ТЕПЛООБМЕННИК

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в теплообменных аппаратах регенеративных систем низкого и высокого давления паровых турбин или в теплообменных аппаратах систем теплоснабжения, предназначенных для подогрева воды за счет конденсации пара.

Известен поверхностный подогреватель, содержащий водоподводящую и водоотводящую водяные камеры, корпус с патрубками подвода пара и отвода его конденсата, трубную систему с горизонтальными направляющими перегородками, размещенную в кожухе, имеющем по всей высоте "окно" для прохода пара к трубной системе (Подогреватель ПН-3000-25-16-IV А, Отраслевой каталог, часть II /Теплообменное оборудование паротурбинных установок/, - М.; НИИ ЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, 1989, с.86-87, рис.74).

Недостатком данного подогревателя является отсутствие разницы давления над и под направляющей перегородкой, обеспечивающей отсутствие прохода конденсата пара через кольцевые зазоры в месте прохода труб поверхности нагрева через отверстия в горизонтальных перегородках. Наличие прохода конденсата через эти кольцевые зазоры увеличивает толщину конденсатной пленки на нижележащих участках труб поверхности нагрева, что ухудшает процесс теплообмена и снижает эффективность работы подогревателя.

Известен теплообменник, включающий водоподводящую и водоотводящую водяные камеры, корпус с патрубками для входа пара и выхода конденсата, внутри которого установлена трубная система с горизонтальными перегородками, размещенная в кожухе с отверстиями, расположенными в шахматном порядке на диаметральных сторонах кожуха (SU №1315721, F 22 D 1/32; опубликовано 07.06.87).

По совокупности признаков этот известный теплообменник является наиболее близким к заявляемому и принимается за прототип.

Недостатком данного подогревателя является необходимость подвода пара к трубному пучку (трубной системе) через отверстия в кожухе, расположенные с диаметральных сторон, что требует прохождения ˜50% пара между корпусом и трубной системой, для чего необходимо увеличение диаметра корпуса, чтобы обеспечить достаточное сечение для прохода пара. Кроме того, необходимая разность давления пара над и под горизонтальными перегородками, предотвращающая проход конденсата пара через кольцевые зазоры в месте прохода труб через отверстия в горизонтальных перегородках, обеспечивается только у 50% этих перегородок.

Заявляемое решение позволяет повысить экономичность работы подогревателя путем интенсификации теплообмена за счет уменьшения толщины пленки конденсата на трубах теплообменной поверхности.

Предложен теплообменник, включающий корпус с размещенным в нем трубным пучком и основными горизонтальными перегородками, водоподводящую и водоотводящую камеры с патрубками входа и выхода нагреваемой среды и патрубок подвода пара в паровой объем корпуса, при этом под каждой, или через одну, или через две, основной горизонтальной перегородкой параллельно ей на расстоянии, меньшем расстояния между основными перегородками, установлена дополнительная горизонтальная перегородка, основные и дополнительные горизонтальные перегородки заключены в кожух, верхняя часть которого прикреплена к дополнительным перегородкам на части их внешнего периметра, а нижняя - к основным перегородкам, расположенным над следующими дополнительными перегородками, причем дополнительные перегородки соединены герметичными каналами с верхними основными перегородками. Кроме того, высота герметичного канала, соединяющего основную и дополнительную перегородки, может быть равной или большей расстояния между ними.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид теплообменника, на фиг.2 - разрез по А-А, на фиг.3 - разрез по Б-Б, на фиг.4 - разрез по С-С, на фиг.5, 6 - варианты исполнения теплообменника с различной высотой герметичного канала.

Теплообменник включает вертикальный корпус 1 с размещенным в нем трубным пучком 2 и основными горизонтальными перегородками 3, водоподводящую 4 и водоотводящую 5 камеры с патрубками входа 6 и выхода 7 нагреваемой среды и патрубок подвода пара 8 в паровой объем корпуса 1. Под каждой, или через одну, или через две, основной горизонтальной перегородкой 3 параллельно ей на расстоянии, меньшем расстояния между основными перегородками, установлена дополнительная горизонтальная перегородка 9. Основные 3 и дополнительные 9 горизонтальные перегородки заключены в кожух 10, верхняя часть которого прикреплена к дополнительным перегородкам 9 на части их внешнего периметра, а нижняя - к основным перегородкам 3, расположенным над следующими дополнительными перегородками. Дополнительные перегородки 9 соединены герметичными каналами 11 с верхними основными перегородками 3.

Высота герметичного канала 11, соединяющего основную 3 и дополнительную 9 перегородки может быть равной или большей расстояния между ними. Трубная система 2 разделена основными и дополнительными перегородками на разной высоты отсеки 12 и 13 и в ней установлена вертикальная перфорированная труба 14 для отвода неконденсирующихся газов. В центральной части дополнительных перегородок 9 выполнены отверстия 15 для выхода неконденсирующихся газов из отсеков 13. На корпусе 1 имеется патрубок для выхода конденсата пара 16. Водоподводящая 4 и водоотводящая 5 камеры приварены к трубной доске 17.

Теплообменник работает следующим образом.

Нагреваемая вода через патрубок 6 поступает в водоподводящую камеру 4, совершает первый и второй ход в трубах трубной системы 2 и возвращается в водоотводящую камеру 5, откуда отводится через патрубок 7. Нагрев воды в трубах трубной системы происходит при конденсации пара, поступающего в корпус 1 через патрубок 8. Пар при входе в корпус 1 распределяется по всей его высоте и входит в отсеки 12, ограниченные по периметру кожухом 10 только с одной стороны, в том месте, где кожух 10 имеет "окно" для входа пара в трубную систему 2. При своем движении пар последовательно проходит вначале трубы второго, а затем первого ходов нагреваемой воды, конденсируется, а несконденсировавшиеся газы (воздух) поступают в перфорированную трубу 14 и через соответствующий патрубок выводятся из теплообменника. Учитывая, что при движении в отсеках 12 пар омывает максимальное количество рядов труб, потери давления пара в этих отсеках максимальное. Суммарная величина поверхности нагрева, заключенная в отсеках 12, значительно больше суммарной величины поверхности нагрева отсеков 13, поэтому не требуется увеличения зазора для прохода пара между корпусом 1 и кожухами 10 к трубам первого хода в зоне отсеков 13. В отсеки 13, ограниченные дополнительной перегородкой 9 и расположенной над ней ближайшей основной перегородкой 3, пар из зазора между корпусом 1 и трубной системой 2 поступает одновременно на трубы поверхности нагрева первого и второго хода нагреваемой воды и движется от периферии трубной системы к центру теплообменника (фиг.1 и 4). При этом количество рядов труб, омываемых потоком пара, в два раза меньше, чем при давлении пара в отсеках 12 и поэтому потери давления пара в отсеках 13 будут меньше, чем в отсеках 12. Неконденсировавшиеся газы из отсеков 13 отводятся в нижерасположенные отсеки 12 через отверстия 15. Поэтому среднее давление пара в отсеке 13 будет больше давления пара в отсеке 12. Эта разница давлений будет препятствовать проходу конденсата пара через кольцевые зазоры, образованные при прохождении труб поверхности нагрева через отверстия в основных горизонтальных перегородках 3, расположенных в непосредственной близости над дополнительными перегородками 9. Конденсат греющего пара с этих основных перегородок 3 будет сливаться через каналы 11 под дополнительные перегородки 9, не заливая нижерасположенные участки труб поверхности нагрева (фиг.4, 5, 6), что приведет к уменьшению толщины пленки конденсата на теплообменной поверхности. При своем дальнейшем движении этот конденсат поступает на трубную доску 17 и совместно с конденсатом с перегородок 9 отводится из подогревателя через патрубок 16.

Таким образом, за счет соответствующего выполнения установки кожуха, основных и дополнительных горизонтальных перегородок, соединенных герметичными каналами, обеспечивается интенсификация теплообмена на части труб поверхности нагрева трубной системы и повышается экономичность работы подогревателя.