RU2265775C1 - Regenerative air heater - Google Patents

Regenerative air heater Download PDF

Info

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
Application number
RU2004108965/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004108965A (en
Inventor
В.Г. Овчар (RU)
В.Г. Овчар
В.Г. Даниленко (RU)
В.Г. Даниленко
Е.А. Яньшин (RU)
Е.А. Яньшин
В.П. Белоусов (RU)
В.П. Белоусов
В.Д. Белоусов (RU)
В.Д. Белоусов
В.М. Терехов (RU)
В.М. Терехов
Н.И. Мишустин (RU)
Н.И. Мишустин
В.П. Рыбаков (RU)
В.П. Рыбаков
Original Assignee
Даниленко Виктор Георгиевич
Яньшин Евгений Алексеевич
Белоусов Владимир Петрович
Белоусов Владимир Денисович
Терехов Виктор Михайлович
Авдонин Александр Николаевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Даниленко Виктор Георгиевич, Яньшин Евгений Алексеевич, Белоусов Владимир Петрович, Белоусов Владимир Денисович, Терехов Виктор Михайлович, Авдонин Александр Николаевич filed Critical Даниленко Виктор Георгиевич
Priority to RU2004108965/06A priority Critical patent/RU2265775C1/en
Publication of RU2004108965A publication Critical patent/RU2004108965A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2265775C1 publication Critical patent/RU2265775C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect 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

FIELD: heat power engineering.
SUBSTANCE: regenerative power heater comprises at least two sections which receive at least two heat exchanging units and diffuser and contraction pipe for supplying and discharging fluid to be cooled, and collectors for supplying and discharging the fluid to be heated. The heat exchangers are composed of four branches of heat exchanging pipes. The collectors are connected with the heat exchange pipes through individual pipe plates embedded directly into the wall of the corresponding collector for supplying and discharging air. Each of the heat exchanging pipes is provided with four or five or six bends.
EFFECT: enhanced efficiency.
21 cl, 2 ex, 2 tbl

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 L 15/04, 1983) containing blocks located one above the other and mounted on the lower frame of the heat exchange sections, formed by vertical tubes with horizontal tube boards, rigidly fastened to each other and the upper distribution box equipped with a compensator for temperature changes, while the air heater is equipped with a power belt with spring supports covering the junction box, rigidly fastened to the belt in the area below its compensator, and in Chez last interaction with its spring supports.

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 L 15/04, 1982) containing a tube plate with a bundle of heat exchange tubes fixed therein, arranged in vertical rows, the planes of which are perpendicular to the supporting edges of the tube plate, while reducing thermal stresses of the pipe in the places of fixing the tube bundle in the pipe pipe boards in rows in sections located on the side of the supporting edges of the pipe board are connected with each other and with the pipe boards by additional spacers.

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 L 15/04, 2002), containing heat-exchange units having bundles of heat-exchange tubes bundled into ends, the ends of which are fastened to collectors for supplying and discharging air, the heat-exchange tube bundle has the shape of the coil is made in a single package, while the fastening elements of the heat exchange pipes to the collectors are made in the form of separate tube plates welded directly into the wall of the corresponding collector.

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

Figure 00000002
Figure 00000002

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

Figure 00000003
Figure 00000003

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:

CO2 CO 2 1,0-1,5%1.0-1.5% O2 O 2 18-20%18-20% СОWith 0,01-0,02%0.01-0.02% CH4 и Н2 CH 4 and H 2 следыtraces N2 N 2 остальноеrest

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 regenerative air heater 1 block-sectional contains at least two sections 2, inside each of which at least two heat-exchange blocks 3 are placed, each of which includes a four-way multi-row bundle 6 of heat exchange tubes 6, laid horizontally, consisting of four branches 4, 5 in rows 8 and spaced horizontally and vertically from each other, and also includes a diffuser 9 for supply and a confuser 10 for removal of the cooled medium, collectors 11 for supply and removal of the heated medium, each of which is connected to heat exchange tubes 7 through separate tube plates 12 mounted directly into the wall of the corresponding collector 11 for supplying and discharging the heated medium, each heat exchange tube 7 of the row is made with four, five or six bends 13, 14 of radius R, forming four straight branches 4, 5 and connecting there are three bends 15, 16, while the bending sections 13 of two pipes 7 in each odd row 8 have a length πR, namely, one pipe 7 has an internal bend 15, the other 7 has two external bends 16, for the remaining pipes 7 odd and even p rows 8 portions bend 14 have a length πR / 2 and articulated in pairs by straight inserts 17 length H 'i for the external legs 16 and H''i - for the inner elbows 15, wherein the placing tubes 7 in the volume occupied by at least one branch 4 or 5 beams, 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 pipes 7 that branch 4 or 5 of the beam 6 to the scope ΣV MS occupied by the annular medium in the area of active heat transfer of the branch 4 or 5 of the beam 6 and equal to the volume of the branch 4 or 5 of the beam 6 along the external contour outlined by the conditional planes touching the outer surfaces of the extreme heat exchange tubes 7 of the branch 4 or 5 of the beam 6, minus the volume occupied the actual heat exchange tubes 7 in this branch 4 or 5 of the beam 6, is in the range of values determined by the coefficient

Figure 00000002
Figure 00000002

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 pipes 7 of branch 4 or 5 of beam 6 to a volume of V m.s. determined by the coefficient

Figure 00000004
Figure 00000004

составляющим 0,78-1,25.constituting 0.78-1.25.

Параметры каждой трубы 7 ряда 8 определены зависимостями:The parameters of each pipe 7 of row 8 are 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 7 ряда 8, [м];where L i + 1 is the scan length of the (i + 1) th pipe 7 of row 8, [m];

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) th pipe 7 of row 8, equal to l' i + 1 = l ' i -b, [m];

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) th pipe 7 of row 8, equal to l" i + 1 = l ' i -Δ, [m];

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) th pipe 7 of row 8, equal to H' i + 1 = H ' i -2a, [m];

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) th pipe 7 of row 8, equal to H '' i + 1 = H '' i + 2a, [m],

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 straight branches 4 or 5 adjacent in a row of 8 pipes 7, [m];

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 elbows 15, 16 adjacent pipes 7 in a row 8, [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 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-th pipe 7 in row 8, counting from the outer pipe 18 to the inner 19 in this row 8, 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 transfer pipe 7, [m], the scan length L min of the heat transfer pipe 7 of the minimum length is at least 0 75 scanning length L max of the heat exchange tube 7 the maximum length, the placement of heat exchange tubes 7, 8 in the row selected in compliance with conditions under which the internal surface area ratio of the heat exchange tubes 7 rectilinearly x branches 4, 5 of row 8, located perpendicular to the flow of the cooled medium, to the volume occupied by a number of 8 heat exchange tubes 7, and equal to the volume outlined by the conditional planes touching the outer surfaces of the heat exchange tubes 7 of row 8, taking into account the gaps between the tubes 7, is 0 , 02-0.12 [m -1 ].

В каждой секции 2 регенеративного воздухоподогревателя 1 теплообменные блоки 3 расположены один над другим, а предпочтительное количество блоков 3 - четыре.In each section 2 of the regenerative air heater 1, the heat exchange units 3 are located one above the other, and the preferred number of units 3 is four.

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 collectors 11 for supplying and discharging the heated medium are made with the possibility of connecting with pipelines for supplying 20 and discharging 21 of 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 are used as a cooled medium ( not shown in the drawings), mainly of the following composition:

CO2 CO 2 1,0-1,5%1.0-1.5% O2 O 2 18-20%18-20% СОWith 0,01-0,02%0.01-0.02% CH4 и Н2 CH 4 and H 2 следыtraces N2 N 2 остальноеrest

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 row 8, step a between the longitudinal axes of adjacent pipes 7 of straight branches 4, 5 is less than or greater than step b between the longitudinal axes of adjacent pipes 7 on straight insert 17 of elbow 15, 16, preferably a <b or step a is equal to step b.

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 heat exchange tubes 7 in rows 8 adjacent to the height of the beam 6 for odd and even rows 8 is respectively m and n, where m is an even number and n = (m-1), the number of rows 8 of pipes 7 in the bundle 6 k is preferably the odd, and k> 3, heat transfer tubes 7 in rows adjacent in height 8 are staggered with an offset of (0.4 ÷ 0.6) a, [m], where a is the step between the longitudinal axes of the straight branches 4, 5 adjacent tubes 8 of one row 7, [m], and the length H 'i and H''i rectilinear knee inserts 17, 16 and 15, respectively, i-th tube 7 are made variables: for odd pn and 8 heat exchange tubes 7 varying from a value equal to 2a ± 10%, [m], to a value equal to 2a (m-1) ± 10%, [m], and for an even row of 8, from a value equal to a ± 10 %, [m], to a value equal to a (2n-1) ± 10%, [m].

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 heat exchange tubes 7 in block 3 with an odd number of rows of k tubes 7 in bundle 6 is determined by the dependence N = 0.5 (k-1) (2m-1) + m and is preferably 263-563 pcs.

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 heat exchange tubes 7 in block 3 with an even number of rows k of tubes 7 in bundle 6 is determined by the dependence N = 0.5k (2m-1) and is preferably 263-563 pcs.

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 heat exchange tube 7 of the bundle 6, the distance H between the longitudinal axes of its outer straight branches 5 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 exchange tube 7, [m].

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 collectors 11 of the inlet and outlet of the heated medium, a displacer 22 of the annular medium is fixed, made in the form of a profiled panel with a flat section located between the collectors 11 of the inlet and outlet of the heated medium.

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 collectors 11 for supplying and discharging the heated medium is 0.45-0.82 of the total cross-sectional area of the heat-transfer tubes 7 of the beam 6.

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 heat exchange unit 3 is equipped with devices 23 for slinging and manholes (not shown), made in the collectors 11 for supplying and discharging the heated medium.

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 pipes 7 of the outer 5 and inner 4 branches of the bundle 6 of the heat transfer tubes 7, perpendicular to the flow of the cooled medium, is at least 72% of the total length of the sweeps L ∑ of the heat transfer tubes 7, and the total length of the straight inserts H ' and H'' ∑ of the bends 16 and 15, respectively, of the heat exchange tubes 7 of the beam 6, the heated medium in which is located in countercurrent with the cooled medium, makes up to 18% of the total length of the reamers L ∑ of the heat exchange tubes 7 of the beam 6.

Регенеративный воздухоподогреватель 1 оборудован диффузором 9 для подвода и конфузором 10 для отвода охлаждаемой среды, установленными соответственно на противолежащих боковых стенках секции 2.The regenerative air heater 1 is equipped with a diffuser 9 for supply and a confuser 10 for draining the cooled medium, respectively mounted on the opposite side walls of section 2.

Работа регенеративного воздухоподогревателя 1 осуществляется следующим образом.The operation of the regenerative air heater 1 is as follows.

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 supply pipe 20 through a manifold for supplying a heated medium and a pipe board 12 to the heat exchange pipes 7 of blocks 3 of each section 2. The air temperature after the compressor is about 200 ° C.

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 heat exchange units 3, enter the block 3 of section 2 and wash the heat exchange pipes 7 with heated air. The combustion products are supplied to the heat exchange units 3 in countercurrent with the direction of movement of the heated air, that is, the combustion products enter the heat exchange unit 3 from the location of the collector of the outlet of the heated medium. At the entrance to the heat exchange unit 3, the combustion products have a temperature of 520-550 ° C.

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 heat exchange pipes 7 of blocks 3, the air is heated by the combustion products to a temperature of 440-450 ° C and through the pipe board 12 it enters the collector of the outlet of the heated medium, from which it is fed through the pipeline 21 to the inlet of the gas turbine combustion chamber.

Продукты сгорания выводятся в атмосферу через конфузор 10, примыкающий к корпусам теплообменных блоков 3.The combustion products are discharged into the atmosphere through a confuser 10 adjacent to the housings of the heat exchange units 3.

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.

Таблица 1Table 1 ii Н'i, ммN ' i , mm Н''i, ммN '' i , mm l'i, ммl ' i , mm l''i, ммl '' i , mm Li, ммL i mm 11 480480 00 30603060 2639,52639.5 13301,513301.5 22 384384 9696 30123012 2645,52645.5 13121,513121.5 33 288288 192192 29642964 2651,52651.5 12941,512941.5 44 192192 288288 29162916 2657,52657.5 12761,512761.5 55 9696 384384 28682868 2663,52663.5 12581,512581.5 66 00 480480 28202820 2669,52669.5 12401,512401.5

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.

Таблица 2table 2 ii H'i, ммH ' i , mm H''i, ммH '' i , mm l'i, ммl ' i , mm l''i, ммl '' i , mm Li ммL i mm 11 432432 4848 30363036 2642,52642.5 13211,513211.5 22 336336 144144 29882988 2648,52648.5 13031,513031.5 33 240240 240240 29402940 2654,52654.5 12851,512851.5 44 144144 336336 28922892 2660,52660.5 12671,512671.5 55 4848 432432 28442844 2666,52666.5 12491,512491.5

Claims (14)

1. Регенеративный воздухоподогреватель блочно-секционный, характеризующийся тем, что он 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 воздуха, 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 Н'i для внешних колен и Н''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 ∑Vм.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 коэффициентом1. Regenerative block-sectional air heater, characterized in that it 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 horizontally and spaced horizontally and vertically from each other, and also includes a diffuser for supply and a confuser for removal of the cooled medium, collectors for supply and removal of the heated medium, each which are connected to heat exchange tubes by means of separate tube plates mounted directly into the wall of the corresponding air supply or exhaust manifold, each heat exchange tube of a row is made with four, or five, or six bends of radius R, forming four straight branches and connecting three knees, while 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, and for the remaining pipes of odd and even rows iba have a length πR / 2 and articulated in pairs by straight inserts length N 'i for external knee and H''i - for the inner elbows, the placement of pipes in the volume occupied, at least one branch of the beam, taken under the conditions , according to the first of which the ratio of the total area ∑F bhp of the external heat exchange surface of the pipes of this beam branch to the volume of ∑V 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 outlined by conventional planes asayuschimisya extreme outer surfaces of the heat exchange tube bundle branches, minus the volume occupied by the actual heat exchange tubes in the bundle branches, is in the range of values defined by the ratio
Figure 00000005
Figure 00000005
составляющим 84,5-460 м-1, согласно второму условию отношение суммарного объема ∑Vв.с для нагреваемой среды в трубах ветви пучка к объему Vм.с, определено коэффициентомconstituting 84.5-460 m -1 , according to the second condition, the ratio of the total volume вV century for the heated medium in the pipes of the beam branch to the volume V ms is determined by the coefficient
Figure 00000006
Figure 00000006
составляющим 0,78-1,25.constituting 0.78-1.25.
2. Регенеративный воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что параметры каждой трубы ряда определены зависимостями2. The regenerative air heater according to claim 1, characterized in that the parameters of each row pipe are 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 outer 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 rectilinear branch of the (i + 1) th pipe of the row, 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=H'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=Н''i+2a, м;H '' i + 1 is the length of the straight insert of the inner bend of the (i + 1) th pipe of the row, equal to Н '' i + 1 = Н '' i + 2a, m; a - шаг между продольными осями одноименных прямолинейных ветвей смежных в ряду труб, м;a is the step between the longitudinal axes of the same rectilinear branches 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, Н'i и Н''i - соответствующие параметры для i трубы в ряду, считая от внешней трубы к внутренней в этом ряду,l ' i , l'' i , Н' i and Н '' i are the corresponding parameters for the i pipe in the row, counting from the outer pipe to the inner one in this row, 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 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.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 exchanger pipe of the minimum length is not less than 0.75 scan length L max of the heat exchanger pipe of the maximum length, while the placement of the heat exchanger tubes in a row is selected subject to the condition according to which the ratio of the internal surface area of the heat exchanger tubes on the straight branches of the row perpendicular to the flow of the cooled medium to the volume occupied heat exchange tubes, and mu volume delineated conventional planes tangent to the outer surfaces of a number of heat exchange tubes, with the gaps between the tubes is 0,02-0,12 m -1. 3. Регенеративный воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что в каждой его секции теплообменные блоки расположены один над другим, а предпочтительное количество блоков - четыре.3. The regenerative air heater according to claim 1, characterized in that in each of its sections the heat exchange units are located one above the other, and the preferred number of blocks is four. 4. Регенеративный воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что коллектора подвода и отвода нагреваемой среды 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 использованы продукты сгорания после турбины газотурбинной установки, преимущественно следующего состава:4. The regenerative air heater according to claim 1, characterized in that the manifolds for supplying and discharging the heated medium are adapted to be connected to pipelines for supplying and discharging the heated medium, preferably air being used, including with an enriched oxygen content, of the cooled medium, combustion products are used after the turbine of a gas turbine installation, mainly of the following composition: CO2 CO 2 1,0-1,5%1.0-1.5% O2 O 2 18-20%18-20% СОWith 0,01-0,02%0.01-0.02% CH4 и Н2 CH 4 and H 2 следыtraces N2 N 2 остальноеrest
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.
5. Регенеративный воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что в каждом ряду шаг а между продольными осями смежных труб прямолинейных ветвей меньше или больше, чем шаг b между продольными осями смежных труб на участке прямолинейной вставки колена, предпочтительно а>b, или шаг а равен шагу b.5. The regenerative air heater according to claim 1, characterized in that in each row the step a between the longitudinal axes of the adjacent pipes of the rectilinear branches is less than or greater than the step b between the longitudinal axes of the adjacent pipes in the section of the straight knee insert, preferably a> b, or the step and is equal to step b. 6. Регенеративный воздухоподогреватель по п.2, отличающийся тем, что количество теплообменных труб в смежных по высоте рядах пучка для нечетных и четных рядов составляет 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 2а±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.6. The regenerative air heater according to claim 2, characterized in that the number of heat exchange tubes in the adjacent rows of the beam for odd and even rows is respectively m and n, where m is an even number, and n = (m-1), the number of rows tubes in the bundle k is preferably odd, and k> 3, the heat transfer tubes in rows adjacent in height are staggered 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 one row m, the length H 'i and H''i rectilinear inserts knee i-th tube made ne temporary: for an odd row of heat transfer tubes varying 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. 7. Регенеративный воздухоподогреватель по п.6, отличающийся тем, что количество N теплообменных труб в блоке при нечетном количестве рядов k труб в пучке определено зависимостью N=0,5(k-1)(2m-1)+m и составляет предпочтительно 263-563 шт.7. The regenerative air heater according to claim 6, characterized in that the number N of heat exchange tubes in the block with an odd number of rows of k tubes in the bundle is determined by the dependence N = 0.5 (k-1) (2m-1) + m and is preferably 263 -563 pcs. 8. Регенеративный воздухоподогреватель по п.6, отличающийся тем, что количество N теплообменных труб в блоке при четном количестве рядов k труб в пучке определено зависимостью N=0,5k(2m-1) и составляет предпочтительно 263-563 шт.8. The regenerative air heater according to claim 6, characterized in that the number N of heat exchange tubes in the block with an even number of rows k of tubes in the bundle is determined by the dependence N = 0.5k (2m-1) and is preferably 263-563 pcs. 9. Регенеративный воздухоподогреватель по п.2, отличающийся тем, что 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.9. The regenerative air heater according to claim 2, characterized in that for each beam heat exchanger pipe, the distance H between the longitudinal axes of its external straight branches is (30-85) d; the length of the rectilinear branches l 'and l' 'is respectively (95-145) d and (100-135) d, where d is the outer diameter of the heat exchange pipe, m 10. Регенеративный воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что между коллекторами подвода и отвода нагреваемой среды закреплен вытеснитель межтрубной среды, выполненный в виде профилированной панели с плоским участком, расположенным между коллекторами подвода и отвода воздуха.10. The regenerative air heater according to claim 1, characterized in that between the manifolds of the inlet and outlet of the heated medium is fixed a displacer of the annular medium, made in the form of a profiled panel with a flat section located between the manifolds of the inlet and outlet of air. 11. Регенеративный воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что площадь проходного сечения коллектора подвода или отвода нагреваемой среды составляет 0,45-0,82 суммарной площади проходного сечения теплообменных труб пучка.11. The regenerative air heater according to claim 1, characterized in that the passage area of the collector for supplying or discharging the heated medium is 0.45-0.82 of the total passage area of the beam heat exchange tubes. 12. Регенеративный воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что теплообменный блок снабжен устройствами для строповки и люками-лазами, выполненными в коллекторах подвода и отвода нагреваемой среды.12. The regenerative air heater according to claim 1, characterized in that the heat exchange unit is equipped with slinging devices and manholes made in the headers for supplying and discharging the heated medium. 13. Регенеративный воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что суммарная длина l' и l'' прямолинейных участков труб внешних и внутренних ветвей пучка теплообменных труб, расположенных перпендикулярно потоку охлаждаемой среды, составляет 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.13. The regenerative air heater according to claim 1, characterized in that the total length l ' and l'' ∑ of the straight sections of the pipes of the external and internal branches of the bundle of heat transfer pipes perpendicular to the flow of the cooled medium is at least 72% of the total length of the sweeps L heat transfer tubes, and the total length of the straight inserts H ' and H'' ∑ of the elbows of the heat transfer tubes of the beam, the heated medium in which is located in countercurrent with the cooled medium, is up to 18% of the total length of the sweeps L ∑ of the heat transfer tubes of the beam. 14. Регенеративный воздухоподогреватель по п.1, отличающийся тем, что диффузор для подвода и конфузор для отвода охлаждаемой среды установлены соответственно на противолежащих боковых стенках секции.14. The regenerative air heater according to claim 1, characterized in that the diffuser for supply and the confuser for the removal of the cooled medium are installed respectively on opposite side walls of the section.
RU2004108965/06A 2004-03-26 2004-03-26 Regenerative air heater RU2265775C1 (en)

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)

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