Патент на изобретение №2293914

(54) ТЕПЛООБМЕННИК

(57) Реферат:

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. Предложен теплообменник, включающий водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, корпус с патрубком входа пара, установленную в корпусе трубную систему со встроенным охладителем конденсата, разделенным на секции с присоединенными к ним разной длины патрубками входа охлаждаемого конденсата в каждую секцию охладителя конденсата, при этом под корпусом теплообменника установлен конденсатосборник, соединенный с корпусом патрубком слива конденсата, а нижняя кромка патрубков выхода конденсата из каждой секции охладителя конденсата расположена на разном расстоянии от днища конденсатосборника. Заявляемое техническое решение для регулирования уровня не нуждается в наличии большого количества конденсата в корпусе теплообменника. Конденсат пара в рассматриваемом теплообменнике стекает в один или несколько конденсатосборников, расположенных под теплообменником, где и создаются условия для регулирования его уровня на определенных высотах (пределах). При сбросе нагрузки турбиной конденсат в конденсатосборнике вскипает, но поступление его в корпус теплообменника ограничивается известными решениями (например, установкой на трубопроводе слива конденсата из корпуса в теплообменник сопла). Пар самовскипания конденсата, находящийся в момент сброса нагрузки турбиной внутри секций встроенного охладителя, поступает в конденсатосборник, откуда доступ его совместно с паром самовскипания конденсата в корпусе в турбину затруднен. В конденсатосборник заведены нижние концы патрубков входа конденсата в секции встроенного охладителя конденсата, и, в зависимости от уровня конденсата в нем, обеспечивается включение в работу одной или двух секций охладителя или полное его исключение из работы. В секции, не работающие в режиме охладителя конденсата, поступает пар, и поверхность нагрева их работает в режиме конденсации, обеспечивая увеличение подогрева нагреваемой воды. Таким образом, заявляемое решение позволяет повысить экономичность работы теплообменника за счет возможности исключения из работы поверхности теплообмена, работающей в режиме охладителя конденсата пара, и перевод ее в режим работы с конденсацией пара, а также повысить надежность работы турбоустановки за счет ограниченного поступления пара самовскипания в корпус теплообменника из конденсатосборника.

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 с патрубками входа и выхода нагреваемой воды и поворотную водяные камеры, трубную систему, конденсатосборник под корпусом, соединенный с ним трубопроводом слива конденсата (Отраслевой каталог Теплообменное оборудование паротурбинных установок, часть II, 20-89-09. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1989, с.66-67, рис.39).

Недостатком известного подогревателя является отсутствие встроенного охладителя конденсата, обеспечивающего возможность переохлаждения конденсата греющего пара, повышающего экономичность (сокращается расход греющего пара) и создающего (за счет переохлаждения конденсата) оптимальные условия для надежной и стабильной работы регулирующего клапана, устанавливаемого на трубопроводе отвода конденсата из конденсатосборника.

Известен теплообменник, включающий корпус с патрубком подвода пара и патрубком слива его конденсата, распределительную водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, трубную систему с встроенным охладителем конденсата, разделенным на секции, и расположенными внутри корпуса разной длины патрубками входа охлаждаемого конденсата в каждую секцию охладителя, причем нижняя кромка этих патрубков, в зависимости от условий работы, может поочередно или одновременно располагаться как под уровнем конденсата, так и над ним. Если нижняя кромка одного из патрубков находится под уровнем конденсата, то охлаждаемый конденсат поступает в эту секцию охладителя и охлаждается. Если нижняя кромка патрубка входа конденсата в охладитель находится выше уровня конденсата в корпусе, конденсат пара в него не поступает и не охлаждается (SU 1076699, МПК F 22 D 1/32; опубликовано 28.02.84 г.).

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

Недостатком известного теплообменника, принятого за прототип, является необходимость выполнять в корпусе под трубной системой регулирование уровня конденсата на нескольких пределах (в данном случае на двух), для чего необходимо иметь в нижней части корпуса большое количество конденсата с температурой, близкой к температуре насыщения при давлении пара в корпусе теплообменника. Это снижает надежность работы турбоустановки, так в случае резкого сброса турбиной нагрузки это большое количество конденсата, находящегося в нижней части корпуса и непосредственно внутри секций охладителя конденсата, вскипает и пар самовскипания совместно с подхваченным им конденсатом через патрубок входа пара может поступить в проточную часть турбины и вызвать разрушение лопаточного аппарата.

Заявляемое техническое решение для регулирования уровня не нуждается в наличии большого количества конденсата в корпусе теплообменника. Конденсат пара в рассматриваемом теплообменнике стекает в один или несколько конденсатосборников, расположенных под теплообменником, где и создаются условия для регулирования его уровня на определенных высотах (пределах). При сбросе нагрузки турбиной конденсат в конденсатосборнике вскипает, но поступление его в корпус теплообменника ограничивается известными решениями (например, установкой на трубопроводе слива конденсата из корпуса в теплообменник сопла). Пар самовскипания конденсата, находящийся в момент сброса нагрузки турбиной внутри секций встроенного охладителя, поступает в конденсатосборник, откуда доступ его совместно с паром самовскипания конденсата в корпусе в турбину затруднен. В конденсатосборник заведены нижние концы патрубков входа конденсата в секции встроенного охладителя конденсата, и, в зависимости от уровня конденсата в нем, обеспечивается включение в работу одной или двух секций охладителя или полное его исключение из работы. В секции, не работающие в режиме охладителя конденсата, поступает пар, и поверхность нагрева их работает в режиме конденсации, обеспечивая увеличение подогрева нагреваемой воды. Таким образом, заявляемое решение позволяет повысить экономичность работы теплообменника за счет возможности исключения из работы поверхности теплообмена, работающей в режиме охладителя конденсата пара, и перевод ее в режим работы с конденсацией пара, а также повысить надежность работы турбоустановки за счет ограниченного поступления пара самовскипания в корпус теплообменника из конденсатосборника.

Предложен теплообменник, включающий водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, корпус с патрубком входа пара, установленную в корпусе трубную систему со встроенным охладителем конденсата, разделенным на секции с присоединенными к ним разной длины патрубками входа охлаждаемого конденсата в каждую секцию охладителя конденсата, при этом под корпусом теплообменника установлен конденсатосборник, соединенный с корпусом патрубком слива конденсата, а нижняя кромка патрубков выхода конденсата из каждой секции охладителя конденсата расположена на разном расстоянии от днища конденсатосборника.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где изображен теплообменник, продольный разрез.

Теплообменник включает водяную камеру 1 с патрубком входа 2 и выхода 3 нагреваемой воды, корпус 4 с патрубком входа пара 5, трубную систему 6, разделенный на секции 7 и 8 встроенный охладитель конденсата с патрубками 9 и 10 выхода конденсата соответственно из секции 7 и 8 охладителя конденсата. Под корпусом 4 теплообменника установлен конденсатосборник 11, соединенный с корпусом 4 патрубком слива конденсата 12, с секцией 8 охладителя конденсата – патрубком 13, с секцией 7 охладителя конденсата – патрубком 14. Нижняя кромка патрубков выхода конденсата из каждой секции охладителя конденсата 8 и 7 расположена на разном расстоянии от днища конденсатосборника 11. Для выхода конденсата из конденсатосборника 11 предусмотрен патрубок 15, к которому присоединен трубопровод 16 с задвижкой 17. Уровень конденсата в конденсатосборнике наблюдается по водоуказательному стеклу. На корпусе 4 установлен патрубок 18 с присоединенным к нему трубопроводом с установленной на нем задвижкой 19. Для выхода охлаждаемого конденсата из секции 8 охладителя конденсата установлен трубопровод 20, на котором установлена задвижка 21. Для выхода охлаждаемого конденсата из секции 7 охладителя конденсата установлен трубопровод 22 с установленной на нем задвижкой 23. Трубопроводы 20 и 22 после задвижек 21 и 23 соединены между собой и объединены в трубопровод 24, к которому после задвижки 17 присоединен трубопровод 16. На трубопроводе 24 установлен регулирующий клапан 25. Отвод некондесирующихся газов из корпуса 4 теплообменника, уравнительный трубопровод между корпусом 4 и конденсатосборником 11, пределы регулирования уровня, лежащая в пределах ±100÷200 мм, направляющие перегородки в секциях охладителя конденсата на чертеже не показаны.

Теплообменник работает следующим образом. Поток греющего пара через патрубок 5 поступает в корпус 4, распределяется по всей длине в его верхней части и направляется в трубную систему 6, где и конденсируется на трубах поверхности нагрева, передавая тепло нагреваемой воде, поступающей через патрубок 2 из водяной камеры 1 в эти трубы. Нагретая вода выходит из теплообменника через патрубок 3. Конденсат греющего пара из корпуса 4 через патрубок 12 направляется в конденсатосборник 11, в котором устанавливается необходимый уровень конденсата, определяющий работу обеих секций 7 и 8 охладителя (III уровень) или только одной секции 7 (II уровень) или исключающий из работы обе секции 7 и 8 в режиме охладителя (I уровень). При установке III уровня конденсата в конденсатосборнике при закрытых задвижках 17 и 19 и открытых задвижках 23 и 21 конденсат пара через патрубок 13 поступает в секцию 8 охладителя, охлаждается в ней, далее через патрубок 10, трубопроводы 20, 24 и регулирующий клапан 25 охлажденный конденсат выводится из теплообменника. При необходимости сократить величину поверхности охладителя и повысить температуру охлаждаемого конденсата на выходе, устанавливается II уровень конденсата в конденсатосборнике. В секцию 7 охладителя конденсат поступает через патрубок 14, охлаждается и через патрубок 9, трубопроводы 22 и 4 выводится из теплообменника. В этом случае (когда установлен III уровень конденсата в конденсатосборнике) достигается максимальное переохлаждение конденсата.

При понижении уровня конденсата в конденсатосборнике до II уровня в работе, в режиме охлаждения конденсата, сохраняется только секция 7 охладителя, в которую охлаждаемый конденсат поступает через патрубок 14 и выводится через патрубок 9, трубопроводы 22 и 24 при закрытой задвижке 21. В секцию 8 охладителя через патрубок 13 поступает пар, который конденсируется в этой секции, а конденсат пара через трубопровод 20, задвижку 19 и патрубок 18 поступает в корпус 4 теплообменника и по патрубку 12 сливается в конденсатосборник 11.

При необходимости исключить из работы в режиме охлаждения конденсата секции 7 и 8 охладителя уровень конденсата в конденсатосборнике 11 устанавливается на I пределе уровня. Открываются задвижки 17, 19, 23, закрывается задвижка 21. В обе секции 7 и 8 охладителя пар поступает из конденсатосборника 11 через патрубки 14 и 13. В этих секциях пар конденсируется, а конденсат из секции 7 через патрубок 9, трубопроводы 22 и 24 и регулирующий клапан 25 выводится из теплообменника. Конденсат пара из секции 8 охладителя через патрубок 10, трубопровод 20, задвижку 19 и патрубок 18 направляется в корпус и по патрубку 12 направляется в конденсатосборник 11, откуда через патрубок 15, трубопровод 16, задвижку 17 конденсат через регулирующий клапан 25 выводится из теплообменника. Таким образом, в этом режиме переохлаждения не происходит, а вся поверхность охладителя конденсата работает в режиме конденсации пара.

Формула изобретения

Теплообменник, включающий водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, корпус с патрубком входа пара, установленную в корпусе трубную систему со встроенным охладителем конденсата, разделенным на секции с присоединенными к ним разной длины патрубками входа охлаждаемого конденсата в каждую секцию охладителя конденсата, отличающийся тем, что под корпусом теплообменника установлен конденсатосборник, соединенный с корпусом патрубком слива конденсата, при этом нижняя кромка патрубков выхода конденсата из каждой секции охладителя конденсата расположена на разном расстоянии от днища конденсатосборника.

РИСУНКИ