ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована при проектировании теплообменников в металлургической и химической промышленности.
Известен теплообменник, содержащий в одном корпусе отсек нагрева и сбора воды, разделенные перегородкой с установленными на ней обратными клапанами (В.Ф. Ермолов, В.А. Пермяков, Г.И. Ефимочкин, В.Л. Вербицкий «Смешивающие подогреватели паровых турбин», М., Энергоиздат, 1982 г., стр. 86, 92).
Недостатком известного теплообменника является сниженная надежность из-за возможного отказа обратного клапана. При мгновенном полном или частичном сбросе нагрузки вода, находящаяся в корпусе на линии насыщения, вскипает, образуя пар, который при возможном отказе в закрытии или поломке обратного клапана поступает обратным током в проточную часть турбины. Это может привести к разгону ротора выше разрешенного значения, кроме того, обратный поток пара может внести с собой капли воды.
Известен теплообменник с выделенным конденсатосборником, в котором на сливной линии с выпарной трубой из конденсатосборника в паровое пространство установлен обратный клапан (М.С. Фрагин «Регулирование и маслоснабжение паровых турбин: настоящее и ближайшая перспектива», СПб, Энерготех, 2005 г., серия «Проблемы энергетики», вып. 6, стр. 200).
Недостатком этого известного теплообменника является сниженная надежность из-за возможного отказа обратного клапана, сложность изготовления и наладки обратного клапана.
Известен теплообменник с выделенным конденсатосборником, где в трубах, соединяющих паровое пространство с конденсатосборником, установлены профилированные сопла («Теплообменное оборудование паротурбинных установок. Отраслевой каталог. Часть II», М., 1989 г., стр. 63-67).
По совокупности признаков известное техническое решение является наиболее близким к заявленному и принято за прототип.
Недостатком известного теплообменника является сложность изготовления профилированного сопла.
Пропускная площадь профилированного сопла должна обеспечивать малый расход обратного потока пара в проточную часть турбины. Это приводит к увеличению высоты профилированного сопла, а, следовательно, к увеличению высоты теплообменника в целом, усложнению компоновочных решений.
Заявленное решение позволяет снизить габариты теплообменника, исключить разгон ротора турбины выше разрешенного значения в динамических режимах, и, следовательно, повысить надежность и эффективность работы энергоблока в целом.
Предложен теплообменник, включающий корпус с патрубками подвода и отвода воды, патрубками подвода греющего пара и отвода конденсата греющего пара, входной, поворотной и выходной водяными камерами и отсеком нагрева воды с поверхностью теплообмена в виде трубных пучков, а также корпус с патрубками подвода и отвода конденсата греющего пара и отсеком сбора конденсата греющего пара, при этом оба корпуса соединены между собой трубопроводом и в патрубке отвода конденсата греющего пара из корпуса с отсеком нагрева воды установлено сопло, причем в корпусе с отсеком сбора конденсата дополнительно установлены входная, поворотная и выходная водяные камеры, поверхность теплообмена в виде трубных пучков, патрубки подвода и отвода воды, соединенные с трубопроводом подвода воды в корпус с отсеком нагрева воды через дроссельное устройство, а сопло выполнено в виде тела вращения и снабжено спиральными направляющими ребрами.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 изображен теплообменник в разрезе, на фиг. 2 - сопло со спиральными направляющими ребрами в разрезе.
Теплообменник включает корпус 1 с патрубками подвода 2 и отвода 3 воды, патрубком подвода греющего пара 4, патрубком отвода конденсата греющего пара 5, входную 6, поворотную 7 и выходную 8 водяные камеры, отсек нагрева воды 9 с поверхностью теплообмена в виде трубных пучков 10, 11 и корпус 12 с патрубком (патрубками) подвода 13 и патрубком отвода 14 конденсата греющего пара, патрубками подвода 15 и отвода 16 воды, входную 17, поворотную 18 и выходную 19 водяные камеры, отсек сбора конденсата греющего пара 20 с поверхностью теплообмена в виде трубных пучков 21, 22. В патрубке 5 установлено сопло 23 в виде тела вращения, имеющее спиральные направляющие ребра 24 и проходное сечение 25. Патрубки 15 и 16 соединены с трубопроводом подвода воды в корпус 1 через дроссельное устройство 26.
Теплообменник работает следующим образом. При подаче в корпус 1 воды, которая проходит последовательно через патрубок 2, входную камеру 6, трубный пучок 10, поворотную камеру 7, трубный пучок 11, выходную камеру 8 и через патрубок 3 покидает корпус 1, и греющего пара через патрубок 4 в отсеке нагрева воды 9 осуществляется конденсация пара и подогрев воды. Образовавшийся конденсат греющего пара сливается через патрубок 5, сопло 23 и спиральные направляющие ребра 24 в корпус 12. При подаче в корпус 12 воды, которая проходит последовательно через патрубок 15, входную камеру 17, трубный пучок 21, поворотную камеру 18, трубный пучок 22, выходную камеру 19 и через патрубок 16 покидает корпус 12, и конденсата греющего пара через патрубок 13 в отсеке сбора конденсата греющего пара 20 осуществляется охлаждение конденсата греющего пара и подогрев воды. Конденсат греющего пара покидает корпус 12 через патрубок 14.
При сливе конденсата греющего пара через сопло 23 и спиральные направляющие ребра 24 поток закручивается, приобретая дополнительную скорость. Это позволяет уменьшить высоту между корпусами 1 и 12, что уменьшит габариты теплообменника, или, при той же высоте, уменьшить проходное сечение 25, что дополнительно ограничит обратный поток пара. Кроме того, часть воды, подаваемой в корпус 1, дополнительно нагревается в корпусе 12, что повышает эффективность работы теплообменника.
При мгновенном сбросе нагрузки турбины, например, до холостого хода или до нуля, происходит резкое падение давления пара в отсеках нагрева воды 9 и сбора конденсата греющего пара 20. Это приводит к вскипанию конденсата греющего пара в отсеке 20 и обратному движению пара в камеру отбора турбины через патрубок 4. Проходное сечение 25 сопла 23 ограничивает обратный поток пара, а наличие спиральных направляющих ребер 24 закручивает поток, что создает дополнительное сопротивление и, тем самым, снижает расход пара в турбину и растягивает его во времени, что исключает разгон ротора выше разрешенного значения. Малый расход обратного потока пара резко снижает его скорость в патрубке 4, что исключает вынос больших капель влаги в турбину, т.е. обеспечивает надежность в резко переменных режимах.