ПАРОВОДЯНОЙ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ
STEAM AND WATER HEATER

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на атомных и тепловых электростанциях для подогрева питательной воды, основного конденсата и воды теплосети.
Известен пароводяной подогреватель, содержащий вертикальный корпус с опускным каналом для конденсируемого пара, а также установленный в опускном канале трубный вертикальный пучок из U-образных труб, закрепленных в плоских трубных досках, и перфорированный коробчатый коллектор сбора и отвода неконденсирующихся газов, расположенный в нижней части опускного канала (RU 2366859, 10.09.2009).
Недостатком известного пароводяного подогревателя является повышенная металлоемкость, так как в нем используются плоские трубные доски с повышенной требуемой толщиной. Кроме того, применение плоских трубных досок усложняет технологию их изготовления (сверление глубоких отверстий, вальцовка труб на большой глубине) и снижает эксплуатационную надежность подогревателя, так как при работе аппарата в переменных режимах в толстостенных трубных досках возникают большие термические напряжения.
К настоящему изобретению наиболее близким техническим решением из известных технических решений (прототипом) является пароводяной подогреватель, содержащий вертикальный корпус, по меньшей мере, с одним опускным каналом для конденсируемого пара, в котором установлен трубный вертикальный пучок с чередующимися по его высоте поперечными и продольными участками, а также перфорированный коллектор сбора и отвода неконденсирующихся газов, расположенный в нижней части опускного канала поперечно продольным участкам трубного пучка (RU 2315235, 20.01.2008).
В таком подогревателе используются цилиндрические трубные доски, которые имеют толщину, на пол порядка меньшую, чем рассчитанная на те же параметры толщина плоских трубных досок.
В прототипе при прохождении по межтрубному пространству" пучков пар полностью конденсируется непосредственно над уровнем конденсата, который устанавливается в нижней части опускного канала. В этом месте образуется зона максимальной концентрации неконденсирующихся газов - зона оптимального расположения коллектора для их отвода. Эта зона расположена по всему поперечному сечению опускного канала. Однако в прототипе коллектор сбора и отвода неконденсирующихся газов расположен только в части этого сечения, только со стороны продольных участков трубного пучка. Это приводит к «запариванию» коллектора и отводу паровоздушной смеси с ограниченного объема нижней части опускного канала с незначительным процентным содержанием в ней неконденсирующихся газов (воздуха). В остальном объеме нижней части опускного канала происходит увеличение концентрации неконденсирующихся газов в паре из-за сложности «эвакуации» паровоздушной смеси из мест ее накопления. Увеличение процентного содержания воздуха в паре приводит к ухудшению процесса теплообмена и интенсификации коррозии внутрикорпусных элементов конструкции. Этот недостаток усугубляется тем, что часть капель конденсата падают на неприкрытый коллектор и вместе с увлекаемым паром отводятся в продувку, что снижает экономичность подогревателя.
Таким образом, недостатком прототипа является низкая эффективность удаления неконденсирующихся газов из пароводяного подогревателя, что ухудшает теплообмен в трубном пучке и повышает коррозию внутрикорпусных элементов конструкции. Дополнительным недостатком прототипа является низкая экономичность из-за повышенных потерь пара и конденсата в процессе отвода неконденсирующихся газов.
Техническим результатом изобретения является эффективное удаление неконденсирующихся газов из пароводяного подогревателя, что улучшает теплообмен в трубном пучке и снижает коррозию внутрикорпусных элементов конструкции. Дополнительным техническим результатом изобретения является повышение экономичности путем понижения потерь пара и конденсата в процессе отвода неконденсирующихся газов.
Технический результат обеспечивается в пароводяном подогревателе, содержащем вертикальный корпус, по меньшей мере, с одним опускным каналом для конденсируемого пара, в котором установлен трубный вертикальный пучок с чередующимися по его высоте поперечными и продольными участками, а также перфорированный коллектор сбора и отвода неконденсирующихся газов, расположенный в нижней части опускного канала поперечно продольным участкам трубного пучка, причем в нижней части опускного канала установлен, по меньшей мере, один дополнительный коллектор сбора и отвода неконденсирующихся газов, расположенный продольно поперечным участкам трубного пучка.
Кроме того, каждый коллектор сбора и отвода неконденсирующихся газов снабжен расположенным над ним зонтом.
Установка в нижней части опускного канала, по меньшей мере, одного дополнительного коллектора сбора и отвода неконденсирующихся газов, расположенного продольно поперечным участкам трубного пучка, вместе с коллектором сбора и отвода неконденсирующихся газов, расположенным поперечно продольным участкам трубного пучка, приведет к равномерному отводу неконденсирующихся газов из всей зоны максимальной их концентрации в нижней части опускного канала, что улучшает теплообмен в трубном пучке и снижает коррозию внутрикорпусных элементов конструкции.
Благодаря тому что каждый коллектор сбора и отвода неконденсирующихся газов снабжен расположенным над ним зонтом, снижаются потери пара и конденсата в процессе отвода неконденсирующихся газов. Это объясняется тем, что конденсат, падающий каплями на коллекторы, не может попасть внутрь коллекторов, так как прежде эти капли попадают на зонт, которым струйками направляются мимо коллекторов и далее - на уровень конденсата в опускном канале. Пар, который мог быть увлечен неконденсирующимися газами внутрь коллекторов, также не может попасть в их полость, так как прежде вынужден проходить сквозь струйки переохлажденного конденсата, стекающие с зонта, конденсироваться на этих струйках и затем сливается конденсатом на уровень конденсата в нижней части опускного канала.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид пароводяного подогревателя; на фиг.2 - выносной элемент А фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В и Г-Г на фиг.3.
Пароводяной подогреватель содержит вертикальный корпус 1, по меньшей мере, с одним опускным каналом 2 для конденсируемого пара. На фиг.3 в примере конкретной реализации изобретения показан корпус с четырьмя опускными каналами 2. В каждом опускном канале 2 установлен трубный вертикальный пучок с чередующимися по его высоте поперечными участками 3 и продольными участками 4.
В нижней части опускного канала 2 поперечно продольным участкам 4 трубного пучка расположен перфорированный коллектор 5 сбора и отвода неконденсирующихся газов, а также, по меньшей мере, один коллектор 6 сбора и отвода неконденсирующихся газов, расположенный продольно поперечным участкам 3 трубного пучка. На фиг.3 в примере конкретной реализации изобретения показан только один коллектор 6. В общем случае коллекторов 6 может быть несколько. Коллекторы 5 и 6 сбора и отвода неконденсирующихся газов снабжены расположенным над ним зонтом 7 и выполнены с всасывающими отверстиями 8.
Корпус 1 в верхней части имеет патрубок 9 подвода греющего пара, а в нижней части - патрубок 10 отвода конденсата. В опускных каналах 2 устанавливают уровень 11 конденсата. По центру корпуса 1 размещен вертикальный коллектор с раздающей камерой 12 и собирающей камерой 13 подогреваемой воды, к которым подключены трубы пучков.
Пароводяной подогреватель работает следующим образом.
Греющий пар через патрубок 9 подают в каналы 2, где пар конденсируется, омывая трубы пучков. Конденсат сливается на уровень 11 конденсата, затем выводится из подогревателя по патрубку 10. Если нижние участки трубных пучков расположены под уровнем 11 конденсата, то конденсат охлаждается на трубах этих участков трубных пучков и выводится из подогревателя по патрубку 10 охлажденным.
По мере движения пара вниз и конденсации на трубах пучков концентрация пара уменьшается, а концентрация неконденсирующихся газов, соответственно, увеличивается. Конденсация последнего пара происходит непосредственно над уровнем 11 конденсата одновременно по всему поперечному сечению опускного канала 2, по которому равномерно распределены коллекторы 5 и 6 сбора и отвода неконденсирующихся газов. Неконденсирующиеся газы собираются коллекторами 5 и 6 для последующего вывода их из подогревателя.
Капли конденсата падают на зонт 7, отклоняются при помощи его так, чтобы не попасть в отверстия 8 коллекторов 5 и 6. На зонте 7 капли конденсата объединяются в струйки, которые направляются мимо коллекторов 5 и 6 на уровень 11 конденсата. На трубах пучков конденсат переохлаждается, поэтому пар, который увлекается неконденсирующимися газами внутрь коллекторов 5 и 6, проходит сквозь струйки переохлажденного конденсата, стекающие с зонта 7, конденсируется на этих струйках и затем сливается конденсатом на уровень 11 конденсата.
Нагреваемую воду (питательную воду системы регенерации паротурбинной установки, или основной конденсат этой системы, или воду теплосети) подают сначала в раздающую камеру 12 вертикального коллектора, а затем в трубы пучков. В трубах пучков вода подогревается за счет конденсации греющего пара в опускных каналах 2. Если нижние участки пучков расположены под уровнем 11 конденсата в канале 2, то вода подогревается также за счет охлаждения конденсата. Нагретая вода попадает в собирающую камеру 13 вертикального коллектора и затем выводится из подогревателя.