ТЕПЛООБМЕННИК

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, преимущественно к кожухотрубным воздухоподогревателям котельных агрегатов.
Известен теплообменник (см., патент №2096715, МПК F28D 3/00, F28F 13/12, Бюл. №32, 1997), содержащий теплообменную поверхность, устройство для подачи теплоносителя с отверстиями, в которых расположены сопла, с жестко закрепленными внутри завихрителями в виде развернутых по ходу сопла на 90° четырех полос.
Недостатком теплообменника является невозможность отделения для последующего удаления загрязнений в виде мелких твердых частиц и каплеобразной влаги практически постоянно находящихся в воздухе, нагнетаемом в теплообменник.
Известен теплообменник (см. патент №2161764, МПК F28D 3/00, F28F 13/12. 2001), содержащий теплообменную поверхность, устройство для подачи теплоносителя с отверстиями, в которых расположены сопла с жестко закрепленными внутри завихрителями в виде четырех полос, развернутых по ходу сопла на 90° и имеющими лотки, соединенные с кольцевой канавкой и установленное в нижней ее части устройство для удаления загрязнений.
Недостатком является залипание твердых и каплеобразных загрязнений на внутренней поверхности кольцевой канавки, что приводит к возрастанию толщины слоя загрязнений и последующему срыву его потоком воздуха, поступающего в сопло, а это интенсифицирует бомбардировку теплообменной поверхности, снижая эксплуатационные показатели теплообменников за счет увеличения частоты замены пучка труб. Кроме этого, возрастание концентрации загрязнений по проходному сечению сопла, увеличивает его гидравлическое сопротивление и, как следствие, приводит к
дополнительным энергозатратам при транспортировке теплоносителя в теплообменник.
Технической задачей является повышение надежности работы теплообменной поверхности в результате устранения циркуляционного движения загрязнений в соплах, путем снижения вероятности образования утолщающегося во время эксплуатации в результате налипания слоя твердых и каплеобразных частиц на внутренней поверхности кольцевой канавки за счет обеспечения ее термовибрационного колебания.
Технический результат по поддержанию надежной работы теплообменной поверхности в течение длительной эксплуатации достигается тем, что теплообменник, содержащий теплообменную поверхность, устройство для подачи теплоносителя с отверстиями, в которых расположены сопла с жестко закрепленными внутри завихрителями в виде четырех полос, развернутых по ходу сопла на 90° и имеющих лотки, соединенные с кольцевой канавкой и установленного в нижней ее части устройства для удаления загрязнений, при этом кольцевая канавка выполнена из биметалла, причем материал биметалла на внутренней поверхности кольцевой канавки имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза превышающий коэффициент теплопроводности материала на внешней поверхности кольцевой канавки.
На фиг.1 изображен предлагаемый теплообменник, общий вид, на фиг.2 - завихритель суживающегося сопла с лотками на каждой из четырех полос, на фиг.3 - поперечный разрез кольцевой канавки.
Теплообменник состоит из теплообменной поверхности 1 в виде пучка вертикальных труб расположенного в нижней части теплообменника устройства 2, для подачи теплоносителя с размещенными в нем двумя суживающимися соплами 3, внутри которых укреплены завихрители 4 в виде четырех полос, развернутых по ходу сопла на 90°, при этом на каждой из четырех полос в зоне контакта с внутренней поверхностью сопел 4 выполнены лотки 5. На внутренней поверхности у каждого из двух
суживающихся сопел 3 перед входным отверстием 6 выполнена кольцевая канавка 7 соединенная в нижней части с устройством удаления загрязнений 8. Кольцевая канавка 7 выполнена из биметалла, при этом материал биметалла на внутренней поверхности 9 кольцевой канавки 7 имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза превышающий коэффициент теплопроводности материала на внешней поверхности 10 кольцевой канавки 7.
Теплообменник работает следующим образом.
Теплоноситель, например, воздух из окружающей среды, в которой практически всегда наблюдается наличие во взвешенном состоянии мелких твердых частиц и каплеобразных загрязнений, нагнетается вентилятором (не показано) и поступает на входное устройство 2 и далее к соплам 3. В суживающихся соплах 3 поток ускоряется и, перемещаясь по полосам завихрителя 4, закручивается и в виде двух струй подается на теплообменную поверхность 1. Твердые частицы и каплеобразные загрязнения, поступая на полосы завихрителя 4, за счет центробежных сил смещаются в лотки 5, здесь сталкиваются, слипаются, коагулируют и укрупняясь, перемещаются по внутренней полости лотков 5 и входному отверстию 6 устройства 2, где выполнена смесь, состоящая из каплеобразной влаги и смоченных твердых частиц, перемещается из лотков 5 в кольцевую канавку 7 где в результате контакта на внутренней ее поверхности 9 образует слой загрязнений изменяющийся по толщине в направления к нижней части, здесь размещено устройство удаления загрязнений 8. Интенсивность роста слоя загрязнений на внутренней поверхности 9 кольцевой канавки 7 определяется концентрацией твердых частиц смоченных пылеобразной влагой и обладающих высокой степенью слипаемости с материалом внутренней поверхности 9. При толщине загрязнений превышающей глубину кольцевой канавки 7, особенно ближе к ее нижней части, наблюдается постоянный срыв и витание каплеобразных и твердых частиц под воздействием непрерывно поступающего потока теплоносителя, т.е. воздуха,
как следствие данного явления концентрация загрязнений в объеме суживающихся сопл 3 резко возрастает и часть их бомбандирует теплообменную поверхность, снижая эксплуатационные показатели теплообменников за счет увеличения частоты замены пучка труб в период работы.
Выполнение кольцевой канавки 7 из биметалла при наличии разности температур между температурой воздуха окружающей среды примерно равной температуре наружной поверхности устройства 2, соответственно, наружной поверхности 10 кольцевой канавки 7 и температурой воздуха, перемещающегося по завихрителям 4 (см., например Вихревой эффект и его применение в технике. А.П.Меркулов. М.: 1969-387 с. Ил.) соответственно внутренней поверхности 9 кольцевой канавки 7 приводит к образованию термовибраций и, которые практически устраняют налипание смоченных каплеобразной влагой твердых частиц на внутренней поверхности 9 кольцевой канавки 7. Так как температурный напор, как показала практика эксплуатации кожухотрубных воздухонагревателей котельных агрегатов, колеблется от 10 до 15°С, то предлагается в составе биметалла использовать материал внутренней поверхности 9 кольцевой канавки 7 с коэффициентом теплопроводности в 2,0-2,5 раза превышающий коэффициент теплопроводности материала наружной поверхности 10. В результате, получаемый по условиям эксплуатации градиент температур поддерживает стабильную термовибрацию (см., например Дмитриев А.Н. Биметаллы. Пермь, 1991 г. - 416 с. ил.), обеспечивающую постоянное стряхивание налипающих твердых и каплеобразных с внутренней поверхности 9 кольцевой канавки 7 в устройство удаления загрязнений 8 и, как следствие, устраняется возможность образования утолщенного слоя загрязнений и, соответственно, срыва его с внутренней поверхности 9 кольцевой канавки 7 и последующая бомбардировка теплообменной поверхности.
Оригинальность технического решения заключается в том, что выполнение кольцевой канавки из биметалла в устройстве для подачи
теплоносителя практически устраняет возможность циркуляционного перемещения загрязнений в суживающихся соплах, снижая тем самым вероятность бомбандировки теплообменной поверхности, а это, в конечном итоге повышает эксплуатационную надежность теплообменников, выполненных преимущественно в виде кожухотрубных воздухоподогревателей котельных агрегатов.