RU2333442C1

RU2333442C1 - Vapour condenser with air cooling and protection from icing of condensate

Info

Publication number: RU2333442C1
Application number: RU2007110741/06A
Authority: RU
Inventors: Борис Петрович Афанасьев; Виктор Федорович Москвичев; Георгий Александрович Рябов; Андрей Николаевич Тугов; Сергей Сергеевич Алексеев; Александр Сергеевич Ланцев
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2008-09-10

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention is intended for vapour condensation and can be used in heat-power units of low power of the energy and chemical industry, and also at factories for rubbish incinerating. The condenser contains a casing, the heat exchange bundle is established inside the last one with the division of its volume by bundles of pipes on the motion of air in the input and output sections, and in the lower part of the entrance is established a longitudinal partition, whose end face adjoins pipes of the heat exchange bundle, the specified partition divides the entrance casing into an upper compartment, which adjoins the upper relative to the partition part of the heat exchange pipes, and the lower compartment, which adjoins correspondingly the lower part of the specified pipes. For cooling air supply into each of the specified compartments a separate adjusting device is provided.

EFFECT: guarantee of reliable prevention of icing of the condensate in the air-cooled condenser with structural simplicity of the technical solution.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплосиловых установках малой мощности энергетической и химической промышленности, а также на заводах по мусоросжиганию. Для таких установок конденсатор пара часто выполняется с воздушным охлаждением. Серьезной эксплуатационной проблемой при использовании конденсаторов такого типа является то, что низкая температура охлаждающего атмосферного воздуха в холодное время года может привести к заледенению конденсата в нижней части теплообменного пучка с возможным повреждением вследствие этого теплообменных труб.The invention relates to the field of heat engineering and can be used in heat power plants of low power of the energy and chemical industries, as well as in waste incineration plants. For such installations, the steam condenser is often air-cooled. A serious operational problem with the use of condensers of this type is that the low temperature of the cooling atmospheric air during the cold season can lead to ice condensation in the lower part of the heat transfer beam with possible damage to the heat exchange pipes as a result.

Известен выбранный в качестве ближайшего аналога изобретения конденсатор пара с воздушным охлаждением, содержащий теплообменный пучок с горизонтальными верхним парораспределительным коллектором и нижним коллектором для сбора конденсата и соединяющими указанные коллекторы трубами, расположенными вертикально или наклонно к горизонтали, а также средство предотвращения заледенения конденсата в холодное время года [1]. В соответствии с [1] для предотвращения заледенения конденсата предусмотрено два различных технических решения. Одно из этих решений (аналог) связано с пароконденсатным трактом и состоит в том, что паропроводы направляемого в конденсатор пара подключены как к верхнему, так и к нижнему коллекторам теплообменного пучка. Недостатком такого технического решения является его конструктивная сложность из-за необходимости прокладки дополнительного паропровода и повышенная металлоемкость. Кроме того, для экономичной эксплуатации конденсатора в летнее время требуется отключение подачи пара в нижний коллектор с установкой в паровом тракте соответствующей запорной арматуры, работающей в условиях эрозионно опасной среды (влажного пара).Known as the closest analogue of the invention is an air-cooled steam condenser comprising a heat exchange bundle with a horizontal upper steam distribution manifold and a lower collector for condensate collection and pipes connecting said collectors vertically or inclined horizontally, as well as a means of preventing condensation from icing up in the cold season [one]. In accordance with [1], two different technical solutions are provided to prevent condensate icing. One of these solutions (analogue) is associated with the vapor-condensate path and consists in the fact that the steam pipelines of the steam sent to the condenser are connected to both the upper and lower collectors of the heat exchange beam. The disadvantage of this technical solution is its structural complexity due to the need to lay an additional steam line and increased metal consumption. In addition, for the economical operation of the condenser in the summer, it is necessary to turn off the steam supply to the lower manifold with the installation of the corresponding shut-off valves in the steam path, operating in an erosion-hazardous environment (wet steam).

Другое техническое решение согласно [1] связано с воздушным трактом (ближайший аналог) и представляет собой жалюзи для регулирования подачи охлаждающего воздуха к теплообменному пучку. При этом предполагается в холодное время года с помощью жалюзи уменьшать подачу охлаждающего воздуха. Однако в случае отказа по указанным выше причинам от подвода пара к нижнему коллектору уменьшение подачи охлаждающего воздуха с помощью жалюзи согласно [1] не может предотвратить заледенение конденсата с достаточной степенью эффективности, так как не устраняет контакт холодного воздуха с содержащей конденсат нижней частью теплообменного пучка.Another technical solution according to [1] is connected with the air path (the closest analogue) and is a louver for regulating the supply of cooling air to the heat exchange bundle. In this case, it is supposed to reduce the supply of cooling air with the help of blinds in the cold season. However, in the event of failure for the above reasons from supplying steam to the lower manifold, a decrease in the supply of cooling air using the blinds according to [1] cannot prevent condensation from freezing up with a sufficient degree of efficiency, since it does not eliminate the contact of cold air with the lower part of the heat exchange bundle containing condensate.

Достигаемым результатом изобретения является надежное предотвращение заледенения конденсата в конденсаторе с воздушным охлаждением при конструктивной простоте соответствующего технического решения.The achieved result of the invention is to reliably prevent condensation in the air-cooled condenser with the structural simplicity of the corresponding technical solution.

Это обеспечивается тем, что конденсатор пара с воздушным охлаждением, содержащий теплообменный пучок с горизонтальными верхним парораспределительным коллектором и нижним коллектором для сбора конденсата и соединяющими указанные коллекторы теплообменными трубами, расположенными вертикально или наклонно к горизонтали, а также средство предотвращения заледенения конденсата в холодное время года, выполненное в виде устройства для регулирования подачи охлаждающего воздуха к теплообменному пучку, согласно изобретению дополнительно содержит кожух, теплообменный пучок установлен внутри последнего с разделением его объема трубами пучка по ходу воздуха на входной и выходной участки, и в нижней части входного участка установлена продольная перегородка, торец которой примыкает к трубам теплообменного пучка, причем указанная перегородка разделяет входной участок кожуха на верхний отсек, примыкающий к верхней относительно перегородки части теплообменных труб, и нижний отсек, примыкающий соответственно к нижней части указанных труб, и для подачи охлаждающего воздуха в каждый из указанных отсеков предусмотрено отдельное регулирующее устройство.This is ensured by the fact that the air-cooled steam condenser contains a heat exchange bundle with a horizontal upper steam distribution manifold and a lower collector for condensate collection and heat exchange pipes connecting these collectors located vertically or obliquely to the horizontal, as well as a means of preventing condensation from freezing in the cold season, made in the form of a device for regulating the supply of cooling air to the heat exchange bundle, according to the invention additionally with holds the casing, the heat-exchange bundle is installed inside the latter with the beam pipes being divided along the air inlet and outlet sections, and a longitudinal partition is installed at the bottom of the inlet section, the end of which is adjacent to the tubes of the heat-exchange bundle, and this partition divides the inlet section of the casing into the upper the compartment adjacent to the upper part of the heat exchange pipes relative to the partition, and the lower compartment adjacent to the lower part of the pipes, respectively, and for supplying cooling air to the dy separate compartments of said regulating device is provided.

На чертеже схематически изображен конденсатор согласно изобретению в продольном разрезе.The drawing schematically shows a capacitor according to the invention in longitudinal section.

Конденсатор пара с воздушным охлаждением согласно изобретению содержит теплообменный пучок с горизонтальными верхним парораспределительным коллектором 1 и нижним коллектором 2 для сбора конденсата и соединяющими указанные коллекторы теплообменными трубами 3, расположенными вертикально или наклонно к горизонтали, исходя из рациональной компоновки поверхностей теплообмена. Трубы 3 имеют с внешней стороны поперечное оребрение (на чертеже не показано) для компенсации путем увеличения поверхности теплообмена низкого коэффициента теплоотдачи при взаимодействии теплообменных труб с охлаждающим воздухом. Рекомендуемый диапазон углов наклона труб 3 к горизонтали составляет 60÷75°. Теплообменный пучок установлен внутри кожуха 4. При этом пучок и соединенные с его коллекторами 1 и 2 продольные перегородки соответственно 5 и 6 разделяют объем кожуха 4 на входной и выходной участки соответственно 7 и 8. В нижней части входного участка 7 установлена еще одна продольная перегородка 9, торец которой примыкает к трубам 3 теплообменного пучка, причем перегородка 9 разделяет входной участок 7 кожуха 4 на верхний отсек 10, примыкающий к верхней относительно перегородки 9 части теплообменных труб 3, и нижний отсек 11, примыкающий соответственно к нижней части указанных труб. Возможен конструктивный вариант (на чертеже не показан), при котором разделение кожуха 4 на участки 7 и 8 осуществляется непосредственно теплообменным пучком без использования перегородок 5, 6. Для подачи охлаждающего воздуха в каждый из указанных отсеков 10, 11 предусмотрено отдельное регулирующее устройство в виде по меньшей мере одного регулирующего клапана 12, установленного в подводящем коробе 13, и по меньшей мере одного регулирующего клапана 14, установленного в подводящем коробе 15. Отношение длины L₁ труб 3 теплообменного пучка в верхнем отсеке 10 к длине L₂ труб 3 теплообменного пучка в нижнем отсеке 11 может лежать в пределах 0,5÷4,0. В верхней части выходного участка 8 кожуха 4 предусмотрен выхлопной патрубок 16 с установленным в нем вытяжным вентилятором 17 для прокачки через теплообменный пучок охлаждающего воздуха. Возможен вариант (на чертеже не показан) с установкой напорного вентилятора перед коробами 13, 15 с установленными в них регулирующими клапанами соответственно 12,14. Возможен также вариант (на чертеже не показан) с установкой индивидуальных напорных регулируемых вентиляторов в коробах 13 и 15 взамен установки регулирующих клапанов 12, 14.The air-cooled steam condenser according to the invention comprises a heat exchange bundle with a horizontal upper steam distribution manifold 1 and a lower collector 2 for collecting condensate and connecting heat exchangers 3 connecting these collectors vertically or obliquely to the horizontal, based on a rational arrangement of heat exchange surfaces. Pipes 3 have transverse fins on the outside (not shown in the drawing) to compensate by increasing the heat transfer surface of the low heat transfer coefficient during the interaction of the heat exchange pipes with cooling air. The recommended range of angle of inclination of pipes 3 to the horizontal is 60 ÷ 75 °. A heat-exchange bundle is installed inside the casing 4. At the same time, the bundle and the longitudinal partitions 5 and 6 connected to its collectors 1 and 2 respectively divide the volume of the casing 4 into the inlet and outlet sections 7 and 8, respectively. In the lower part of the inlet section 7, another longitudinal partition 9 is installed , the end of which is adjacent to the tubes 3 of the heat exchange bundle, and the partition 9 divides the input section 7 of the casing 4 into the upper compartment 10 adjacent to the upper part relative to the partition 9 of the heat exchange tubes 3, and the lower compartment 11 adjacent to the corresponding tween the bottom of said tubes. A constructive option is possible (not shown in the drawing), in which the casing 4 is divided into sections 7 and 8 directly by a heat exchange bundle without using partitions 5, 6. To supply cooling air to each of these compartments 10, 11, a separate control device is provided in the form of at least one control valve 12 installed in the supply duct 13, and at least one control valve 14 installed in the supply duct 15. The ratio of the length L _{1 of the} tubes 3 of the heat exchange bundle in the upper compartment 10 to the length L _{2 of} pipes 3 of the heat exchange bundle in the lower compartment 11 may lie within 0.5 ÷ 4.0. In the upper part of the output section 8 of the casing 4, an exhaust pipe 16 is provided with an exhaust fan 17 installed therein for pumping cooling air through the heat exchange bundle. A variant is possible (not shown in the drawing) with the installation of a pressure fan in front of the ducts 13, 15 with the control valves installed in them, respectively 12.14. A variant is also possible (not shown in the drawing) with the installation of individual pressure-controlled adjustable fans in boxes 13 and 15 instead of installing control valves 12, 14.

Конденсатор пара согласно изобретению работает следующим образом. Внутри труб 3 теплообменного пучка в направлении от верхнего парораспределительного коллектора 1 к нижнему коллектору 2 сбора конденсата движется пар, а охлаждающий атмосферный воздух - в межтрубном пространстве при близком к поперечному обтекании их. Пар в оребренных трубах 3 конденсируется потоком охлаждающего воздуха, а образующийся конденсат стекает за счет силы тяжести в нижний коллектор 2, откуда с помощью конденсатного насоса (на чертеже не показан) возвращается в рабочий контур соответствующей теплоэнергетической установки. Охлаждающий воздух поступает к трубам 3 под действием вытяжного вентилятора 17 по двум коробам 13 и 15, подключенным к верхнему отсеку 10 и нижнему отсеку 11 входной части 7 кожуха 4. Регулирование подачи охлаждающего воздуха в каждый из указанных отсеков осуществляют с помощью регулирующих клапанов 12 и 14. При установке напорного вентилятора перед коробами 13 и 15 регулирование подачи воздуха к верхней и нижней частям труб 3 теплообменного пучка также осуществляют с помощью регулирующих клапанов 12 и 14. При установке индивидуальных вентиляторов в коробах 13 и 15 указанное регулирование осуществляют с помощью этих вентиляторов без использования клапанов 12 и 14. Во всех вариантах регулирование подачи охлаждающего воздуха возможно с использованием современных средств автоматики и защит. Смешение потоков воздуха, поступающих к теплообменному пучку через верхний отсек 10 и нижний отсек 11 кожуха 4, осуществляется за теплообменным пучком в выходной части 8 кожуха 4 перед вентилятором 17. В холодное время года подачу охлаждающего воздуха в нижний отсек 11 уменьшают вплоть до ее полного прекращения с помощью регулирующих клапанов 14 или соответствующего напорного вентилятора. Это позволяет предотвратить возможность заледенения конденсата в трубах и коллекторе нижней части теплообменного пучка и повреждения его труб, связанного с таким заледенением.The steam condenser according to the invention operates as follows. Inside the tubes 3 of the heat exchange bundle, steam moves from the upper steam distribution manifold 1 to the lower condensate collection manifold 2, and the cooling atmospheric air moves in the annulus with a near transverse flow around them. The steam in the finned tubes 3 is condensed by the flow of cooling air, and the condensate formed flows due to gravity to the lower manifold 2, from where it is returned to the working circuit of the corresponding heat power plant using a condensate pump (not shown). Cooling air enters the pipes 3 under the action of an exhaust fan 17 through two ducts 13 and 15 connected to the upper compartment 10 and the lower compartment 11 of the input part 7 of the casing 4. The supply of cooling air to each of these compartments is regulated using control valves 12 and 14 When installing a pressure fan in front of the ducts 13 and 15, the air supply to the upper and lower parts of the tubes 3 of the heat exchange bundle is also regulated using control valves 12 and 14. When installing individual fans in Orobie 13 and 15, the above control is performed by using these fans without the use of valves 12 and 14. In all embodiments, a cooling air supply control is possible using modern automation and protections. The mixture of air flows entering the heat exchange bundle through the upper compartment 10 and the lower compartment 11 of the casing 4 is carried out behind the heat exchange bundle in the outlet part 8 of the casing 4 in front of the fan 17. In the cold season, the supply of cooling air to the lower compartment 11 is reduced until it is completely stopped by means of control valves 14 or a corresponding pressure fan. This prevents the possibility of condensation freezing in the pipes and the collector of the lower part of the heat transfer beam and damage to its pipes associated with such icing.

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU №2208750, F28D 1/06, 1998.1. Patent RU No. 2208750, F28D 1/06, 1998.

Claims

An air-cooled steam condenser comprising a heat exchange bundle with a horizontal upper steam distribution manifold and a lower collector for condensate collection and connecting heat exchangers connected to the indicated collectors vertically or inclined horizontally, as well as a means of preventing condensation from freezing during the cold season, made in the form of a device for regulating the supply of cooling air to the heat exchange bundle, characterized in that it further comprises a casing, heat transfer the second beam is installed inside the latter with the beam being divided by the air pipes into the inlet and outlet sections, and a longitudinal partition is installed in the lower part of the input section, the end of which is adjacent to the tubes of the heat exchange beam, and this partition divides the input section of the casing into the upper compartment adjacent to the upper part of the heat exchange pipes relative to the partition, and the lower compartment adjacent respectively to the lower part of these pipes, and for supplying cooling air to each of these compartments a separate control device is provided.