Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛООБМЕННИК

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в теплообменных аппаратах регенеративных систем, систем теплоснабжения, предназначенных для подогрева воды за счет конденсации пара на трубах поверхности теплообмена.

Известен поверхностный подогреватель, содержащий корпус с патрубками подвода пара и отвода его конденсата, распределительную водяную камеру с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды, трубную систему из U-образных труб, расположенную под распределительной водяной камерой, часть труб поверхности теплообмена которой по всей высоте, установкой кожуха, выделена под охладитель конденсата (Отраслевой каталог. Теплообменное оборудование паротурбинных установок, часть I, 20-89-09, М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1989, с.66, рис.55).

Недостатком известного подогревателя является отсутствие возможности изменять величину поверхности теплообмена охладителя конденсата во время работы, необходимость использования под поверхность теплообмена охладителя конденсата всей длины труб первого хода, через которые проходит только часть расхода нагреваемой воды, что уменьшает температурный напор и увеличивает поверхность теплообмена охладителя конденсата, а также то, что для обеспечения входа конденсата пара в зону охладителя конденсата, часть поверхности теплообмена размещается под уровнем конденсата и практически исключается из процесса теплообмена.

Известен подогреватель, включающий корпус с патрубками подвода пара и отвода его конденсата, распределительную с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, и поворотную водяные камеры, трубную систему, часть труб которой при входе в нее нагреваемой воды установкой кожуха выделена под встроенный охладитель конденсата с гидрозатвором, подъемный участок которого для обеспечения сокращения поверхности теплообмена зоны охладителя конденсата соединен с трубопроводом отвода конденсата одним или несколькими трубопроводами с запорной арматурой (SU 1138595, МПК F 22 D 1/32; опубликовано 08.10.1984).

По совокупности признаков это известное техническое решение является наиболее близким к заявленному и принято за прототип.

Недостатком известного поверхностного теплообменника, принятого за прототип, является наличие гидрозатвора с подъемным и опускным участками, что увеличивает габариты и массу теплообменника, а также необходимость затопления части поверхности теплообмена, которая практически исключается из теплообмена как в режиме конденсации пара, так и в режиме охладителя конденсата.

Заявляемое техническое решение позволяет, за счет размещения поверхности теплообмена зоны конденсации над уровнем конденсата в корпусе теплообменника, не допускать при нормальной эксплуатации ее затопления конденсатом греющего пара и исключать ее из процесса эффективного теплообмена, а также уменьшать величину поверхности теплообмена охладителя с целью уменьшения переохлаждения конденсата греющего пара, при этом исключаемая из теплообмена поверхность нагрева охладителя конденсата начинает работать в режиме конденсации пара, что, учитывая большую эффективность теплообмена при конденсации пара по сравнению с теплообменом в водо-водяном теплообменнике (охладитель конденсата), повысит температуру нагреваемой воды на выходе из теплообменника при сохранении давления греющего пара. Таким образом, заявляемое решение позволяет повысить экономичность работы теплообменника за счет исключения затопления конденсатом пара поверхности теплообмена и, при необходимости, исключения из работы поверхности теплообмена в режиме охладителя и перевода ее в режим работы конденсации.

Предложен теплообменник, включающий корпус с патрубками входа пара и выхода его конденсата, водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, трубную систему со встроенным охладителем конденсата, кожух которого выполнен из горизонтальных и вертикальных листов, при этом трубная система охладителя конденсата расположена в корпусе под трубной системой зоны конденсации, под трубной системой охладителя конденсата установлена дополнительная водяная камера, соединенная с нижней частью корпуса, а по высоте вертикальных листов кожуха охладителя конденсата выполнены отверстия, соединенные трубопроводами с установленной на них арматурой, с коллектором, расположенным за пределами корпуса теплообменника, кроме того, нижняя часть конденсатора соединена посредством трубопровода с нижней частью корпуса теплообменника.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где изображен продольный разрез теплообменника.

Теплообменник включает корпус 1 с патрубком входа пара 2 и патрубком 3 выхода его конденсата, распределительную водяную камеру 4 с патрубками входа 5 и выхода 6 нагреваемой воды, трубную доску 7, под которой размещена трубная система 8, на которой конденсируется пар, патрубок 9 для отвода неконденсирующихся газов, соединенный с вертикальной трубой 10. В нижней части корпуса установлена трубная доска 11, над которой размещена трубная система 12 охладителя конденсата 13, разделенная на отсеки 14, 15, 16 и 17, в боковой вертикальной стенке охладителя предусмотрены отверстия, соединенные трубопроводами 18 и 19 с установленной на них арматурой с коллектором 20, нижняя часть которого трубопроводом 21 соединена с нижней частью корпуса на уровне 17 отсека охладителя конденсата.

В верхней части коллектора 20 установлена уравнительная труба, соединенная с паровым пространством корпуса. Под трубной доской 11 установлена дополнительная водяная камера 22 с патрубками входа 23 и выхода 24 воды, нагреваемой в охладителе конденсата 13. Патрубки 24 и 5 соединены между собой трубопроводом 25. На трубопроводе слива конденсата, подсоединенном к патрубку 3, установлен регулирующий клапан 26.

Теплообменник работает следующим образом. Поток греющего пара через патрубок 2 поступает в корпус 1, где конденсируется на трубах трубной системы 8, а конденсат пара стекает на трубную доску 11. По мере конденсации пара уровень его на трубной доске 11 растет, достигая I предела, что обеспечивает поступление конденсата в межтрубное пространство охладителя 13 и полное его затопление. При достижении уровнем конденсата I предела и затопления им всех отсеков 14-17 охладителя, в работу включается регулирующий клапан 26, установленный на трубопроводе, подсоединенном к патрубку 3. Регулирующий клапан поддерживает уровень в расчетных пределах, не допуская затопления конденсатом поверхности теплообмена зоны конденсации (трубная система 8).

Поток нагреваемой воды поступает через патрубок 23 в дополнительную водяную камеру 22, из нее в трубную систему 12 охладителя конденсата 13. В этой зоне при поперечном омывании конденсатом пара труб поверхности теплообмена, вода в трубах нагревается, и через патрубок 24, трубопровод 25 и патрубок 5 направляется в распределительную водяную камеру 4. Из этой камеры вода поступает в трубную систему 8, в которой совершает несколько ходов, нагревается при конденсации пара и через патрубок 6 выводится из теплообменника. Уменьшение переохлаждения конденсата пара в рассматриваемом теплообменнике достигается за счет сокращения поверхности теплообмена охладителя конденсата, которая переводится в режим работы при конденсации пара. При необходимости сокращения величины поверхности теплообмена, размещенной, например, в отсеке 14, уровень конденсата в корпусе устанавливается на II пределе и открывается задвижка на трубопроводе 18, соединяющем коллектор 20 и охладитель конденсата 13. Через трубопровод 21 конденсат пара поступает в коллектор 20 и, по закону сообщающихся сосудов, в нем устанавливается уровень II предела. По трубопроводу 18 конденсат поступает в охладитель, заполняя отсеки 15, 16 и 17. Благодаря поверхности теплообмена, размещенной в этих отсеках, осуществляется охлаждение конденсата пара. В отсек 13 поступает пар. Возможно дальнейшее сокращение поверхности охладителя конденсата, а следовательно, уменьшение переохлаждения конденсата пара. Для этого, например, уровень конденсата в корпусе устанавливается по III пределу, открывается задвижка на трубопроводе 19 и в работе по охлаждению конденсата пара участвует только поверхность, размещенная в отсеке 17. В этом случае к поверхности теплообмена отсеков 14, 15 и 16 поступает пар, и она (поверхность) работает в режиме конденсации. Учитывая резкое сокращение поверхности теплообмена, работающей в режиме охладителя конденсата, уменьшается переохлаждение конденсата.