ТЕПЛООБМЕННИК

Техническое решение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в частности, в качестве рекуперативного газового воздухоподогревателя в составе энергетических газотурбинных установок (ГТУ) теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), а также в составе газоперекачивающих агрегатов (ГПА).
Известно, что ТЭЦ предназначены для производства как электрической, так и тепловой энергии. При практически неизменной суммарной мощности ГТУ ТЭЦ соотношение между производимой электрической и тепловой энергией в течение года эксплуатации существенно изменяется. В зимний период велика потребность в тепловой энергии, а в летний - в электрической
Входящий в состав регенеративной энергетической ГТУ воздухоподогреватель (ВП), используя теплоту выпускных газов турбины, способствует значительному росту коэффициента полезного действия (КПД) установки (Арсеньев Л.В идр Стационарные ГТУ. Справочник, Л, Машиностроение, Л.О. 1989, стр.31, 32) и увеличению производства электрической энергии.
Вместе с тем, за ВП снижается тепловой потенциал продуктов сгорания, направляемых в теплоутилизационный контур ТЭЦ, т.е. снижается производство тепловой энергии.
В связи с этим на ТЭЦ возникает потребность в сезонном регулировании количества продуктов сгорания, поступающих в горячий тракт ВП, чтобы иметь возможность управлять производством указанных выше видов энергии
путем перепуска части газового потока в байпас. Такое регулирование, как правило, осуществляется в два этапа: открытием створок клапанов байпаса, а затем, постепенным прикрытием створок клапанов, установленных перед теплообменником (Захаров Б.П. и др. Разработка и вндрение теплоутилизационного оборудования для ГПА., М., ВНИИЭгазпром, 1988, Обзорная информация. Серия Использование газа в народном хозяйстве, Выпуск 3, стр.9-11). Такое техническое решение позволяет существенно снизить аэродинамическое сопротивление теплообменников при неполном теплопотреблении и почти полностью разгрузить ГПА от дополнительного сопротивления, создаваемого теплообменником вне отопительного сезона (Тоже стр.14).
Вместе с тем в этом случае значительно возрастают габариты выпускного тракта ГТУ и усложняется управление установкой, так как должна быть исключена возможность одновременного закрытия створок всех клапанов и введения компрессора ГТУ в помпаж (Богданов А. Г. и др. Утилизационный теплообменник с широким диапазоном регулирования производительности для ГПА ГТ-750-6. Промышленная энергетика № 2, 1987, стр.30).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является регулируемый теплообменник всережимной корабельной ГТУ RM-60 мощностью 5 400 л.с. фирмы Роллс-Ройс (Шварц В.А. Конструкции ГТУ М., Машиностроение, 1970 г., стр.362,363).
Теплообменник содержит корпус, коллекторы подвода (отвода) внутреннего и внешнего теплоносителя и трубную матрицу, состоящую из 2-х теплообменных пакетов (модулей), включающих в себя ширмы (панели), образованные изогнутыми U-образными трубами.
В раздаточном коллекторе (РК) между пакетами расположен регулирующий клапан, связывающий РК с байпасным газоходом. При открытом байпасе, на максимальном режиме работы ГТУ, степень регенерации составляет 48 %, при закрытой заслонке - весь газ поступает в теплообменные пакеты и степень регенерации равна 62%. В этом случае гидравлическое сопротивление теплообменника по газовой стороне возрастает до 12 %.
В прототипе - весьма низкая степень регенерации, обусловленная применением ГТУ на транспортном объекте, где приоритетными являются массогабаритные характеристики установки. Узок и диапазон регулирования степени регенерации, не свойственный промышленным ГТУ ТЭЦ. Причем регулирование степени регенерации сопровождается существенным ростом гидравлического сопротивления газового тракта, что недопустимо для ГТУ ТЭЦ, т.к. связано со снижением эффективной мощности установки.
Предлагаемая полезная модель решает задачу расширения диапазона регулирования степени регенерации при снижении гидравлического сопротивления теплообменника и сохранении его массогабаритных характеристик.
Указанный технический результат достигается в теплообменнике содержащем корпус, патрубки подвода (отвода) внешнего теплоносителя, клапан для регулирования его расхода, коллекторы подвода (отвода) внутреннего теплоносителя и матрицу, состоящую, по меньшей мере, из одного теплообменного пакета и коллекторов раздачи и сбора внешнего теплоносителя, за счет того, что клапан установлен в отверстии, выполненном в торцевой стенке коллектора раздачи внешнего теплоносителя.
Предлагаемая полезная модель отличается от прототипа тем, что не содержит байпасного трубопровода. В ней непосредственно соединяются РК и патрубок отвода внешнего теплоносителя. Такое исполнение практически не изменяет габариты теплообменника, при открытии клапана вызывает снижение его гидравлического сопротивления и тепловой мощности, повышая тепловую энергию газов, направляемых в теплоутилизационный комплекс. При этом степень регенерации из-за транзита течения газа мимо теплообменного пакета может быть уменьшена до нуля.
Отсутствие регулирующих устройств перед теплообменным пакетом матрицы повышает надежность теплообменника, так как исключается помпаж компрессора ГТУ.
Теплообменник (фиг. 1,2) содержит корпус 1, приемный патрубок 2 подвода внешнего теплоносителя, например, газа, выпускной патрубок 3 отвода внешнего теплоносителя, коллекторы подвода 4, отвода 5 внутреннего теплоносителя (например, воздуха) и матрицу, состоящую, по меньшей мере, из одного теплообменного пакета б и коллекторов раздачи 7 и сбора 8 внешнего теплоносителя.
В торцевой стенке 9 РК выполнены отверстия 10, соединяющие последний с патрубком 3 отвода внешнего теплоносителя. В каждом отверстии 10 установлен клапан 11, регулирующий расход внешнего теплоносителя, направляемого в патрубок 3. В качестве регулирующего клапана могут быть применены, например, поворотные заслонки.
При работе теплообменника продукты сгорания (газы) поступают в приемный патрубок 2 корпуса 1, из которого - в РК, где они распределяются, двигаясь двумя потоками: через теплообменный пакет 6 и через открытый регулирующий клапан 11, причем газ, прошедший через теплообменный пакет, охлаждается и, через сборный коллектор (СК), поступает в патрубок 3 отвода внешнего теплоносителя. В этот же патрубок направляется
неохлаждаемый газовый поток, прошедший транзитом по РК и через регулирующий клапан 11. В патрубке 3 отвода осуществляется смешение двух газовых потоков, средняя температура которых по мере открытия клапана 11 будет повышаться и приближаться к температуре газа на входе в теплообменник. Воздух направляется в воздушные коллекторы 4 раздачи, из которых- внутрь труб матрицы, нагревается и, через сборные воздушные коллекторы 5 поступает к потребителю.
Теплообменник, содержащий корпус, патрубки подвода (отвода) внешнего теплоносителя, клапан для регулирования его расхода, коллекторы подвода (отвода) внутреннего теплоносителя и матрицу, состоящую, по меньшей мере из одного теплообменного пакета и коллекторов сбора и раздачи внешнего теплоносителя, отличающийся тем, что клапан установлен в отверстии, выполненном в торцевой стенке коллектора раздачи внешнего теплоносителя.