RU2282807C1

RU2282807C1 - Surface type heat exchanger

Info

Publication number: RU2282807C1
Application number: RU2005100312/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Павлович Белоусов (RU); Михаил Павлович Белоусов; Леонид Петрович Заёкин (RU); Леонид Петрович Заёкин; Виктор Алексеевич Колтунов (RU); Виктор Алексеевич Колтунов; ева Светлана Юрьевна Бел (RU); Светлана Юрьевна Беляева
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2005-01-11
Publication date: 2006-08-27

Abstract

FIELD: power engineering, possibly heat exchange apparatuses of regeneration systems of low and high pressure of steam turbines or heat exchange apparatuses of heat supply systems, for example for heating water due to steam condensation on tubes of heat exchange surface.

SUBSTANCE: surface horizontal type heat exchanger includes water chamber with branch pipes for inlet and outlet of heated water, housing with branch pipes for steam inlet and for outlet of condensate, tube system with vertical partitions, perforated tube for discharging non-condensed gases (air). Between tubes of heating surfaces of first and second, second and third, third and forth passages of heated water along all length of straight portions of tubes there are partitions mounted by inclination angles one to other and to horizon. Apexes of said partitions are joined with inner variable cross section box formed by means of vertical sheets and having openings in lateral sheets at level of tubes of first passage. Along part of height of inner box along its whole length additional outer box is mounted with gap. Lower edge of sheets of inner box is arranged under condensate level. Lower edge of outer box is arranged over condensate level.

EFFECT: enhanced effectiveness of heat exchanger operation due to intensified heat exchange provided by reduced thickness of condensate film on tubes of heat exchange surface, improved efficiency of discharging non-condensed gases.

2 dwg

Description

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

Известен горизонтальный поверхностный подогреватель, содержащий водяную камеру с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды, по обе стороны от нее установлены корпуса с патрубками подвода пара и отвода его конденсата, внутри корпусов размещены трубные системы с вертикальными перегородками (Подогреватель ПН-2000-120-17 А, каталог 8-78 часть II, "Теплообменное оборудование". - М.: НИИ ЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, лист 137).A horizontal surface heater is known that contains a water chamber with nozzles for supplying and discharging heated water; on both sides of it are housings with nozzles for supplying steam and removing its condensate; pipe systems with vertical partitions are placed inside the housings (Heater PN-2000-120-17 A , catalog 8-78 part II, “Heat-exchange equipment.” - M.: NII EINFORMENERGOMASH, sheet 137).

Недостатком известного подогревателя является возможность заливания конденсатом пара, стекающим с труб поверхности теплообмена второго хода, труб первого хода, что ухудшает теплообмен из-за увеличения толщины стекающей с труб поверхности теплообмена первого хода пленки конденсата. Кроме того, воздух, поступающий в подогреватель, совместно с паром последовательно проходит трубы первого, а затем второго хода.A disadvantage of the known heater is the ability to fill with steam condensate flowing from the pipes of the heat exchange surface of the second stroke, pipes of the first stroke, which impairs heat exchange due to an increase in the thickness of the heat-transfer surface flowing from the pipes of the first stroke of the condensate film. In addition, the air entering the heater, together with the steam, passes successively the pipes of the first and then the second stroke.

Известен горизонтальный подогреватель, включающий корпус с патрубками для подвода пара и отвода конденсата, трубную систему с вертикальными и радиально установленными горизонтальными перегородками, водяную камеру с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды (Подогреватель ПСГ-2300-3-8-II, Отраслевой каталог "Теплообменное оборудование паротурбинных установок"; НИИ ЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, 1984, с.244-245, рис.193).A horizontal heater is known, including a housing with nozzles for supplying steam and condensate, a pipe system with vertical and radially mounted horizontal partitions, a water chamber with nozzles for supplying and removing heated water (Heater PSG-2300-3-8-II, Industry Catalog "Heat Transfer equipment of steam turbine plants "; Research Institute of EINFORMENERGOMASH, 1984, p. 244-245, Fig. 193).

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

Недостатком горизонтального подогревателя, принятого за прототип, является система радиальных перегородок, установленных в трубной системе вдоль оси труб поверхности теплообмена. Часть конденсата пара с вышерасположенных труб поверхности нагрева (в основном трубы второго и третьего ходов) стекает на нижележащие (ниже оси корпуса подогревателя) участки труб частично первого и второго хода, увеличивая толщину пленки конденсата на них, что ухудшает теплообмен на этих участках труб.The disadvantage of a horizontal heater, adopted for the prototype, is the system of radial partitions installed in the pipe system along the axis of the pipes of the heat exchange surface. Part of the steam condensate from the upstream pipes of the heating surface (mainly the pipes of the second and third strokes) flows to the lower (below the axis of the heater body) sections of the pipes of the first and second strokes, increasing the thickness of the condensate film on them, which impairs heat transfer in these pipe sections.

Воздух вместе с греющим паром в этих аппаратах поступает на расположенные по периферии трубной системы трубы 4, 3, 2 и частично первого хода сетевой воды. При выходе из этих участков трубной системы концентрация воздуха в паре за счет его конденсации повышается и этот пар с повышенным содержанием воздуха поступает на ~30% поверхности труб первого хода, что ухудшает теплообмен на этих трубах. Воздух из подогревателя отводится через горизонтальную трубу с патрубком.Air together with heating steam in these devices enters the pipes 4, 3, 2 and partly of the first stroke of the network water located on the periphery of the pipe system. When leaving these sections of the pipe system, the air concentration in the vapor increases due to its condensation, and this vapor with a high air content enters ~ 30% of the surface of the first-stroke pipes, which impairs heat transfer on these pipes. Air from the heater is discharged through a horizontal pipe with a pipe.

Кроме того, на теплообменной поверхности, расположенной в нижней части корпуса, имеет место встречное движение конденсата пара (стекает вниз) и греющего пара (поднимается вверх), что затрудняет стекание пленки конденсата пара с труб поверхности теплообмена, тем самым способствует увеличению ее толщины на трубах. Увеличение толщины пленки также отрицательно влияет на теплообмен. Принятое направление движения потока пара в нижней части корпуса подогревателя, призванное не допускать переохлаждения конденсата пара, затрудняет, особенно при малых нагрузках, поступление воздуха к поверхностному воздухоохладителю, что может привести к накоплению его в нижней части корпуса и коррозии внутрикорпусных элементов.In addition, on the heat exchange surface located in the lower part of the housing, there is an oncoming movement of steam condensate (flows down) and heating steam (rises up), which makes it difficult for the condensate film to drain off the pipes of the heat exchange surface, thereby increasing its thickness on the pipes . An increase in film thickness also negatively affects heat transfer. The accepted direction of movement of the steam flow in the lower part of the heater body, which is designed to prevent supercooling of steam condensate, makes it difficult, especially at low loads, to supply air to the surface air cooler, which can lead to its accumulation in the lower part of the body and corrosion of the internal elements.

Заявляемое решение позволяет повысить экономичность работы поверхностного телообменника путем интенсификации теплообмена за счет уменьшения толщины пленки конденсата на трубах поверхности теплообмена и повышения эффективности отвода неконденсирующихся газов (воздуха).The claimed solution allows to increase the efficiency of the surface body exchanger by intensifying heat transfer by reducing the thickness of the condensate film on the pipes of the heat transfer surface and increasing the efficiency of removal of non-condensable gases (air).

Предложен поверхностный теплообменник горизонтального типа, включающий водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, корпус с патрубками подвода пара и выхода его конденсата, трубную систему с вертикальными перегородками, перфорированную трубу отвода неконденсирующихся газов (воздуха), в котором между трубами поверхности нагрева первого и второго, второго и третьего, третьего и четвертого ходов нагреваемой воды на всем протяжении прямых участков труб установлены под углом друг к другу и к горизонту перегородки, к вершине которых присоединен образованный вертикальными листами внутренний короб переменного сечения с отверстиями в боковых листах на уровне труб первого хода, на части высоты внутреннего короба по всей его длине установлен с зазором дополнительный внешний короб, при этом нижняя кромка листов внутреннего короба расположена под уровнем конденсата, а нижняя кромка внешнего короба - над уровнем конденсата.A horizontal type surface heat exchanger is proposed, including a water chamber with inlet and outlet nozzles for heated water, a housing with steam inlet and outlet condensate nozzles, a pipe system with vertical partitions, a perforated pipe for removing non-condensable gases (air), in which the first and the second, second and third, third and fourth strokes of the heated water along the entire length of the straight pipe sections are installed at an angle to each other and to the horizontal of the partition, to the peaks which are connected by an inner box formed by vertical sheets of variable cross-section with holes in the side sheets at the level of the pipes of the first stroke, an additional external box is installed with a gap along the length of the inner box along its entire length, while the lower edge of the sheets of the inner box is located below the condensate level, and the lower edge of the outer duct is above the condensate level.

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

Поверхностный теплообменник включает корпус 1 с патрубком подвода пара 2, патрубком отвода конденсата пара 3, водяную камеру 4 с патрубками входа 5 и выхода 6 нагреваемой воды, трубную доску 7, трубную систему 8 с вертикальными перегородками 9. Между трубами поверхности нагрева первого и второго хода нагреваемой воды на всем протяжении прямых участков труб установлены под углом друг к другу и к горизонту перегородки 10, к вершине которых присоединен внутренний короб 11 переменного сечения, имеющий меньшее сечение в своей верхней части и большее сечение в нижней, образованный вертикальными листами 12, установленными между трубами первого хода по обе стороны от вертикальной оси теплообменника и с торцов, плотно присоединяемых к вертикальным перегородкам 9. На части высоты внутреннего короба 11 по всей его длине установлен с зазором дополнительный внешний короб 13, образованный из вертикальных листов 14. Перфорированные горизонтальные листы 15 установлены по всей длине трубной системы. Теплообменник включает гидрозатвор 16, выполненный из листов 17 и 18, причем верхняя часть листа 18 расположена выше перфорированного листа 15. При этом нижняя кромка листов внутреннего короба 11 расположена под уровнем конденсата, а нижняя кромка внешнего короба 13 - над уровнем конденсата. Перфорированные листы 15 установлены непосредственно под трубами поверхности теплообмена первого хода 19, а над наклонными разделительными перегородками 10 расположены трубы поверхности теплообмена второго хода 20 нагреваемой воды. Для отвода паровоздушной смеси (воздуха) предусмотрены трубы 21. Для предотвращения холостого хода пара установлен "заполнитель" 22.The surface heat exchanger includes a housing 1 with a steam supply pipe 2, a steam condensate drain pipe 3, a water chamber 4 with pipes for the input 5 and output 6 of the heated water, a pipe board 7, a pipe system 8 with vertical partitions 9. Between the pipes of the heating surface of the first and second stroke heated water along the entire length of the straight pipe sections are installed at an angle to each other and to the horizontal of the partition 10, to the top of which is attached an inner box 11 of variable cross section, having a smaller cross section in its upper part and a larger a cross-section in the lower one, formed by vertical sheets 12, installed between the pipes of the first stroke on both sides of the vertical axis of the heat exchanger and from the ends that are tightly connected to the vertical partitions 9. An additional external box 13 is installed with a gap for the height of the inner box 11 along its entire length, formed of vertical sheets 14. Perforated horizontal sheets 15 are installed along the entire length of the pipe system. The heat exchanger includes a water trap 16 made of sheets 17 and 18, the upper part of the sheet 18 being located above the perforated sheet 15. The lower edge of the sheets of the inner box 11 is located below the condensate level, and the lower edge of the outer box 13 is above the condensate level. Perforated sheets 15 are installed directly below the tubes of the heat exchange surface of the first stroke 19, and above the inclined dividing walls 10 are pipes of the heat exchange surface of the second stroke 20 of the heated water. To exhaust the vapor-air mixture (air), pipes 21 are provided. To prevent idling of the steam, a “filler” 22 is installed.

Поверхностный теплообменник работает следующим образом.The surface heat exchanger operates as follows.

Поток нагреваемой воды через патрубок 5 поступает в водяную камеру 4, оттуда в трубную систему 8, в которой совершает в зависимости от конструкции водяной камеры 2, 4, 6 ходов. На фиг.1 представлен поверхностный теплообменник в двухходовом исполнении. После второго хода нагреваемая вода через патрубок 6 выводится из теплообменника.The flow of heated water through the pipe 5 enters the water chamber 4, and from there to the pipe system 8, in which it makes 2, 4, 6 strokes depending on the design of the water chamber. Figure 1 shows a surface heat exchanger in a two-way design. After the second stroke, the heated water through the pipe 6 is discharged from the heat exchanger.

Поток греющего пара через патрубок 2, установленный на корпусе 1, поступает в зазор, образованный трубной системой 8 и корпусом 1. Из этого зазора пар одновременно поступает на трубы первого хода и второго хода.The flow of heating steam through the pipe 2 mounted on the housing 1, enters the gap formed by the pipe system 8 and the housing 1. From this gap, steam simultaneously enters the pipes of the first stroke and second stroke.

Конденсат пара с труб поверхности теплообмена второго хода стекает на наклонные горизонтальные перегородки 10 и по ним через зазор между ними направляется во внутренний короб 11. Благодаря увеличенному сечению короба 11 в месте расположения отверстий на его боковых стенках 12, по сравнению с сечением короба в его верхней части, конденсат пара не поступает в эти отверстия, а направляется под уровень конденсата в корпусе. Одновременно с конденсатом из межтрубного пространства труб второго хода 20 во внутренний короб 11 поступает паровоздушная смесь (воздух). Конденсат пара с труб поверхности теплообмена первого хода поступает на перфорированные горизонтальные листы 15 и через отверстия в них струями стекают на уровень конденсата в корпусе. Горизонтальные перфорированные листы 15 имеют бортики, обеспечивающие определенный уровень конденсата на них и затопление некоторого количества труб первого хода, что обеспечивает переохлаждение конденсата, вытекающего из отверстий листов 15.The condensate of steam from the pipes of the heat exchange surface of the second stroke flows onto the inclined horizontal partitions 10 and through them through the gap between them is directed to the inner box 11. Due to the increased cross section of the duct 11 at the location of the holes on its side walls 12, compared with the cross section of the duct in its upper parts, steam condensate does not enter these openings, but is directed under the level of condensate in the housing. Simultaneously with the condensate from the annular space of the pipes of the second stroke 20, the steam-air mixture (air) enters the inner box 11. Steam condensate from the pipes of the heat exchange surface of the first stroke enters the perforated horizontal sheets 15 and flows through the holes in them to the level of condensate in the housing. Horizontal perforated sheets 15 have sides, providing a certain level of condensate on them and flooding a certain number of pipes of the first stroke, which ensures subcooling of condensate flowing from the holes of the sheets 15.

Паровоздушная смесь из межтрубного пространства труб второго хода 20 через отверстия в боковых стенках 12 короба 11 поступает к ограниченному количеству "холодных" труб первого хода. Пар из этой паровоздушной смеси конденсируется на ограниченном количестве труб первого хода, концентрация воздуха в паровоздушной смеси повышается, что обеспечивает ее эффективный отвод. Прохождение паровоздушной смеси через отверстия в боковых листах короба 11 обеспечивается разностью давлений во внутреннем коробе и в конце пути движения пара в межтрубном пространстве труб первого хода, куда потоком пара "выносится" воздух, поступивший в межтрубное пространство труб первого хода. Разница давлений объясняется тем, что на "горячие" трубы второго хода поступает значительно меньше пара, чем на "холодные" трубы первого хода. Поэтому гидравлическое сопротивление межтрубного пространства труб первого хода больше, чем межтрубного пространства труб второго хода, а давление пара в конце пути его движения меньше, чем в конце пути движения пара в межтрубном пространстве труб второго хода.The vapor-air mixture from the annular space of the pipes of the second stroke 20 through the holes in the side walls 12 of the duct 11 enters a limited number of "cold" pipes of the first stroke. The steam from this vapor-air mixture condenses on a limited number of pipes of the first stroke, the air concentration in the vapor-air mixture increases, which ensures its effective removal. The passage of the vapor-air mixture through the openings in the side sheets of the duct 11 is ensured by the pressure difference in the inner duct and at the end of the steam path in the annulus of the first-stroke pipes, where the air entering the annulus of the first-stroke pipes is "carried out" by the steam flow. The pressure difference is explained by the fact that much less steam is supplied to the “hot” pipes of the second stroke than to the “cold” pipes of the first stroke. Therefore, the hydraulic resistance of the annular space of the pipes of the first stroke is greater than the annular space of the pipes of the second stroke, and the vapor pressure at the end of the path of its movement is less than at the end of the path of steam in the annular space of the pipes of the second stroke.

Паровоздушная смесь, прошедшая межтрубное пространство труб первого и второго хода, смешивается и поступает в зазор между внутренним и внешним коробом. Из этого зазора паровоздушная смесь поступает на струи переохлажденного конденсата, на которых пар конденсируется, а концентрация воздуха в пароздушной смеси возрастает, что повышает эффективность ее удаления через трубы 21. Для предотвращения поступления пара из зазора между корпусом и трубной системой к трубам отвода воздуха 21 предусмотрен гидрозатвор 16, образованный установкой вертикальных листов 17 и 18, причем верхняя часть листов 18 является внешним бортиком на внешней (удаленной от оси теплообменника) стороне перфорированных листов 15. Внутренним бортиком на перфорированных листах 15 является верхняя часть внешнего короба 13. Внутренний бортик имеет большую высоту, чем внешний, что позволяет избытку конденсата перетекать только через внешний бортик, не затопляя канал между коробами 11 и 13.The vapor-air mixture that has passed the annular space of the pipes of the first and second stroke is mixed and enters the gap between the inner and outer ducts. From this gap, the air-vapor mixture enters the jets of supercooled condensate, on which the steam condenses, and the air concentration in the air-vapor mixture increases, which increases the efficiency of its removal through the pipes 21. To prevent the entry of steam from the gap between the housing and the pipe system to the exhaust pipes 21, a water trap 16 formed by installing vertical sheets 17 and 18, the upper part of the sheets 18 being an outer rim on the outer (remote from the axis of the heat exchanger) side of the perforated sheets 15. The inner rim at the perforated sheets 15 is the upper part of the outer box 13. The inner rim has a greater height than the outer, allowing excess condensate to flow only through the outer rim, without flooding the channel between the boxes 11 and 13.

Claims

A horizontal horizontal surface heat exchanger comprising a water chamber with inlet and outlet nozzles for heated water, a housing with steam inlet and outlet condensate nozzles, a pipe system with vertical partitions, a perforated pipe for the removal of non-condensable gases (air), characterized in that between the pipes the heating surface is first and the second, second and third, third and fourth strokes of the heated water along the entire length of the straight pipe sections are installed at an angle to each other and the horizontal of the partition, to the peaks which are connected by an inner box formed by vertical sheets of variable cross-section with holes in the side sheets at the level of the pipes of the first stroke, an additional external box is installed with a gap on the part of the height of the inner box along its entire length, while the lower edge of the sheets of the inner box is located below the condensate level, and the lower edge of the outer duct is above the condensate level.