ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ
STEAM SUPERHEATER

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при проектировании сепараторов-пароперегревателей турбоустановок атомных электростанций.
Известен пароперегреватель, содержащий размещенные в корпусе, включенном в тракт перегреваемого пара, трубы конденсации греющего пара, соединенные входными и выходными концами с верхним и нижним отсеками вертикальной камеры, которая имеет плоскую трубную доску, причем нижний отсек камеры соединен трубопроводами со сборником конденсата (FR 2593586. М.кл. F22G 1/00. 31.07.1987).
Недостатком известного пароперегревателя является повышенная металлоемкость, обусловленная плоской формой трубной доски, для которой характерна большая толщина, а также выполнением сборника конденсата отдельно от нижнего отсека камеры, что требует дополнительных перепускных трубопроводов.
К настоящему изобретению наиболее близким техническим решением из известных технических решений (прототипом) является пароперегреватель, содержащий размещенные в корпусе, включенном в тракт перегреваемого пара, трубы конденсации греющего пара, соединенные входными и выходными концами с верхней и нижней вертикальными камерами, соответственно, причем верхняя камера подключена к трубопроводу подвода греющего пара, а нижняя камера в зоне, расположенной ниже выходных концов труб конденсации пара, выполнена с вертикальным сборником конденсата (SU 368448. М.кл. F22G 1/00. 26.01.1973).
Недостатком прототипа является повышенный расход греющего пара в пароперегревателе для обеспечения требуемых характеристик перегреваемого пара. Это связано с тем, что в прототипе для перегрева пара используется только тепло конденсации греющего пара, а тепло конденсата греющего пара 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 греющего пара.
Техническая задача решается в пароперегревателе, содержащем размещенные в корпусе, включенном в тракт перегреваемого пара, трубы конденсации греющего пара, соединенные входными и выходными концами с верхней и нижней вертикальными камерами, соответственно, причем верхняя камера подключена к трубопроводу подвода греющего пара, а нижняя камера в зоне, расположенной ниже выходных концов труб конденсации пара, выполнена с вертикальным сборником конденсата, при этом сборник конденсата разделен поперечной перегородкой на верхний и нижний отсеки, а в корпусе размещены трубы охлаждения конденсата, соединенные входными и выходными концами, соответственно, с верхним и нижним отсеками сборника конденсата.
Кроме того, нижняя камера в зоне, расположенной по высоте между выходными концами труб конденсации пара и входными концами труб охлаждения конденсата, может быть разделена дополнительной поперечной перегородкой на верхний и нижний отсеки, которые соединены между собой посредством гидрозатвора, выполненного в этой перегородке, а в корпусе могут быть размещены дополнительные трубы конденсации пара, соединенные входными и выходными концами, соответственно, с верхним и нижним отсеками нижней камеры.
Разделение сборника конденсата поперечной перегородкой на верхний и нижний отсеки и размещение в корпусе пучка труб для охлаждения конденсата, соединенных входными и выходными концами, соответственно, с верхним и нижним отсеками сборника конденсата, позволяет использовать для перегрева пара не только тепло конденсации греющего пара, но и тепло конденсата этого пара. При этом расход греющего пара через пароперегреватель снижается и, соответственно, увеличивается расход пара через проточную часть турбины, что повышает экономичность турбоустановки.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид пароперегревателя, первый вариант исполнения; на фиг.2 показан общий вид пароперегревателя, второй вариант исполнения; на фиг.3 - узел I фиг.2.
Пароперегреватель по первому варианту исполнения содержит размещенный в корпусе 1, включенном в тракт 2 перегреваемого пара, трубы 3 конденсации греющего пара. Трубы 3 соединены входными концами с верхней вертикальной камерой 4, а выходными - с нижней вертикальной камерой 5. Камеры 4 и 5 образованы в цилиндрическом коллекторе 6 и отделены одна от другой перегородкой 7, как это показано на чертежах. Однако возможно выполнение камер 4 и 5 отдельно одна от другой в виде самостоятельных узлов (на чертежах условно не показано).
Нижняя камера 5 коллектора 6 выполнена с вертикальным сборником 8 конденсата, в котором поддерживают уровень 9 конденсата. Сборник 8 конденсата разделен поперечной перегородкой 10 на верхний отсек 11 и нижний отсек 12. В корпусе 1 размещен пучок труб 13 для охлаждения конденсата, соединенных входными концами с верхним отсеком 11 и выходными концами с нижним отсеком 12 сборника 8 конденсата.
Коллектор 6 верхней камерой 4 подключен к трубопроводу 14 подвода греющего пара, а нижним отсеком 12 сборника 8 конденсата - к трубопроводу 15 отвода охлажденного конденсата. В нижней камере 5 пароперегревателя над уровнем 9 конденсата установлено устройство 16 для сбора неконденсирующихся газов, соединенное с отводящей трубой 17.
Трубы 3 конденсации греющего пара выполнены U-образными и, собранные в пучок, приобретают различную теплонапряженность, которая обусловлена разным температурным напором труб 3. При использовании таких трубных пучков может возникнуть опасность попадания неконденсирующихся газов обратным ходом из камеры 5 в наиболее теплонапряженные трубы 3 с последующей их «закупоркой». Первый вариант пароперегревателя используется, если греющий пар содержит незначительное количество неконденсирующихся газов. В этом случае, как показали эксперименты, «закупорки» труб 3 не происходит. При повышенном содержании неконденсирующихся газов в потоке греющего пара применяют второй вариант исполнения пароперегревателя.
Пароперегреватель по второму варианту исполнения, изображенный на фиг.2, отличается от описанного выше пароперегревателя тем, что нижняя камера 5 в зоне, расположенной между выходными концами труб 3 конденсации пара и входными концами труб 13 охлаждения конденсата, разделена поперечной перегородкой 18 на верхний и нижний отсеки 19 и 20, соответственно. Отсеки 19 и 20 соединены между собой посредством гидрозатвора 21, выполненного в перегородке 18. При этом в корпусе 1 размещены дополнительные трубы 22 конденсации пара, соединенные входными и выходными концами, соответственно, с верхним и нижним отсеками 19 и 20, соответственно, нижней камеры 5.
Трубы 3 конденсации греющего пара во втором варианте пароперегревателя также, как и в первом варианте пароперегревателя, выполнены U-образными и, собранные в пучок, приобретают различную теплонапряженность. Однако во втором варианте поверхность теплообмена пучка труб 3 выбирается такой, что в последних конденсируется не весь пар, а, примерно, 90%. Остальные, примерно, 10% пара проходят трубы 3 транзитом. Благодаря такой продувке, как показали эксперименты, несмотря на различную теплонапряженность труб 3 их «закупорки» не происходит.
Дополнительные трубы 22 предназначены для конденсации 10% греющего пара. Поверхность теплообмена труб 22 относительно небольшая, поэтому, несмотря на то что они, как и трубы 3, выполнены U-образными, тем не менее, практически не отличаются друг от друга в пучке по теплонапряженности, и «закупорка» труб 22 также не происходит. В этом варианте исполнения пароперегревателя над перегородкой 18 устанавливается уровень 23 конденсата, а устройство 16 сбора неконденсирующихся газов размещено в нижнем отсеке 20 камеры 5 над уровнем 9 конденсата.
В тракт 2 до пароперегревателя по ходу перегреваемого пара включен блок сепараторов (на чертежах условно не показан).
Пароперегреватель работает следующим образом.
Греющий пар по трубопроводу 14 подают в камеру 4, из которой он попадает в трубы 3 для конденсации. Конденсируясь, греющий пар отдает тепло перегреваемому пару, проходящему в направлении снизу вверх по межтрубному пространству пучка труб 3. В первом варианте исполнения пароперегревателя в трубах 3 конденсируется весь греющий пар. Во втором варианте пароперегревателя большая часть греющего пара конденсируется в трубах 3, а остальной пар - в трубах 22.
В первом варианте исполнения пароперегревателя образовавшийся конденсат сливается через нижнюю камеру 5 на уровень 9 конденсата. Неконденсирующиеся газы скапливаются в верхней части камеры 5, где собираются устройством 16 и периодически откачиваются по трубе 17.
Во втором варианте исполнения пароперегревателя конденсат из труб 3 попадает сначала на уровень 23 конденсата, а затем через гидрозатвор 21 в перегородке 18 сливается на уровень 9 конденсата. Неконденсирующиеся газы, выделившиеся при конденсации пара в трубах 3, попадают сначала в верхний отсек 19 камеры 5, а затем вместе с паром, который не сконденсировался в трубах 3, попадает в трубы 22. В трубах 22 к этому неконденсирующемуся газу добавляются неконденсирующиеся газы, которые выделились из пара при его конденсации в трубах 22, и общий поток собирается в нижнем отсеке 20 камеры 5, откуда периодически откачиваются посредством устройства 16 и трубы 17.
В обоих вариантах исполнения пароперегревателя конденсат охлаждается в трубах 13, отдавая тепло перегреваемому пару, проходящему по межтрубному пространству пучка труб 13, и затем охлажденным выводится из пароперегревателя по трубопроводу 15.