ТЕПЛООБМЕННИК

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

Известен поверхностный подогреватель, содержащий корпус с патрубком подвода пара и отвода его конденсата, распределительную водяную камеру с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды, трубную доску и трубную систему из прямых труб, поворотную (плавающую) водяную камеру (Отраслевой каталог. Теплообменное оборудование паротурбинных установок, часть II, 20-89-09. М.ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1989, с.59, рис.36).

Недостатком известного подогревателя является ограничение в величине подогрева нагреваемой воды. При двух ходах нагреваемой воды в подогревателе и одном источнике подвода тепла (пар из отбора турбины при постоянном давлении) одна половина металла трубной доски, через которую проходят трубы первого хода, будет иметь температуру, равную температуре нагреваемой воды на входе, а температура другой половины будет равна температуре нагреваемой воды на выходе. Поэтому максимальный подогрев воды (разница температур воды на входе и выходе из подогревателя) ограничен возникающими напряжениями в трубной доске, «короблением» ее фланцев, установленных как на корпусе, так и водяной камере, следствием чего является нарушение герметичности фланцевого разъема и вальцовочного соединения труб в трубной доске. Различный подогрев воды в пучках прямых труб первого и второго хода вызывает различные их удлинения, что приводит к изгибу всей трубной системы и к недопустимому по условиям прочности увеличению напряжения в трубах поверхности теплообмена и местах развальцовки и может вызвать «зацепление» плавающей трубной доски с корпусом. Для обеспечения надежности работы теплообменника подогрев воды в нем ограничивают 30-50°С.

Известен подогреватель, включающий 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 водяной камерой (может и над ней) (Отраслевой каталог. Теплообменное оборудование паротурбинных установок, часть I, 20-89-09, М.ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1989, с.60, рис.47).

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

Недостатком известного подогревателя, принятого за прототип, является ограничение по величине подогрева нагреваемой воды. Ограничения по максимальной величине подогрева нагреваемой воды, как было отмечено при описании аналога, связаны с возникновением, особенно при циклических нагрузках, опасного напряжения металла трубной доски, ее короблением и, как следствие, нарушением плотности фланцевого разъема и плотности вальцовочных соединений труб в трубной доске. Различное по величине удлинение труб первого и второго хода трубной системы при большой разнице температур на входе и выходе вызывает возможность истирания труб в местах прохода их через отверстия в направляющих перегородках. Во избежание этих явлений, снижающих надежность работы теплообменника, подогрев нагреваемой воды в нем ограничивают.

Заявляемое техническое решение позволяет при наличии только одного источника теплоты для подогрева воды (пар из одного отбора турбины) осуществлять подогрев воды в двух самостоятельных трубных системах, имеющих «свои» автономные трубные доски, перепад температур в которых будет составлять половину заданного максимального перепада, то есть максимальный подогрев воды делится поровну между двумя трубными системами, что снижает (устраняет) возможность «коробления» трубных досок, нарушения плотности фланцевого соединения трубной доски с фланцами водяной камеры и корпуса, а также вальцовочных соединений труб поверхности теплообмена в трубных досках, уменьшает изгиб трубных систем и возможность истирания трубок поверхности теплообмена в местах прохода их через отверстия в перегородках, что приводит к повышению надежности и экономичности теплообменника.

Предложен теплообменник, включающий корпус с патрубком входа пара, распределительную камеру с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды, трубную доску и трубную систему с перегородками, расположенную под распределительной водяной камерой, при этом в нижней части корпуса установлена дополнительная водяная камера с трубной доской и дополнительной трубной системой над ней, при этом на дополнительной водяной камере установлены патрубки подвода и отвода нагреваемой воды, патрубок выхода воды из дополнительной водяной камеры соединен внешним трубопроводом с патрубком входа нагреваемой воды на распределительной водяной камере, между трубными системами в корпусе теплообменника установлена разделительная перегородка с отверстиями и гидрозатвором, а патрубок выхода конденсата установлен на корпусе над дополнительной трубной доской.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где изображен продольный разрез теплообменника.

Теплообменник включает корпус 1 с патрубком входа пара 2, патрубком 3 выхода его конденсата и фланцем 4, распределительную водяную камеру 5 с патрубками подвода 6 и отвода 7 нагреваемой воды и фланцем 8, трубную доску 9, под которой установлена трубная система 10 с направляющими перегородками 11. К нижней части корпуса 1 при помощи фланца 12 присоединена дополнительная трубная доска 13, над которой размещена дополнительная трубная система 14 с перегородками 15, под трубной доской 13 размещена дополнительная водяная камера 16 с патрубком 17 входа нагреваемой воды и патрубком 18 выхода ее из этой камеры. Патрубок 18 соединен с патрубком 6 внешним трубопроводом 19. Внутри корпуса 1 над трубной системой 14 установлена разделительная перегородка 20 с гидрозатвором 21, отвод неконденсирующихся газов из корпуса 1 осуществляется через патрубок 22.

Теплообменник работает следующим образом. В корпус 1 теплообменника поток греющего пара поступает через патрубок 2. В зазоре, ограниченном вверху трубной доской 9, внизу - разделительной перегородкой 20, пар распределяется между стенкой корпуса 1, трубной системой 10 и из него поступает на трубы поверхности теплообмена трубной системы 10. Часть греющего пара проходит между перегородками 11 транзитом и через отверстие в разделительной перегородке 20 поступает к трубам поверхности теплообмена трубной системы 14, на которых он (пар) конденсируется и конденсат отводится через патрубок 3. В этот же патрубок через гидрозатвор 21 поступает конденсат пара с трубной системы 10. Неконденсирующиеся газы отводятся через патрубок 22, установленный в нижней части корпуса. В теплообменник поток нагреваемой воды через патрубок 17 поступает в водяную камеру 16 и далее в трубную систему 14, где вода нагревается и через патрубок 18 выводится из дополнительной водяной камеры 16. Далее по внешнему трубопроводу 19 нагреваемая вода поступает через патрубок 6 в водяную распределительную камеру 5, из которой в трубную систему 10, где вода нагревается и через патрубок 7 выводится из теплообменника. Величина поверхности теплообмена трубной системы 10 больше чем трубной системы 14 и выбрана (рассчитана) таким образом, что подогрев воды в каждой трубной системе составляет половину полного ее подогрева в теплообменнике, а это означает, что разница температур воды на входе и выходе из водяных камер 5 и 16, а следовательно, и перепад температур в металле трубных досок 9 и 13 сокращается в два раза, что уменьшает угрозу «коробления» трубной доски и, как следствие этого, нарушение плотности фланцевого соединения трубной доски 9 с фланцами 4 и 8, а также трубной доски 13 с фланцем 12 и нарушение плотности вальцовочных соединений труб поверхности теплообмена в трубных досках. Уменьшение величины подогрева воды в каждой трубной системе 10 и 14 при сохранении ее полного подогрева в теплообменнике также уменьшает ее подогрев в каждом ходе воды этих трубных систем, что сокращает величину температурных расширений (удлинений) труб в каждом ходе и уменьшает угрозу изгиба (искривления) трубных систем и истирания труб поверхности теплообмена при их проходе через направляющие перегородки 11 и 15. Таким образом повышается надежность работы теплообменника, его тепловая эффективность возрастает за счет транзитного прохода пара (пар, конденсирующийся на трубной системе 14) через трубную систему 10, что позволяет обеспечить в ней (трубной системе 10) оптимальную скорость парового потока при отсутствии застойных, плохо вентилируемых потоком пара областей. Сокращаются также тепловые потери с отводимыми через патрубок 22 неконденсирующимися газами. Кроме того, конструкция рассматриваемого теплообменника позволяет разместить в нем встроенные охладители пара и конденсата, размещенные относительно далеко друг от друга на разных трубных системах (охладитель пара в трубной системе 10, охладитель конденсата в трубной системе 14).