SU1749687A1 - Теплова труба - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к теплотехнике, в частности к теплообмен- ным аппаратам в энергетических, технологических , отопительных установках как А г 1 г- IX 22 16 устройство дл  разделени  смесей на отдельные компоненты и защиты окружающей среды от вредных выбросов дымовых газов. Сущность изобретени  заключаетс  в том, что испарительна  часть теплообменника выполнена из двух пучков 1 и 9 с трубными решетками 2 и 10. Один пучок 9 расположен вертикально, а другой пучок 1 горизонтально. За последним пучком 1 внутри корпуса расположено сепарацион- ное устройство 21, в нижней части корпуса - устройство 20 дл  вы вода агрессивной жидкости из теплообменника. 2 ил. 4 I v Ё VI J ю Os 00 VI Фиг. 2

Description

Изобретение относитс  к области теплотехники , в частности к теплообменным аппаратам в энергетических, технологических , отопительных установках, как устройство дл  разделени  смесей на отдельные компоненты и защиты окружающей среды от вредных выбросов дымовых газов.

Известен теплообменник, содержащий пакет тепловых труб в составной трубной решетке, состо щей из двух разъемных частей , тепловые трубы в нем выполнены составными из двух частей, кажда  из которых закреплена в соответствующей части трубной решетки.

Однако известному теплообменнику присущи недостатки, заключающиес  в трудности отвода неконденсирующихс  газов , сложности контрол  заполнени  труб промежуточным теплоносителем, относительно низкие коэффициенты теплоотдачи к промежуточному теплоносителю, трудности очистки от накипеотложений внешней поверхности конденсаторных участков тепловых труб, возникающие в св зи с тем, что кажда  теплова  труба работает как единичный теплопередатчик, а также отсутствует организованное движение потоков пара и конденсата в тепловой трубе.

Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности  вл етс  теплова  труба-теплообменник, содержаща  конденсационную и испарительную части, состо щие из труб, закрепленных в трубных решетках и заключенных в разъемный корпус , конденсационна  и испарительна  части в ней выполнены из отдельных друг от друга пучков труб, ограниченных с обеих концов двум  трубными решетками, причем конденсационные и испарительные пучки труб совместно с разъемным корпусом составл ют единую тепловую трубу, под кон- денсационным пучком установлено устройство дл  организованного движени  потоков пара и конденсата, выполненные в виде лотка и опускной трубы, а разъемный корпус снабжен устройством дл  отвода неконденсирующихс  газов и устройством дл  контрол  уровн  и подпитки теплообменника промежуточным теплоносителем.

Однако этот теплообменник имеет недостатки , заключающиес  в относительно невысокой интенсивности теплоотдачи к промежуточному теплоносителю, трудности очистки внешней поверхности испарительных труб от отложений первичного теплоносител  и их коррозии, возникающие в св зи с относительно невысокой скоростью движени  парожидкостной смеси в испарительных трубах и содержанием в

первичном теплоносителе золовых, накипе- образующих и других включений.

Цель изобретени  - повышение интенсивности теплоотдачи и снижение загр знени  окружающей среды за счет уменьшени  вредных примесей в выбрасываемых дымовых газах.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в тепловую трубу-теплообменник, содержа0 щую конденсационную и испарительную части , состо щие из пучков труб, закрепленных в тр убных решетках и совместно с разъемным корпусом составл ющих тепловую трубу, снабженную устройствами

5 дл  отвода неконденсирующихс  газов и контрол  уровн  промежуточного теплоносител , вводитс  конструктивное решение, согласно которому испарительна  часть теплообменника выполнена из двух пучков

0 труб, ограниченных с обеих концов трубными решетками, один из которых расположен вертикально а другой горизонтально, при этом за горизонтальным трубным пучком внутри корпуса располагаетс  сепарацион5 ное устройство, а в нижней части корпуса устройство дл  вывода агрессивной жидкости из теплообменника,

Двухфазна  смесь в вертикальном трубном пучке образуетс  за счет поступлени  в

0 трубы кип щей парожидкостной смеси из межтрубного пространства горизонтального трубного пучка и продолжением кипени  смеси в трубах вертикального пучка. Теплота , расходуема  на процесс кипени , пере5 даетс  через стенки труб от дымовых газов, движущихс  вначале внутри труб горизонтального пучка, а затем снаружи труб верти- кального пучка. Скорость движени  парожидкостной смеси в трубах вертикаль0 ного пучка определ етс  в основном скоростью паровой фазы. Чем больше количество пара, тем выше его скорость, и тем выше скорость движени  двухфазной смеси. В предлагаемом изобретении скорость дви5 жени  двухфазной смеси будет гораздо выше , чем в известном, так как по трубам вертикального пучка движетс  не только пар, образовавшийс  в них, но и пар, поступивший из межтрубного пространства гори0 зонтального трубного пучка. Таким образом, вертикальное и горизонтальное расположение трубных пучков испарительной части тепловой трубы-теплообменника способствует получению более высокой ско5 рости движени  смеси в вертикальном трубном пучке и, как следствие, происходит увеличение интенсивности теплоотдачи от стенох труб к парожидкостной смеси.

Выполнение испарительной части тепловой трубы-теплообменника из двух пучков труб, расположенных в пространстве вертикально и горизонтально, ранее не известно .

В потоке дымовых газов (первичный теплоноситель) содержатс  золовые и пыле- видные включени , а также продукты сгора- ни  топлива, в состав которых вход т вод ные пары, сернистый ангидрид SOz и др. газы. Сернистый ангидрид и вод ные пары образуют кислоту H2S04. При прохож- дении потоком газа горизонтального трубного пучка на внутренней поверхности труб задерживаютс  золовые и пылевидные включени , а также при охлаждении ниже температуры точки росы конденсируютс  пары серной кислоты. Конденсаци  кислоты происходит как в  дре потока, так и на поверхности труб. Агрессивна  жидкость, образовавша с  на стенках труб, выводитс  из теплообменника с помощью устройства, расположенного в нижней части корпуса горизонтального трубного пучка, а капли в потоке улавливаютс  сепарационным устройством (жалюзийным сепаратором). Дальнейшее осаждение золовых, пылевид- ных и жидкостных включений происходит уже на внешней поверхности труб вертикального пучка. Таким образом, вывод из потока упом нутых включений уменьшает их содержание в выбрасываемых дымовых газах и снижает загр знение окружающей среды. Следует отметить, что толщина осаждений на трубах вертикального пучка по сравнению с известным устройством будет снижатьс , так как часть отложений уже осе- ла на трубах горизонтального пучка, при этом увеличиваетс  коэффициент теплопередачи и, следовательно, количество передаваемой теплоты.

Применение сепарационного устройст- ва в тепловой трубе-теплообменнике дл  улавливани  капель жидкости из потока первичного теплоносител  (дымовые газы) ранее не известно.

В предлагаемом устройстве по сравнению с известным изменено и направление опускной трубы, вывод щей конденсат из конденсационной части. Если в основном изобретении опускна  труба направл ла конденсат в подтрубную камеру к входным отверсти м вертикального и испарительно- го трубного пучка, то в предлагаемом устройстве конденсат направл етс  в нижнюю часть межтрубного пространства горизонтального пучка. Это позвол ет избежать перекрестного движени  поднимающегос  потока парожидкостной смеси и потока конденсата , которое имело бы место при подводе конденсата к входным отверсти м труб вертикального испарительного пучка.

На фиг.1 представлена зависимость коэффициента теплоотдачи от плотности теп- лового потока при разных способах организации кипени  промежуточного теплоносител ; на фиг.2 - теплова  труба, разрез .

Крива  а (фиг.1) соответствует процессу кипени  в индивидуальных термосифонах (аналог). Дл  ее расчета использовалось эмпирическое уравнение

a-c-q°-5-P2 22,

0)

где с - посто нный коэффициент, дл  рассчитываемых условий с 16,2;

q - плотность теплового потока, Вт/м2;

Рн - давление насыщени , бар.

Крива  б соответствует процессу кипени  в трубах (прототип) дл  ее расчета использовалось уравнение Кичигина-Тоби- левича

a A2-q° 6,(2)

где А2 - посто нный коэффициент, дл  воды А2 12,4.

Кривые в, г, д, е соответствуют процессу кипени  в трубах с учетом вли ни  скорости смеси на теплообмен (предлагаема  конструкци ). При кипении воды и пароводной смеси в трубах и кольцевых каналах в широком диапазоне изменени  паросодержа- ни , включа  дисперсно-кольцевой режим, коэффициент теплоотдачи рассчитываетс  по уравнению

L..rp/.

(3)

где а - коэффициент теплоотдачи к пароводной смеси, Вт/(м2 -К);

Ооо - коэффициент теплоотдачи при развитом пузырьковом кипении, когда уже не про вл етс  вли ние скорости жидкости, Вт/(м2 -К);

2р.к коэффициент теплоотдачи к вынужденному потоку кип щей жидкости, Вт/(м2 К);

(DCM - скорость паровод ной смеси, м/с;

г-теплота парообразовани , Дж/кг;

/о1 - плотность жидкой фазы, кг/м3. Коэффициент теплоотдачи Ооо определ лс  по уравнению «оо с q° 7 ,

(4)

где с 2,67 - коэффициент.

Коэффициент теплоотдачи к вынужденному потоку кип щей жидкости определ етс  по выражению

Ор.к/Gb + (cfco/оь)2 (5) где Oo - коэффициент теплоотдачи при вынужденном движении однофазного потока, Вт/(м2 -К).

Дл  расчета оъ использовалось уравнение

Nu6.K 0,023Re° 8 -Pr° 4 ,

Миб.к. -j- - число Нуссельта;

Re р- - число Рейнольдса;

v

Рг - - число Прандтл . э

где А , v, а - теплофизические константы жидкости, соответственно коэффициенты теплопроводности, кинематической в зкости , температуропроводности.

Кривые, представленные на фиг.1, рассчитывались дл  условий кипени  воды при атмосферном давлении. Дл  расчета принимались следующие исходные данные: диаметр трубы d 21 мм, скорость циркул ции ufo 0,5 м/с, скорости движени  смеси 0)см 2; 4; 6; 10 м/с.

Расчет дл  определени  вли ни  скорости смеси на интенсивность теплообмена производитс  так. По уравнению (6) рассчитывают величину «о . Дл  задавшихс  четырех величин q 10; 20; 40; 70 кВт/м2, По уравнению (4) определ ют четы ре величины «оо, а затем по уравнению (5) четыре величины 2р.к . Задавшись одним значением , по уравнению (3) дл  разных величин q, OQO, «р.к рассчитывают четыре значени  а. Полученные точки нанос т на фиг.1. Затем задаютс  другим значением &ы и расчет повтор ют.

Расположение кривых на фи .1 показывает , что с увеличением скорости смеси интенсивность теплоотдачи возрастает и, что более высокой интенсивностью теплоотдачи обладает прототип (крива  б) по сравнению с аналогом (крива  а), а еще более высокой интенсивностью обладает предлагаемое устройство (кривые в, г, д, е) по сравнению с прототипом и аналогом.

Благодар  такому выполнению тепловой трубы-теплообменника обеспечиваетс  относительно высока  скорость парожидко- стной смеси, уменьшение примесей, содержащихс  в выбрасываемых дымовых газах, что позвол ет повысить интенсивность теплоотдачи и, как следствие, увеличить тепло- производительность теплообменника, а также снизить загр знение окружающей среды,

Теплова  труба (фиг.2) состоит из пучка горизонтальных конденсационных труб 1 и его трубных решеток 2, заключенных в кор

пус , на котором расположено устройство дл  отвода неконденсирующихс  газов 4, торцовые концы корпуса закрыты крышками , снабженными патрубками входа 5 и вы5 хода 6 вторичного теплоносител , под конденсационным пучком установлен лоток 7 дл  сбора конденсата промежуточного теплоносител  с опускной трубой 8, вертикального пучка испарительных труб 9 и его

10 трубных решеток 10, заключенных в корпус 11 с поперечными перегородками 12, к которому присоединены колено 13 и патрубок 14 выхода первичного теплоносител , под вертикальным испарительным пучком рас15 положен горизонтальный испарительный пучок труб 15 с трубными решетками 16, заключенных в разъемный корпус 17, в правой части которого установлен жалюзий- ный сепаратор 18 с емкостью дл  сбора

20 уловленных капель агрессивной жидкости 19 и трубопроводов с вентил ми дл  вывода агрессивной жидкости из корпуса 20 и сепаратора 21, торцовые концы корпуса 17 закрыты крышками, причем на левой крышке

25 установлен патрубок 22 входа первичного теплоносител  в теплообменник, на опускной трубе установлены устройства дл  подпитки теплообменника промежуточным теплоносителем 23 и контрол  его уров30 н 24.

Теплова  труба работает следующим образом.

Межтрубное пространство горизонтального пучка испарительных труб 15 и

35 часть внутреннего пространства испарительных труб 9 вертикального пучка заполн ютс  промежуточным теплоносителем через устройство 23, уровень заполнени  которого контролируетс  по устройству 24.

40 Первичный теплоноситель (дымовые газы) через патрубок 22 поступает в теплообменник и затем движетс  внутри горизонтальных испарительных труб 15. Через стенки труб первичный теплоноситель отдает теп45 лоту промежуточному теплоносителю и понижает свою температуру. Если температура газа становитс  ниже температуры точки росы вод ного пара, начинаетс  процесс его конденсации и образовани 

50 различного вида кислот. Газ совместно с капельками кислоты покидает трубы 15 и направл етс  в жалюзийный сепаратор 18 дл  удалени  из потока капель агрессивной жидкости. После сепаратора поток газа на55 правл етс  по колену 13 в межтрубное пространство вертикальных испарительных труб 9, а уловленна  агрессивна  жидкость стекает в ёмкость 19 и затем удал етс  из сепаратора через вентиль 21. Агрессивна  жидкость, стекающа  из труб, удал етс  из

нижней части корпуса 17 через вентиль 20. Первичный теплоноситель поперечно в несколько ходов (возможно и в один ход), образованных перегородками 12, омывает вертикальные испарительные трубы 9, отда- ва  через стенки труб тепло промежуточному теплоносителю, при этом он еще больше понижает свою температуру и покидает теплообменник через патрубок 14.

Вторичный теплоноситель (вода) через патрубок 5 поступает в трубы конденсационного пучка 1, проходит внутри них и через патрубок 6 удал етс  из теплообменника.

Промежуточный теплоноситель закипает на наружной поверхности горизонталь- ных испарительных труб 15 за счет теплоты первичного теплоносител . Парожидкост- на  смесь с какой-то начальной скоростью поступает в вертикальные испарительные трубы 9, где дополнительно получает тепло- ту от первичного теплоносител , продолжает кипеть и скорость ее посто нно растет. Образовавшийс  в трубах пар проходит между стенкой корпуса 3 и лотком 7 и поступает в межтрубное пространство конденса- ционных труб 1, на внешней поверхности которых проходит его конденсаци . Конденсат стекает в лоток 7 и по опускной трубе 8 возвращаетс  в межтрубное пространство испарительного горизонтального пучка. Цикл замыкаетс . Теплота, выдел ема  при конденсации промежуточного теплоносител , воспринимаетс  вторичным теплоносителем . Конденсирующиес  газы периодически, а при необходимости посто-  н но, отвод тс  устройством 4.

Дл  замены труб или их очистки от отложений первичного и вторичного теплоносител  корпус тепловой трубы-теплообменника выполн етс  разъемным. Вальцовка труб в трубных решетках позвол ет легко производить замену вышедших из стро  труб.

Предлагаема  конструкци  технологична в изготовлении, так как может компоноватьс  стандартными узлами, выпускаемыми машиностроительной промышленностью . Она надежна в эксплуатации , поскольку вид теплоносител  и неконденсирующиес  газы не ограничивают врем  ее работы. По предлагаемому принципу можно изготовить теплообмен- ный аппарат большой единичной мощности.

Экономический эффект, получаемый в результате использовани  предлагаемой тепловой трубы-теплообменника, возникает за счет снижени  металлоемкости, облегчени  эксплуатации и ремонта, защиты окружающей среды и возможности использовани  собранных кислот в каком-либо технологическом процессе.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Теплова  труба, содержаща  конденсационную и испарительную части, состо щие из пучков труб, закрепленных в трубных решетках и совместно с разъемным корпусом составл ющих тепловую трубу, снабженную устройствами дл  отвода неконденсирующихс  газов и контрол  уровн  промежуточного теплоносител , о т личающа с  тем, что, с целью повышени  интенсивности теплоотдачи и снижени  загр знени  окружающей среды, испарительна  часть теплообменника выполнена из двух пучков труб, ограниченных с обоих концов трубными решетками , при этом один из пучков расположен вертикально, а другой горизонтально, за горизонтальным пучком труб внутри корпуса расположено дополнительно установленное сепарационное устройство, а в нижней части корпуса - дополнительно установлено устройство дл  вывода агрессивной жидкости из теплообменника.

   31б

   1 10

   5 6 7 $ 9 Ю

   23

   Фиг.1

   4 5 6 8 9 /Of