Патент на изобретение №2341726

(54) ШИРМОВЫЙ ПАРОВОДЯНОЙ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на атомных и тепловых электростанциях для подогрева питательной воды. Ширмовый пароводяной подогреватель содержит вертикальный корпус с зоной охлаждения конденсата. В корпусе вокруг центрального коллектора продольно установлен пучок трубчатых ширм, выполненный в виде последовательно соединенных по ходу подогреваемой воды горизонтальных и вертикальных участков. Пучок ширм снабжен периферийными наружным и внутренним кожухами, расположенными соответственно со стороны корпуса и коллектора, и имеет верхнюю и нижнюю стенки. Верхняя стенка размещена в полости пучка, расположенной в зоне охлаждения конденсата, и соединена с внутренним кожухом, а нижняя установлена под пучком ширм с зазором относительно коллектора и соединена с наружным кожухом. При этом горизонтальный участок пучка ширм, расположенный в зоне охлаждения конденсата, снабжен, по меньшей мере, двумя поперечными перегородками, одна из которых установлена со стороны кожуха, соединена с верхней стенкой и расположена с зазором относительно нижней стенки, а другая расположена со стороны коллектора, соединена с нижней стенкой и расположена с зазором относительно верхней стенки. Такое устройство подогревателя позволяет организовать интенсивный теплообмен в зоне охлаждения конденсата за счет высокоскоростного поперечного омывания труб конденсатом. 2 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на атомных и тепловых электростанциях для подогрева питательной воды, основного конденсата и воды теплосети.

Известен камерный пароводяной подогреватель, содержащий горизонтальный корпус с верхней зоной конденсации пара и нижней зоной охлаждения конденсата, а также трубный пучок, продольно установленный в корпусе с одной стороны от торцевой камеры, подключенный к ней концами труб и выполненный в виде последовательно соединенных по ходу подогреваемой воды верхнего горизонтального, вертикального и нижнего горизонтального участков, образующих полость, открытую со стороны камеры, причем часть этой полости и часть нижнего горизонтального участка трубного пучка расположены в зоне охлаждения конденсата, при этом трубный пучок снабжен периферийным кожухом и в зоне охлаждения конденсата имеет верхнюю и нижнюю стенки, первая из которых размещена в полости пучка и соединена с камерой, а нижняя стенка установлена под трубным пучком, соединена с кожухом и выполнена с патрубками подвода и отвода конденсата, при этом часть нижнего горизонтального участка пучка, расположенная в зоне охлаждения конденсата, снабжена поперечной перегородкой, соединенной с нижней стенкой между патрубками подвода и отвода конденсата и расположенной с зазором относительно верхней стенки (см. авторское свидетельство SU 1076699, М. кл. F22D 1/32, 1982).

Недостатком камерного подогревателя является плоская форма трубной доски камеры подогреваемой воды, для которой характерна большая толщина (до 800 мм в подогревателях высокого давления мощных сверхкритических турбоустановок), а также большая масса таких трубных досок, большая глубина сверлений и большой объем высверливаемого металла. При этом толстые трубные доски характеризуются сложной технологией и трудоемкостью изготовления. Сложна и эксплуатация камерных подогревателей из-за необходимости предварительного прогрева толстых трубных досок.

К настоящему изобретению наиболее близким техническим решением из известных (прототипом) является ширмовый пароводяной подогреватель, содержащий вертикальный корпус с верхней зоной конденсации пара и нижней зоной охлаждения конденсата, а также пучок трубчатых ширм, продольно установленный в корпусе вокруг центрального коллектора, подключенный к его камерам концами труб и выполненный в виде последовательно соединенных по ходу подогреваемой воды горизонтальных и вертикальных участков, образующих полости, открытые со стороны соответственно коллектора и корпуса, причем, по меньшей мере, одна из полостей пучка, открытых со стороны коллектора, и, по меньшей мере, один из горизонтальных участков пучка ширм расположены в зоне охлаждения конденсата (см. патент RU 2116562, М. кл. F22D 1/32, 1998).

В ширмовых подогревателях вместо плоской трубной доски используются цилиндрические трубные доски, которые по сравнению с плоскими трубными досками при тех же параметрах имеет меньшую толщину, что снижает металлоемкость, упрощает технологию изготовления и эксплуатацию подогревателя.

Недостатком прототипа является повышенная требуемая поверхность теплообмена в зоне охлаждения конденсата из-за недостаточных скоростей конденсата и соответственно недостаточной интенсивности теплообмена в межтрубном пространстве пучка ширм, что повышает металлоемкость ширмового подогревателя.

Технической задачей изобретения является повышение скорости конденсата в межтрубном пространстве пучка ширм и соответственно интенсивности теплообмена в межтрубном пространстве пучка ширм, что снизит металлоемкость ширмового подогревателя.

Техническая задача изобретения решается в ширмовом пароводяном подогревателе, содержащем вертикальный корпус с верхней зоной конденсации пара и нижней зоной охлаждения конденсата, а также пучок трубчатых ширм, продольно установленный в корпусе вокруг центрального коллектора, подключенный к его камерам концами труб и выполненный в виде последовательно соединенных по ходу подогреваемой воды горизонтальных и вертикальных участков, образующих полости, открытые со стороны соответственно коллектора и корпуса, причем, по меньшей мере, одна из полостей пучка, открытых со стороны коллектора, и, по меньшей мере, один из горизонтальных участков пучка ширм расположены в зоне охлаждения конденсата, при этом пучок ширм снабжен наружным и внутренним периферийными кожухами, расположенными соответственно со стороны корпуса и коллектора, а также верхней и нижней стенками, первая из которых размещена в полости пучка, расположенной в зоне охлаждения конденсата, и соединена с внутренним кожухом, а нижняя стенка установлена под пучком ширм и соединена с наружным кожухом, при этом горизонтальный участок пучка ширм, расположенный в зоне охлаждения конденсата, снабжен, по меньшей мере, двумя поперечными перегородками, первая из которых установлена со стороны наружного кожуха, соединена с верхней стенкой и расположена с зазором относительно нижней стенки, а вторая поперечная перегородка расположена со стороны коллектора, соединена с нижней стенкой и расположена с зазором относительно верхней стенки.

Снабжение пучка ширм внутренним и наружным периферийными кожухами, а также верхней и нижней стенками, первая из которых размещена в полости пучка, расположенной в зоне охлаждения конденсата, и соединена с внутренним кожухом, а нижняя стенка установлена под пучком ширм и соединена с наружным кожухом, позволяет выделить зону охлаждения конденсата с наиболее холодным горизонтальным участком пучка ширм. При этом снабжение горизонтального участка пучка ширм, расположенного в зоне охлаждения конденсата, по меньшей мере, двумя поперечными перегородками, первая из которых установлена со стороны наружного кожуха, соединена с верхней стенкой и расположена с зазором относительно нижней стенки, а вторая поперечная перегородка расположена со стороны коллектора, соединена с нижней стенкой и расположена с зазором относительно верхней стенки, позволяет организовать интенсивный теплообмен в зоне охлаждения конденсата за счет высокоскоростного поперечного смывания труб конденсатом. Повышение интенсивности теплообмена приводит к снижению необходимой поверхности теплообмена в зоне охлаждения конденсата и к снижению металлоемкости подогревателя.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид ширмового пароводяного подогревателя; на фиг.2 – узел I фиг.1.

Ширмовый пароводяной подогреватель содержит вертикальный корпус 1 с верхней зоной 2 конденсации пара и нижней зоной 3 охлаждения конденсата. В корпусе 1 вокруг центрального коллектора 4 продольно установлен пучок трубчатых ширм, который выполнен в виде последовательно соединенных по ходу подогреваемой воды горизонтальных и вертикальных участков 5 и 6 соответственно. При этом пучок ширм подключен концами труб к раздающей и собирающей камерам 7 и 8 соответственно центрального коллектора 4. Участки 5 и 6 пучка образуют полости 9 и 10, открытые со стороны соответственно коллектора 4 и корпуса 1. По меньшей мере, одна из полостей 9 пучка, открытых со стороны коллектора 4, и, по меньшей мере, один из горизонтальных участков 5 пучка ширм расположены в зоне 3 охлаждения конденсата.

Пучок ширм снабжен периферийным наружным кожухом 11 и периферийным внутренним кожухом 12, расположенными соответственно со стороны корпуса 1 и коллектора 4. Кроме того, пучок ширм имеет верхнюю и нижнюю стенки 13 и 14 соответственно. Верхняя стенка 13 размещена в полости 9 пучка, расположенной в зоне 3 охлаждения конденсата, и соединена с внутренним кожухом 12. Нижняя стенка 14 установлена под пучком ширм с зазором 15 относительно коллектора 4 и соединена с наружным кожухом 11. При этом горизонтальный участок 5 пучка ширм, расположенный в зоне 3 охлаждения конденсата, снабжен, по меньшей мере, двумя поперечными перегородками 16 и 17. Перегородка 16 установлена со стороны кожуха 11, соединена с верхней стенкой 13 и расположена с зазором 18 относительно нижней стенки 14. Перегородка 17 расположена со стороны коллектора 4, соединена с нижней стенкой 14 и расположена с зазором 19 относительно верхней стенки 13.

Корпус 1 в зоне 2 конденсации пара выполнен с патрубком 20 подвода пара, а в зоне 3 охлаждения конденсата под пучком ширм – патрубком 21 отвода конденсата. Зона 3 корпуса 1 заполнена конденсатом с образованием уровня 22. Над уровнем 22 конденсата установлено устройство 23 отвода неконденсирующихся газов. В полостях 9 и 10 пучка ширм, расположенных в зоне 2 корпуса 1, установлены желоба 24 для сбора конденсата. Пучок ширм снабжен дистанционирующими устройствами 25.

Ширмовый пароводяной подогреватель работает следующим образом.

Греющий пар через патрубок 20 подают в зону 2 корпуса 1. Так как нижние участки кожуха 11 расположены под уровнем 22 конденсата, то пар не может пройти между корпусом 1 и кожухом 11, так как в этих местах образуются застойные зоны. В результате весь пар равномерно распределяется по межтрубному пространству пучка ширм. Опускаясь вниз, пар конденсируется на горизонтальных и вертикальных участках 5 и 6 соответственно пучка ширм. Конденсат собирается желобами 24, из которых затем сливается на уровень 22 конденсата в корпусе 1.

По мере движения вниз и конденсации на трубах ширм концентрация пара уменьшается, а концентрация неконденсирующихся газов соответственно увеличивается. Конденсация последнего пара происходит непосредственно над уровнем 22 конденсата в корпусе 1. Из этой зоны устройством 23 осуществляют отвод неконденсирующихся газов.

Конденсат через проем между верхней стенкой 13 и кожухом 11 опускается вниз с уровня 22 до зазора 18, охлаждаясь на трубах вертикального участка 6 пучка до промежуточной температуры. В зазоре 18 конденсат разворачивается на 180° и потом поднимается вверх, охлаждаясь при поперечном омывании труб горизонтального участка 5 пучка. В зазоре 19 конденсат опять разворачивается на 180° и затем опускается вниз к зазору 15, омывая трубы наиболее холодных участков 5 пучка ширм. Здесь конденсат охлаждается до конечной температуры. Из корпуса 1 конденсат выводится по патрубку 21.

Подогреваемую воду (питательную воду системы регенерации паротурбинной установки, или основной конденсат этой системы, или воду теплосети) подают в раздающую камеру 7 центрального коллектора 4, а из камеры 7 – во входные концы труб каждой ширмы пучка. Далее вода проходит по трубам чередующихся между собой горизонтальных и вертикальных участков 5 и 6 соответственно пучка ширм, где подогревается за счет конденсации пара в зоне 2 корпуса 1 и за счет охлаждения конденсата в его зоне 3. Нагретая вода через выходные концы труб ширм попадает в собирающую камеру 8 коллектора 4 и затем выводится из подогревателя.

Формула изобретения

Ширмовый пароводяной подогреватель, содержащий вертикальный корпус с верхней зоной конденсации пара и нижней зоной охлаждения конденсата, а также пучок трубчатых ширм, продольно установленный в корпусе вокруг центрального коллектора, подключенный к его камерам концами труб и выполненный в виде последовательно соединенных по ходу подогреваемой воды горизонтальных и вертикальных участков, образующих полости, открытые со стороны соответственно коллектора и корпуса, причем, по меньшей мере, одна из полостей пучка, открытых со стороны коллектора, и, по меньшей мере, один из горизонтальных участков пучка ширм расположены в зоне охлаждения конденсата, отличающийся тем, что пучок ширм снабжен наружным и внутренним периферийными кожухами, расположенными соответственно со стороны корпуса и коллектора, а также верхней и нижней стенками, первая из которых размещена в полости пучка, расположенной в зоне охлаждения конденсата, и соединена с внутренним кожухом, а нижняя стенка установлена под пучком ширм и соединена с наружным кожухом, при этом горизонтальный участок пучка ширм, расположенный в зоне охлаждения конденсата, снабжен, по меньшей мере, двумя поперечными перегородками, первая из которых установлена со стороны наружного кожуха, соединена с верхней стенкой и расположена с зазором относительно нижней стенки, а вторая поперечная перегородка расположена со стороны коллектора, соединена с нижней стенкой и расположена с зазором относительно верхней стенки.

РИСУНКИ