ПАРОВОДЯНОЙ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ
STEAM AND WATER HEATER

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в системах регенерации турбоустановок атомных и тепловых электростанций для подогрева питательной воды, основного конденсата и воды теплосети.
Известен пароводяной подогреватель, содержащий горизонтальный корпус с верхней парораспределительной камерой и расположенным под ней трубным пучком, подключенным трубным пространством к камерам торцевого коллектора, причем парораспределительная камера подключена к пароподводящему отверстию, выполненному в верхней стенке корпуса, и выполнена в виде горизонтального короба, имеющего выпускные отверстия со стороны трубного пучка (JP 9257211. 30.09.1997).
Недостатком известного пароводяного подогревателя является повышенное гидравлическое сопротивление выпускных отверстий короба парораспределительной камеры. Это снижает давление греющего пара и температурный напор в трубном пучке, что повышает металлоемкость подогревателя.
Известен пароводяной подогреватель, содержащий вертикальный корпус с боковой парораспределительной камерой и трубным пучком, подключенным трубным пространством к камерам торцевого коллектора, причем парораспределительная камера выполнена в виде диффузора и подключена к пароподводящему отверстию, выполненному в боковой стенке корпуса (SU 1366780, м.кл. F22D 1/32, 15.01.1988).
Недостатком известного пароводяного подогревателя является пониженные скорости пара в межтрубном пространстве пучка, обусловленные боковой подачей пара на трубный пучок. Кроме того, диффузор парораспределительной камеры, хотя и снижает скоростной напор пара, но при этом не обеспечивает равномерности подачи пара на трубный пучок. Все это снижает интенсивность теплообмена и повышает металлоемкость подогревателя.
Недостатком известного подогревателя является также плоская форма трубной доски камер торцевого коллектора, для которой характерна большая ее толщина (до 800 мм в подогревателях высокого давления мощных турбоустановок сверхкритических параметров), большая масса, большая глубина сверлений отверстий под трубы и большой объем высверливаемого металла. При этом толстые трубные доски характеризуются сложной технологией и трудоемкостью изготовления. Сложна и эксплуатация таких подогревателей из-за необходимости предварительного прогрева толстых трубных досок.
К настоящему изобретению наиболее близким техническим решением из известных технических решений (прототипом) является пароводяной подогреватель, содержащий вертикальный корпус, внутри которого установлены трубные пучки, подключенным трубным пространством к центральному коллектору нагреваемой воды, причем в верхней торцевой стенке корпуса выполнено пароподводящее отверстие (RU 2315235. 20.01.2008).
В таких подогревателях вместо плоских трубных досок используются цилиндрические трубные доски, которые по сравнению с плоскими трубными досками при тех же параметрах подогревателя имеет меньшую толщину, что снижает металлоемкость, упрощает технологию изготовления и эксплуатацию подогревателя.
Кроме того, благодаря торцевой подаче пара на трубный пучок, в таком подогревателе достигаются повышенные скорости пара в межтрубном пространстве, что также снижает металлоемкость подогревателя.
Однако в прототипе не обеспечивается равномерное расширение греющего пара на выходе из пароподводящего отверстия. Пар, резко расширяясь, становится турбулентным: движение пара теряет устойчивость и становится беспорядочным. При этом в потоке появляются беспорядочные вихри разных размеров, и скорость потока в каждой точке меняется случайным образом со временем. Эти вихри могут дробиться или иногда сливаться между собой, что повышает потери давления пара и снижает температурный напор в трубном пучке. Кроме того, такая структура потока пара может привести к тому, что одна лобовая часть трубного пучка может оказаться в застойной зоне, а другая - в зоне повышенных скоростей и, соответственно, эрозионного износа.
Кроме того, такие подогреватели работают на влажном паре из отборов паровых турбин, а влажный пар при повышенных скоростях и сложной структуре потока может привести к эрозионному и коррозионному износу центрального коллектора, а также верхних частей корпуса и трубного пучка.
Технической задачей изобретения является снижение эрозионного и коррозионного износа центрального коллектора, а также верхних частей корпуса и трубного пучка. Кроме того, технической задачей изобретения является снижение потерь давления греющего пара и равномерное распределение его по межтрубному пространству трубного пучка, что интенсифицирует теплообмен и снизит металлоемкость подогревателя.
Техническая задача решается в пароводяном подогревателе, содержащем вертикальный корпус, внутри которого установлены трубные пучки, подключенные трубным пространством к центральному коллектору нагреваемой воды, причем в верхней торцевой стенке корпуса выполнено пароподводящее отверстие, при этом подогреватель снабжен диффузором, образованным раструбом, подключенным к пароподводящему отверстию, и отбойным щитком с центральной сплошной и периферийной перфорированной частями, первая из которых расположена над центральным коллектором, причем в диффузоре установлены направляющие перегородки с образованием каналов, направленных на соответствующие трубные пучки.
Кроме того, внутри корпуса горизонтально расположено отбойное кольцо, прикрепленное к его верхней торцевой стенке.
Благодаря диффузору, образованному раструбом, подключенным к пароподводящему отверстию, и отбойным щитком с центральной сплошной и периферийной перфорированной частями, первая из которых расположена над центральным коллектором, а также за счет того, что в диффузоре установлены направляющие перегородки с образованием каналов, направленных на соответствующие трубные пучки, удалось обеспечить постепенное расширение потока греющего пара с устойчивым безвихревым движением с последующим равномерным распределением пара по межтрубному пространству трубного пучка. Это, с одной стороны, снижает локальные скорости набегающего потока, а также коррозионный и эрозионный износ верхней части подогревателя, а с другой стороны, снижает потери давления греющего пара и повышает температурный напор в трубных пучках, что интенсифицирует теплообмен и снижает металлоемкость подогревателя.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид пароводяного подогревателя; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1; фиг.3 - выносной элемент Б фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В фиг.3.
Пароводяной подогреватель содержит вертикальный корпус 1, внутри которого установлены трубные пучки 2 (на фиг.2 показано четыре таких пучка), подключенные трубным пространством к центральному коллектору 3 нагреваемой воды. В верхней торцевой стенке 4 корпуса 1 выполнено пароподводящее отверстие 5 (фиг.3). Подогреватель снабжен диффузором, образованным раструбом 6, подключенным к пароподводящему отверстию 5, и отбойным щитком с центральной сплошной частью 7 и периферийной перфорированной частью 8. Центральная сплошная часть 7 отбойного щитка расположена над центральным коллектором 3. В диффузоре установлены направляющие перегородки 9 с образованием каналов 10, направленных на соответствующие трубные пучки 2.
Внутри корпуса 1 горизонтально расположено отбойное кольцо 11, прикрепленное к его верхней торцевой стенке 4.
В нижней торцевой стенке 12 корпуса 1 имеется конденсатоотводящий патрубок 13. Центральный коллектор 3 выполнен с камерой 14 подвода и камерой 15 отвода подогреваемой воды.
Снаружи корпуса 1 к его верхней торцевой стенке 4 прикреплен пароподводящий патрубок 16, расположенный соосно пароподводящему отверстию 5. К патрубку 16 посредством ребра 17 приварен щиток диффузора. Кроме того, щиток прикреплен к раструбу 6 диффузора посредством перегородок 9. Раструб 6 диффузора крепится к верхней торцевой стенке 4 ребрами 18 и дополнительно приваривается к стенке 4 по периметру пароподводящего отверстия 5.
Пароводяной подогреватель работает следующим образом.
Влажный пар из отбора паровой турбины через пароподводящее отверстие 5 подают в диффузор, образованный раструбом 6 и отбойным щитком с центральной сплошной частью 7 и периферийной перфорированной частью 8. При этом щиток защищает центральный коллектор 3 от эрозионного разрушения. Одновременно диффузор формирует устойчивые потоки пара без образования вихрей, которые равномерно расширяются в каналах 10 диффузора и затем отбойным кольцом 11 отклоняются на трубные пучки 2. Перфорация периферийной части 8 щитка повышает равномерность распределения пара по трубным пучкам 2. Отбойное кольцо 11 предохраняет от эрозионного износа стенку 4 корпуса 1.
В межтрубном пространстве пучка пар конденсируется, и конденсат после некоторого охлаждения (при затоплении конденсатом нижней части трубного пучка 2) выводится из подогревателя через патрубок 13.
Подогреваемую воду через камеру 14 центрального коллектора 3 подают в трубное пространство пучков 2, где она подогревается. Подогретая вода собирается в камере 15 центрального коллектора 3 и затем выводится из подогревателя.