RU2807476C1

RU2807476C1 - System for removing condensate from steam heat exchanger

Info

Publication number: RU2807476C1
Application number: RU2023101780A
Authority: RU
Inventors: Юрий Яковлевич Печенегов; Андрей Викторович Косов; Ольга Юрьевна Косова; Виктор Андреевич Косов; Михаил Андреевич Косов; Светлана Юрьевна Печенегова
Filing date: 2023-01-26
Publication date: 2023-11-15

Abstract

FIELD: thermal engineering.

SUBSTANCE: invention relates to surface-type heat exchange devices in which water vapour is used as a heating coolant and they are equipped with condensate drainage systems containing condensate drains. A system for removing condensate from a steam heat exchanger, including a float-type condensate trap, a condensate pipeline connecting the outlet pipe of the steam heat exchanger with a float-type condensate trap, a tube connecting the steam spaces of the float-type condensate trap and the steam heat exchanger, made with a shut-off element installed on the condensate pipeline. In parallel with the condensate pipeline two or more bypass pipelines located at different heights relative to each other and equipped with shut-off devices are installed, with the ability to pass discharged condensate through them and change the level of the condensate layer.

EFFECT: regulation of the level of the condensate layer in the steam space of the heat exchanger during its operation.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к тепловой технике, в частности к теплообменным устройствам поверхностного типа, в которых в качестве греющего теплоносителя используется водяной пар и они оснащаются системами отвода конденсата, содержащими конденсатоотводчики.The invention relates to thermal engineering, in particular to surface-type heat exchange devices in which water vapor is used as a heating coolant and they are equipped with condensate drainage systems containing condensate drains.

Паровые теплообменники технологического назначения работают обычно в условиях переменных тепловых нагрузок, что связано с непостоянством расходов нагреваемых теплоносителей и температур их нагрева. При этом возникают трудности отвода конденсата греющего пара от теплообменников, так как устанавливаемые на конденсатных линиях конденсатоотводчики имеют ограниченный и достаточно узкий диапазон производительности, который может не соответствовать диапазону изменения тепловой нагрузки. Значительны потери с пролетным паром из-за часто неэффективной работы конденсатоотводчиков и с вторичным паром, образующимся из потока конденсата при снижении его давления на пути следования от теплообменника до сборного конденсатного бака.Steam heat exchangers for technological purposes usually operate under conditions of variable thermal loads, which is associated with variability in the flow rates of the heated coolants and their heating temperatures. In this case, difficulties arise in removing the heating steam condensate from the heat exchangers, since the condensate traps installed on the condensate lines have a limited and rather narrow performance range, which may not correspond to the range of changes in the thermal load. There are significant losses with passing steam due to the often ineffective operation of condensate traps and with secondary steam formed from the condensate flow when its pressure decreases along the path from the heat exchanger to the collecting condensate tank.

В известной системе отвода конденсата от паровых теплообменников поверхностного типа (Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. М. - Л.: Энергия, 1966. С.233, рис. 8-10) входящий в ее состав конденсатоотводчик расположен на уровне выпускного патрубка или ниже выпускного патрубка парового теплообменника. Конденсат выпускается с температурой соответствующей температуре насыщения при давлении греющего пара в паровом пространстве теплообменника. Потери с пролетным и вторичным паром при этом велики и при работе с переменными тепловыми нагрузками могут составлять 25-30% от расхода греющего пара.In the known system for removing condensate from surface-type steam heat exchangers (Lebedev P.D. Heat exchange, drying and refrigeration units. M. - L.: Energy, 1966. P.233, Fig. 8-10), the condensate drain included in its composition is located on level of the outlet pipe or below the outlet pipe of the steam heat exchanger. The condensate is released at a temperature corresponding to the saturation temperature at the heating steam pressure in the steam space of the heat exchanger. Losses with transit and secondary steam are large and, when working with variable thermal loads, can amount to 25-30% of the heating steam consumption.

В известной пароконденсатной системе с установленными на подающем паровом и выпускном конденсатном трубопроводах автоматических регулирующих органов (Патент 184017 РФ, МПК F28В 1/00, опубл. 11.10.2018) возможна работа теплообменника с заливом части площади поверхности теплопередачи конденсатом и тем самым за счет образующегося внутри корпуса теплообменника гидрозатвора исключить потери с пролетным и вторичным паром. Недостатком известной пароконденсатной системы является трудность согласования между собой работы автоматических регулирующих органов при воздействии на них разных управляющих сигналов - температуры нагрева в теплообменнике технологического продукта для регулятора на линии подачи пара и температуры выпускаемого конденсата для регулятора на конденсатной линии. Известная пароконденсатная система сложна в управлении обслуживающим персоналом.In the known steam-condensate system with automatic control bodies installed on the supply steam and exhaust condensate pipelines (RF Patent 184017, IPC F28B 1/00, published 10/11/2018), it is possible for the heat exchanger to operate with part of the heat transfer surface area flooded with condensate and thereby due to the condensate formed inside water seal heat exchanger housing to eliminate losses with transit and secondary steam. A disadvantage of the known steam-condensate system is the difficulty of coordinating the operation of automatic control elements when exposed to different control signals - the heating temperature in the heat exchanger of the process product for the regulator on the steam supply line and the temperature of the released condensate for the regulator on the condensate line. The known steam-condensate system is difficult to operate by operating personnel.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является система отвода конденсата от парового теплообменника, включающая в себя поплавковый конденсатоотводчик, конденсатный трубопровод, соединяющий выпускной патрубок парового теплообменника с поплавковым конденсатоотводчиком, трубку, соединяющую паровые пространства поплавкового конденсатоотводчика и парового теплообменника (Печенегов Ю.Я., Грачева Ю.А., Денисов В.А. Повышение энергетической эффективности паровых теплообменников // Энергобезопасность и энергосбережение. №2. 2018. С.23, рис. 3) - прототип. В известном устройстве поплавковый конденсатоотводчик установлен выше выпускного патрубка парового теплообменника. Так как давление в соединенных между собой полостях парового пространства теплообменника и конденсатоотводчика, в соединяющей их трубке и конденсатном трубопроводе одинаковое, то на высоте размещения поплавкового конденсатоотводчика при работе парового теплообменника устанавливается уровень слоя конденсата греющего пара. Нижняя часть теплопередающей поверхности со стороны пространства теплообменника при этом оказывается залитой конденсатом. Слой конденсата в нижней части парового пространства теплообменника создает гидравлический затвор, препятствующий проходу пролетного пара в конденсатный трубопровод. Контактируя с теплопередающей поверхностью парового теплообменника в слое залива, конденсат охлаждается и поступает в конденсатный трубопровод с температурой меньшей, чем температуры насыщения греющего пара. Выпуск конденсата из парового теплообменника в переохлажденном состоянии позволяет уменьшить или полностью исключить образование и потери вторичного пара. Недостатком является то, что в процессе работы нет возможности изменять высотное расположение поплавкового конденсатоотводчика и тем самым изменять положение уровня конденсата в паровом пространстве теплообменника для обеспечения переменных тепловых нагрузок.The closest in technical essence to the proposed invention is a system for removing condensate from a steam heat exchanger, which includes a float steam trap, a condensate pipeline connecting the outlet pipe of the steam heat exchanger with a float steam trap, a tube connecting the steam spaces of the float steam trap and the steam heat exchanger (Pechenegov Yu.Ya. , Gracheva Yu.A., Denisov V.A. Increasing the energy efficiency of steam heat exchangers // Energy safety and energy saving. No. 2. 2018. P. 23, Fig. 3) - prototype. In the known device, a float steam trap is installed above the outlet pipe of the steam heat exchanger. Since the pressure in the interconnected cavities of the steam space of the heat exchanger and condensate trap, in the tube connecting them and the condensate pipeline is the same, the level of the heating steam condensate layer is established at the height of the float-type condensate trap during operation of the steam heat exchanger. The lower part of the heat transfer surface on the side of the heat exchanger space is filled with condensate. The layer of condensate in the lower part of the steam space of the heat exchanger creates a hydraulic seal that prevents the passage of passing steam into the condensate pipeline. Contacting the heat transfer surface of the steam heat exchanger in the bay layer, the condensate is cooled and enters the condensate pipeline at a temperature lower than the saturation temperature of the heating steam. Discharge of condensate from the steam heat exchanger in a supercooled state allows to reduce or completely eliminate the formation and loss of secondary steam. The disadvantage is that during operation it is not possible to change the height position of the float-type condensate trap and thereby change the position of the condensate level in the steam space of the heat exchanger to provide variable heat loads.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в создании возможности изменять уровень слоя залива конденсата в паровом пространстве теплообменника в процессе его работы.The technical problem to be solved by the proposed invention is to create the ability to change the level of the condensate fill layer in the steam space of the heat exchanger during its operation.

Поставленная задача решается тем, что система отвода конденсата от парового теплообменника, включающая в себя поплавковый конденсатоотводчик, конденсатный трубопровод, соединяющий выпускной патрубок парового теплообменника с поплавковым конденсатоотводчиком, трубку, соединяющую паровые пространства поплавкового конденсатоотводчика и парового теплообменника, выполнена с установленным на конденсатом трубопроводе запорным органом, параллельно с конденсатным трубопроводом установлены два или больше байпасных трубопроводов, расположенных на разной высоте относительно друг друга и снабженных запорными органами с возможностью пропуска по ним отводимого конденсата и изменения уровня слоя конденсата.The problem is solved by the fact that the system for removing condensate from a steam heat exchanger, including a float condensate trap, a condensate pipeline connecting the outlet pipe of the steam heat exchanger with a float condensate trap, a tube connecting the steam spaces of the float condensate trap and the steam heat exchanger, is made with a shut-off element installed on the condensate pipeline , in parallel with the condensate pipeline, two or more bypass pipelines are installed, located at different heights relative to each other and equipped with shut-off devices with the ability to pass discharged condensate through them and change the level of the condensate layer.

В отличие от известного устройства, наличие запорных органов на конденсатом трубопроводе и на байпасных трубопроводах, установленных параллельно с конденсатным трубопроводом и возможностью пропуска по ним отводимого конденсата и изменения уровня слоя конденсата, и размещение конденсатного и байпасных трубопроводов на разной высоте относительно друг друга дает возможность за счет пропуска конденсата по тому или иному трубопроводу устанавливать на соответствующей высоте уровень слоя залива конденсата в процессе работы парового теплообменника. В условиях работы теплообменника давление в соединенных между собой полостях парового пространства теплообменника и конденсатоотводчика, в соединяющей их трубке и конденсатном трубопроводе одинаковое, и поэтому открытие одного при закрытых других запорных органах на конденсатном и байпасных трубопроводах дает возможность изменять высоту гидравлического затвора, создаваемого конденсатом в слое залива. Уровень слоя конденсата в теплообменнике будет соответствовать высоте расположения того байпасного трубопровода, через который осуществляется пропуск конденсата при открытом запорном органе. Следовательно, путем переключения потока выпускаемого конденсата для пропуска по расположенным на разной высоте байпасным трубопроводам обеспечивается изменение уровня слоя конденсата в теплообменнике и изменение зависящей от уровня слоя конденсата передаваемой тепловой мощности в паровом теплообменнике, исключается выход пролетного пара и в определенной степени - вторичного пара.In contrast to the known device, the presence of shut-off devices on the condensate pipeline and on bypass pipelines installed in parallel with the condensate pipeline and the possibility of passing discharged condensate through them and changing the level of the condensate layer, and placing the condensate and bypass pipelines at different heights relative to each other makes it possible to By passing condensate through a particular pipeline, set the level of the condensate fill layer at the appropriate height during the operation of the steam heat exchanger. Under operating conditions of the heat exchanger, the pressure in the interconnected cavities of the steam space of the heat exchanger and condensate trap, in the tube connecting them and the condensate pipeline is the same, and therefore the opening of one while the other shut-off elements on the condensate and bypass pipelines are closed makes it possible to change the height of the hydraulic seal created by the condensate in the layer bay. The level of the condensate layer in the heat exchanger will correspond to the height of the bypass pipeline through which the condensate is passed with the shut-off valve open. Consequently, by switching the flow of discharged condensate to pass through bypass pipelines located at different heights, a change in the level of the condensate layer in the heat exchanger and a change in the transferred thermal power in the steam heat exchanger, depending on the level of the condensate layer, are ensured, the escape of transit steam and, to a certain extent, secondary steam is eliminated.

Таким образом, отличительные признаки изобретения позволяет решить поставленную задачу.Thus, the distinctive features of the invention allow us to solve the problem.

Технический результат настоящего изобретения заключается в упрощении и улучшении регулирования парового теплообменника и устранения потерь с пролетным и вторичным паром.The technical result of the present invention is to simplify and improve the regulation of the steam heat exchanger and eliminate losses from transit and secondary steam.

В известных системах отвода конденсата от парового теплообменника для изменения уровня слоя залива конденсата используются сложные управляющие и регулирующие органы с механическим приводом и невысокой надежностью.In known systems for removing condensate from a steam heat exchanger, complex control and regulating elements with a mechanical drive and low reliability are used to change the level of the condensate fill layer.

На фиг.1 показана предлагаемая система отвода конденсата от парового теплообменника.Figure 1 shows the proposed system for removing condensate from a steam heat exchanger.

Система отвода конденсата от парового теплообменника состоит из поплавкового конденсатоотводчика 1, который соединен с выпускным патрубком 2 парового теплообменника 3 конденсатным трубопроводом 4. На конденсатном трубопроводе 4 установлен запорный орган 5. Параллельно конденсатному трубопроводу 4 установлены на разной высоте друг относительно друга байпасные трубопроводы 6, снабженные запорными органами 7. Паровое пространство 8 теплообменника 3 соединено с паровым пространством поплавкового конденсатоотводчика 1 трубкой 9. При работе парового теплообменника 3 в нижней части его парового пространства 8 образуется слой конденсата 10, который на своей высоте контактирует с частью площади поверхности теплопередачи 11.The condensate drainage system from the steam heat exchanger consists of a float condensate drain 1, which is connected to the outlet pipe 2 of the steam heat exchanger 3 by a condensate pipeline 4. A shut-off member 5 is installed on the condensate pipeline 4. Bypass pipelines 6 are installed parallel to the condensate pipeline 4 at different heights relative to each other. shut-off elements 7. The steam space 8 of the heat exchanger 3 is connected to the steam space of the float steam trap 1 by a tube 9. When the steam heat exchanger 3 operates, a layer of condensate 10 is formed in the lower part of its steam space 8, which at its height is in contact with part of the heat transfer surface area 11.

Работа предлагаемой системы отвода конденсата от парового теплообменника осуществляется следующим образом.The operation of the proposed system for removing condensate from a steam heat exchanger is carried out as follows.

В зависимости от необходимой величины передаваемой тепловой мощности в паровом теплообменнике 3 открывается один из запорных органов 5 или 7. При этом другие запорные органы должны быть закрыты. Конденсат перемещается только по трубопроводу с открытым запорным органом. На высоте размещения трубопровода с открытым запорным органом устанавливается уровень слоя конденсата 10 в паровом пространстве 8 теплообменника 3. На фиг.1 показан уровень слоя конденсата, соответствующий пропуску конденсата по второму снизу байпасному трубопроводу 6. Пропуская конденсат по тому или другому трубопроводу 4 или 6 за счет открытия и закрытия соответствующих запорных органов 5 или 7, можно изменять уровень слоя конденсата 10 так, чтобы была обеспечена требуемая тепловая нагрузка парового теплообменника 3.Depending on the required amount of transferred thermal power in the steam heat exchanger 3, one of the shut-off bodies 5 or 7 opens. In this case, the other shut-off bodies must be closed. Condensate moves only through a pipeline with an open shut-off valve. At the height of the placement of the pipeline with an open shut-off element, the level of the condensate layer 10 is established in the vapor space 8 of the heat exchanger 3. Figure 1 shows the level of the condensate layer corresponding to the passage of condensate through the second bypass pipeline 6 from the bottom. Passing the condensate through one or another pipeline 4 or 6 for By opening and closing the corresponding shut-off elements 5 or 7, it is possible to change the level of the condensate layer 10 so that the required heat load of the steam heat exchanger 3 is ensured.

Наличие слоя залива конденсатом части площади поверхности теплопередачи 11 кроме того, что устраняет потери с пролетным и вторичным паром, за счет переохлаждения конденсата позволяет уменьшить расход подаваемого в теплообменник греющего пара на 10 - 30% по отношению к работе теплообменника с выпуском конденсата при температуре насыщения пара.The presence of a layer of condensate flooding part of the heat transfer surface area 11, in addition to eliminating losses with transit and secondary steam, due to the supercooling of the condensate, makes it possible to reduce the consumption of heating steam supplied to the heat exchanger by 10 - 30% in relation to the operation of the heat exchanger with the release of condensate at the steam saturation temperature .

Предлагаемая система отвода конденсата легко монтируется на действующих паровых теплообменниках. При этом затраты на ее установку окупаются за весьма короткий промежуток времени.The proposed condensate drainage system can be easily installed on existing steam heat exchangers. Moreover, the costs of its installation pay off in a very short period of time.

Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества:The proposed device has the following advantages:

- повышенная надежность и эффективность работы;- increased reliability and efficiency;

- устранение потерь с пролетным и вторичным паром;- elimination of losses from transit and secondary steam;

- расширение возможности и упрощение регулирования парового теплообменника при его работе с переменной тепловой нагрузкой.- expanding the possibility and simplifying the regulation of the steam heat exchanger when operating with a variable heat load.

Claims

A system for removing condensate from a steam heat exchanger, including a float-type condensate trap, a condensate pipeline connecting the outlet pipe of the steam heat exchanger with a float-type condensate trap, a tube connecting the steam spaces of the float-type condensate trap and the steam heat exchanger, characterized in that a shut-off element is installed on the condensate pipeline, in parallel with the condensate The pipeline contains two or more bypass pipelines, located at different heights relative to each other and equipped with shut-off devices, with the ability to pass discharged condensate through them and change the level of the condensate layer.