ПАРОВОДЯНОЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к энергетике, а именно, к пароводяным теплообменникам-устройствам для подогрева воды греющим паром, например, из отборов турбин или от котлов отопительных котельных.
Известны пароводяные теплообменники, содержащие корпус с патрубками подвода, отвода сетевой воды, подвода греющего пара, отвода конденсата, входную, выходную, поворотную камеры, размещенную в корпусе трубную систему, включающую в себя неподвижную и подвижную трубные доски, в которых выполнены отверстия для пучков трубок первого и второго ходов (Патент РФ №2098732).
Известное техническое решение реализовано в подогревателе сетевой воды типа ПСВ, выбранном в качестве прототипа (), который представляет собой пароводяной теплообменник вертикального типа, основными узлами которого являются: корпус, трубная система, верхняя и нижняя водяные камеры. Сборка узлов осуществляется с помощью фланцевого соединения, обеспечивающего возможность их профилактического осмотра и ремонта. Корпус подогревателя состоит из цилиндрической обечайки, эллиптического днища и фланца для соединения с трубной системой. В верхней части обечайки корпуса расположен патрубок подвода пара, а ниже расположены: патрубок подвода конденсата, патрубок отсоса воздуха, муфты для подсоединения указателя уровня, патрубок для подсоединения датчика регулятора уровня. В днище установлен патрубок выхода конденсата пара и патрубок для регулятора уровня. Трубная система состоит из кожуха с открытой заходной частью со стороны патрубка подвода греющего пара, разделяющих кожух на секции горизонтальных перегородок и верхней и нижней (плавающей) трубных досок, каркасных труб, прямых теплообменных труб, концы которых развальцованы в трубных досках. На верхней трубной доске предусмотрена установка воздушного клапана для отвода воздуха из корпуса при гидроиспытании и клапана для слива воды из верхней водяной камеры. Верхняя водяная камера состоит из цилиндрической обечайки, эллиптического днища и фланца для соединения с трубной системой, патрубков подвода и отвода сетевой воды. Внутренний объем камеры разделен перегородками на отсеки, благодаря которым сетевая вода совершает необходимое количество ходов. В верхней части днища установлена муфта воздушного клапана для отвода воздуха из трубной системы при гидроиспытании. Нижняя водяная камера состоит из эллиптического днища и фланца для соединения с трубной системой. В днище установлена муфта для слива воды. Сетевая вода в подогревателе движется по теплообменным трубкам, а греющий пар поступает через пароподводящий патрубок в межтрубное пространство. Конденсат пара стекает в нижнюю часть корпуса и отводится из подогревателя через регулирующий клапан, управляемый электронным автоматическим устройством. Аппаратура автоматического регулирования уровня конденсата поддерживает нормальный уровень конденсата в корпусе, выпускает избыток конденсата в дренажную сеть и препятствует выходу пара из корпуса.
Недостаток указанного подогревателя заключается в его низкой эффективности, обусловленной не полным использованием возможностей забора тепла от конденсата.
Полезная модель направлена на решение задачи повышения эффективности подогревателя.
Технический результат - наиболее полное использование забора тепла от конденсата.
1
1
2
2
1
1
2
2
2
1
1
Технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в пароводяном теплообменнике, содержащем вертикальный корпус с патрубками подвода греющего пара, отвода конденсата и отвода неконденсирующихся газов, нижнюю водяную камеру и верхнюю водяную камеру с патрубками подвода и отвода сетевой воды, размещенную в корпусе трубную систему, включающую кожух с открытой заходной частью со стороны патрубка подвода греющего пара, разделяющие кожух на секции горизонтальные перегородки, верхнюю и нижнюю плавающую трубные доски с отверстиями для пропущенных сквозь них трубок пучков первого и второго, расположенного со стороны заходной части кожуха, ходов, и предустановленный в корпусе уровень конденсата, кожух снабжен дополнительной горизонтальной перегородкой, перекрывающей пучок первого хода, ограниченной пучком второго хода и расположенной со стороны нижней трубной доски на расстоянии t от нее, и прорезью высотой h от нижней трубной доски со стороны пучка первого хода, нижняя трубная доска снабжена выступом высотой h, охватывающим пучок второго хода и расположенным между корпусом и кожухом так, что h>t>h, а уровень конденсата предустановлен выше нижней трубной доски на величину t так, что h>t>t, кроме того, выступ снабжен одним или более окнами со сторонами, расположенными так, что по одной из сторон каждого окна примыкают к нижней трубной доске, противоположные первым стороны окон отстоят от нижней трубной доски на расстояние, не превышающее h, а совокупная площадь окон меньше площади прорези кожуха.
Полезная модель иллюстрируется рисунками, на которых не показаны только те элементы, которые полностью совпадают с прототипом и, соответственно, не являются необходимыми для иллюстрирования предложенного технического решения:
Фиг.1 - пароводяной теплообменник в разрезе;
Фиг.2 - разрез по А-А на Фиг.1;
Фиг.3 - разрез по Б-Б на Фиг.1;
Фиг.4 - разрез по В-В на Фиг.1; Фиг.5 - дополнительная горизонтальная перегородка в плане.
1
1
2
2
1
1
2
2
2
1
Пароводяной теплообменник (Фиг.1) содержит вертикальный корпус 1 с патрубками подвода греющего пара (не показан), отвода конденсата 2 и отвода неконденсирующихся газов (не показан), нижнюю водяную камеру 3 и верхнюю водяную камеру с патрубками подвода и отвода сетевой воды (не показаны), размещенную в корпусе трубную систему 4, включающую кожух 5 с открытой заходной частью 6 (Фиг.2) со стороны патрубка подвода греющего пара, разделяющие кожух 5 на секции горизонтальные перегородки 7, верхнюю (не показана) и нижнюю плавающую 8 трубные доски с отверстиями для пропущенных сквозь них трубок пучков первого 9 и второго 10 ходов (Фиг.2, Фиг.3, Фиг.4), и предустановленный в корпусе 1 уровень 11 конденсата. Кожух 5 снабжен дополнительной горизонтальной перегородкой 12 (Фиг.5), плотно приваренной к кожуху 5 по прилегающему периметру, перекрывающей пучок первого хода 9, и расположенной со стороны нижней трубной доски 8 на расстоянии t от нее. Кожух 5 снабжен сегментной прорезью 13 (Фиг.3, Фиг.4) высотой h от нижней трубной доски 8 со стороны пучка первого хода 9. Нижняя трубная доска 8 снабжена выступом 14 высотой h, полностью или частично охватывающим пучок второго хода 10 и расположенным между корпусом 1 и кожухом 5 так, что h>t>h. Уровень конденсата 15 предустановлен выше нижней трубной доски 8 на величину t так, что h>t>t.
1
Выступ 14 снабжен одним или более окнами 16 (Фиг.4), по одной из сторон которых (нижние стороны) примыкают к нижней трубной доске 8, а противоположные стороны отстоят от нижней трубной доски 8 на расстояние, не превышающее h. Совокупная площадь окон 16 формируется меньше площади прорези 13 кожуха.
Пароводяной теплообменник работает следующим образом.
При подаче сетевой воды, она проходит последовательно через патрубок подвода сетевой воды, трубный пучок первого хода 9, нижнюю водяную камеру 3, трубный пучок второго хода 10 и через патрубок отвода сетевой воды покидает пароводяной теплообменник. При подаче греющего пара через патрубок подвода греющего пара в полость кожуха 5 через заходную часть 6 к трубной системе 4 осуществляется конденсация пара и подогрев сетевой воды. Образовавшийся конденсат оседает на горизонтальных перегородках 7 и стекает в нижнюю часть корпуса 1 и покидает подогреватель через патрубок отвода конденсата 2.
Особенностью предложенного пароводяного теплообменника является конструктивное затопление нижней части трубных пучков первого 9 и второго 10 ходов и конструктивная организация горизонтального движения конденсата в межтрубном пространстве в направлении от пучка второго хода к пучку первого хода.
При продольном обтекании (характерно для опускного движения конденсата в межтрубном пространстве) коэффициент теплоотдачи от конденсата к теплообменной трубе рассчитывается по следующим формулам:
1
экв
1
экв
экв
0,8
0,4
α=0,023·λRe·Pr/d Re=W·d/υ d=4f/P, где
1
2
α - коэффициент теплоотдачи при продольном обтекании, Вт/м·К;
λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м·К;
Re - критерий Рейнольдса;
Рr - критерий Прандтля;
экв
d - эквивалентный диаметр, м;
1
W - скорость конденсата при продольном обтекании, м/с;
2
υ - коэффициент кинематической вязкости, м/с;
2
f - проходное сечение теплообменной трубы, м;
P - смоченный периметр, м.
В случае поперечного обтекания теплообменных труб (характерно для специально организованного горизонтального движения конденсата в межтрубном пространстве в направлении от пучка второго хода к пучку первого хода) формулы для расчета коэффициента теплоотдачи следующие:
2
тр
2
тр
0,6·
0,35
α=0,334·λRePr/d Re=W·d/υ, где
2
2
α - коэффициент теплоотдачи при поперечном обтекании, Вт/м·К;
тр
d - наружный диаметр теплообменной трубы, м;
2
W - скорость конденсата при поперечном обтекании, м/с
1
2
2
1
2
1
Принимая во внимание реальные скорости конденсата в пароводяном теплообменнике W=0,008 м/с и W=0,15 м/с, соотношение коэффициентов теплоотдачи будет приблизительно равно α/α=22, а соотношение соответствующих коэффициентов теплопередачи К/K=14.
Окна 16 выступа 14 выполняют смывную функцию, препятствуя образованию зоны застоя и шлакоотложения. Формирование совокупной площади окон 16 меньше площади прорези 13 кожуха 5 позволяет не нарушить направление омывания конденсатом трубных пучков в направлении от пучка второго хода к пучку первого хода.
С учетом изложенного можно сделать вывод, что интенсивность теплообмена в реальном пароводяном теплообменнике при конструктивной организации движения конденсата, обеспечивающей поперечное обтекание теплообменных труб (предложенное техническое решение), существенно выше по сравнению с известными.