ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
HEAT EXCHANGER VERTICAL

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в теплообменных аппаратах регенеративных систем, систем теплоснабжения, предназначенных для подогрева воды за счет конденсации пара и переохлаждения его конденсата.
Известен поверхностный подогреватель, содержащий водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, корпус с установленными на нем патрубками входа и выхода его конденсата, трубную систему, расположенную под водяной камерой, часть труб поверхности теплообмена по всей их длине в трубной системе установкой кожуха выделена под охладитель конденсата. (Отраслевой каталог. "Теплообменное оборудование паротурбинных установок", часть I, 20-89-09. М.; ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1989, с.52, рис.39).
Недостатком известного подогревателя является необходимость располагать водяную камеру над трубами поверхности теплообмена, набранной, например, из ”U”-образных труб, из которых на период вывода подогревателя из работы не представляется возможным удалить нагреваемую воду, а также использовать под поверхность теплообмена охладителя конденсата всей длины труб первого хода, что уменьшает температурный напор и увеличивает поверхность теплообмена охладителя конденсата.
Известен теплообменник, содержащий водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, корпус с установленными на нем патрубком входа пара и выхода его конденсата, трубную систему, расположенную над водяной камерой, охладитель конденсата, под поверхность теплообмена которого выделены установкой кожуха часть длины всех труб поверхности теплообмена при входе в них нагреваемой воды (RU 2278323 С1, МПК: F22D 1/32; опубликовано 20.06.2006. Бюл. №17).
По совокупности признаков это известное техническое решение является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип.
Недостатком известного теплообменника является возможность поступления греющего пара из парового пространства корпуса в охладитель конденсата через кольцевые зазоры в местах прохода труб поверхности теплообмена через верхнюю перегородку охладителя. Такое поступление пара в охладитель конденсата возможно из-за повышенного давления пара над верхней перегородкой охладителя по сравнению с давлением конденсата под ней. Давление конденсата под верхней перегородкой будет меньше давления пара в корпусе на величину гидравлического сопротивления от места входа конденсата в охладитель до выхода его после второго хода в охладителе. (Первый ход конденсат совершает в нижней части корпуса над трубной доской). В случае прохода пара в охладитель конденсата через кольцевые зазоры прекращается поступление конденсата пара в охладитель, и прекращается работа охладителя конденсата. Угроза поступления пара через кольцевые зазоры верхней перегородки в охладитель возрастает по мере увеличения гидравлического сопротивления охладителя, увеличения диаметра отверстий из-за вибрации труб и истирания перегородки в процессе эксплуатации, из-за трудностей при малой величине кольцевого зазора теплообменника на заводе-изготовителе. Исключение из работы охладителя конденсата приводит к снижению экономичности работы теплообменника и всей системы в целом.
Заявляемое техническое решение позволяет надежно эксплуатировать охладитель конденсата, так как за счет установки камеры предотвращается возможность поступления пара из корпуса в охладитель конденсата через кольцевые зазоры в местах прохода труб поверхности теплообмена через отверстия верхней перегородки охладителя, что приводит к повышению надежности и экономичности теплообменника.
Предложен вертикальный теплообменник, включающий водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, корпус с установленными на нем патрубком входа пара и выхода его конденсата, с размещенной в нем трубной системой, включающей охладитель конденсата, при этом теплообменник снабжен камерой, установленной над охладителем конденсата, с размещенной в ней частью труб поверхности теплообмена, днищем камеры является верхний лист охладителя конденсата, а крышкой - дополнительная горизонтальная перегородка, боковые стенки камеры приварены к днищу и крышке, а на верхних участках боковых стенок камеры по всему периметру выполнены дросселирующие давление пара отверстия.
Изобретение иллюстрируется чертежом, где изображен продольный разрез вертикального теплообменника.
Теплообменник включает водяную камеру 1 с патрубком входа 2 и выхода 3 нагреваемой воды, вертикальный корпус 4 с размещенной в нем трубной системой 5. На корпусе 4 установлен патрубок входа пара 6 и выхода его конденсата 7. В трубной системе 5 при входе в нее нагреваемой воды установлен охладитель конденсата 8, из которого охлажденный конденсат через патрубок 7 и регулирующий клапан 9 выводится из теплообменника. Над верхним листом 10 охладителя конденсата 8 установлена камера 11, в которой размещена часть труб поверхности теплообмена. Боковые стенки 12 камеры 11 приварены внизу к верхнему листу 10 охладителя конденсата 8, а верхняя часть боковых листов 12 приварена к дополнительной горизонтальной перегородке 13, которая является крышкой камеры 11.
На боковых стенках 12 камеры 11 размещены дросселирующие пар отверстия 14.
Вертикальный теплообменник работает следующим образом. В водяную камеру 1 нагреваемая вода направляется через патрубок 2, далее она поступает в трубы поверхности теплообмена охладителя конденсата 8, и, после прохождения всей длины труб трубной системы 5, направляется в водяную камеру 1 и через патрубок 3 выводится из теплообменника. Греющий пар в корпус 4 поступает через патрубок 6. Равномерно распределяясь по всей высоте корпуса 4, пар поступает на трубы поверхности теплообмена трубной системы 5, конденсируется, нагревая воду, проходящую в трубах. Конденсат пара стекает в нижнюю часть корпуса 4 и, при достижении определенного (нормального) уровня, расположенного ниже верхнего листа 10 охладителя конденсата 8, поступает в охладитель 8, где, в основном, при противоточном движении охлаждается, нагревая воду, проходящую в трубах. После охладителя 8 конденсат пара поступает в патрубок 7 и через регулирующий клапан 9 выводится из теплообменника. Во время работы давление конденсата под верхним листом 10 охладителя конденсата 8 будет меньше давления пара в корпусе на величину гидравлического сопротивления при движении конденсата пара от входа конденсата в охладитель 8 до выхода его из межтрубного пространства под верхним листом 10. Для предотвращения, из-за упомянутой разницы давления над и под листом 10, поступления пара в охладитель конденсата 8 через кольцевые зазоры в местах прохода труб поверхности теплообмена через верхний лист 10 над ним установлена камера 11 с боковыми листами 12, в которых выполнены дросселирующие давление пара отверстия 14. За счет дросселирования пара в отверстиях 14 давление в камере 11 понижается до давления, которое меньше, чем давление конденсата под листом 10, что обеспечивает поступление через кольцевые зазоры конденсата из охладителя 8 в камеру 11, то есть предотвращается проход пара из парового пространства теплообменника в охладитель конденсата 8. При поступлении конденсата через кольцевые зазоры в верхнем листе 10 из охладителя 8 в камеру 11 уровень конденсата в ней может повышаться. Однако, при этом, за счет затопления поверхности теплообмена в камере 11 расход пара через дроссельные отверстия 14 уменьшается, и давление в камере 11 повышается. При этом перепад давления над и под листом 10 уменьшится, что сократит расход конденсата через кольцевые зазоры, а это приведет к понижению уровня конденсата в камере 11. Но, уменьшение уровня конденсата в камере 11 увеличит поверхность теплообмена, участвующую в конденсации пара, прошедшего через дроссельные отверстия 14. Увеличение расхода пара через дроссельные отверстия 14 повысит гидравлическое сопротивление их и приведет к уменьшению давления пара в камере 11, и уровень конденсата в ней начнет увеличиваться. Такое автоматическое поддержание уровня в камере 11 не позволит пару проходить через кольцевые зазоры в местах прохода труб поверхности теплообмена в верхнем листе 10. В случае поступления конденсата пара в камеру 11 через кольцевые отверстия в дополнительной перегородке 13 избыток этого конденсата будет "уходить" из камеры 11 в охладитель 8 через кольцевые отверстия в перегородке 10 или через дросселирующие отверстия 14 направляться в корпус 4.
Таким образом, за счет установки над охладителем конденсата 8 камеры 11, боковые листы которой с дроссельными отверстиями плотно соединены с верхним листом охладителя 10 и дополнительной горизонтальной перегородкой 13, автоматически при любых режимах работы теплообменника поддерживается и сохраняется уровень конденсата над верхним листом 10 охладителя конденсата 8, что исключает поступление пара из камеры 11 в охладитель конденсата 8 через кольцевые зазоры в месте прохода труб через верхний лист 10 и обеспечивает устойчивую работу охладителя конденсата 8.