ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ
SUPERHEATER

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при проектировании пароперегревателей турбоустановок атомных электростанций.
При работе турбоустановки конденсационные трубы пароперегревателя, собранные в пучок, приобретают разную теплонапряженность, которая обусловлена разным температурным напором в трубах. При использовании таких пучков может возникнуть опасность попадания неконденсирующихся газов обратным ходом в наиболее теплонапряженные трубы с последующей их «закупоркой».
Известен пароперегреватель (аналог), содержащий корпус с подъемным движением перегреваемого пара в его полости, а также размещенные в полости корпуса пучки конденсационных труб, включенные последовательно по ходу греющего пара, причем конденсационные трубы соединены входными и выходными концами с соответствующими отсеками вертикальной камеры, а нижний отсек камеры соединен трубопроводами отвода конденсата со сборником конденсата, расположенным за пределами корпуса (FR 2593586. F22G 1/00. 31.07.1987).
В таком пароперегревателе поверхность теплообмена первого по ходу греющего пара пучка выбирается такой, что в трубах конденсируется не весь пар, а примерно 90%. Остальные примерно 10% пара проходят трубы этого пучка транзитом. Благодаря такой продувке паром несмотря на разную теплонапряженность труб в пучке их «закупорки» не происходит.
Трубы второго по ходу греющего пара пучка предназначены для конденсации оставшейся 10%-ной части греющего пара. Поверхность теплообмена труб этого пучка относительно небольшая, и трубы практически не отличаются друг от друга по теплонапряженности, поэтому вероятность «закупорки» таких труб небольшая.
Недостатком известного пароперегревателя является возможность попадания и (или) образования пара в трубопроводе отвода конденсата с последующей конденсацией этого пара по длине трубопровода, что снижает устойчивость потока, вызывает пульсацию его параметров и ухудшает прочностные характеристики трубопровода и установленной на нем арматуры.
К настоящему изобретению наиболее близким техническим решением из известных технических решений (прототипом) является пароперегреватель, содержащий корпус с подъемным движением перегреваемого пара в его полости, а также размещенный в полости корпуса пучок конденсационных труб, соединенных входными и выходными концами с верхней и нижней вертикальными камерами соответственно, между которыми установлена разделительная перегородка, причем в нижней камере в зоне, расположенной ниже выходных концов конденсационных труб, установлен заданный уровень конденсата (SU 368448. F22G 1/00. 26.01.1973).
В таком пароперегревателе за счет поддержания заданного уровня конденсата и образования за счет этого сборника конденсата в нижней камере, который для трубопровода отвода конденсата является предвключенным гидрозатвором с подпором веса столба конденсата, значительно снижена вероятность попадания пара в трубопровод отвода конденсата и (или) образования пара в этом трубопроводе.
Однако в прототипе конденсационные трубы, собранные в пучок, имеют разную теплонапряженность, и может возникнуть опасность попадания неконденсирующихся газов обратным ходом в наиболее теплонапряженные трубы с последующей их «закупоркой».
Кроме того, пароперегреватель для обеспечения требуемых характеристик перегреваемого пара должен иметь повышенный расход греющего пара. Это связано с тем, что в прототипе для перегрева пара используется только тепло конденсации греющего пара, а тепло конденсата не используется. Повышение расхода греющего пара через пароперегреватель приводит к понижению расхода пара через проточную часть турбины, то есть к снижению экономичности турбоустановки.
Технической задачей изобретения является снижение расхода греющего пара через пароперегреватель путем использования для перегрева пара не только тепла конденсации греющего пара, но и тепла конденсата. Одновременно решается техническая задача исключения «закупорки» наиболее теплонапряженных конденсационных труб.
Техническая задача решается в пароперегревателе, содержащем корпус с подъемным движением перегреваемого пара в его полости, а также размещенный в полости корпуса пучок конденсационных труб, соединенных входными и выходными концами с верхней и нижней вертикальными камерами соответственно, между которыми установлена разделительная перегородка, причем в нижней камере в зоне, расположенной ниже выходных концов конденсационных труб, установлен заданный уровень конденсата, в полости корпуса под пучком конденсационных труб размещен пучок конденсационно-охладительных труб, соединенных входными и выходными концами с нижней камерой в зонах, расположенных соответственно выше и ниже заданного уровня конденсата.
Кроме того, в полости корпуса под пучком конденсационных труб может быть размещен пучок охладительных труб, а в нижней камере под заданным уровнем конденсата может быть установлена дополнительная разделительная перегородка, причем охладительные трубы могут быть соединены входными и выходными концами с нижней камерой в зонах, расположенных соответственно выше и ниже дополнительной перегородки.
Размещение в полости корпуса под пучком конденсационных труб пучка конденсационно-охладительных труб, соединенных входными и выходными концами с нижней камерой в зонах, расположенных соответственно выше и ниже заданного уровня конденсата, позволяет использовать для перегрева пара не только тепло конденсации греющего пара, но и тепло конденсата этого пара, так как нижние части конденсационно-охладительных труб передают тепло конденсата перегреваемому пару. При этом в верхних частях конденсационно-охладительных труб конденсируется расчетная часть пара, которая обеспечила продувку расположенных выше конденсационных труб и исключила опасность попадания неконденсирующихся газов обратным ходом в наиболее теплонапряженные конденсационные трубы с последующей их «закупоркой».
По сравнению с аналогом, в котором используется второй по ходу греющего пара пучок конденсационных труб для исключения опасности попадания неконденсирующихся газов обратным ходом в наиболее теплонапряженные конденсационные трубы первого по ходу греющего пара пучка, в предлагаемом пароперегревателе пучок конденсационно-охладительных труб обладает дополнительным преимуществом: он позволяет использовать тепло конденсата греющего пара.
Размещение в полости корпуса под пучком конденсационных труб пучка охладительных труб, установка в нижней камере под заданным уровнем конденсата дополнительной разделительной перегородки и соединение охладительных труб входными и выходными концами с нижней камерой в зонах, расположенных соответственно выше и ниже дополнительной перегородки, позволяют охладить конденсат греющего пара до более низкой температуры и увеличить количество передаваемого тепла нагреваемому пару.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид пароперегревателя; на фиг.2 показан общий вид пароперегревателя с пучком охладительных труб.
Пароперегреватель содержит корпус 1 с подъемным движением перегреваемого пара в его полости 2. В полости 2 корпуса 1 размещен пучок конденсационных труб 3, соединенных входными и выходными концами с верхней и нижней вертикальными камерами 4 и 5 соответственно. Между камерами 4 и 5 установлена разделительная перегородка 6. Верхняя камера 4 соединена с трубопроводом 7 подвода греющего пара. В нижней камере 5 в зоне, расположенной ниже выходных концов конденсационных труб 3, установлен заданный уровень 8 конденсата. Нижняя часть камеры 5 соединена с трубопроводом 9 отвода охлажденного конденсата.
В полости 2 корпуса 1 под пучком конденсационных труб 3 размещен пучок конденсационно-охладительных труб 10, соединенных входными и выходными концами с нижней камерой 5 в зонах, расположенных соответственно выше и ниже заданного уровня 8 конденсата.
В варианте выполнения пароперегревателя в полости 2 корпуса 1 под пучком конденсационных труб 3 может быть размещен пучок охладительных труб 11. В этом случае в нижней камере 5 под заданным уровнем 8 конденсата устанавливается дополнительная разделительная перегородка 12, а охладительные трубы 11 соединяются входными и выходными концами с нижней камерой 5 в зонах, расположенных соответственно выше и ниже дополнительной перегородки 12.
В полость 2 корпуса 1 до пароперегревателя по ходу перегреваемого пара включен блок сепараторов (на чертеже условно не показан).
Пароперегреватель работает следующим образом.
Греющий пар по трубопроводу 7 подают в камеру 4, из которой он попадает в конденсационные трубы 3. Конденсируясь в трубах 3, греющий пар отдает тепло перегреваемому пару, проходящему в направлении снизу вверх по межтрубному пространству пучка труб 3. Конденсат, образовавшийся в трубах 3, сливается через нижнюю камеру 5 на уровень 8 конденсата.
При разработке пароперегревателя поверхность теплообмена пучка конденсационных труб 3 выбирается такой, что в них конденсируется не весь пар, а примерно 90%. Остальные примерно 10% пара проходят трубы 3 транзитом. Благодаря такой продувке, как показали эксперименты, несмотря на разную теплонапряженность труб 3 «закупорки» наиболее теплонапряженных труб 3 не происходит.
Оставшаяся часть греющего пара (~10%) поступает в конденсационно-охладительные трубы 10. В верхней части труб 10 происходит конденсация этого пара, конденсат сливается в нижнюю часть труб 10, где охлаждается до заданной температуры. В конденсационно-охладительных трубах 10 исключено попадание неконденсирующихся газов обратным ходом в наиболее теплонапряженные трубы 10 с последующей их «закупоркой», так как выходные концы труб 10 находятся под уровнем 8 конденсата. Под уровнем 8 конденсата охлажденный конденсат из труб 10 перемешивается с уже находящимся там конденсатом из труб 3. Общий поток конденсата с температурой, которая ниже температуры насыщения при рабочем давлении, отводится от пароперегревателя по трубопроводу 9.
В варианте выполнения пароперегревателя (фиг.2) конденсат проходит по охладительным трубам 11, где передает тепло перегреваемому пару межтрубного пространства. Это приводит к более глубокому захолаживанию потока в трубопроводе 9 отвода конденсата.