Газоводяной теплообменник с защитой от низкотемпературной коррозии с газовой стороны и глубоким регулированием мощности

Полезная модель относится к теплообменной технике и может быть использована в водогрейных котлах, водогрейных промышленных котлахутилизаторах, в газовых подогревателях конденсата, сетевой и подпиточной воды котлов-утилизаторов, устанавливаемых за газовыми турбинами и дизельными двигателями, и т.п. для защиты газоводяных теплообменников от низкотемпературной коррозии с газовой стороны, возникающей в результате конденсации на холодной теплообменной поверхности содержащихся в дымовых газах водяных паров, при номинальной мощности, а также для обеспечения заданного закона изменения температуры воды на выходе из теплообменника при снижении его тепловой мощности.
Известен наиболее близкий по назначению и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели газо-водяной теплообменник, содержащий теплообменную поверхность, трубопровод подачи в теплообменник холодной воды, трубопровод рециркуляции с насосом для подогрева холодной воды на входе в теплообменник нагретой в нем водой, регулирующий клапан для регулирования температуры воды на входе в теплообменник и регулирующий клапан для регулирования температуры воды на выходе из теплообменника 1. Указанный теплообменник представляет собой водогрейный котел, снабженный экономайзером, включенным в дополнительный рециркуляционный контур, причем рециркуляционный трубопровод нагретой в водогрейном котле воды подключен на вход водяного экономайзера, а регулирующий клапан для регулирования температуры воды на входе в теплообменник установлен на рециркуляционном трубопроводе.
Недостатками известного теплообменника 1 являются необходимость применения насоса большей производительности, значительные затраты энергии на создание расхода рециркуляции, необходимого для нагрева поступающей в котел воды до безопасной по условиям низкотемпературной коррозии температуры, что усугубляется при уменьшении разности температур холодной и нагретой в экономайзере воды, а также необходимость регулирования расхода рециркулирующей воды для поддержания заданной температуры на входе в котел.
Достигаемым результатом полезной модели является снижение капитальных затрат на оборудование, снижение расхода энергии на привод насоса рециркуляции, а также возможность поддержания заданной температуры нагретой в теплообменнике воды или заданного закона изменения температуры нагретой в теплообменнике воды при более значительном снижении тепловой мощности теплообменника.
Получение указанного результата обеспечивается тем, что в газоводяном теплообменнике, содержащем тештообменную поверхность, трубопровод подачи в теплообменник холодной воды, трубопровод рециркуляции с насосом для подогрева холодной воды на входе в теплообменник нагретой в нем водой, регулирующий клапан для регулирования температуры воды на входе в теплообменник и регулирующий клапан для регулирования температуры воды на выходе из теплообменника, согласно изобретению теплообменная поверхность разделена, по меньшей мере, на две секции, причем поверхность каждой последующей секции превышает поверхность предыдущей секции не менее чем на 20%, %, теплообменник дополнительно снабжен байпасным трубопроводом холодной воды, соединенным отводными трубопроводами со всеми секциями, кроме первой, и с трубопроводом подогретой воды на выходе из теплообменника, в каждом отводном трубопроводе к секциям теплообменника установлено дроссельное устройство, регулирующий клапан для регулирования температуры воды на входе в теплообменник установлен на трубопроводе подачи холодной воды в первую секцию, регулирующий клапан для регулирования температуры воды на выходе из теплообменника - на отводе байпасного трубопровода к трубопроводу нагретой воды на выходе теплообменника, а между выходом из последней секции и точкой смешения с байпасным трубопроводом дополнительно установлен подпорный регулирующий клапан.
На чертеже в качестве примера изображена схема включения газоводяного теплообменника согласно полезной модели по нагреваемой стороне (по воде). Теплообменник в частном случае содержит четыре трубные .
секции 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, каждая секция имеет входной коллектор соответственно 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 и выходной коллектор соответственно 3.1, 3.2, 3.3, 3.4. Каждый выходной коллектор 3.1, 3.2, 3.3 предыдущей трубной секции соединен с входным коллектором соответственно 2.2, 2.3, 2.4 последующей трубной секции посредством перепускных труб 4.1, 4.2, 4.3. Все трубные секции 1.1-1.4 обдуваются общим потоком дымовых газов (на чертеже не показано). Секции подключены к общему подающему трубопроводу 5 холодной воды, снабженному насосом 5.1 и имеющему отводы 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5. При этом отвод 6.1 подключен к входному коллектору 3.1 первой трубной секции, отводы 6.2-6.4 - к межсекционным перепускным трубам 4.1-4.3, а отвод 6.5 - к выходному трубопроводу 7 нагретой воды, снабженному подпорным регулирующим клапаном 7.1 и подключенному к выходному коллектору 3.4 последней по ходу воды трубной секции 1.4. На входном отводе 6.1 и конечном отводе 6.5 холодной воды установлены соответственно регулирующий клапан 8.1 для регулирования температуры воды на входе в теплообменник и регулирующий клапан 8.5 для регулирования температуры воды на выходе из теплообменника, а на промежуточных отводах 6.2-6.4 - дроссельные устройства9.2, 9.3, 9.4. Выходной трубопровод нагретой воды соединен с отводом 6.1 холодной воды к первой трубной секции 1.1 рециркуляционным трубопроводом 10 снабженным насосом 10.1 .
Работа теплообменника осуществляется следующим образом. Насосом 5.1 холодная вода нагнетается в подающий трубопровод 5. Через отвод 6.1 небольшое количество холодной воды поступает в первую секцию 1.1 теплообменника, предварительно подогреваясь до безопасной по условиям низкотемпературной коррозии температуры (60°С) за счет смешения с рециркулируемой нагретой водой, которая нагнетается насосом 10.1 постоянной
производительности. Температура воды на входе в секцию поддерживается в заданных пределах регулирующим клапаном 8.1, установленным на отводе 6.1 холодной воды в первую секцию 1.1 Из секции 1.1 вода по перепуск
ному трубопроводу 4.1 попадает в секцию 1.2, предварительно охлаждаясь смешением с холодной водой, поступающей из отвода 6.2. Далее аналогичным образом вода перепускается последовательно через все секции теплообменника, предварительно охлаждаясь в начале каждой секции 1.2-1.4 частью исходной холодной воды, поступающей из отводов 6.2-6.4. Поскольку в каждой последующей секции 1.1-1.4, по сравнению с предыдущей, поступает для нагрева большее количество воды, поверхность теплообмена каждой последующей трубной секции увеличена на величину, определяемую в каждом конкретном случае тепловым расчетом. Согласно полезной модели поверхность каждой последующей секции превышает поверхность предыдущей секции не менее, чем на 20%.
При максимальной мощности теплообменника подпорный регулирующий клапан 7.1. полностью открыт, регулирующий клапан 8.5 полностью закрыт, регулирующий клапан 8.1 поддерживает минимально допустимую температуру воды на входе в первую секцию, заданная температура воды за теплообменником обеспечивается соответствующим выбором величины поверхности нагрева теплообменника. При необходимости снижения тепловой мощности теплообменника, в
том числе независимо от температуры и расхода газов на входе в теплообменник, снижается расход воды на входе в теплообменник. При этом:
- клапан 7.1. поддерживает заданное значение перепада давления между входом и выходом из теплообменника, чем обеспечивает возможность регулирования температуры воды на выходе из теплообменника клапаном 8.5, а также стабильность расхода создаваемого насосом рециркуляции.
Зм)3 / б$С4
1
-клапан 8.1, в зависимости от соотношения количества тепла поступающего в теплообменник с греющими газами и требуемой тепловой мощности теплообменника, реализует заданный закон изменения температуры воды на входе в первую секцию. При этом значение температуры воды на входе в первую секцию должно всегда находиться между минимально и макв
симально допустимыми значениями.
-клапан 8.5 регулирует температуру воды на выходе из теплообменника.
Глубокое регулирование мощности теплообменника обеспечивается тем, что снижение мощности производится снижением температурного напора как на выходе из теплообменника (клапаном 8.5) так и на входе в теплообменник (клапаном 8.1). Если температура насыщения при давлении воды на выходе из теплообменника выше температуры греющих газов, тепловая мощность теплообменника может быть сведена к нулю, при этом теплообменник остается в готовности к немедленному отпуску тепла.
Дроссельные устройства на отводах 6.2-6.4 обеспечивают такие (нерегулируемые) расходы, при которых температуры на входах в секции 1.2-1.4 поддерживаются на уровне не ниже 60°С. В расчетном режиме работы (режим с максимальным расходом воды через теплообменник) температура на входе в первую секцию 1.1 поддерживается на уровне 60°С путем
изменения расхода холодной воды в отводе 6.1. В случае уменьшения общего расхода воды через теплообменник, по сравнению с расчетным значением, выходная температура нагретой воды обеспечивается при условии увеличения температуры на входе в первую секцию выше 60°С, что в этом случае несколько ухудшает экономичность работы теплообменника.
Достоинством газоводяного теплообменника согласно полезной модели является то, что для нагрева холодной воды перед первой секцией теплообменника требуется минимальный расход рециркулируемой нагретой воды, что существенно повышает экономичность данного теплообменника, по
сравнению с прототипом. Другим достоинством газо-водяного теплообменника согласно полезной модели является снижение минимальной нагрузки,
при которой обеспечивается требуемая температура воды на выходе из теплообменника.
Источники информации 1.Авторское свидетельство СССР, № 1390489, 4 F24H 1/00, 1986.