ТЕПЛООБМЕННИК - УТИЛИЗАТОР
WASTE HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к теплообменному оборудованию и может быть использовано для утилизации теплоты дымовых газов тепловых электростанций и подогрева воздуха, подаваемого на горение топлива.
Теплообменник-утилизатор, содержит корпус с каналами для прохода газа, разделенными между собой трубной доской, в которой закреплены термосифоны, обеспечивающие тепловую связь между каналами, кольцевой зазор между трубами термосифонов и отверстиями в трубной доске перекрывается нижним ребром оребренной трубы зоны конденсации, имеющим эластичную прокладку, позволяющую компенсировать линейные перемещения от неточности установки ребер на термосифонных трубах на одной гребенке до 3 мм, обеспечивающий газоуплотненность между газо-воздушными каналами; высокая температура поверхности термосифонных трубок в зоне кипения исключает процесс конденсации кислотных газов на наружной поверхности труб, соприкасающихся с дымовыми газами, приводящих к активной коррозии поверхности труб термосифонов. Технический результат - увеличение КПД котла на 1-1,2% за счет снижения температуры уходящих дымовых газов на 40-60°С и подогрева воздуха на 50-70°С, исключение процесса конденсации кислотных газов на наружной поверхности труб, имеющих высокую температуру и соприкасающихся с дымовыми газами в зоне кипения рабочего тела в термосифонных трубах, что предотвращает коррозию поверхности труб термосифонов, обеспечение газоуплотненности между каналами воздуха и дымовых газов за счет плотного соприкосновения нижнего ребра термосифона, имеющего эластичную прокладку, позволяющую компенсировать линейные перемещения от неточности установки ребер на термосифонных трубах на одной гребенке до 3 мм и надежно перекрывать кольцевые зазоры между трубами термосифонов и отверстиями в трубной доске.
Известно изобретение «Теплообменник - утилизатор» (RU 2066432 по кл. МПК F28D 15/02 от 27.12.1993 г.), содержащий корпус с каналами для прохода газов, разделенные между собой трубной доской, выполненной секционной и установленной в корпусе теплообменника на скользящих опорах с уплотняющим песочным затвором, в котором закреплены термосифоны, обеспечивающие тепловую связь между каналами. Данная конструкция позволит оперативно с помощью средств механизации осуществлять замену отдельных секций без остановки технологического процесса или оперативно произвести очистку секций простыми и доступными средствами (обдув, промывка). Очистка части теплообменной поверхности обеспечивает доступность обслуживания каждого термосифона, простоту организации удаления и нейтрализации продуктов очистки.
Недостатком изобретения является то, что конструкция теплообменника не позволяет обеспечить надежную газоуплотненность конструкции, так как при установке секции в корпус теплообменника происходит выдавливание сыпучего наполнителя из лотка уплотняющего пневмозатвора. При давлениях воздуха выше 1470-1960 Па (150 - 200 мм вод. ст.) происходит выдувание песка и газоплотность стыков нарушается. Воздействие повышенных температур дополнительно приводит к потере подвижности скользящих опор, что затрудняет замену отдельных секций.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату является «Теплообменник - утилизатор» (RU 2163333 по кл. МПК C1 от 03.08.1999 г.), содержащий корпус с каналами для прохождения газов, разделенными между собой трубной доской, выполненной секционной и установленной на жестких опорах с уплотняющими затворами, в которой закреплены термосифоны, обеспечивающие тепловую связь между каналами, причем секции трубной доски, установленные в корпусе на жестких опорах, обеспечивают возможность демонтажа в вертикальной плоскости и газоуплотнения за счет сдавливания герметика в уплотняющих затворах. Изобретение позволяет обеспечить надежность газоуплотненности конструкции и повышение оперативной очистки и замены части теплообменной поверхности без остановки технологического процесса.
Недостатком изобретения является то, что на поверхности труб термосифонов происходит конденсация водяных паров из дымовых газов и как следствие, происходит взаимодействие имеющихся в составе дымовых газов оксидов серы, азота и углекислоты с водой, приводящего к образованию соответствующих кислот и активной коррозии поверхности труб. Гладкая поверхность труб термосифонов в зоне конденсации имеет низкий коэффициент теплоотдачи, и соответственно, теплопередачи.
Задачей изобретения является повышение КПД котельного агрегата, исключение активной коррозии поверхности труб термосифонов, обеспечение газоуплотненности конструкции.
Технический результат - увеличение КПД котла на 1-1,2% за счет снижения температуры уходящих дымовых газов на 40-60°С и подогрева воздуха на 50-70°С, исключение процесса конденсации кислотных газов на наружной поверхности труб, имеющих высокую температуру и соприкасающихся с дымовыми газами в зоне кипения рабочего тела в термосифонных трубах, что предотвращает коррозию поверхности труб термосифонов, обеспечение газоуплотненности между каналами воздуха и дымовых газов за счет плотного соприкосновения нижнего ребра термосифона, имеющего эластичную прокладку, позволяющую компенсировать линейные перемещения от неточности установки ребер на термосифонных трубах на одной гребенке до 3 мм и надежно перекрывать кольцевые зазоры между трубами термосифонов и отверстиями в трубной доске.
Указанный технический результат достигается тем, что теплообменник-утилизатор, содержит корпус с каналами для прохода газа, разделенными между собой трубной доской, в которой закреплены термосифоны, обеспечивающие тепловую связь между каналами, кольцевой зазор между трубами термосифонов и отверстиями в трубной доске перекрывается нижним ребром оребренной трубы зоны конденсации, имеющим эластичную прокладку, позволяющую компенсировать линейные перемещения от неточности установки ребер на термосифонных трубах на одной гребенке до 3 мм, обеспечивающий газоуплотненность между газо-воздушными каналами; высокая температура поверхности термосифонных трубок в зоне кипения исключает процесс конденсации кислотных газов на наружной поверхности труб, соприкасающихся с дымовыми газами, приводящих к активной коррозии поверхности труб термосифонов. Устройство работает следующим образом.
На фиг. 1 изображен теплообменник-утилизатор, содержащий корпус 1 с каналами для прохода газов, разделенными между собой трубной доской 2 (нижний канал для прохода дымовых газов, верхний - для воздуха), через отверстия которой проходят трубы термосифонов 3 без уплотнений, каждый ряд которых по ходу дымовых газов соединены в общий верхний коллектор 4. Каждый коллектор по ходу газа закреплен на общей жесткой опоре. Нижняя часть термосифонов не имеет общего коллектора. Коллектор с приваренными к нему трубами термосифонами представляют собой термосифонную гребенку. Поток воздуха омывает коллектор и верхнюю часть труб термосифонов, которые являются зоной конденсации паров рабочей жидкости в термосифонных трубах. Дымовые газы проходят сквозь ряды нижней части труб термосифонов, представляющими собой зону кипения рабочей жидкости в термосифонах. Таким образом, термосифоны обеспечивают тепловую связь между каналами воздуха и дымовых газов. В зоне конденсации трубы термосифонов имеют оребрение наружной поверхности 5 для увеличения суммарной поверхности теплоотдачи и повышения коэффициента теплопередачи. В зоне кипения оребрение отсутствует в связи с тем, что коэффициент теплоотдачи при кипении выше, чем при конденсации. Трубная доска может быть выполнена в виде одной секции, а также может иметь несколько секций, соединенных между собой любым из известных способов. Кольцевой зазор между трубами термосифонов и отверстиями в трубной доске перекрывается нижним ребром 6 оребренной трубы зоны конденсации, имеющим эластичную прокладку, позволяющую компенсировать линейные перемещения от неточности установки ребер на термосифонных трубах на одной гребенке до 3 мм. В связи с этим, наличие кольцевых зазоров между трубами и отверстиями в трубной доске не требует дополнительных уплотнений. Присутствие возможных незначительных перетоков воздуха в канал дымовых газов, имеющий разрежение, в отличие от воздушного канала, не влияет на технологический процесс котельного агрегата. Заправка термосифонов низкокипящей рабочей жидкостью, имеющей температуру кипения ниже температуры уходящих дымовых газов в последнем ряду термосифонов по ходу газов, производится через ниппель, установленный в верхнем коллекторе каждого ряда труб после предварительного вакуумирования. Верхняя часть воздушного канала 7 выполнена в виде пластин, плотно соединенных между собой, дающих возможность удобного демонтажа термосифонных гребенок с целью их замены, заправки рабочей жидкостью и других операций, связанных с осмотром, чисткой или ремонтом.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет:
1. Повысить тепловой КПД котельного агрегата на 1-1,2% за счет понижения температуры уходящих дымовых газов на 40-60°С с использованием передаваемой теплоты на нагрев воздуха на 50-70°С;
2. Исключить процесс конденсации кислотных газов на наружной поверхности труб, соприкасающихся с дымовыми газами, приводящих к активной коррозии поверхности труб термосифонов;
3. Обеспечить газоуплотненность конструкции за счет перекрытия нижним ребром оребренной поверхности термосифонных труб зоны конденсации, имеющим эластичную прокладку, позволяющую компенсировать линейные перемещения от неточности установки ребер на термосифонных трубах на одной гребенке до 3 мм.