Пароконденсатная система теплообменного аппарата

Предлагаемая полезная модель относится к элементам теплообменных устройств, в которых греющим теплоносителем является водяной пар, и может быть использована в теплообменниках различного назначения.
Пароконденсатная система парового теплообменного аппарата является одним из основных его элементов и в значительной степени определяет эффективность и надежность работы всего устройства. При работе паровых теплообменных аппаратов должен быть обеспечен нагрев холодного теплоносителя до заданной температуры и сведены к минимуму или исключены тепловые потери.
Известные пароконденсатные системы теплообменных аппаратов [1] включают в себя сепараторы для выделения из потока выпускаемого конденсата пара самовскипания (вторичный пар) и дополнительные теплообменники, в которые направляется вторичный и пропускаемый конденсатоотводчиками из-за их неэффективной работы пролетный пар. В дополнительных теплообменниках осуществляется предварительный подогрев основного холодного теплоносителя или нагрев имеющегося другого технологического потока. Наличие сепаратора и дополнительного теплообменника позволяет уменьшить тепловые потери и тем самым повысить эффективность использования тепловой энергии греющего пара, подаваемого в основной теплообменный аппарат. Недостатком является усложнение и удорожание пароконденсатной системы теплообменного аппарата. К тому же, на предприятиях не всегда находится другой технологический поток, который может быть направлен для нагрева в дополнительный теплообменник.
Устранить или свести к минимуму потери с вторичным и пролетным паром позволяет пароконденсатная система с поплавковым конденсатоотводчиком, размещенным на определенной высоте относительно теплообменного аппарата [2]. Паровое пространство конденсатоотводчика соединено с паровым объемом теплообменного аппарата импульсной трубкой. При работе теплообменного аппарата поверхность теплопередачи в нижней его части оказывается залитой слоем образующегося конденсата. Уровень слоя конденсата соответствует высоте расположения конденсатоотводчика. Слой конденсата препятствует выходу из теплообменного аппарата пролетного пара. Это, а также переохлаждение конденсата относительно температуры конденсации греющего пара, соответствующей его рабочему давлению в теплообменном аппарате, обеспечивают уменьшение потерь с вторичным паром и их исключение с пролетным паром. Недостатком является то, что в процессе работы теплообменного аппарата уровень слоя залива конденсатом части поверхности теплопередачи остается постоянным, соответствующим высоте расположения конденсатоотводчика. Данное обстоятельство в условиях переменного во времени расхода нагреваемого теплоносителя и необходимости поддерживать постоянной заданную его температуру на выходе теплообменного аппарата затрудняет регулирование и выполнение функциональных задач устройства.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является пароконденсатная система теплообменного аппарата, включающая в себя подающий паровой трубопровод с установленным на нем регулирующим органом, паровой объем теплообменного аппарата, ограниченный - поверхностью теплопередачи, выпускной конденсатный трубопровод с установленным на нем конденсатоотводчиком [3] - прототип. Оснащение данной пароконденсатной системы регулирующим органом на линии подачи пара дает возможность поддерживать постоянной температуру нагреваемого теплоносителя на выходе при переменном его расходе или при воздействии других возмущающих факторов путем соответствующего изменения подачи греющего пара. Недостатком является то, что в процессе работы имеются потери с вторичным паром, и через конденсатоотводчик при его неисправностях будет проходить пролетный пар.
Задачей настоящей полезной модели является повышение энергетической эффективности и улучшение регулирования парового теплообменника.
Поставленная задача решается тем, что в пароконденсатной системе теплообменного аппарата, включающей в себя подающий паровой трубопровод с установленным на нем регулирующим органом, паровой объем теплообменного аппарата, ограниченный поверхностью теплопередачи, выпускной конденсатный трубопровод с установленным на нем конденсатоотводчиком, дополнительно на выпускной конденсатный трубопровод установлен регулирующий орган.
В отличие от известного устройства, размещение регулирующего органа на выпускном конденсатном трубопроводе дает возможность за счет изменения площади проходного сечения трубопровода в процессе работы создавать слой конденсата, образующегося в теплообменном аппарате. Данный слой занимает часть парового объема внизу аппарата и заливает часть площади поверхности теплопередачи, препятствуя выходу пролетного пара вместе с конденсатом. Осуществляемое при этом переохлаждение конденсата в теплообменном аппарате способствует уменьшению или устранению потерь с вторичным паром. При наличии возмущающих факторов со стороны нагреваемого теплоносителя уровень залитого слоя конденсата в теплообменном аппарате может изменяться за счет воздействия регулирующего органа, который настраивается на поддержание заданной температуры потока конденсата, выпускаемого из теплообменного аппарата. Все это повышает энергетическую эффективность и улучшает регулирование парового теплообменника.
Таким образом, отличительный признак полезной модели позволяет решить поставленную задачу.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в повышении энергетической эффективности и улучшении регулирования парового теплообменника.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию полезной модели «новизна».
В известных пароконденсатных системах теплообменных аппаратов отсутствует возможность одновременного регулирования температур выхода из теплообменного аппарата нагреваемого теплоносителя и конденсата греющего пара.
Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию полезной модели «существенные отличия».
На фиг. 1 показана схема пароконденсатной системы теплообменного аппарата: Вх и Вых - вход и выход нагреваемого теплоносителя; П - подача греющего пара; К - выпуск конденсата греющего пара.
Пароконденсатная система состоит из подающего парового трубопровода 1, на котором установлен регулирующий орган 2, из парового объема 3 теплообменного аппарата 4, ограниченного поверхностью теплопередачи 5, а также из выпускного конденсатного трубопровода 6 с установленным на нем регулирующим органом 7 и конденсатоотводчиком 8. Конденсатоотводчик 8 имеет байпас 9. При работе устройства в нижней части парового объема 3 образуется слой конденсата 10.
Работа теплообменного аппарата с предлагаемой пароконденсатной системой осуществляется следующим образом.
Регулирующий орган 2 поддерживает постоянной заданную температуру нагреваемого теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата 4. Регулирующий орган 7 обеспечивает температуру конденсата греющего пара в трубопроводе 6 не выше определенного заданного значения. При увеличении, по отношению к номинальному значению, расхода нагреваемого теплоносителя или, например, при уменьшении его температуры на входе в теплообменный аппарат регулирующий орган 2 увеличивает площадь живого сечения для прохода пара в трубопроводе 1 и тем самым обеспечивает увеличение подачи и давления греющего пара, чтобы сбалансировать материальные потоки теплоносителей и изменившиеся условия теплопередачи. В это время регулирующий орган 7 также увеличивает площадь живого сечения для прохода конденсата в трубопроводе 6. При этом уровень слоя конденсата 10, заливающего часть площади поверхности теплопередачи 5, может оставаться неизменным или понизиться. Наоборот, при уменьшении, по отношению к номинальному значению, расхода нагреваемого теплоносителя или повышении его температуры на входе в теплообменный аппарат 4 регулирующий орган 2 уменьшает подачу и давление греющего пара. Одновременно под воздействием регулирующего органа 7 может быть повышен уровень слоя конденсата 10.
При необходимости, могут быть выключены из работы конденсатоотводчик 8 или регулирующий орган 7. В первом случае движение конденсата осуществляется по байпасу 9.
Наличие слоя конденсата 10 в нижней части парового объема 3 устраняет потери с вторичным и пролетным паром при всех режимах работы устройства.
Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества:
- расширенные возможности регулирования парового теплообменного аппарата, что обеспечивает эффективную работу в динамических условиях;
- повышенная энергетическая эффективность парового теплообменного аппарата за счет переохлаждения конденсата греющего пара;
- повышенная надежность из-за резервирования конденсатоотводчика регулирующим органом.
Источники информации
1. Якадин А.И. Конденсатное хозяйство промышленных предприятий. - М.: Энергия, 1973. с. 20-25.
2. Печенегов Ю.Я., Богатенко Р.В. О влиянии переохлаждения конденсата в паровых теплообменниках на их рабочие характеристики. Промышленная энергетика, №10, 2001. с. 37, рис. 1.
3. Печенегов Ю.Я., Богатенко Р.В. Работа конденсатоотводчиков в системе с теплообменником, снабженным автоматическим регулятором подачи пара. Промышленная энергетика, №2, 2001. с. 32, рис. 1.