bend of the 15 (i + 1)
а - шаг между продольными осями одноименных прямолинейных ветвей 4 или 5 смежных в ряду 8 труб 7, [м];a - step between the longitudinal axes of the same
b - шаг между продольными осями прямолинейных вставок 17 колен 15, 16 смежных труб 7 в ряду 8, [м];b is the step between the longitudinal axes of the rectilinear inserts 17 of the
Δ - эмпирическая величина, равная [3-12]·10-3, [м];Δ is an empirical value equal to [3-12] · 10 -3 , [m];
l'i, l''i, H'i и H''i - соответствующие параметры для i-й трубы 7 в ряду 8, считая от внешней трубы 18 к внутренней 19 в этом ряду 8, причем шаг а составляет (1,5-2,5)·d, шаг b составляет (1,8-2,8)·d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы 7, [м], длина развертки Lmin теплообменной трубы 7 минимальной длины составляет не менее 0,75 длины развертки Lmax теплообменной трубы 7 максимальной длины, при этом размещение теплообменных труб 7 в ряду 8 выбрано с соблюдением условия, согласно которому отношение площади внутренней поверхности теплообменных труб 7 на прямолинейных ветвях 4, 5 ряда 8, расположенных перпендикулярно потоку охлаждаемой среды, к объему, занимаемому рядом 8 теплообменных труб 7, и равному объему, очерченному условными плоскостями, касающимися внешних поверхностей теплообменных труб 7 ряда 8, с учетом зазоров между трубами 7, составляет 0,02-0,12 [м-1].l ' i , l'' i , H' i and H '' i are the corresponding parameters for the i-
В каждой секции 2 регенеративного воздухоподогревателя 1 теплообменные блоки 3 расположены один над другим, а предпочтительное количество блоков 3 - четыре.In each
Коллекторы 11 подвода и отвода нагреваемой среды выполнены с возможностью соединения с трубопроводами подвода 20 и отвода 21 нагреваемой среды, в качестве которой использован предпочтительно воздух, в том числе с обогащенным содержанием кислорода, при этом в качестве охлаждаемой среды использованы продукты сгорания после турбины газотурбинной установки (на чертежах не показано), преимущественно следующего состава:The
при содержании оксидов азота, составляющем не более 220 мг/м3 и коэффициенте избытка воздуха, составляющем 5-8.when the content of nitrogen oxides is not more than 220 mg / m 3 and the coefficient of excess air is 5-8.
В каждом ряду 8 шаг а между продольными осями смежных труб 7 прямолинейных ветвей 4, 5 меньше или больше, чем шаг b между продольными осями смежных труб 7 на прямолинейной вставке 17 колена 15, 16, предпочтительно а<b или шаг a равен шагу b.In each
Количество теплообменных труб 7 в смежных по высоте рядах 8 пучка 6 для нечетных и четных рядов 8 составляет соответственно m и n, где m - четное число, и n=(m-1), количество рядов 8 труб 7 в пучке 6 k - предпочтительно нечетное, причем k>3, теплообменные трубы 7 в смежных по высоте рядах 8 размещены в шахматном порядке со смещением на (0,4÷0,6)а, [м], где а - шаг между продольными осями прямолинейных ветвей 4, 5 смежных труб 7 одного ряда 8, [м], при этом длины H'i и H''i прямолинейных вставок 17 колен, соответственно 16 и 15 i-й трубы 7 выполнены переменными: для нечетного ряда 8 теплообменных труб 7 изменяющимися от величины, равной 2а±10%, [м], до величины, равной 2а(m-1)±10%, [м], и для четного ряда 8 - от величины, равной а±10%, [м], до величины, равной а(2n-1)±10%, [м].The number of
Количество N теплообменных труб 7 в блоке 3 при нечетном количестве рядов k труб 7 в пучке 6 определено зависимостью N=0,5(k-1)(2m-1)+m и составляет предпочтительно 263-563 шт.The number N of
Количество N теплообменных труб 7 в блоке 3 при четном количестве рядов k труб 7 в пучке 6 определено зависимостью N=0,5k(2m-1) и составляет предпочтительно 263-563 шт.The number N of
Для каждой теплообменной трубы 7 пучка 6 расстояние Н между продольными осями ее внешних прямолинейных ветвей 5 составляет (30-85)d; длина прямолинейных ветвей l' и l'' составляет соответственно (95-145)d и (100-135)d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы 7, [м].For each
Между коллекторами 11 подвода и отвода нагреваемой среды закреплен вытеснитель 22 межтрубной среды, выполненный в виде профилированной панели с плоским участком, расположенным между коллекторами 11 подвода и отвода нагреваемой среды.Between the
Площадь проходного сечения коллекторов 11 подвода и отвода нагреваемой среды составляет 0,45-0,82 суммарной площади проходного сечения теплообменных труб 7 пучка 6.The cross-sectional area of the
Теплообменный блок 3 снабжен устройствами 23 для строповки и люками-лазами (на чертежах не показано), выполненными в коллекторах 11 подвода и отвода нагреваемой среды.The
Суммарная длина l'∑ и l''∑ прямолинейных участков труб 7 внешних 5 и внутренних 4 ветвей пучка 6 теплообменных труб 7, расположенных перпендикулярно потоку охлаждаемой среды, составляет не менее 72% суммарной длины разверток L∑ теплообменных труб 7, а суммарная длина прямолинейных вставок Н'∑ и Н''∑ колен 16 и 15, соответственно, теплообменных труб 7 пучка 6, нагреваемая среда в которых расположена в противотоке с охлаждаемой средой, составляет до 18% суммарной длины разверток L∑ теплообменных труб 7 пучка 6.The total length l ' ∑ and l'' ∑ of the straight sections of the
Регенеративный воздухоподогреватель 1 оборудован диффузором 9 для подвода и конфузором 10 для отвода охлаждаемой среды, установленными соответственно на противолежащих боковых стенках секции 2.The
Работа регенеративного воздухоподогревателя 1 осуществляется следующим образом.The operation of the
Воздух, предназначенный для топки газотурбинной установки, поступает в компрессор, в котором подвергается сжатию, а затем по трубопроводу подвода 20 через коллектор подвода нагреваемой среды и трубную доску 12 подается в теплообменные трубы 7 блоков 3 каждой секции 2. Температура воздуха после компрессора составляет около 200°С.The air intended for the combustion of a gas turbine plant enters a compressor, in which it is compressed, and then through a
Продукты сгорания приведенного выше состава от турбины ГТУ через диффузор 9, примыкающий к корпусам теплообменных блоков 3, поступают внутрь блока 3 секции 2 и омывают теплообменные трубы 7 с нагреваемым воздухом. Подвод продуктов сгорания к теплообменным блокам 3 производится в противотоке с направлением движения нагреваемого воздуха, то есть продукты сгорания поступают в теплообменный блок 3 со стороны расположения коллектора отвода нагреваемой среды. На входе в теплообменный блок 3 продукты сгорания имеют температуру 520-550°С.The combustion products of the above composition from the turbine turbine unit through a diffuser 9 adjacent to the bodies of the
Проходя по теплообменным трубам 7 блоков 3, воздух нагревается продуктами сгорания до температуры 440-450°С и через трубную доску 12 поступает в коллектор отвода нагреваемой среды, из которого по трубопроводу 21 подается на вход топки ГТУ.Passing through the
Продукты сгорания выводятся в атмосферу через конфузор 10, примыкающий к корпусам теплообменных блоков 3.The combustion products are discharged into the atmosphere through a
Высокая эффективность теплообмена регенеративного воздухоподогревателя, выполненного согласно изобретению, определяется геометрическими характеристиками блока и теплообменных труб, выбранными с использованием экспериментальных коэффициентов, учитывающих геометрические параметры поверхности при известных свойствах нагреваемой среды - воздуха и охлаждаемой среды - продуктов сгорания ГТУ. При этом изобретение обеспечивает уменьшение массы и габаритов теплообменных блоков.The high heat exchange efficiency of the regenerative air heater made according to the invention is determined by the geometric characteristics of the unit and heat exchange tubes, selected using experimental coefficients that take into account the geometric parameters of the surface with the known properties of the heated medium — air and the cooled medium — GTU combustion products. Moreover, the invention provides a reduction in the mass and dimensions of the heat exchange units.
Пример 1Example 1
Законструировать нечетный ряд пучка теплообменных труб блока регенеративного воздухоподогревателя по данному изобретению.To construct an odd row of a bundle of heat exchange tubes of a regenerative air heater unit according to this invention.
Дано: Трубный ряд составлен из четырехветвевых изогнутых труб диаметром ⌀25×1,0 мм. Каждая труба содержит две внешние прямолинейные ветви длиной l', две внутренние прямолинейные ветви каждая длиной l'', два внешних колена, образованных каждый двумя гибами радиусом R на угол π/2 и длиной πR/2 и прямолинейной вставкой длиной Н', и одно внутреннее колено, образованное двумя гибами радиусом R на угол π/2 и длиной πR/2 с прямолинейной вставкой Н''. Трубы в ряду расположены с шагом а между осями одноименных ветвей и шагом b между осями прямолинейных вставок одноименных колен.Given: The pipe row is composed of four-branch bent pipes with a diameter of ⌀25 × 1.0 mm. Each pipe contains two external rectilinear branches of length l ', two internal rectilinear branches each of length l'', two external bends, each formed by two bends of radius R at an angle π / 2 and a length πR / 2 and a straight insert with a length H', and one inner bend formed by two bends of radius R at an angle π / 2 and a length πR / 2 with a straight insert H ''. Pipes in a row are arranged with a step a between the axes of the branches of the same name and a step b between the axes of the straight inserts of the same elbows.
Конструирование трубного ряда производим из условия наиболее плотной набивки труб в блоке.The design of the pipe series is carried out from the condition of the most dense pipe packing in the block.
Размеры внутреннего объема блока в плане для размещения образующих пучок рядов теплообменных труб составляют 3130×1650 мм. Исходя из этого, задаем размеры элементов трубы №1 l'1=3060 мм, l''1=2639,5 мм, H'1=480 мм, H''1=0 мм. Шаг между осями одноименных ветвей труб в ряду а=48 мм; шаг между осями колен b=48 мм; радиус гиба R=100 мм.The dimensions of the internal volume of the block in the plan for placing the rows of heat-exchange tubes forming a bundle are 3130 × 1650 mm. Based on this, we set the dimensions of the pipe elements No. 1 l ' 1 = 3060 mm, l'' 1 = 2639.5 mm, H' 1 = 480 mm, H '' 1 = 0 mm. The pitch between the axes of the pipe branches of the same name in the row a = 48 mm; step between the axes of the knees b = 48 mm; bending radius R = 100 mm.
Параметры остальных труб ряда определяем по приведенным в изобретении зависимостям.The parameters of the remaining pipes of the series are determined by the dependencies given in the invention.
Результаты приведены в Таблице 1.The results are shown in Table 1.
Пример 2Example 2
Законструировать четный ряд пучка теплообменных труб блока регенеративного воздухоподогревателя по данному изобретению.To construct an even row of the heat exchange tube bundle of the regenerative air heater unit of the present invention.
Дано: Трубный ряд составлен из четырехветвевых изогнутых труб диаметром ⌀25×1,0 мм. Каждая труба содержит две внешние прямолинейные ветви длиной l', две внутренние прямолинейные ветви каждая длиной l'', два внешних колена, образованных каждый двумя гибами радиусом R на угол π/2 и длиной πR/2 и прямолинейной вставкой длиной Н', и одно внутреннее колено, образованное двумя гибами радиусом R на угол π/2 и длиной πR/2 с прямолинейной вставкой Н''. Трубы в ряду расположены с шагом а между осями одноименных ветвей и шагом b между осями прямолинейных вставок одноименных колен.Given: The pipe row is composed of four-branch bent pipes with a diameter of ⌀25 × 1.0 mm. Each pipe contains two external rectilinear branches of length l ', two internal rectilinear branches each of length l'', two external bends, each formed by two bends of radius R at an angle π / 2 and a length πR / 2 and a straight insert with a length H', and one inner bend formed by two bends of radius R at an angle π / 2 and a length πR / 2 with a straight insert H ''. Pipes in a row are arranged with a step a between the axes of the branches of the same name and a step b between the axes of the straight inserts of the same elbows.
Конструирование трубного ряда производим из условия наиболее плотной набивки труб в блоке.The design of the pipe series is carried out from the condition of the most dense pipe packing in the block.
Размеры внутреннего объема блока в плане для размещения образующих пучок рядов теплообменных труб составляют 3130×1650 мм. Исходя из этого, задаем размеры элементов трубы №1 l'1=3036 м, l''1=2642,5 м, Н'i=432, Н''1=48 м. Шаг между осями одноименных ветвей труб в ряду а=48 мм; шаг между осями колен b=48 мм; радиус гиба R=100 мм.The dimensions of the internal volume of the block in the plan for placing the rows of heat-exchange tubes forming a bundle are 3130 × 1650 mm. Based on this, we set the dimensions of the pipe elements No. 1 l ' 1 = 3036 m, l'' 1 = 2642.5 m, Н' i = 432, Н '' 1 = 48 m. The step between the axes of the pipe branches of the same name in a row = 48 mm; step between the axes of the knees b = 48 mm; bending radius R = 100 mm.
Параметры остальных труб ряда определяем по приведенным в изобретении зависимостям.The parameters of the remaining pipes of the series are determined by the dependencies given in the invention.
Результаты приведены в Таблице 2.The results are shown in Table 2.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004108965/06A RU2265775C1 (en) | 2004-03-26 | 2004-03-26 | Regenerative air heater |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004108965/06A RU2265775C1 (en) | 2004-03-26 | 2004-03-26 | Regenerative air heater |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004108965A RU2004108965A (en) | 2005-09-20 |
RU2265775C1 true RU2265775C1 (en) | 2005-12-10 |
Family
ID=35848756
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004108965/06A RU2265775C1 (en) | 2004-03-26 | 2004-03-26 | Regenerative air heater |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2265775C1 (en) |
-
2004
- 2004-03-26 RU RU2004108965/06A patent/RU2265775C1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004108965A (en) | 2005-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4620320B2 (en) | Heat exchanger | |
JP5010635B2 (en) | Heat exchanger | |
US3916990A (en) | Gas turbine regenerator | |
US4522157A (en) | Convection section assembly for process heaters | |
RU2265775C1 (en) | Regenerative air heater | |
RU48037U1 (en) | REGENERATIVE BLOCK SECTIONAL HEATER | |
RU2339890C2 (en) | Heat exchanger-modular water heater and heat exchanger element (versions) | |
CN201028466Y (en) | High-efficiency quick-cooling waste heat boiler | |
RU2339889C2 (en) | Heat exchanger-modular water heater and heat exchanger element (versions) | |
RU2266475C1 (en) | Pipe row of regenerative air heater | |
RU2266473C1 (en) | Heat exchange block of regenerative air heater | |
RU41840U1 (en) | TUBE RANGE OF REGENERATIVE AIR HEATER | |
RU39186U1 (en) | HEAT EXCHANGE REGENERATIVE AIR HEATER UNIT | |
RU48029U1 (en) | HEAT EXCHANGE REGENERATIVE AIR HEATER UNIT | |
RU2266474C1 (en) | Bank of heat exchange pipes for regenerative air heater | |
RU2266186C1 (en) | Heat exchange apparatus heat exchange unit making method | |
CN218620910U (en) | Heat exchanger | |
RU2266476C1 (en) | Heat-exchange block of regenerating air heater | |
US5005529A (en) | Modular heat recovery steam generator having parallel offset headers | |
CN216482360U (en) | Direct air cooling system with serial arrangement of blast air and induced air | |
RU2790537C1 (en) | Heat exchanger | |
CN211146446U (en) | Industrial exhaust-heat boiler | |
CN218620913U (en) | Heat exchanger | |
RU33998U1 (en) | Convective heating surface of hot water boilers | |
RU2758074C1 (en) | Method for heat recovery of exhaust gases and a device for its implementation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070327 |