МОДУЛЬ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

Область техники
Полезная модель относится к теплоэнергетике, а именно теплообменным аппаратам модульной конструкции и может применяться для утилизации тепла отходящих газов с целью подогрева теплоносителя, в частности, в котлах-утилизаторах.
Уровень техники
Теплообменные аппараты модульной конструкции хорошо известны из уровня техники.
В патенте RU 2543104 (опубл. 27.02.2015) предложен модульный теплообменник, содержащий корпус с первой камерой для подачи через нее горячего газа, второй камерой для подачи через нее холодного газа и множеством тепловых труб, располагающихся между первой камерой и второй камерой. В камерах располагаются перегородочные панели для деления камер на отсеки с тепловыми трубами, причем перегородочные панели расположены в плоскости, по существу параллельной потоку газа через камеры, причем направление потока газа через один отсек с тепловыми трубами является параллельным направлению газа через соседний отсек с тепловыми трубами. Тепловые трубы собирают в один или несколько картриджей. Каждый картридж с тепловыми трубами содержит раму с опорной панелью, которая при установке картриджа в отсек взаимодействует с разделительной стенкой между первой камерой и второй камерой, чтобы образовывать газонепроницаемое разделение между первой и второй камерами. Тепловые трубы пересекают опорную панель и прикреплены к ней газонепроницаемым образом.
Известен модульный многоходовый теплообменник (патент RU 118401, опубл. 20.07.2012), содержащий соединенные между собой теплообменные модули, включающие теплообменные трубки, смонтированные, по крайней мере, в два ряда на прямоугольной трубной решетке и закрытые покрывающими стенками, коллекторы подвода и отвода теплоносителя и, по крайней мере, одну перепускную камеру между двумя смежными рядами теплообменных трубок, расположенных в одной плоскости, причем покрывающие стенки модулей соединены между собой перемычками, в котором теплообменные модули установлены на опорной раме друг за другом последовательно в горизонтальной плоскости и соосно ориентированы с помощью центровочных узлов, причем каждая перемычка, неразъемно соединяющая покрывающие стенки двух смежных теплообменных модулей, выполнена в виде прямоугольной металлической полосы, а модульные коллекторы подвода и отвода теплоносителя, также как и перепускные камеры теплообменных модулей соединены между собой фланцевыми вставками.
Существенным недостатком вышеописанных модульных теплообменных аппаратов является то, что они содержат достаточно крупные теплообменные модули сложной конструкции.
Из-за конструктивных особенностей модуля возможно шаг увеличения мощности при наращивании мощности установки путем увеличения числа модулей получается очень большим, что на практике приведет невозможности закрытия всего диапазона мощностей установок малым числом типовых модулей.
Кроме того, сложная конструкция теплообменного модуля не позволяет осуществлять его массовое автоматизированное производство.
В заявке WO 2016108709 (опубл. 07.07.2016) раскрыт твердотопливный водогрейный котел-утилизатор модульной конструкции, содержащий теплообменный аппарат, который разбивается на секции вдоль движения газов. Теплообменные секции аппарата сболчены из трех отливок.
Однако конструкция теплообменных секций, используемых в котле, описанном в вышеуказанной заявке, не предполагает возможности работы при избыточном высоком давлении жидкого теплоносителя, и ограничена использованием только на узком рынке отопления малоэтажных зданий.
В авторском свидетельстве SU 1210050 (опубл. 07.02.1986) описывается теплообменная пластина, имеющая выступы на внутренней поверхности, расположенные в шахматном порядке по всей длине трубы, в которой с целью интенсификации теплообмена выступы имеют V-образную форму и обращены своими вершинами навстречу потоку рабочей среды. Теплообменная труба подобной конструкции может быть использована в составе секций модульных теплообменных аппаратах котлов-утилизаторов.
Однако вышеупомянутому техническому решению также присущ ряд недостатков, среди которых невозможность использования при высоком избыточном давлении, а также существенные технологические ограничения по созданию аппаратов большой мощности, обусловленные небольшим размером теплообменных пластин.
Таким образом, существующие на данный момент модульные теплообменные аппараты, используемые для утилизации тепла отходящих газов с целью подогрева теплоносителя, в частности, в котлах-утилизаторах, обладают достаточно сложной конструкцией и не могут быть произведены на автоматизированном типовом оборудовании.
Кроме того, достаточно сложная конструкция известных аппаратов делает их достаточно не удобными в обслуживании, особенно усложняет процесс их очистки и ремонта.
Из вышеизложенного следует, что на данный момент в уровне техники сохраняется потребность в модульных теплообменных аппаратах, лишенных вышеуказанных недостатков.
Раскрытие полезной модели
Задачами, на решение которой направлена данная полезная модель, являются:
1) Упрощение конструкции модуля теплообменного аппарата, используемого для утилизации тепла горячих газов с целью подогрева жидкого теплоносителя, в частности, в котлах-утилизаторах, котельных и т.д.
2) Повышение технологичности модуля теплообменного аппарата с целью обеспечения возможности его автоматизированного производства и, за счет этого, снижения затрат на производство.
3) Создание модуля, который бы позволял повышать мощность аппарата с маленьким шагом, и без изменения оптимальной скорости движения газов и жидкости, для обеспечения оптимальных значений теплопередачи.
Техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели, является упрощение конструкции и снижение трудоемкости изготовления модуля теплообменного аппарата, что обеспечивает возможность его массового производства на автоматическом оборудовании, удобство в обслуживании и улучшенную ремонтопригодность.
Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата предложен модуль теплообменного аппарата, состоящий из рамы с охлаждаемыми стенками, имеющей отверстия для входа и выхода теплоносителя и выполненной с разрывом для установки компенсатора тепловых расширений, в которой установлены теплообменные трубы, причем в месте входа теплоносителя выполнено скользящее соединение стенок рамы и теплообменных труб.
Согласно одному варианту выполнения полезной модели теплообменный модуль может содержать два ряда гладких и/или оребренных труб, расположенных, в частности, в шахматном порядке.
В другом варианте выполнения теплообменный модуль может содержать только один ряд теплообменных труб (гладких и/или оребренных).
При использовании в теплообменном аппарате модули могут быть присоединены непосредственно друг к другу.
Для точной регулировки теплопередачи между модулями теплообменный аппарат может дополнительно содержать регулирующие мощность прокладки, расположенные между теплообменными модулями. Прокладки увеличивают проходное сечение и уменьшают тем самым теплопередачу, и, следовательно, мощность аппарата, без изменения конструкции самих модулей.
Регулирующие прокладки могут быть выполнены в виде металлических рамок, размещаемых между соседними модулями аппарата.
Количество регулирующих прокладок, а также их толщина зависят от требуемой мощности теплообменного аппарата, которая может определяться его назначением. Таким образом, изменяя толщину и/или количество прокладок можно добиваться точного регулирования мощности аппарата.
Осуществление полезной модели
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется следующими сопроводительными чертежами, на которых:
На фиг. 1. показан модульный теплообменный аппарат, содержащий модуль заявляемой конструкции согласно одному из вариантов выполнения полезной модели.
На фиг. 2 показана конструкция отдельного модуля теплообменного аппарата, изображенного на Фиг. 1.
На фиг. 3 показан общий вид теплообменного модуля согласно одному варианту выполнения полезной модели.
На фиг. 4 показано поперечное сечение теплообменного модуля, изображенного на фиг. 3.
На фиг. 5 показан модульный теплообменный аппарат согласно еще одному варианту выполнения полезной модели.
На фиг. 1 показан вариант выполнения модульного теплообменного аппарата, состоящего из 12 теплообменных модулей 1, закрытых с двух сторон водоохлаждаемыми крышками 2, имеющего общий с крышками разрыв газоплотного объема, занимаемого компенсатором 3.
Аппарат снабжен отверстиями 4, 5 для входа и выхода теплоносителя, а также отверстиями 6, 7 для входа и выхода выхлопных газов.
При сборке аппарата теплообменные модули 1, ограниченные крышками, образуют общий газоплотный объем аппарата. Разбиение газоплотного объема аппарата на модули производится вдоль движения газов, что позволяет увеличивать площадь теплообменной поверхности и мощность теплообменного аппарата с сохранением оптимальной скорости движения газов и жидкого теплоносителя.
На фиг. 2 отдельно показан модуль заявляемой конструкции, используемый в теплообменном аппарате, изображенном на фиг. 1. Модуль 1 состоит из рамы 8 с охлаждаемыми стенками, имеющей отверстия для входа и выхода теплоносителя и выполненной с разрывом 9 для установки компенсатора тепловых расширений, в которой установлены гладкие 10 и оребренные 11 теплообменные трубы. В месте подвода теплоносителя, охлаждающего стенки рамы, выполнено скользящее соединение 13, исключающее появление напряжений, вызванных температурным расширением труб и рамы.
Внутренний объем теплообменного модуля может быть разделен на ходы газоотбойными перегородками 12, расположенными перпендикулярно теплообменным трубам, обеспечивая многоходовой режим прохождения газов. На фиг. 2 показан трехходовой вариант выполнения.
При работе теплообменного аппарата жидкий теплоноситель движется по теплообменным трубам, омываемых потоком горячих газов, движущимся перпендикулярно трубам.
В холодной части модуля может быть выполнен компенсатор 3, позволяющий холодной части свободно перемещаться относительно рамы.
На фиг. 3 показан общий вид модуля 1 теплообменного аппарата, который содержит два ряда гладких и оребренных труб. На поперечном сечении видно, что теплообменные трубы расположены в шахматном порядке (фиг. 4).
Фиг. 5 иллюстрирует вариант модульного теплообменного аппарата, состоящего из модулей заявляемой конструкции, содержащих один ряд оребренных теплообменных труб. В данном случае теплообменный модуль не содержит газоотбойных перегородок, т.е. на фиг. 5 представлен одноходовой вариант выполнения.
Кроме того, в аппарате, показанном на фиг. 5 теплообменные модули разделены металлическими прокладками 14, позволяющими регулировать мощность аппарата.