RU2339890C2 - Heat exchanger-modular water heater and heat exchanger element (versions) - Google Patents
Heat exchanger-modular water heater and heat exchanger element (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2339890C2 RU2339890C2 RU2004108964/06A RU2004108964A RU2339890C2 RU 2339890 C2 RU2339890 C2 RU 2339890C2 RU 2004108964/06 A RU2004108964/06 A RU 2004108964/06A RU 2004108964 A RU2004108964 A RU 2004108964A RU 2339890 C2 RU2339890 C2 RU 2339890C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipes
- row
- pipe
- rows
- heat exchange
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам для утилизации тепла отходящих от агрегатов газов, в частности для подогрева воздуха выхлопными продуктами сгорания, поступающими от компрессора газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата на компрессорных станциях магистральных газопроводов.The invention relates to a power system, and in particular, to devices for recovering heat from exhaust gases from aggregates, in particular for heating air with exhaust products from a compressor of a gas turbine installation of a gas pumping unit at compressor stations of gas mains.
Известен воздухоподогреватель (SU №992920, F12L 15/04, 1983 г.), содержащий расположенные один над другим и установленные на нижнем каркасе блоки теплообменных секций, образованных вертикальными трубами 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, F12L 15/04, 1983), containing located on top of one another and mounted on the lower frame blocks of heat-exchange sections, formed by vertical pipes with horizontal pipe boards, rigidly fastened together and an upper distribution box equipped with a compensator temperature changes, while the air heater is equipped with a power belt with spring supports covering the junction box, rigidly fastened with a belt in the area below its compensator, and the area above the latter interacting with its spring supports.
Известен также регенеративный воздухоподогреватель (SU №985595, F12L 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 труб 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,
К недостаткам описанных выше устройств относится их высокая металлоемкость, обусловленная наличием вертикальных теплообменных труб 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 в части самого теплообменного аппарата является регенеративный воздухоподогреватель (RU №31838 U1, F23L 15/04, 27.08.2003 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 in the part of the heat exchanger itself is a regenerative air heater (RU No. 31838 U1, F23L 15/04, 08.27.2003), containing heat exchange units having bundles of bundles of heat exchange tubes, the ends of which are attached to the supply and exhaust manifolds by fastening elements air, the heat exchange tube bundle has the shape of a coil and is made single-package, while the fastening elements of the heat exchange tubes to the collectors are made in the form of separate tube plates welded directly into the wall of the corresponding collector but.
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.
В части теплообменного блока теплообменного аппарата ближайшим аналогом является теплообменный блок регенеративного воздухоподогревателя, включающий четырехходовой многорядный пучок теплообменных труб (RU №17600 U1, F23L 15/04, 10.04.2001 г.), образованный установленными горизонтальными рядами труб V-образной формы с одним гибом и двумя прямолинейными ветвями, причем каждый ряд содержит два пакета труб V-образной формы, расположенных рядом друг с другом на одном уровне.In terms of the heat exchanger block of the heat exchanger, the closest analogue is the heat exchanger block of the regenerative air heater, including a four-way multi-row bundle of heat exchange pipes (RU No. 17600 U1, F23L 15/04, 04/10/2001), formed by installed horizontal rows of V-shaped pipes with one bend and two straight branches, each row containing two packets of V-shaped pipes located next to each other at the same level.
Недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает высокой эффективности теплообмена и обладает повышенной металлоемкостью.The disadvantage of this device is that it does not provide high heat transfer efficiency and has a high metal consumption.
Задачей, решаемой всеми объектами заявленной группы изобретений, является обеспечение компактности устройства, повышение эффективности теплообмена при одновременном повышении прочности и жесткости конструкции и снижении металлоемкости.The problem solved by all objects of the claimed group of inventions is to ensure the compactness of the device, increasing the efficiency of heat transfer while increasing the strength and rigidity of the structure and reducing metal consumption.
Задача в части первого объекта группы изобретений решается за счет того, что теплообменный аппарат - блочно-секционный воздухоподогреватель согласно изобретению содержит, по крайней мере, две секции, внутри каждой из которых размещены, по меньшей мере, два теплообменных блока, каждый из которых включает диффузор для подвода и конфузор для отвода охлаждаемой среды, коллектор подвода и коллектор отвода нагреваемой среды, каждый из которых соединен посредством отдельных трубных досок, вмонтированных непосредственно в стенку соответствующего коллектора подвода или отвода нагреваемой среды, с многорядным пучком четырехходовых теплообменных труб, преимущественно с неодинаковым числом труб в смежных по высоте рядах, преимущественно горизонтальных, с отделением по вертикали и по горизонтали друг от друга посредством дистанцирующих элементов, причем каждая теплообменная труба ряда выполнена с числом гибов у разных труб пучка от четырех до шести, образующих четыре прямолинейные ветви и соединяющие их три колена, при этом количество и распределение труб в пучке приняты с соблюдением условия, при котором отношение объема Vт.т.[м3], занимаемого теплообменными трубами в блоке и равного суммарному объему прямолинейных ветвей и колен труб пучка, очерченному по внешнему контуру условными плоскостями, касающимися внешних поверхностей крайних теплообменных труб, за вычетом объема межтрубной среды между ветвями и коленами труб пучка к общему внутреннему объему теплообменного блока Vвн.бл. [м3], ограниченному днищем, верхней крышкой и торцевыми стенами корпуса блока, определено в диапазоне значений составляющем 0,56÷0,85, а отношение суммарной длины ∑L [м] труб пучка к суммарной площади ∑Sн.т.т. внешней теплообменной поверхности труб определено коэффициентом составляющим 0,08÷0,32 [м-1].The problem in terms of the first object of the group of inventions is solved due to the fact that the heat exchanger - 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 diffuser for supply and a confuser for removal of the cooled medium, a supply manifold and a collector for the removal of the heated medium, each of which is connected by means of separate tube plates mounted directly to the wall its collector for supplying or discharging a heated medium, with a multi-row bundle of four-way heat transfer pipes, mainly with an unequal number of pipes in rows adjacent in height, mainly horizontal, with vertical and horizontal separation from each other by means of spacer elements, each heat transfer pipe of a row made with the number of bends in different tubes of the bundle from four to six, forming four straight branches and connecting their three knees, while the number and distribution of tubes in the bundle are taken with Yuden conditions under which the volume ratio V Cdes [m 3 ] occupied by heat transfer tubes in the block and equal to the total volume of straight branches and elbows of the beam tubes, outlined along the external contour with conditional planes touching the outer surfaces of the extreme heat transfer tubes, minus the volume of the annular medium between the branches and elbows of the bundle tubes to the total internal volume heat exchange unit V ext. [m 3 ], limited by the bottom, top cover and end walls of the block casing, is defined in the range of values component of 0.56 ÷ 0.85, and the ratio of the total length ∑L [m] of the bundle tubes to the total area ∑S nt the external heat exchange surface of the pipes is determined by the coefficient components of 0.08 ÷ 0.32 [m -1 ].
В каждой секции теплообменного аппарата теплообменные блоки могут быть расположены один над другим, а предпочтительное количество блоков - четыре, причем коллектор подвода и коллектор 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.In each section of the heat exchanger, the heat exchange blocks can be located one above the other, and the preferred number of blocks is four, and the supply manifold and the collector of the outlet of the heated medium can be made with the possibility of connection with the pipelines of the inlet and outlet of the heated medium, which is preferably used air, including with an enriched oxygen content, while combustion products after the turbine of a gas turbine installation can be used as a cooled medium.
Отношение суммарной длины ∑l" прямолинейных ветвей теплообменных труб, обтекаемых в поперечном направлении, к суммарной длине ∑L [м] всех теплообменных труб пучка могут составлять 0,78-0,92, при этом внешняя и внутренняя трубы в каждом ряду пучка могут содержать каждая не менее одного гиба длиной, равной πR, а гибы остальных труб во всех рядах пучка могут быть выполнены длиной, равной при этом внешняя труба каждого из рядов, имеющих большее число труб, чем в смежных с ним рядах, имеет один гиб длиной πR, образующий колено, соединяющее внутренние ветви этой трубы, а общее число гибов этой трубы равно пяти, а внутренняя труба каждого из рядов, имеющих большее число труб, чем в смежных с ним рядах, имеет два гиба длиной πR, каждый из которых образует колено, соединяющее соответствующие внутреннюю и внешнюю ветви этой трубы, а общее число гибов у этой трубы равно четырем, шаг а между продольными осями смежных труб прямолинейных ветвей составляет (1,5-2,5)d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы, шаг b между осями смежных труб на прямолинейных участках колен составляет (1,8-2,8)d, причем в каждом ряду шаг а между продольными осями смежных труб прямолинейных ветвей меньше или больше, чем шаг b между продольными осями колен смежных труб, предпочтительно а<b, или шаг а равен шагу b, и количество теплообменных труб в смежных по высоте рядах пучка для нечетных и четных рядов может составлять соответственно m и n, где m - четное число, а n=(m-1), количество рядов труб в пучке k - предпочтительно нечетное, причем k>3, теплообменные трубы в смежных по высоте рядах могут быть размещены в шахматном порядке со смещением на (0,4÷0,6)a, [м], где a - шаг между продольными осями смежных труб на прямолинейных ветвях одного ряда [м], при этом количество труб в блоке может составлять предпочтительно 263-563 шт.The ratio of the total length "l "of rectilinear branches of the heat exchange tubes flowing in the transverse direction to the total length ∑L [m] of all heat transfer tubes of the beam can be 0.78-0.92, while the outer and inner pipes in each row of the beam can contain each of at least one bend with a length equal to πR, and the bends of the remaining pipes in all rows of the beam can be performed with a length equal to the outer pipe of each of the rows having a larger number of pipes than in adjacent rows has one bend of length πR, forming a bend connecting the internal branches of this pipe, and the total number of bends of this pipe is five, and the inner pipe of each of the rows having a larger number of pipes than in the rows adjacent to it, has two bends of length πR, each of which forms a bend connecting the corresponding internal and external branches of this pipe, and the total number of bends at this pipe is four, the pitch and between the longitudinal axes of adjacent straight pipe Twi is (1.5-2.5) d, where d is the outer diameter of the heat exchanger pipe, the step b between the axes of adjacent pipes in the straight sections of the elbows is (1.8-2.8) d, and in each row, the step a between the longitudinal axes of adjacent pipes of rectilinear branches are smaller or larger than step b between the longitudinal axes of the elbows of adjacent pipes, preferably a <b, or step a is equal to step b, and the number of heat-exchange tubes in the height-adjacent rows of the bundle 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 pipes in the bundle k is preferred odd, moreover, k> 3, heat exchanging pipes in rows adjacent in height can be staggered with an offset of (0.4 ÷ 0.6) a, [m], where a is the step between the longitudinal axes of adjacent pipes on rectilinear branches of one row [m], while the number of pipes in the block can be preferably 263-563 pcs.
Каждое колено труб всех рядов пучка, образованное двумя гибами длиной каждый, равной может содержать сопряженную с гибами прямолинейную вставку длиной, кратной 2а, где a - шаг между осями одноименных прямолинейных ветвей смежных труб ряда, или каждое колено труб всех рядов пучка, образованное двумя гибами длиной каждый, равной может содержать сопряженную с гибами прямолинейную вставку длиной, изменяющейся у разных труб ряда от величины, равной 2a±10% [м] до величины, равной 2a (m-1)±10% [м] для рядов с большим числом труб, чем в смежных с ними по высоте рядах, а для остальных рядов до величины, равной а(2n-1)±10% [м], гдеEach pipe elbow of all rows of the bundle, formed by two bends each equal in length may contain a rectilinear insert conjugated with bends that is a multiple of 2a, where a is the step between the axes of the same straight branches of adjacent pipes in a row, or each pipe bend of all rows of a bundle, formed by two bends each equal in length may contain a straight insert coupled with bends, the length varying for different pipes of the row from a value equal to 2a ± 10% [m] to a value equal to 2a (m-1) ± 10% [m] for rows with a larger number of pipes than rows adjacent to them in height, and for the remaining rows to a value equal to a (2n-1) ± 10% [m], where
a - шаг между осями одноименных прямолинейных ветвей смежных труб ряда [м],a is the step between the axes of the same rectilinear branches of adjacent pipes of a row [m],
m - количество труб в ряду с большим числом труб, преимущественно четное число труб в нечетных рядах,m is the number of pipes in a row with a large number of pipes, mainly an even number of pipes in odd rows,
n - количество труб в ряду с меньшим числом труб, преимущественно нечетное количество труб в четных рядах.n is the number of pipes in a row with a smaller number of pipes, mainly an odd number of pipes in even rows.
Задача по второму объекту группы изобретений - первому варианту выполнения теплообменного блока теплообменного аппарата - блочно-секционного воздухоподогревателя согласно изобретению содержит состоящий из четырех ветвей четырехходовой многорядный пучок теплообменных труб, уложенных горизонтальными рядами и дистанцированных по горизонтали и вертикали друг от друга, коллектор подвода и коллектор 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, причем 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 H"i - для внутреннего колена, а количество теплообменных труб в смежных по высоте рядах пучка для нечетных и четных рядов составляет соответственно m и n, где m - четное число, а 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 Н'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].The problem of the second object of the group of inventions - the first embodiment of a heat exchange unit of a heat exchanger - a block-section air heater according to the invention comprises four-way multi-row bundle of heat exchange tubes consisting of four branches, laid in horizontal rows and spaced horizontally and vertically from each other, an inlet collector and a discharge collector heated medium, each of which is connected to heat exchange tubes by means of separate tube plates mounted directly directly to the wall of the corresponding manifold for supplying or discharging the heated medium, each heat transfer pipe of a row made with four, or five, or six bends of radius R, forming four straight branches and connecting three knees, 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 remaining pipes of odd and even rows, the bend sections have a length πR / 2 and are joined in pairs by straight-line inserts of length N ' i d For the outer elbows and H " i is for the inner elbow, and the number of heat transfer 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 straight branches adjacent tubes of one row [m], and the length N 'i and H''i rectilinear inserts knee i-th tube formed variables: for nech a number of heat transfer pipes 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].
Размещение труб в объеме, занимаемом, по крайней мере, одной ветвью пучка, может быть принято с соблюдением условий, согласно первому из которых отношение суммарной площади ∑Fн.т.п. наружной теплообменной поверхности труб этой ветви пучка к объему ∑Vм.c., 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 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 составляющим 0,78-1,25.The placement of pipes in the volume occupied by at least one branch of the beam can be taken subject to the conditions, according to the first of which the ratio of the total area нF ntp the outer heat transfer surface of the pipes of this beam branch to the volume ∑V m.c. 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 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 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 constituting 0.78-1.25.
Параметры каждой трубы ряда могут быть определены зависимостями: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, гдеL i + 1 = 2l ' i + 1 + 2l " i + 1 -Δ + 2H ' i + 1 + H " i + 1 + 3πR, where
Li+1 - длина развертки (i+1)-й трубы ряда [м];L i + 1 - scan length of the (i + 1) th row pipe [m];
l' i+1 - длина внешней прямолинейной ветви (i+1)-й трубы ряда, равнаяl ' i + 1 - the length of the outer straight branch (i + 1) of the row pipe equal
l' i+1=l' i-b [м];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 Н' 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],
Н" i+1 - длина прямолинейной вставки внутреннего колена (i+1)-й трубы ряда, равная Н" i+1=H" i+2а [м];N " i + 1 - the length of the straight insert of the inner bend of the (i + 1) th pipe of the row, equal to N " i + 1 = H " 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 the 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, причем шаг а составляет (1,5-2,5)·d, шаг b может составлять (1,8-2,8)·d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы [м], длина развертки Lmin теплообменной трубы минимальной длины может составлять 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 , Н' i and Н '' i are the corresponding parameters for the i pipe in the row, counting from the outer pipe to the inner pipe in this row, and step a is (1.5-2.5) · d , step b can be (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 can be at least 0.75 of the scan length L max of the heat transfer pipe 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 surface area of the heat transfer pipes is straight the linear 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 ].
Трубный ряд может содержать четное число труб, предпочтительно не менее двух и не более десяти, или он может содержать нечетное число труб, предпочтительно не менее трех и не более девяти, при этом трубы могут быть расположены в ряду с переменным расстоянием между осями внешних ветвей, причем наименьшая величина этого расстояния у трубы, концы которой могут быть заделаны в крайние ближайшие друг к другу отверстия соответствующих одноуровневых рядов отверстий в трубных досках коллекторов подвода и отвода нагреваемой среды, предпочтительно воздуха, теплообменного блока регенеративного воздухоподогревателя, а каждая последующая четырехветвевая труба ряда может быть выполнена охватывающей предыдущую с внешней стороны внешних ветвей и наибольшая величина этого расстояния у трубы, концы которой могут быть заделаны в крайние наиболее удаленные друг от друга отверстия соответствующих одноуровневых рядов отверстий в трубных досках коллекторов подвода и отвода нагреваемой среды, а две внутренние ветви каждой последующей трубы в ряду с соединяющим их коленом размещены внешней стороной в изгибе, образованном соответствующими ветвями и соединяющим их коленом предыдущей трубы в трубном ряду, при этом шаг а между продольными осями одноименных прямолинейных ветвей смежных труб в ряду меньше или больше, чем шаг b между продольными осями прямолинейных вставок колен смежных труб в ряду, предпочтительно а<b, или шаг а равен шагу b, и, кроме того, для каждой теплообменной трубы ряда расстояние Н между продольными осями ее внешних прямолинейных ветвей составляет (30-85)d; длина прямолинейных ветвей l' и l" может составлять соответственно (74-145)d и (100-135)d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы [м], при этом 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., или 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.The pipe row may contain an even number of pipes, preferably not less than two and not more than ten, or it may contain an odd number of pipes, preferably not less than three and not more than nine, while the pipes can be arranged along with a variable distance between the axes of the outer branches, and the smallest value of this distance at the pipe, the ends of which can be embedded in the extreme closest to each other holes of the corresponding single-level rows of holes in the pipe boards of the collectors for supplying and discharging the heated medium, preferably about air, the heat-exchange unit of the regenerative air heater, and each subsequent four-branch pipe of the row can be made covering the previous one from the outer side of the external branches and the largest value of this distance at the pipe, the ends of which can be embedded in the outermost outermost openings of the corresponding single-level rows of openings in pipe boards of the collectors for supplying and discharging the heated medium, and two internal branches of each subsequent pipe in a row with an elbow connecting them its side in the bend formed by the corresponding branches and connecting the elbow of the previous pipe in the pipe row, while the step a between the longitudinal axes of the same straight branches of adjacent pipes in the row is less than or greater than the step b between the longitudinal axes of the rectilinear inserts of the elbows of adjacent pipes in the row, preferably a <b, or step a is equal to step b, and, in addition, for each heat exchange tube of the row, the distance H between the longitudinal axes of its outer straight branches is (30-85) d; the length of the straight branches l 'and l "may be (74-145) d and (100-135) d, respectively, where d is the outer diameter of the heat exchanger pipe [m], while the number N of heat exchanger pipes in the block with an odd number of rows of k pipes in the bundle is determined by the dependence N = 0.5 (k-1) (2m-1) + m and is preferably 263-563 pcs., or the number N of heat transfer tubes in the block with an even number of rows of k tubes in the bundle is determined by the dependence N = 0 , 5k (2m-1) and is preferably 263-563 pcs.
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 или отвода нагреваемой среды, при этом площадь проходного сечения коллектора подвода или коллектора отвода нагреваемой среды может составлять 0,45-0,82 суммарной площади проходного сечения теплообменных труб пучка, причем теплообменный блок может быть снабжен устройствами для строповки и люками-лазами, выполненными в коллекторах подвода и отвода нагреваемой среды.Between the inlet and outlet of the heated medium can be fixed displacer annular medium, made in the form of a profiled panel with a flat section located between the inlets of the inlet or outlet of the heated medium, while the passage area of the inlet or collector of the outlet of the heated medium can be 0.45- 0.82 of the total flow area of the heat transfer tubes of the beam, and the heat transfer unit can be equipped with slinging devices and manholes made in the collectors odvoda and removal of the heated environment.
Задача по третьему объекту группы изобретений - второму варианту выполнения теплообменного блока теплообменного аппарата - блочно-секционного воздухоподогревателя, согласно изобретению содержит состоящий из пространственного каркаса, днища, верхней крышки и торцевых стен корпус, диффузор для подвода и конфузор для отвода охлаждаемой среды, коллекторы подвода и отвода нагреваемой среды с трубными досками и многоходовой многорядный пучок теплообменных труб, образующих соответственно в каждом ряду четное число прямолинейных многотрубных ветвей, в том числе, по крайней мере, двух внутренних и двух внешних, объединенных участками с гибами преимущественно постоянного для всех труб пучка радиуса, или многорядный пучок теплообменных труб, состоящий из, по крайней мере, двух пакетов двухходовых U-образных труб, образующих в пределах каждого пакета двухветвевые, например, горизонтальные ряды труб, дистанцированных в пределах ряда и между рядами друг от друга, коллектор подвода и коллектор отвода нагреваемой среды и расположенную между ними, по крайней мере, одну перепускную камеру, причем коллектор подвода и коллектор отвода нагреваемой среды, а также перепускная камера соединены с теплообменными трубами общей для них трубной доской или раздельными трубными досками, по крайней мере, часть которой или которых образует часть стенового ограждения коллектора подвода и коллектора отвода нагреваемой среды и перепускной камеры, при этом днище, крышка и одна из торцевых стен корпуса блока выполнены в виде панелей с обвязкой из элементов жесткости, образующих плоские стержневые системы, а пространственный каркас блока образован совокупностью плоских стержневых систем каркасов указанных панелей с объединяющими их промежуточными стойками и жестко связанными с ними корпусами коллекторов подвода и отвода нагреваемой среды, которые, в свою очередь, соединены с днищем блока и между собой двухкольцевыми диафрагмами и вытеснителем межтрубной среды, причем части корпусов коллекторов подвода и отвода нагреваемой среды с вмонтированными в них трубными досками и вытеснителем межтрубной среды образуют в совокупности пространственно развитую жесткую торцевую стенку корпуса блока, а по продольным сторонам каркас выполнен с возможностью крепления соответственно элементов диффузора и конфузора для подвода и отвода охлаждаемой среды, при этом 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].The task of the third object of the group of inventions - the second embodiment of the heat exchanger block of the heat exchanger - block-section air heater, according to the invention, comprises a housing, a diffuser for supply and a confuser for draining the cooled medium, a supply manifold and removal of the heated medium with tube plates and a multi-way multi-row bundle of heat-exchange pipes, forming respectively in each row an even number of straight-line multi-tubes branches, including at least two internal and two external, united by sections with bends of a radius beam predominantly constant for all pipes, or a multi-row bundle of heat transfer pipes, consisting of at least two packages of two-way U-shaped pipes, forming, within each package, two-branch, for example, horizontal rows of pipes spaced within the row and between the rows from each other, the supply manifold and the collector of the outlet of the heated medium and at least one bypass located between them Amer, and the supply manifold and the collector of the outlet of the heated medium, as well as the bypass chamber are connected to the heat exchange pipes by a common tube board or separate tube boards, at least part of which or which form part of the wall of the supply manifold and the collector of the outlet of the heated medium and the bypass cameras, with the bottom, the cover and one of the end walls of the block body made in the form of panels with a strapping of stiffeners forming flat rod systems, and the spatial frame is bl The eye is formed by a combination of flat core systems of the frameworks of these panels with intermediate racks uniting them and rigidly connected to them by the bodies of the inlet and outlet of the heated medium, which, in turn, are connected to the bottom of the block and to each other by two-ring diaphragms and a displacer of the annular medium, and parts of the cases collectors for supplying and discharging a heated medium with tube boards mounted in them and a displacer of the annular medium together form a spatially developed rigid end the wall of the casing of the block, and on the longitudinal sides of the frame is made with the possibility of fastening, respectively, elements of the diffuser and confuser for supplying and discharging the cooled medium, while for each heat transfer tube of the beam 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 respectively (95-145) d and (100-135) d, where d is the outer diameter of the heat exchanger pipe [m].
Вытеснитель межтрубной среды может быть выполнен в виде профилированной панели с плоским участком, внутренняя поверхность которого может быть расположена между коллекторами подвода и отвода нагреваемой среды в одной плоскости с наружной плоскостью трубных досок, или в виде плоской панели, приваренной к стенкам коллекторов подвода и отвода нагреваемой среды так, что ее внутренняя поверхность может быть расположена в одной плоскости с наружной плоскостью трубных досок, при этом теплообменный блок может быть снабжен закрепленными на днище и каркасе корпуса блока дистанцирующими элементами для теплообменных труб внешних ветвей многоходового пучка в виде дистанцирующих решеток, причем упомянутые теплообменные трубы могут быть пропущены через отверстия дистанцирующих решеток, а последующие ряды теплообменных труб в зоне внутренних ветвей могут быть отделены дистанцирующими планками складчатой формы, которые могут быть прикреплены к стойкам, установленным на днище, и, кроме того, на днище корпуса могут быть закреплены гребенки для, по крайней мере, внутренних ветвей нижнего ряда теплообменных труб.The displacer of the annular medium can be made in the form of a profiled panel with a flat section, the inner surface of which can be located between the inlet and outlet manifolds of the heated medium in the same plane as the outer plane of the tube plates, or in the form of a flat panel welded to the walls of the inlet and outlet manifolds of the heated medium so that its inner surface can be located in the same plane with the outer plane of the tube plates, while the heat exchange unit can be equipped with fixed for days and the frame of the casing of the block with spacer elements for heat transfer pipes of the outer branches of the multi-path bundle in the form of spacer grids, said heat transfer pipes being passed through the holes of the spacing grids, and subsequent rows of heat transfer pipes in the area of the inner branches can be separated by folded spacing bars that can be attached to racks installed on the bottom, and in addition, combs for at least the inner branches of It has a number of heat exchanger tubes.
Площадь поперечного сечения каждого из коллекторов подвода и отвода нагреваемой среды может составлять 1,8-3,5 от суммарной площади проходного сечения теплообменных труб в блоке, при этом коллекторы подвода и отвода нагреваемой среды могут быть выполнены с люками-лазами, расположенными со стороны днища блока, при этом крышки люков-лазов шарнирно могут быть закреплены на корпусах коллекторов подвода и отвода нагреваемой среды с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной продольной оси симметрии коллекторов подвода и отвода нагреваемой среды, а на внутренних стенках коллекторов подвода и отвода нагреваемой среды могут быть установлены опоры, образующие лестницу для осмотра и технического обслуживания коллекторов подвода и отвода нагреваемой среды и трубных досок, причем теплообменный блок может быть оборудован средствами для прикрепления диффузора для подвода и конфузора для отвода охлаждаемой среды, установленными на противолежащих боковых элементах пространственного каркаса блока, а также скобами для прикрепления наружной теплоизоляции.The cross-sectional area of each of the collectors for supplying and discharging the heated medium can be 1.8-3.5 of the total flow area of the heat-transfer pipes in the block, while the collectors for supplying and discharging the heated medium can be made with manholes located on the bottom side block, while manhole covers can be pivotally mounted on the bodies of the inlet and outlet manifolds of the heated medium with the possibility of rotation in a plane perpendicular to the longitudinal axis of symmetry of the inlet and outlet manifolds the medium, and on the inner walls of the manifolds for supplying and discharging the heated medium, supports can be installed that form a ladder for inspection and maintenance of the manifolds for supplying and discharging the heated medium and tube plates, and the heat exchange unit can be equipped with means for attaching a diffuser for the inlet and the confuser for drainage of the cooled medium mounted on the opposite side elements of the spatial frame of the block, as well as brackets for attaching external thermal insulation.
Дистанцирующие решетки могут быть установлены с возможностью фиксации в корпусе регенеративного воздухоподогревателя, дистанцирующие планки складчатой формы могут иметь расположенные с двух сторон чередующиеся опорные участки по одному на верхнем и нижнем выступах складки для опорного контакта соответствующих нижних и верхних выступов смежных по высоте складчатых планок и соединяющие выступы два наклонных участка, образующих опорные элементы для опирания труб пучка, при этом теплообменные трубы дистанцированы по вертикали и по горизонтали друг от друга с обеспечением расстояния между продольными осями смежных теплообменных труб в ряду, составляющего 1,5-2,3 диаметра теплообменной трубы, а в соседних по высоте рядах с обеспечением расстояния между продольными осями теплообменных труб смежных рядов, составляющего 0,6-1,5 диаметра теплообменной трубы, при этом теплообменные трубы в смежных по высоте рядах могут быть размещены в шахматном порядке, дистанцирующие складчатые планки каждого вышележащего ряда могут быть оперты своими нижними выступами на обращенные к ним вершины верхних выступов складок смежной по высоте нижележащей дистанцирующей планки с образованием системы опорных контактов, смещенных в каждом последующем по высоте ряду на 0,4-0,6 шага труб в ряду, причем толщина складчатой планки может составлять не менее 0,03 диаметра теплообменных труб, а дистанцирующие элементы на внешних и внутренних ветвях могут быть расположены по длине теплообменных труб предпочтительно с одинаковым шагом, при этом опорные участки на верхнем и нижнем выступах складки могут быть выполнены с опорной поверхностью в виде фрагмента цилиндрической поверхности радиусом, составляющим не более 35% диаметра теплообменной трубы, обращенной выпуклостью наружу, или опорные участки на верхнем и нижнем выступах складки могут быть выполнены с плоской опорной поверхностью.The spacer grids can be fixedly mounted in the body of the regenerative air heater, the folded spacers can have alternating supporting sections located on both sides, one on the upper and lower protrusions of the fold, for supporting contact of the corresponding lower and upper protrusions of the folded planks adjacent in height and connecting protrusions two inclined sections forming supporting elements for supporting the beam tubes, while the heat exchange tubes are spaced vertically and vertically they were mounted apart from each other to ensure a distance between the longitudinal axes of adjacent heat exchange tubes in a row of 1.5-2.3 diameters of the heat exchanger pipe, and in rows adjacent in height to ensure a distance between the longitudinal axes of the heat exchange tubes of adjacent rows of 0.6- 1.5 diameters of the heat exchanger pipe, while the heat exchanger pipes in rows adjacent in height can be staggered, the spaced folding pleats of each overlying row can be supported by their lower protrusions on the facing them in The tops of the upper protrusions of the folds of the adjoining height of the underlying spacer bar with the formation of a system of support contacts displaced in each successive row by 0.4-0.6 pipe steps in a row, and the thickness of the folded bar can be at least 0.03 of the diameter of the heat exchange pipes and the spacing elements on the external and internal branches can be located along the length of the heat exchange tubes, preferably with the same pitch, while the supporting sections on the upper and lower protrusions of the fold can be made with a supporting surface in in the form of a fragment of a cylindrical surface with a radius of not more than 35% of the diameter of the heat exchanger tube convex outward, or supporting sections on the upper and lower protrusions of the fold can be made with a flat supporting surface.
Коллектор подвода или коллектор отвода нагреваемой среды может быть выполнен в виде цилиндрической обечайки с проемом, в который может быть вварена трубная доска, причем проекция на торец трубной доски криволинейного участка обечайки, образующего торец проема, может быть расположена в пределах толщины трубной доски, которая может быть выполнена со сквозными отверстиями под концы теплообменных труб теплообменного блока, причем отверстия могут быть расположены рядами по высоте трубной доски с шагом в осях в ряду, составляющим (1,5-2,8)·d, шагом рядов по высоте трубной доски, составляющим (0,60-0,84)·d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы, и со смещением отверстий в смежных рядах на (0,4÷0,6) величины шага в ряду, при этом суммарная площадь сквозных отверстий в трубной доске под концы теплообменных труб теплообменного блока может составлять 56-85% от габаритной площади трубного поля в плоскости трубной доски, ограниченной по контуру, образованному совокупностью условных прямых, касательных к внешним кромкам крайних отверстий в трубной доске, а площадь трубного поля может составлять 0,75÷0,94 от общей площади фронтальной проекции трубной доски, соединение обечайки с трубной доской в плоскости поперечного сечения обечайки может быть выполнено в угловом диапазоне γ=28-75°, а отношение площади проекции на указанную плоскость криволинейного участка обечайки, образующего торец проема, к площади проекции на эту плоскость соответствующего торца трубной доски может составлять 0,048÷0,172, а боковые кромки трубной доски могут быть выполнены трехгранными, при этом одна из граней может быть выполнена с образованием в поперечном сечении контактирующего с обечайкой опорного участка, а примыкающие к ней грани могут быть выполнены - одна, примыкающая к поверхности трубной доски, обращенной в коллектор подвода или отвода нагреваемой среды, со скосом, образующим с плоскостью опорного участка угол α=(22-29)°, а другая, обращенная к внешней поверхности трубной доски, грань может быть выполнена со скосом, образующим с плоскостью опорного участка угол β=(25-35)°.The supply manifold or the collector of the outlet of the heated medium can be made in the form of a cylindrical shell with an aperture into which the tube plate can be welded, the projection onto the end of the tube plate of a curved section of the shell forming the end of the opening can be located within the thickness of the tube plate, which can be made with through holes for the ends of the heat exchanger tubes of the heat exchanger block, the holes can be arranged in rows along the height of the tube plate with a step in the axes in a row of (1.5-2.8) · d, step ohm of rows along the height of the tube plate, which is (0.60-0.84) · d, where d is the outer diameter of the heat exchanger pipe, and with the displacement of holes in adjacent rows by (0.4 ÷ 0.6) the step size in the row, the total area of the through holes in the tube plate for the ends of the heat exchanger tubes of the heat exchange unit may be 56-85% of the total area of the tube field in the plane of the tube plate, limited by a contour formed by a set of conditional straight lines tangent to the outer edges of the outer holes in the tube plate, and the area of the pipe field can be 0.75 ÷ 0.94 of the total area of the frontal projection of the tube plate, the connection of the shell with the tube plate in the plane of the cross section of the shell can be performed in the angular range γ = 28-75 °, and the ratio of the projection area to the specified plane of the curved section of the shell, forming the end face of the opening, to the projection area on this plane of the corresponding end of the tube plate can be 0.048 ÷ 0.172, and the side edges of the tube plate can be trihedral, while one of the faces can be made with the formation in cross section the contact area contacting with the shell, and the faces adjacent to it can be made - one adjacent to the surface of the tube plate facing the collector for supplying or removing the heated medium, with a bevel that forms an angle α = (22-29) ° with the plane of the support section and the other, facing the outer surface of the tube plate, the face can be made with a bevel, forming an angle β = (25-35) ° with the plane of the supporting section.
Трехгранные кромки трубной доски могут быть выполнены с шириной опорного участка, составляющей не менее 4,5% от общей толщины образующей трубную доску пластины, грань со скосом α=(22-29)° может быть выполнена шириной, составляющей 5,9-12,5% от общей толщины пластины, а грань со скосом β=(25-35)° может быть выполнена шириной, составляющей 79-89,6% от общей толщины пластины.The trihedral edges of the tube plate can be made with a width of the supporting section of at least 4.5% of the total thickness of the plate forming the tube plate, a face with a bevel α = (22-29) ° can be made with a width of 5.9-12, 5% of the total plate thickness, and a face with a bevel β = (25-35) ° can be made with a width of 79-89.6% of the total plate thickness.
Задача по четвертому объекту группы изобретений - третьему варианту выполнения теплообменный блок теплообменного аппарата типа блочного или блочно-секционного регенеративного воздухоподогревателя согласно изобретению содержит многорядный пучок теплообменных труб, состоящий из, по крайней мере, двух пакетов двухходовых U-образных труб, образующих в пределах каждого пакета двухветвевые, например, горизонтальные ряды труб, дистанцированных в пределах ряда и между рядами друг от друга, коллектор подвода и коллектор отвода нагреваемой среды и расположенную между ними, по крайней мере, одну перепускную камеру, причем коллектор подвода и коллектор отвода нагреваемой среды, а также перепускная камера соединены с теплообменными трубами общей для них трубной доской или раздельными трубными досками, по крайней мере, часть которой или которых образует часть стенового ограждения коллектора подвода и коллектора отвода нагреваемой среды и перепускной камеры, при этом суммарная площадь сквозных отверстий в трубной доске или трубных досках под концы теплообменных труб теплообменного блока составляет 29-85% от габаритной площади трубного поля.The task of the fourth object of the group of inventions, the third embodiment, of a heat exchanger block of a heat exchanger of the type of a block or block section regenerative air heater according to the invention comprises a multi-row bundle of heat exchange tubes consisting of at least two packages of two-way U-shaped pipes forming within each packet two-branch, for example, horizontal rows of pipes spaced within the row and between the rows from each other, the supply manifold and the exhaust manifold heated with food and located between them at least one bypass chamber, and the supply manifold and the collector of the outlet of the heated medium, as well as the bypass chamber are connected to the heat exchange pipes by a common pipe board or separate pipe boards, at least part of which or which forms part of the wall enclosure of the inlet and outlet manifolds of the heated medium and the bypass chamber, with the total area of through holes in the tube plate or tube boards at the ends of the heat exchange tubes Nogo block is 29-85% of the overall area of the pipe pitch.
В каждом пакете через ряд одна внутренняя труба ряда может быть выполнена с гибом длиной, равной πR, а все остальные трубы всех рядов пакета могут быть выполнены с двумя гибами каждый длиной, равной πR/2, где R - радиус гиба, составляющий (2,5-6,0)d, где d - внешний диаметр теплообменной трубы, и могут быть сочленены попарно посредством прямолинейных участков различной длины.In each package, through a row, one inner pipe of the series can be made with a bend length equal to πR, and all other pipes of all rows of the package can be made with two bends each length equal to πR / 2, where R is the bend radius, which is (2, 5-6.0) d, where d is the outer diameter of the heat exchanger pipe, and can be joined in pairs by means of straight sections of various lengths.
Количество и распределение труб в пучке могут быть приняты с соблюдением условия, при котором отношение объема Vт.т. [м3], занимаемого теплообменными трубами в блоке и равного суммарному объему прямолинейных ветвей и колен труб пучка, очерченному по внешнему контуру условными плоскостями, касающимися внешних поверхностей крайних теплообменных труб, за вычетом объема межтрубной среды между ветвями и коленами труб пучка, к общему внутреннему объему теплообменного блока Vвн.бл. [м3], определено в диапазоне значений составляющем 0,56÷0,85, а отношение суммарной длины ∑L [м] труб пучка к суммарной площади ∑Sн.т.т. внешней теплообменной поверхности труб определено коэффициентом составляющим 0,08÷0,32 [м-1].The number and distribution of pipes in the bundle can be taken subject to the condition under which the volume ratio V t. [m 3 ] occupied by heat transfer tubes in the unit and equal to the total volume of straight branches and elbows of the beam tubes, outlined along the outer contour with conditional planes touching the outer surfaces of the extreme heat transfer tubes, minus the volume of the annular medium between the branches and elbows of the bundle tubes, to the total internal the volume of the heat exchange unit V ext. [m 3 ], defined in the range of values component of 0.56 ÷ 0.85, and the ratio of the total length ∑L [m] of the bundle tubes to the total area ∑S nt the external heat exchange surface of the pipes is determined by the coefficient components of 0.08 ÷ 0.32 [m -1 ].
В каждом ряду шаг а между продольными осями смежных труб прямолинейных ветвей меньше или больше, чем шаг b между продольными осями колен смежных труб, предпочтительно a<b, или шаг а может быть равен шагу b.In each row, the step a between the longitudinal axes of adjacent pipes of rectilinear branches is smaller or larger than the step b between the longitudinal axes of the elbows of adjacent pipes, preferably a <b, or step a may be equal to step b.
Шаг а между продольными осями смежных труб прямолинейных ветвей может составлять (1,5-2,5)d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы, шаг b между осями смежных труб на прямолинейных участках колен может составлять (1,8-2,8)d.The step a between the longitudinal axes of adjacent pipes of rectilinear branches can be (1.5-2.5) d, where d is the outer diameter of the heat exchanger pipe, step b between the axes of adjacent pipes on straight sections of the elbows can be (1.8-2.8 ) d.
В качестве нагреваемой среды может быть 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.Preferably, air, including with an enriched oxygen content, can be used as a heated medium, while combustion products after a turbine of a gas turbine installation can be used as a cooled medium.
Технический результат, обеспечиваемый всеми объектами группы изобретений, состоит в обеспечении высокой эффективности теплообмена при одновременном снижении металлоемкости регенеративного воздухоподогревателя за счет разработанных в изобретении конструкций теплообменного аппарата и его элементов, обеспечивающих оптимальное размещение различных теплообменных труб в пучке, оптимальное выполнение дистанцирующих элементов, повышение жесткости и прочности конструкций, работающих в условиях высоких температур при одновременном снижении металлоемкости за счет уменьшения габаритов и металлоемкости элементов решетки для теплообменных труб и упрощения сборки пучка теплообменных труб.The technical result provided by all objects of the group of inventions is to ensure high heat transfer efficiency while reducing the metal consumption of the regenerative air heater due to the designs of the heat exchanger apparatus and its elements developed in the invention, which ensure optimal placement of various heat transfer tubes in the bundle, optimal performance of the distance elements, increased stiffness and durability of structures operating at high temperatures while simultaneously lowering reduction of metal consumption by reducing the size and metal consumption of the lattice elements for heat transfer tubes and simplifying the assembly of the bundle of heat transfer tubes.
Соотношение объема Vт.т. [м3], занимаемого теплообменными трубами в блоке и равного суммарному объему прямолинейных ветвей и колен труб пучка, очерченному по внешнему контуру условными плоскостями, касающимися внешних поверхностей крайних теплообменных труб, за вычетом объема межтрубной среды между ветвями и коленами труб пучка, к общему внутреннему объему теплообменного блока Vвн.бл. [м-1] определено коэффициентом Если указанное соотношение меньше 0,56, то это приводит к неоправданному расходу материалов и увеличению габаритов и неэффективному использованию теплоты уходящих газов сгорания, если указанное соотношение больше 0,85 - имеет место резкое снижение эффективности теплообменных процессов вследствие возрастания аэродинамического сопротивления при прохождении через перенасыщенный трубами объем теплообменного аппарата.The ratio of volume V t [m 3 ] occupied by heat transfer tubes in the unit and equal to the total volume of straight branches and elbows of the beam tubes, outlined along the outer contour with conditional planes touching the outer surfaces of the extreme heat transfer tubes, minus the volume of the annular medium between the branches and elbows of the bundle tubes, to the total internal the volume of the heat exchange unit V ext. [m -1 ] determined by the coefficient If the specified ratio is less than 0.56, this leads to an unjustified consumption of materials and an increase in size and inefficient use of the heat of the exhaust gases, if the specified ratio is greater than 0.85, there is a sharp decrease in the efficiency of heat transfer processes due to an increase in aerodynamic drag when passing through a supersaturated pipe heat exchanger volume.
Соотношение суммарной длины ∑L [м] труб пучка к суммарной площади ∑Sн.т.т. внешней теплообменной поверхности труб определено коэффициентом Если указанное соотношение меньше 0,08, то резко ухудшаются процессы теплообмена вследствие больших диаметров труб и недостаточной удельной площади на единицу объема подогреваемой площади, если указанное соотношение больше 0,32 - имеет место резкое возрастание аэродинамического сопротивления потока подогреваемого воздуха в трубах вследствие малого диаметра труб.The ratio of the total length ∑L [m] of the beam tubes to the total area ∑S nt the external heat exchange surface of the pipes is determined by the coefficient If the indicated ratio is less than 0.08, heat exchange processes are sharply worsened due to large pipe diameters and insufficient specific area per unit volume of the heated area, if the specified ratio is greater than 0.32, there is a sharp increase in the aerodynamic resistance of the heated air flow in the pipes due to the small diameter of the pipes .
Соотношение 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 коэффициентом The ratio of the total area ∑F ntp the outer surface of the heat exchange tubes of the bundle branches to the scope ΣV 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 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
Если указанное соотношение меньше 84,5 - имеет место нерациональное использование объема и неоправданно завышенная материалоемкость и снижение эффективности теплообмена вследствие нерационально разреженного расположения труб в пучке и недоиспользования теплоты уходящих газов для подогрева воздуха в аппарате. Если указанное соотношение больше 460, то имеет место снижение эффективности теплообмена и повышение энергетических потерь вследствие резкого возрастания аэродинамического сопротивления из-за перенасыщенности объема пучка трубами.If the indicated ratio is less than 84.5, there is an irrational use of volume and unreasonably high material consumption and a decrease in the heat transfer efficiency due to the irrationally rarefied arrangement of the pipes in the bundle and underutilization of the heat of the exhaust gases to heat the air in the apparatus. If the indicated ratio is greater than 460, then there is a decrease in the heat transfer efficiency and an increase in energy losses due to a sharp increase in aerodynamic drag due to the supersaturation of the beam volume with pipes.
Соотношение суммарного объема ∑Vв.c. для нагреваемой среды в трубах ветви пучка к объему Vм.с. определено коэффициентом . Если указанное соотношение меньше 0,78, то имеет место снижение эффективности аппарата вследствие малой производительности - подогрева недостаточного количества воздуха на единицу объема уходящих газов сгорания. Если указанное соотношение больше 1,25, то также имеет место снижение эффективности аппарата вследствие нерационального соотношения объемов подогреваемого воздуха и охлаждаемой среды - уходящих газов сгорания.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 . If the specified ratio is less than 0.78, then there is a decrease in the efficiency of the apparatus due to low productivity - heating insufficient air per unit volume of exhaust combustion gases. If the indicated ratio is greater than 1.25, then there is also a decrease in the efficiency of the apparatus due to the irrational ratio of the volumes of heated air and the cooled medium — exhaust gases.
Если суммарная площадь сквозных отверстий в трубной доске или трубных досках под концы теплообменных труб теплообменного блока меньше 29%, то имеет место неоправданный перерасход материала на трубные доски и резкое снижение эффективности теплообменного блока вследствие недостаточной производительности блока, а если указанное соотношение больше 85% - снижается эффективность теплообмена вследствие перенасыщения объема блока трубами и нерационального соотношения объема подогреваемой среды и объема охлаждаемой среды - уходящих газов сгорания.If the total area of through holes in the tube plate or tube boards for the ends of the heat exchanger tubes of the heat exchanger block is less than 29%, then there is an unjustified overspending of the material on the tube boards and a sharp decrease in the efficiency of the heat exchanger block due to insufficient block productivity, and if the indicated ratio is more than 85%, it decreases heat transfer efficiency due to the supersaturation of the block volume with pipes and the irrational ratio of the volume of the heated medium and the volume of the cooled medium - exhaust gases wounding.
Сущность изобретения поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where
на фиг.1 изображен регенеративный воздухоподогреватель, вид сбоку;figure 1 shows a 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;
на фиг.9 - дистанцирующий элемент в виде складчатой пластины;figure 9 is a spacing element in the form of a folded plate;
на фиг.10 - секция регенеративного воздухоподогревателя, главный вид;figure 10 is a section of a regenerative air heater, the main view;
на фиг.11 - секция регенеративного воздухоподогревателя, вид сбоку;figure 11 is a section of a regenerative air heater, side view;
на фиг.12 - коллектор подвода или отвода нагреваемой среды, главный вид;on Fig - collector supply or removal of the heated medium, the main view;
на фиг.13 - разрез по В-В на фиг.12;Fig.13 is a section along BB in Fig.12;
на фиг.14 - узел Г на фиг.13;in Fig.14 - node G in Fig.13;
на фиг.15 - узел Д на фиг.14;in Fig.15 - node D in Fig.14;
на фиг.16 - вариант выполнения теплообменного блока с перепускной камерой, в плане.in Fig.16 is an embodiment of a heat exchange unit with a bypass chamber, in plan.
Теплообменный аппарат - блочно-секционного воздухоподогревателя содержит, по крайней мере, две секции 1, внутри каждой из которых размещены, по меньшей мере, два теплообменных блока 2, каждый из которых включает диффузор 3 для подвода и конфузор 4 для отвода охлаждаемой среды, коллектор подвода 5 и коллектор отвода 6 нагреваемой среды, каждый из которых соединен посредством отдельных трубных досок 7, вмонтированных непосредственно в стенку соответствующего коллектора подвода 5 или отвода 6 нагреваемой среды, с многорядным пучком 8 четырехходовых теплообменных труб 9, преимущественно с неодинаковым числом труб 9 в смежных по высоте рядах 10, преимущественно горизонтальных, с отделением по вертикали и по горизонтали друг от друга посредством дистанцирующих элементов 11. Каждая теплообменная труба 9 ряда 10 выполнена с числом гибов 12, 13 у разных труб 9 пучка 8 от четырех до шести, образующих четыре прямолинейные ветви 14, 15 и соединяющие их три колена 16, 17, 18. Количество и распределение труб 9 в пучке 8 приняты с соблюдением условия, при котором отношение объема Vт.т. [м3], занимаемого теплообменными трубами 9 в блоке 1 и равного суммарному объему прямолинейных ветвей 14, 15 и колен 16-18 труб 9 пучка 8, очерченному по внешнему контуру условными плоскостями, касающимися внешних поверхностей крайних теплообменных труб 19, 20, за вычетом объема межтрубной среды между ветвями 14, 15 и коленами 16-18 труб 9 пучка 8, к общему внутреннему объему теплообменного блока Vвн.бл. [м3], ограниченному днищем, верхней крышкой и торцевыми стенами корпуса блока, определено в диапазоне значений составляющем 0,56÷0,85. Отношение суммарной длины ∑L [м] труб 9 пучка 8 к суммарной площади ∑Sн.т.т. внешней теплообменной поверхности труб 9 определено коэффициентом составляющим 0,08÷0,32 [м-1].The heat exchanger of a block-sectional air heater contains at least two
В каждой секции 1 теплообменного аппарата теплообменные блоки 2 расположены один над другим, а предпочтительное количество блоков - четыре. Коллектор подвода 5 и коллектор отвода 6 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. В качестве охлаждаемой среды использованы продукты сгорания после турбины газотурбинной установки.In each
Отношение суммарной длины ∑l" прямолинейных ветвей 14, 15 теплообменных труб 9, обтекаемых в поперечном направлении, к суммарной длине ∑L [м] всех теплообменных труб 9 пучка 8 составляет 0,78-0,92. Внешняя 19 и внутренняя 20 трубы в каждом ряду 10 пучка 8 содержат каждая не менее одного гиба 12 длиной, равной πR, а гибы 13 остальных труб 9 во всех рядах 10 пучка 8 выполнены длиной, равной . Внешняя труба 19 каждого из рядов 10, имеющих большее число труб 9, чем в смежных с ним рядах, имеет один гиб 12 длиной πR, образующий колено 17, соединяющее внутренние ветви 15 этой трубы 9, а общее число гибов 12, 13 этой трубы равно пяти. Внутренняя труба 20 каждого из рядов 10, имеющих большее число труб 9, чем в смежных с ним рядах, имеет два гиба 12 длиной πR, каждый из которых образует колено 16, 18, соединяющее соответствующие внутреннюю 15 и внешнюю 15 ветви этой трубы 9, а общее число гибов 12, 13 у этой трубы 9 равно четырем. Шаг а между продольными осями смежных труб 9 прямолинейных ветвей 14, 15 составляет (1,5-2,5)d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы 9. Шаг b между осями смежных труб 9 на прямолинейных участках - вставках 21 колен 16-18 составляет (1,8-2,8)d. В каждом ряду 10 шаг а между продольными осями смежных труб прямолинейных ветвей 14, 15 меньше или больше, чем шаг b между продольными осями колен 16-18 смежных труб 9, предпочтительно а<b, или шаг а равен шагу b, и количество теплообменных труб 9 в смежных по высоте рядах 10 пучка 8 для нечетных и четных рядов составляет соответственно m и n, где m - четное число, а 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)a [м], где а - шаг между продольными осями смежных труб на прямолинейных ветвях 14, 15 одного ряда 10 [м], при этом количество труб 9 в блоке 1 составляет предпочтительно 263-563 шт.The ratio of the total length ∑l "of the
Каждое колено 16-18 труб 8 всех рядов 10 пучка 8, образованное двумя гибами 13 длиной каждый, равной содержит сопряженную с гибами 13 прямолинейную вставку 21 длиной, кратной 2а, где а - шаг между осями одноименных прямолинейных ветвей 14, 15 смежных труб 9 ряда 10, или каждое колено 16-18 труб 9 всех рядов 10 пучка 8, образованное двумя гибами 13 длиной каждый, равной , содержит сопряженную с гибами 13 прямолинейную вставку 21 длиной, изменяющейся у разных труб 9 ряда 10 от величины, равной 2а±10% [м], до величины, равной 2а(m-1)±10% [м], для рядов с большим числом труб 9, чем в смежных с ними по высоте рядах, а для остальных рядов до величины, равной а(2n-1)±10% [м], гдеEach bend of 16-18
а - шаг между осями одноименных прямолинейных ветвей смежных труб ряда [м],a is the step between the axes of the same rectilinear branches of adjacent pipes of a row [m],
m - количество труб в ряду с большим числом труб, преимущественно четное число труб в нечетных рядах,m is the number of pipes in a row with a large number of pipes, mainly an even number of pipes in odd rows,
n - количество труб в ряду с меньшим числом труб, преимущественно нечетное количество труб в четных рядах.n is the number of pipes in a row with a smaller number of pipes, mainly an odd number of pipes in even rows.
Теплообменный блок 2 по первому варианту выполнения теплообменного аппарата - блочно-секционного воздухоподогревателя содержит состоящий из четырех ветвей 14, 15 четырехходовой многорядный пучок 8 теплообменных труб 9, уложенных горизонтальными рядами 10 и дистанцированных по горизонтали и вертикали друг от друга, коллектор подвода 5 и коллектор отвода 6 нагреваемой среды, каждый из которых соединен с теплообменными трубами 9 посредством отдельных трубных досок 7, вмонтированных непосредственно в стенку соответствующего коллектора подвода 5 или отвода нагреваемой среды. Каждая теплообменная труба 9 ряда 10 выполнена с четырьмя, или пятью, или шестью гибами 12, 13 радиусом R, образующими четыре прямолинейные ветви 14, 15 и соединяющие их три колена 16-18. Участки гиба 12 у двух труб 9 в каждом нечетном ряду имеют длину πR, а именно, у одной трубы - на внутреннем колене 17, у другой - на двух внешних коленах 16, 18, для остальных труб нечетных и четных рядов участки гиба 13 имеют длину πR/2 и сочленены попарно посредством прямолинейных вставок 14, 15 длиной Н' i для внешних колен 16, 18 и Н" i - для внутреннего колена 17. Количество теплообменных труб 9 в смежных по высоте рядах 10 пучка 8 для нечетных и четных рядов составляет соответственно m и n, где m - четное число, а n=(m-1). Количество рядов 10 труб 9 в пучке 8 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]. Длины Н'i и Н" i прямолинейных вставок 21 колен 16-18 i-й трубы выполнены переменными: для нечетного ряда теплообменных труб изменяющимися от величины, равной 2a±10% [м], до величины, равной 2a(m-1)±10% [м], и для четного ряда - от величины, равной a±10% [м], до величины, равной а(2n-1)±10% [м].The
Размещение труб 9 в объеме, занимаемом, по крайней мере, одной ветвью 14 или 15 пучка 8, принято с соблюдением условий, согласно первому из которых отношение суммарной площади ∑Fн.т.п. наружной теплообменной поверхности труб 9 этой ветви 14 или 15 пучка 8 к объему ∑Vм.с., занимаемому межтрубной средой в зоне активного теплообмена ветви 14 или 15 пучка 8 и равному объему ветви 14 или 15 пучка 8 по внешнему контуру, очерченному условными плоскостями, касающимися внешних поверхностей крайних теплообменных труб 19, 20 ветви 14 или 15 пучка 8, за вычетом объема, занимаемого собственно теплообменными трубами 9 в этой ветви 14 или 15 пучка 8, находится в диапазоне значений, определяемом коэффициентом 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 коэффициентом составляющим 0,78-1,25.The placement of the
Параметры каждой трубы 9 ряда 10 определены зависимостями:The parameters of each
Li+1=2l' i+1+2l'' i+1-Δ+2H' i+1+H'' i+1+3πR, гдеL i + 1 = 2l ' i + 1 + 2l '' i + 1 -Δ + 2H ' i + 1 + H '' i + 1 + 3πR, where
Li+1 - длина развертки (i+1)-й трубы ряда [м];L i + 1 - scan length of the (i + 1) th row pipe [m];
l' i+1 - длина внешней прямолинейной ветви 14 (i+1)-й трубы ряда, равная l'i+1=l'i-b [м];l ' i + 1 is the length of the outer rectilinear branch of the 14 (i + 1) th pipe of the row, equal to l' i + 1 = l ' i -b [m];
l'' i+1 - длина внутренней прямолинейной ветви 15 (i+1)-й трубы ряда, равная l'' i+1=l' i-Δ [м];l " i + 1 - the length of the inner straight branch of the 15 (i + 1) -th pipe of the row, equal to l " i + 1 = l ' i -Δ [m];
H' i+1 - длина прямолинейных вставок 21 внешних колен 16, 18 (i+1)-й трубы ряда, равная Н' i+1=H' i-2а [м];H ' i + 1 - the length of the
H''i+1 - длина прямолинейной вставки внутреннего колена (i+1)-й трубы ряда, равная Н" i+1=Hi "+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 adjacent in the 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 the 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 H" i - соответствующие параметры для i 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 9 в ряду 10 выбрано с соблюдением условия, согласно которому отношение площади внутренней поверхности теплообменных труб 9 на прямолинейных ветвях 14, 15 ряда, расположенных перпендикулярно потоку охлаждаемой среды, к объему, занимаемому рядом теплообменных труб, и равному объему, очерченному условными плоскостями, касающимися внешних поверхностей теплообменных труб 9 ряда 10, с учетом зазоров между трубами, составляет 0,02-0,12 [м-1].l ' i , l " i , Н ' i and H " i are the corresponding parameters for the i pipe in the row, counting from the outer pipe to the inner pipe 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 pipe, this placement of the
Трубный ряд 10 содержит четное число труб 9, предпочтительно не менее двух и не более десяти, или он содержит нечетное число труб 9, предпочтительно не менее трех и не более девяти, при этом трубы расположены в ряду с переменным расстоянием между осями внешних ветвей 14, 15. Наименьшая величина этого расстояния у трубы, концы которой заделаны в крайние ближайшие друг к другу отверстия соответствующих одноуровневых рядов отверстий в трубных досках 7 коллекторов подвода 5 и отвода 6 нагреваемой среды, предпочтительно воздуха, теплообменного блока 2 регенеративного воздухоподогревателя. Каждая последующая четырехветвевая труба 9 ряда 10 выполнена охватывающей предыдущую с внешней стороны внешних ветвей 14 и наибольшая величина этого расстояния у трубы 9, концы которой заделаны в крайние наиболее удаленные друг от друга отверстия соответствующих одноуровневых рядов отверстий в трубных досках 7 коллекторов подвода 5 и отвода 6 нагреваемой среды. Две внутренние ветви 14 каждой последующей трубы в ряду с соединяющим их коленом 17 размещены внешней стороной в изгибе, образованном соответствующими ветвями 15 и соединяющим их коленом 17 предыдущей трубы в трубном ряду. Шаг а между продольными осями одноименных прямолинейных ветвей 14, 15 смежных труб в ряду меньше или больше, чем шаг b между продольными осями прямолинейных вставок 21 колен 16-18 смежных труб в ряду, предпочтительно a<b, или шаг а равен шагу b, и, кроме того, для каждой теплообменной трубы ряда расстояние Н между продольными осями ее внешних прямолинейных ветвей составляет (30-85)d; длина прямолинейных ветвей l' и l" составляет соответственно (74-145)d и (100-135)d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы [м]. Количество N теплообменных труб 9 в блоке 2 при нечетном количестве рядов k труб в пучке определено зависимостью N=0,5(k-1)(2m-1)+m, или количество N теплообменных труб в блоке при четном количестве рядов k труб в пучке определено зависимостью N=0,5k(2m-1).The
Между коллекторами подвода 5 и отвода 6 нагреваемой среды закреплен вытеснитель 22 межтрубной среды, выполненный в виде профилированной панели с плоским участком 23, расположенным между коллекторами подвода 5 и отвода 6 нагреваемой среды. Площадь проходного сечения коллектора подвода 5 или коллектора отвода 6 нагреваемой среды составляет 0,45-0,82 суммарной площади проходного сечения теплообменных труб 9 пучка 8. Теплообменный блок 2 снабжен устройствами 24 для строповки и люками-лазами (на чертежах не показано), выполненными в коллекторах подвода 5 и отвода 6 нагреваемой среды.Between the collectors of the
Теплообменный блок 2 согласно второму варианту выполнения содержит состоящий из пространственного каркаса 25, днища 26, верхней крышки 27 и торцевых стен 28 корпус 29, диффузор 3 для подвода и конфузор 4 для отвода охлаждаемой среды, коллекторы подвода 5 и отвода 6 нагреваемой среды с трубными досками 7 и многоходовой многорядный пучок 8 теплообменных труб 9, образующих соответственно в каждом ряду 10 четное число прямолинейных многотрубных ветвей 14, 15, в том числе, по крайней мере, двух внутренних 15 и двух внешних 14, объединенных участками с гибами 12, 13 преимущественно постоянного для всех труб 9 пучка 8 радиуса. Днище 26, крышка 27 и одна из торцевых стен 28 корпуса 29 блока 2 выполнены в виде панелей с обвязкой из элементов жесткости, образующих плоские стержневые системы 30. Пространственный каркас 25 блока 2 образован совокупностью плоских стержневых систем 30 каркасов указанных панелей с объединяющими их промежуточными стойками 31 и жестко связанными с ними корпусами коллекторов подвода 5 и отвода 6 нагреваемой среды. Коллекторы подвода 5 и отвода 6 нагреваемой среды, в свою очередь, соединены с днищем 26 блока 2 и между собой двухкольцевыми диафрагмами и вытеснителем 22 межтрубной среды. Части корпусов коллекторов подвода 5 и отвода 6 нагреваемой среды с вмонтированными в них трубными досками 7 и вытеснителем 22 межтрубной среды образуют в совокупности пространственно развитую жесткую торцевую стенку 32 корпуса 29 блока 2. По продольным сторонам каркас 25 выполнен с возможностью крепления соответственно элементов диффузора 3 для подвода и конфузора 4 для отвода охлаждаемой среды. Для каждой теплообменной трубы 9 пучка 8 расстояние Н между продольными осями ее внешних прямолинейных ветвей 14, 15 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].The
Вытеснитель 22 межтрубной среды выполнен в виде профилированной панели с плоским участком 23, внутренняя поверхность которого расположена между коллекторами подвода 5 и отвода 6 нагреваемой среды в одной плоскости с наружной плоскостью трубных досок 7, или в виде плоской панели, приваренной к стенкам коллекторов подвода 5 и отвода 6 нагреваемой среды так, что ее внутренняя поверхность расположена в одной плоскости с наружной плоскостью трубных досок 7. Теплообменный блок 2 снабжен закрепленными на днище 26 и каркасе 25 корпуса 29 блока 2 дистанцирующими элементами 11 для теплообменных труб 9 внешних ветвей 14 пучка в виде дистанцирующих решеток. Упомянутые теплообменные трубы пропущены через отверстия дистанцирующих решеток. Последующие ряды теплообменных труб 9 в зоне внутренних ветвей 15 отделены дистанцирующими планками 33 складчатой формы, которые прикреплены к стойкам, установленным на днище 26. На днище 26 корпуса 29 закреплены гребенки 34 для, по крайней мере, внутренних ветвей 15 нижнего ряда теплообменных труб 9.The
Площадь поперечного сечения каждого из коллекторов подвода 5 и отвода 6 нагреваемой среды составляет 1,8-3,5 от суммарной площади проходного сечения теплообменных труб 9 в блоке 2. Коллекторы подвода 5 и отвода 6 нагреваемой среды выполнены с люками-лазами, расположенными со стороны днища 26 блока 2. Крышки 35 люков-лазов шарнирно закреплены на корпусах коллекторов подвода 5 и отвода 6 нагреваемой среды с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной продольной оси симметрии коллекторов подвода 5 и отвода 6 нагреваемой среды. На внутренних стенках коллекторов подвода 5 и отвода 6 охлаждаемой среды установлены опоры, образующие лестницу для осмотра и технического обслуживания коллекторов подвода 5 и отвода 6 нагреваемой среды и трубных досок 7.The cross-sectional area of each of the collectors for supplying 5 and
Теплообменный блок 2 оборудован средствами для прикрепления диффузора 3 для подвода и конфузора 4 для отвода охлаждаемой среды, установленными на противолежащих боковых элементах пространственного каркаса 25 блока 2, а также скобами для прикрепления наружной теплоизоляции.The
Для внешних ветвей 14 пучка 8 дистанцирующие элементы 11, обеспечивающие разнесение теплообменных труб 9 по горизонтали и по вертикали и их пространственную фиксацию, образованы разделителем 36 с отверстиями для прохода труб 9, выполненным с возможностью фиксации в корпусе регенеративного воздухоподогревателя 1. Для внутренних ветвей 15 пучка 8 труб 9 дистанцирующие элементы 11 выполнены в виде дистанцирующих планок 33 складчатой формы, имеющих расположенные с двух сторон пластин чередующиеся опорные участки 37 по одному на верхнем и нижнем выступах складки для опорного контакта соответствующих нижних и верхних выступов смежных по высоте складчатых планок 33 и соединяющие выступы два наклонных участка 38, образующих опорные элементы для опирания труб пучка. Теплообменные трубы 9 дистанцированы по вертикали и по горизонтали друг от друга с обеспечением расстояния между продольными осями смежных теплообменных труб в ряду, составляющего 1,5-2,3 диаметра теплообменной трубы 9. В соседних по высоте рядах 10 - с обеспечением расстояния между продольными осями теплообменных труб 9 смежных рядов, составляющего 0,6-1,5 диаметра теплообменной трубы 9.For the
Теплообменные трубы 9 в смежных по высоте рядах размещены в шахматном порядке, дистанцирующие складчатые элементы 11 каждого вышележащего ряда оперты своими нижними выступами на обращенные к ним вершины верхних выступов складок смежного по высоте нижележащего дистанцирующего элемента 11 с образованием системы опорных контактов, смещенных в каждом последующем по высоте ряду на 0,4-0,6 шага труб 9 в ряду 10. Толщина складчатой планки 33 составляет не менее 0,03 диаметра теплообменных труб 9, а дистанцирующие элементы 11 на внешних 14 и внутренних 15 ветвях расположены по длине теплообменных труб 9 предпочтительно с одинаковым шагом. Совокупность складчатых дистанцирующих элементов 11 образует сборную, по крайней мере, в поперечном сечении ветви 14, 15 пространственную несущую решетку, по крайней мере, для соответствующей ветви 14, 15 пучка 8 с продольным и поперечным шагами образующих ее элементов, соответствующими продольным и поперечным шагам теплообменных труб 9 пучка 8.The
В каждом ряду шаг а между продольными осями смежных труб прямолинейных ветвей 14, 15 меньше или больше, чем шаг b между продольными осями смежных труб на прямолинейном участке 21 колена 16-18, предпочтительно a<b, или шаг а равен шагу b. Участки гиба 12 у двух труб в каждом нечетном ряду имеют длину πR, а именно, у одной трубы - на внутреннем колене 17, у другой - на двух внешних коленах 16, 18, для остальных труб нечетных и четных рядов участки гиба 13 имеют длину πR/2 и сочленены попарно посредством прямолинейных участков 21 различной длины.In each row, the step a between the longitudinal axes of adjacent pipes of the
Опорные участки 37 на верхнем и нижнем выступах складки выполнены с опорной поверхностью в виде фрагмента цилиндрической поверхности радиусом, составляющим не более 35% диаметра теплообменной трубы 9, обращенной выпуклостью наружу, или опорные участки 37 на верхнем и нижнем выступах складки выполнены с плоской опорной поверхностью.The supporting
Коллектор подвода 5 или коллектор отвода 6 нагреваемой среды теплообменного аппарата типа блочного или блочно-секционного регенеративного воздухоподогревателя выполнен в виде цилиндрической обечайки 39 с проемом, в который вварена трубная доска 7. Проекция на торец трубной доски 7 криволинейного участка обечайки 39, образующего торец проема, расположена в пределах толщины трубной доски 7. Трубная доска 7 выполнена со сквозными отверстиями 40 под концы теплообменных труб 9 теплообменного блока 2. Отверстия 40 расположены рядами по высоте трубной доски 7 с шагом в осях в ряду, составляющим (1,5-2,8)·d, шагом рядов по высоте трубной доски 7, составляющим (0,60-0,84)·d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы 9, и со смещением отверстий 41 в смежных рядах на (0,4÷0,6) величины шага в ряду.The
Суммарная площадь сквозных отверстий 40 в трубной доске 7 под концы теплообменных труб 9 теплообменного блока 2 составляет 56-85% от габаритной площади трубного поля в плоскости трубной доски 7, ограниченной по контуру, образованному совокупностью условных прямых, касательных к внешним кромкам крайних отверстий 40 в трубной доске 7, а площадь трубного поля составляет 0,75÷0,94 от общей площади фронтальной проекции трубной доски.The total area of the through
Соединение обечайки 39 с трубной доской 7 в плоскости поперечного сечения обечайки выполнено в угловом диапазоне γ=28-75°, а отношение площади проекции на указанную плоскость криволинейного участка обечайки 39, образующего торец проема, к площади проекции на эту плоскость соответствующего торца трубной доски составляет 0,048÷0,172.The connection of the
Боковые кромки трубной доски 7 выполнены трехгранными, при этом одна из граней 41 выполнена с образованием в поперечном сечении контактирующего с обечайкой 39 опорного участка, а примыкающие к ней грани выполнены - одна 42, примыкающая к поверхности трубной доски 7, обращенной в коллектор подвода 5 или отвода 6 нагреваемой среды, со скосом, образующим с плоскостью опорного участка угол α=(22-29)°, а другая 43, обращенная к внешней поверхности трубной доски 7, грань выполнена со скосом, образующим с плоскостью опорного участка угол β=(25-35)°.The lateral edges of the
Трехгранные кромки трубной доски 7 выполнены с шириной опорного участка, составляющей не менее 4,5% от общей толщины образующей трубную доску 7 пластины, грань 42 со скосом α=(22-29)° выполнена шириной, составляющей 5,9-12,5% от общей толщины пластины, а грань 43 со скосом β=(25-35)° выполнена шириной, составляющей 79-89,6% от общей толщины пластины.The trihedral edges of the
Теплообменный блок 2 может содержать многорядный пучок теплообменных труб, состоящий из, по крайней мере, двух пакетов двухходовых U-образных труб 45, 46, образующих в пределах каждого пакета 44 двухветвевые, например, горизонтальные ряды труб 45, 46, дистанцированных в пределах ряда и между рядами друг от друга, коллектор подвода 5 и коллектор отвода 6 нагреваемой среды и расположенную между ними, по крайней мере, одну перепускную камеру 47, причем коллектор подвода 5 и коллектор отвода 6 нагреваемой среды, а также перепускная камера 47 соединены с теплообменными трубами 45 общей для них трубной доской 48 или раздельными трубными досками 7, по крайней мере, часть которой или которых образует часть стенового ограждения коллектора подвода 5 и коллектора отвода 6 нагреваемой среды и перепускной камеры 47.The
Теплообменный блок по третьему варианту выполнения содержит многорядный пучок теплообменных труб, состоящий из, по крайней мере, двух пакетов 44 двухходовых U-образных труб 45, 46, образующих в пределах каждого пакета двухветвевые, например, горизонтальные ряды труб 45, 46, дистанцированных в пределах ряда и между рядами друг от друга, коллектор подвода 5 и коллектор отвода 6 нагреваемой среды и расположенную между ними, по крайней мере, одну перепускную камеру 47, причем коллектор подвода 5 и коллектор отвода 6 нагреваемой среды, а также перепускная камера 47 соединены с теплообменными трубами 45 общей для них трубной доской 48 или раздельными трубными досками 7, по крайней мере, часть которой или которых образует часть стенового ограждения коллектора подвода 5 и коллектора отвода 6 нагреваемой среды и перепускной камеры 46. Суммарная площадь сквозных отверстий в трубной доске 48 или трубных досках 7 под концы теплообменных труб 45, 46 теплообменного блока 2 составляет 29-85% от габаритной площади трубного поля.The heat exchange unit according to the third embodiment comprises a multi-row bundle of heat exchange pipes, consisting of at least two
В каждом пакете 44 через ряд одна внутренняя труба 45 ряда выполнена с гибом длиной, равной πR, а все остальные трубы 46 всех рядов пакета 44 выполнены с двумя гибами каждый длиной, равной πR/2, где R - радиус гиба, составляющий (2,5-6,0)d, где d - внешний диаметр теплообменной трубы 45, 46, и сочленены попарно посредством прямолинейных участков различной длины.In each
Количество и распределение труб 45, 46 в пучке приняты с соблюдением условия, при котором отношение объема Vт.т.[м3], занимаемого теплообменными трубами 45, 46 в блоке 2 и равного суммарному объему прямолинейных ветвей 50 и колен 51 труб 45, 46 пучка, очерченному по внешнему контуру условными плоскостями, касающимися внешних поверхностей крайних теплообменных труб 46, за вычетом объема межтрубной среды между ветвями 50 и коленами 51 труб 45, 46 пучка, к общему внутреннему объему теплообменного блока 2 Vвн.бл. [м3], определено в диапазоне значений составляющем 0,56-0,85, а отношение суммарной длины ∑L [м] труб пучка к суммарной площади ∑Sн.т.т. внешней теплообменной поверхности труб 45, 46 определено коэффициентом составляющим 0,08-0,32 [м-1].The number and distribution of
В каждом ряду шаг а между продольными осями 52 смежных труб 45, 46 прямолинейных ветвей 50 меньше или больше, чем шаг b между продольными осями колен 51 смежных труб 45, 46 предпочтительно a<b, или шаг а равен шагу b.In each row, the step a between the longitudinal axes 52 of the
Шаг а между продольными осями смежных труб 45, 46 прямолинейных ветвей 50 может составлять (1,5-2,5) d, где d - наружный диаметр теплообменной трубы 45, 46, а шаг b между осями смежных труб 45, 46 на прямолинейных участках 49 колен 51 составляет (1,8-2,8)d.The step a between the longitudinal axes of
В качестве нагреваемой среды может быть использован предпочтительно воздух, в том числе с обогащенным содержанием кислорода, при этом в качестве охлаждаемой среды использованы продукты сгорания после турбины газотурбинной установки.Preferably, air, including with an enriched oxygen content, can be used as the heated medium, while the products of combustion after the turbine of the gas turbine installation are used as the cooled medium.
Работа регенеративного воздухоподогревателя осуществляется следующим образом.The regenerative air heater is as follows.
Воздух, предназначенный для топки газотурбинной установки, поступает в компрессор, в котором подвергается сжатию, а затем по трубопроводу подвода через коллектор подвода нагреваемой среды и трубную доску подается в теплообменные трубы теплообменных блоков каждой секции. 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 it is supplied through a supply pipe through a manifold for supplying a heated medium and a tube board to the heat transfer pipes of the heat exchange blocks of each section. The air temperature after the compressor is about 200 ° C.
Продукты сгорания приведенного выше состава от турбины ГТУ через диффузор, примыкающий к корпусам теплообменных блоков, поступают внутрь блока секции и омывают теплообменные трубы с нагреваемым воздухом. Подвод продуктов сгорания к теплообменным блокам производится в противотоке с направлением движения нагреваемого воздуха, то есть продукты сгорания поступают в теплообменный блок со стороны расположения коллектора отвода нагреваемой среды. На входе в теплообменный блок продукты сгорания имеют температуру 520-550°С.Combustion products of the above composition from a gas turbine turbine through a diffuser adjacent to the housings of the heat exchange units enter the section unit and wash the heat exchange pipes with heated air. The supply of combustion products to the heat exchange units is countercurrent with the direction of movement of the heated air, that is, the combustion products enter the heat exchange unit from the location of the collector of the outlet of the heated medium. At the entrance to the heat exchange unit, the combustion products have a temperature of 520-550 ° C.
Проходя по теплообменным трубам блоков, воздух нагревается продуктами сгорания до температуры 440-450°С и через трубную доску поступает в коллектор отвода нагреваемой среды, из которого по трубопроводу подается на вход топки ГТУ.Passing through the heat exchanging pipes of the blocks, the air is heated by the combustion products to a temperature of 440-450 ° C and through the pipe board it enters the collector of the outlet of the heated medium, from which it is supplied through the pipeline to the inlet of the gas turbine combustion chamber.
Продукты сгорания выводятся в атмосферу через конфузор, примыкающий к корпусам теплообменных блоков.Combustion products are discharged into the atmosphere through a confuser adjacent to the bodies of the heat exchange units.
Claims (21)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004108964/06A RU2339890C2 (en) | 2004-03-26 | 2004-03-26 | Heat exchanger-modular water heater and heat exchanger element (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004108964/06A RU2339890C2 (en) | 2004-03-26 | 2004-03-26 | Heat exchanger-modular water heater and heat exchanger element (versions) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004108964A RU2004108964A (en) | 2005-10-10 |
RU2339890C2 true RU2339890C2 (en) | 2008-11-27 |
Family
ID=35850690
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004108964/06A RU2339890C2 (en) | 2004-03-26 | 2004-03-26 | Heat exchanger-modular water heater and heat exchanger element (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2339890C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464501C1 (en) * | 2011-03-17 | 2012-10-20 | Александр Петрович Капишников | Heat recovery unit for autonomous air heating and hot water supply during burning of natural gas |
RU2696527C2 (en) * | 2016-08-09 | 2019-08-02 | Линде Акциенгезельшафт | Method for determination of rigidity of a heat exchanger with a bundle of pipes and method of its production |
WO2022031658A1 (en) * | 2020-08-04 | 2022-02-10 | Rheem Manufacturing Company | Heat exchangers providing low pressure drop |
-
2004
- 2004-03-26 RU RU2004108964/06A patent/RU2339890C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464501C1 (en) * | 2011-03-17 | 2012-10-20 | Александр Петрович Капишников | Heat recovery unit for autonomous air heating and hot water supply during burning of natural gas |
RU2696527C2 (en) * | 2016-08-09 | 2019-08-02 | Линде Акциенгезельшафт | Method for determination of rigidity of a heat exchanger with a bundle of pipes and method of its production |
WO2022031658A1 (en) * | 2020-08-04 | 2022-02-10 | Rheem Manufacturing Company | Heat exchangers providing low pressure drop |
US11359836B2 (en) | 2020-08-04 | 2022-06-14 | Rheem Manufacturing Company | Heat exchangers providing low pressure drop |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004108964A (en) | 2005-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6357396B1 (en) | Plate type heat exchanger for exhaust gas heat recovery | |
RU2767122C2 (en) | Air steam condenser of industrial type with mini-tubes | |
US20130255923A1 (en) | Shell and tube heat exchanger | |
CN106705711A (en) | Anti-scaling multiple shell pass assembled heat exchanger | |
US20040069470A1 (en) | Bent-tube heat exchanger | |
US20070169924A1 (en) | Heat exchanger installation | |
RU2339890C2 (en) | Heat exchanger-modular water heater and heat exchanger element (versions) | |
US3955620A (en) | Heat exchanger | |
CN216954186U (en) | Heat exchange partition plate and counter-flow heat exchanger used for middle section position of heat exchange pipeline | |
RU2339889C2 (en) | Heat exchanger-modular water heater and heat exchanger element (versions) | |
CN110542334A (en) | Pure countercurrent shell and tube type fresh water cooler | |
RU39186U1 (en) | HEAT EXCHANGE REGENERATIVE AIR HEATER UNIT | |
CN114234657A (en) | Heat exchange sheet for converter smoke hood cooling water jacket and converter smoke hood cooling water jacket | |
RU2265775C1 (en) | Regenerative air heater | |
RU2266476C1 (en) | Heat-exchange block of regenerating air heater | |
RU48037U1 (en) | REGENERATIVE BLOCK SECTIONAL HEATER | |
CN206817822U (en) | Microchannel heat exchanger and heat pump water heater | |
RU2342239C2 (en) | Heat-exchanger manufacturing method, heat exchanger heat exchange block manufacturing method (versions), manufacturing method of intermediate and/or upper heat exchange blocks of heat exchanger, and manufacturing method of lower heat exchange block of heat exchanger | |
RU2266474C1 (en) | Bank of heat exchange pipes for regenerative air heater | |
CN216115540U (en) | Tube type efficient heat exchanger | |
RU2266475C1 (en) | Pipe row of regenerative air heater | |
CN217083355U (en) | Forced heat transfer turbulent flow heat net heater | |
RU41840U1 (en) | TUBE RANGE OF REGENERATIVE AIR HEATER | |
CN216620695U (en) | Heat exchange sheet for converter smoke hood cooling water jacket and converter smoke hood cooling water jacket | |
CN212179655U (en) | Condenser and economizer integrated two-stage heat exchanger |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090327 |