RU2293914C1

RU2293914C1 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2293914C1
Application number: RU2005119328/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Павлович Белоусов (RU); Михаил Павлович Белоусов
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2007-02-20

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: heat exchanger comprises water chamber with branch pipes for supplying and discharging water to be heated, housing with branch pipe for supplying steam, pipe bank provided with built-in condensate cooler mounted inside the housing. The cooler is separated into the section provided with branch pipes of different lengths for supplying condensate to be cooled. Each section of the condensate cooler receives condensate collector connected with the housing through the branch pipe for discharging condensate.

EFFECT: enhanced efficiency.

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в теплообменных аппаратах регенеративных систем, 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, heat supply systems designed to heat water by condensation of steam on the pipes of the heat exchange surface.

Известен поверхностный подогреватель, содержащий корпус с патрубками подвода пара и отвода его конденсата, распределительную с патрубками входа и выхода нагреваемой воды и поворотную водяные камеры, трубную систему, конденсатосборник под корпусом, соединенный с ним трубопроводом слива конденсата (Отраслевой каталог Теплообменное оборудование паротурбинных установок, часть II, 20-89-09. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1989, с.66-67, рис.39).A surface heater is known that contains a housing with steam supply and condensate drain pipes, a distribution one with heated water inlet and outlet pipes and a rotary water chambers, a pipe system, a condensate collector under the body, a condensate drain pipe connected to it (Industry catalog Heat exchange equipment of steam turbine plants, part II, 20-89-09. M.: TSNIITEITYAZHMASH, 1989, p.66-67, Fig. 39).

Недостатком известного подогревателя является отсутствие встроенного охладителя конденсата, обеспечивающего возможность переохлаждения конденсата греющего пара, повышающего экономичность (сокращается расход греющего пара) и создающего (за счет переохлаждения конденсата) оптимальные условия для надежной и стабильной работы регулирующего клапана, устанавливаемого на трубопроводе отвода конденсата из конденсатосборника.A disadvantage of the known heater is the lack of a built-in condensate cooler, which provides the possibility of supercooling of condensate of heating steam, which increases economy (reduces consumption of heating steam) and creates (due to supercooling of condensate) optimal conditions for reliable and stable operation of the control valve installed on the condensate drain pipe from the condensate collector.

Известен теплообменник, включающий корпус с патрубком подвода пара и патрубком слива его конденсата, распределительную водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, трубную систему с встроенным охладителем конденсата, разделенным на секции, и расположенными внутри корпуса разной длины патрубками входа охлаждаемого конденсата в каждую секцию охладителя, причем нижняя кромка этих патрубков, в зависимости от условий работы, может поочередно или одновременно располагаться как под уровнем конденсата, так и над ним. Если нижняя кромка одного из патрубков находится под уровнем конденсата, то охлаждаемый конденсат поступает в эту секцию охладителя и охлаждается. Если нижняя кромка патрубка входа конденсата в охладитель находится выше уровня конденсата в корпусе, конденсат пара в него не поступает и не охлаждается (SU 1076699, МПК F 22 D 1/32; опубликовано 28.02.84 г.).A heat exchanger is known, including a housing with a steam supply pipe and a condensate drain pipe, a distribution water chamber with heating water inlet and outlet pipes, a pipe system with a built-in condensate cooler, divided into sections, and inside the housing of different lengths of the cooled condensate inlet pipes in each section cooler, and the lower edge of these pipes, depending on the operating conditions, can alternately or simultaneously be located both below the condensate level and above it. If the lower edge of one of the nozzles is below the condensate level, then the cooled condensate enters this section of the cooler and cools. If the lower edge of the condensate inlet pipe to the cooler is higher than the condensate level in the housing, steam condensate does not enter and is not cooled (SU 1076699, IPC F 22 D 1/32; published on 02.28.84).

По совокупности признаков это известное техническое решение является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип.By the totality of the features, this known technical solution is the closest to the claimed one and is taken as a prototype.

Недостатком известного теплообменника, принятого за прототип, является необходимость выполнять в корпусе под трубной системой регулирование уровня конденсата на нескольких пределах (в данном случае на двух), для чего необходимо иметь в нижней части корпуса большое количество конденсата с температурой, близкой к температуре насыщения при давлении пара в корпусе теплообменника. Это снижает надежность работы турбоустановки, так в случае резкого сброса турбиной нагрузки это большое количество конденсата, находящегося в нижней части корпуса и непосредственно внутри секций охладителя конденсата, вскипает и пар самовскипания совместно с подхваченным им конденсатом через патрубок входа пара может поступить в проточную часть турбины и вызвать разрушение лопаточного аппарата.A disadvantage of the known heat exchanger, adopted as a prototype, is the need to carry out the condensate level control in the housing under the pipe system within several limits (in this case, two), for which it is necessary to have a large amount of condensate in the lower part of the housing with a temperature close to the saturation temperature at pressure steam in the heat exchanger housing. This reduces the reliability of the turbine installation, so in the case of a sharp discharge of the turbine load, this large amount of condensate located in the lower part of the housing and directly inside the condensate cooler sections boils and the self-boiling steam together with the condensate picked up through the steam inlet can enter the turbine flow part and cause the destruction of the scapular apparatus.

Заявляемое техническое решение для регулирования уровня не нуждается в наличии большого количества конденсата в корпусе теплообменника. Конденсат пара в рассматриваемом теплообменнике стекает в один или несколько конденсатосборников, расположенных под теплообменником, где и создаются условия для регулирования его уровня на определенных высотах (пределах). При сбросе нагрузки турбиной конденсат в конденсатосборнике вскипает, но поступление его в корпус теплообменника ограничивается известными решениями (например, установкой на трубопроводе слива конденсата из корпуса в теплообменник сопла). Пар самовскипания конденсата, находящийся в момент сброса нагрузки турбиной внутри секций встроенного охладителя, поступает в конденсатосборник, откуда доступ его совместно с паром самовскипания конденсата в корпусе в турбину затруднен. В конденсатосборник заведены нижние концы патрубков входа конденсата в секции встроенного охладителя конденсата, и, в зависимости от уровня конденсата в нем, обеспечивается включение в работу одной или двух секций охладителя или полное его исключение из работы. В секции, не работающие в режиме охладителя конденсата, поступает пар, и поверхность нагрева их работает в режиме конденсации, обеспечивая увеличение подогрева нагреваемой воды. Таким образом, заявляемое решение позволяет повысить экономичность работы теплообменника за счет возможности исключения из работы поверхности теплообмена, работающей в режиме охладителя конденсата пара, и перевод ее в режим работы с конденсацией пара, а также повысить надежность работы турбоустановки за счет ограниченного поступления пара самовскипания в корпус теплообменника из конденсатосборника.The claimed technical solution for level control does not need a large amount of condensate in the heat exchanger body. Steam condensate in the considered heat exchanger flows into one or several condensate collectors located under the heat exchanger, where conditions are created for regulating its level at certain heights (limits). When the turbine loads off the condensate, the condensate in the condensate collector boils, but its entry into the heat exchanger body is limited by known solutions (for example, installing a condensate drain from the body into the nozzle heat exchanger on the pipeline). The condensate self-boiling steam, which is located at the moment of turbine load shedding inside the sections of the built-in cooler, enters the condensate collector, from where it is difficult to access it together with the condensate self-boiling steam in the housing in the turbine. The lower ends of the condensate inlet branch pipes are inserted into the condensate collector in the section of the built-in condensate cooler, and, depending on the level of condensate in it, one or two sections of the cooler are included in the operation or its complete exclusion from work. Steam enters the sections that do not work in the condensate cooler mode, and their heating surface works in the condensation mode, providing an increase in the heating of the heated water. Thus, the claimed solution allows to increase the efficiency of the heat exchanger due to the possibility of excluding from work the heat exchange surface operating in the mode of steam condensate cooler, and putting it into operation with steam condensation, as well as to increase the reliability of the turbine due to the limited flow of self-boiling steam into the housing heat exchanger from a condensate collector.

Предложен теплообменник, включающий водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, корпус с патрубком входа пара, установленную в корпусе трубную систему со встроенным охладителем конденсата, разделенным на секции с присоединенными к ним разной длины патрубками входа охлаждаемого конденсата в каждую секцию охладителя конденсата, при этом под корпусом теплообменника установлен конденсатосборник, соединенный с корпусом патрубком слива конденсата, а нижняя кромка патрубков выхода конденсата из каждой секции охладителя конденсата расположена на разном расстоянии от днища конденсатосборника.A heat exchanger is proposed, including a water chamber with inlet and outlet pipes for heated water, a housing with a steam inlet pipe, a pipe system installed in the housing with an integrated condensate cooler, divided into sections with different lengths of the cooled condensate inlet pipes connected to each condensate cooler section, attached to a condensate collector is installed under the body of the heat exchanger, connected to the body with a condensate drain pipe, and the lower edge of the condensate outlet pipes from each section of the cooler The condensate is located at different distances from the bottom of the condensate trap.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где изображен теплообменник, продольный разрез.The invention is illustrated in the drawing, which shows a heat exchanger, a longitudinal section.

Теплообменник включает водяную камеру 1 с патрубком входа 2 и выхода 3 нагреваемой воды, корпус 4 с патрубком входа пара 5, трубную систему 6, разделенный на секции 7 и 8 встроенный охладитель конденсата с патрубками 9 и 10 выхода конденсата соответственно из секции 7 и 8 охладителя конденсата. Под корпусом 4 теплообменника установлен конденсатосборник 11, соединенный с корпусом 4 патрубком слива конденсата 12, с секцией 8 охладителя конденсата - патрубком 13, с секцией 7 охладителя конденсата - патрубком 14. Нижняя кромка патрубков выхода конденсата из каждой секции охладителя конденсата 8 и 7 расположена на разном расстоянии от днища конденсатосборника 11. Для выхода конденсата из конденсатосборника 11 предусмотрен патрубок 15, к которому присоединен трубопровод 16 с задвижкой 17. Уровень конденсата в конденсатосборнике наблюдается по водоуказательному стеклу. На корпусе 4 установлен патрубок 18 с присоединенным к нему трубопроводом с установленной на нем задвижкой 19. Для выхода охлаждаемого конденсата из секции 8 охладителя конденсата установлен трубопровод 20, на котором установлена задвижка 21. Для выхода охлаждаемого конденсата из секции 7 охладителя конденсата установлен трубопровод 22 с установленной на нем задвижкой 23. Трубопроводы 20 и 22 после задвижек 21 и 23 соединены между собой и объединены в трубопровод 24, к которому после задвижки 17 присоединен трубопровод 16. На трубопроводе 24 установлен регулирующий клапан 25. Отвод некондесирующихся газов из корпуса 4 теплообменника, уравнительный трубопровод между корпусом 4 и конденсатосборником 11, пределы регулирования уровня, лежащая в пределах ±100÷200 мм, направляющие перегородки в секциях охладителя конденсата на чертеже не показаны.The heat exchanger includes a water chamber 1 with a pipe inlet 2 and outlet 3 of heated water, a housing 4 with a pipe for steam inlet 5, a pipe system 6, an integrated condensate cooler with sections 9 and 10 of the condensate outlet, divided from sections 7 and 8, respectively, from section 7 and 8 of the cooler, divided into sections 7 and 8 condensate. A condensate collector 11 is installed under the body 4 of the heat exchanger, connected to the body 4 with a condensate drain pipe 12, with a condensate cooler section 8 - a pipe 13, with a condensate cooler section 7 - a pipe 14. The lower edge of the condensate outlet pipes from each condensate cooler section 8 and 7 is located on different distance from the bottom of the condensate collector 11. To exit the condensate from the condensate collector 11, a pipe 15 is provided, to which a pipe 16 with a valve 17 is connected. The level of condensate in the condensate collector is observed at indicative glass. A pipe 18 is installed on the housing 4 with a pipeline connected to it with a valve 19 installed on it. To exit the cooled condensate from section 8 of the condensate cooler, a pipe 20 is installed on which the valve 21 is installed. To exit the cooled condensate from section 7 of the condensate cooler, a pipe 22 s is installed a valve installed on it 23. Pipelines 20 and 22 after the valves 21 and 23 are interconnected and combined into a pipe 24, to which after the valve 17 is connected a pipe 16. On the pipe 24 is installed control valve 25. The removal of non-condensable gases from the heat exchanger body 4, the equalization pipeline between the body 4 and the condensate collector 11, the level control limits lying within ± 100 ÷ 200 mm, the guide walls in the condensate cooler sections are not shown in the drawing.

Теплообменник работает следующим образом. Поток греющего пара через патрубок 5 поступает в корпус 4, распределяется по всей длине в его верхней части и направляется в трубную систему 6, где и конденсируется на трубах поверхности нагрева, передавая тепло нагреваемой воде, поступающей через патрубок 2 из водяной камеры 1 в эти трубы. Нагретая вода выходит из теплообменника через патрубок 3. Конденсат греющего пара из корпуса 4 через патрубок 12 направляется в конденсатосборник 11, в котором устанавливается необходимый уровень конденсата, определяющий работу обеих секций 7 и 8 охладителя (III уровень) или только одной секции 7 (II уровень) или исключающий из работы обе секции 7 и 8 в режиме охладителя (I уровень). При установке III уровня конденсата в конденсатосборнике при закрытых задвижках 17 и 19 и открытых задвижках 23 и 21 конденсат пара через патрубок 13 поступает в секцию 8 охладителя, охлаждается в ней, далее через патрубок 10, трубопроводы 20, 24 и регулирующий клапан 25 охлажденный конденсат выводится из теплообменника. При необходимости сократить величину поверхности охладителя и повысить температуру охлаждаемого конденсата на выходе, устанавливается II уровень конденсата в конденсатосборнике. В секцию 7 охладителя конденсат поступает через патрубок 14, охлаждается и через патрубок 9, трубопроводы 22 и 4 выводится из теплообменника. В этом случае (когда установлен III уровень конденсата в конденсатосборнике) достигается максимальное переохлаждение конденсата.The heat exchanger operates as follows. The flow of heating steam through the pipe 5 enters the housing 4, is distributed along the entire length in its upper part and is sent to the pipe system 6, where it condenses on the pipes of the heating surface, transferring heat to the heated water entering through the pipe 2 from the water chamber 1 into these pipes . Heated water leaves the heat exchanger through the nozzle 3. The condensate of the heating steam from the housing 4 through the nozzle 12 is sent to the condensate collector 11, in which the required level of condensate is established, which determines the operation of both sections 7 and 8 of the cooler (III level) or only one section 7 (II level ) or excluding both sections 7 and 8 from operation in cooler mode (I level). When the condensate level III is installed in the condensate collector with closed valves 17 and 19 and open valves 23 and 21, steam condensate through the pipe 13 enters the cooler section 8, is cooled in it, then through the pipe 10, pipelines 20, 24 and the cooled condensate control valve 25 is discharged from the heat exchanger. If necessary, reduce the surface area of the cooler and increase the temperature of the cooled condensate at the outlet, the second level of condensate in the condensate collector is set. Condensate enters the cooler section 7 through the nozzle 14, is cooled and through the nozzle 9, pipelines 22 and 4 are removed from the heat exchanger. In this case (when the III level of condensate is installed in the condensate collector), maximum condensation subcooling is achieved.

При понижении уровня конденсата в конденсатосборнике до II уровня в работе, в режиме охлаждения конденсата, сохраняется только секция 7 охладителя, в которую охлаждаемый конденсат поступает через патрубок 14 и выводится через патрубок 9, трубопроводы 22 и 24 при закрытой задвижке 21. В секцию 8 охладителя через патрубок 13 поступает пар, который конденсируется в этой секции, а конденсат пара через трубопровод 20, задвижку 19 и патрубок 18 поступает в корпус 4 теплообменника и по патрубку 12 сливается в конденсатосборник 11.When the condensate level in the condensate collector is reduced to level II in operation, in the condensate cooling mode, only the cooler section 7 is saved, to which the cooled condensate enters through the nozzle 14 and is discharged through the nozzle 9, pipelines 22 and 24 with the shutter 21 closed. To the cooler section 8 through the pipe 13 steam enters, which condenses in this section, and the steam condensate through the pipe 20, the valve 19 and the pipe 18 enters the housing 4 of the heat exchanger and through the pipe 12 is discharged into the condensate collector 11.

При необходимости исключить из работы в режиме охлаждения конденсата секции 7 и 8 охладителя уровень конденсата в конденсатосборнике 11 устанавливается на I пределе уровня. Открываются задвижки 17, 19, 23, закрывается задвижка 21. В обе секции 7 и 8 охладителя пар поступает из конденсатосборника 11 через патрубки 14 и 13. В этих секциях пар конденсируется, а конденсат из секции 7 через патрубок 9, трубопроводы 22 и 24 и регулирующий клапан 25 выводится из теплообменника. Конденсат пара из секции 8 охладителя через патрубок 10, трубопровод 20, задвижку 19 и патрубок 18 направляется в корпус и по патрубку 12 направляется в конденсатосборник 11, откуда через патрубок 15, трубопровод 16, задвижку 17 конденсат через регулирующий клапан 25 выводится из теплообменника. Таким образом, в этом режиме переохлаждения не происходит, а вся поверхность охладителя конденсата работает в режиме конденсации пара.If it is necessary to exclude from operation in the condensate cooling mode sections 7 and 8 of the cooler, the condensate level in the condensate collector 11 is set at the I level limit. The valves 17, 19, 23 open, the valve 21 closes. In both sections 7 and 8, the steam comes from the condensate collector 11 through the pipes 14 and 13. In these sections, the steam condenses, and the condensate from section 7 through the pipe 9, pipes 22 and 24 and control valve 25 is removed from the heat exchanger. Steam condensate from the cooler section 8 through the pipe 10, pipe 20, the valve 19 and pipe 18 is sent to the body and through the pipe 12 is sent to the condensate collector 11, where through the pipe 15, pipe 16, valve 17 the condensate is discharged from the heat exchanger through the control valve 25. Thus, in this mode, hypothermia does not occur, and the entire surface of the condensate cooler operates in the mode of steam condensation.

Claims

A heat exchanger comprising a water chamber with inlet and outlet pipes for heated water, a housing with a steam inlet pipe, a pipe system installed in the housing with an integrated condensate cooler, divided into sections with different lengths of the cooled condensate inlet pipes connected to each condensate cooler section, that a condensate collector is installed under the body of the heat exchanger, connected to the body with a condensate drain pipe, while the lower edge of the condensate outlet pipes from each cooling section turer condensate located at different distances from the bottom of the condensate.