CS266009B1

CS266009B1 - Vertical water heater subcooler

Info

Publication number: CS266009B1
Application number: CS865190A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Ing Kugler; Josef Ing Martoch; Vladimir Ing Csc Krizek; Karel Ing Lochman
Original assignee: Kugler Vladimir; Martoch Josef; Krizek Vladimir; Karel Ing Lochman
Priority date: 1986-07-09
Filing date: 1986-07-09
Publication date: 1989-11-14
Also published as: CS519086A1

Abstract

Očelem navrhovaného podchlazovače svislého ohříváku vody je dosažení výstupní teploty kondenzátu libovolně se blížící teplotě vstupní chladicí vody. Zmíněného účelu se dosáhne tak, že podchlazovač je tvořen přepážkou, svisle vloženou nad trubkovnici do neotrubkované části mezitrubkového prostoru, ve vodorovném směru situovanou mezi první tah a druhý tah trubkového svazku, mimo výstupní otvor v trubkovnici, opatřenou v místě styku' s trubkovnicí alespoň jedním otvorem a na ni navazujícími, ke středu ohříváku z trubkového svazku vyčnívajícími usměrňovacími plechy a částí usměrňujících plechů, navazujících na vnější plášt, který spolu s trubkovnicí, přepážkou a úrovní hladiny kondenzátu nad prvním usměrňovacím plechem vymezuje jeho obestavěný prostor. Uvedený podchlazovač se využije především v klasické energetice.The purpose of the proposed subcooler of a vertical water heater is to achieve an outlet temperature of the condensate arbitrarily close to the temperature of the inlet cooling water. The aforementioned purpose is achieved in that the subcooler is formed by a partition vertically inserted above the tube sheet into the non-tubed part of the intertube space, horizontally situated between the first and second turns of the tube bundle, outside the outlet opening in the tube sheet, provided at the point of contact with the tube sheet with at least one opening and connected to it by baffle plates projecting from the tube bundle to the center of the heater and parts of the baffle plates connecting to the outer shell, which together with the tube sheet, the partition and the level of the condensate level above the first baffle plate defines its enclosed space. The aforementioned subcooler is used primarily in classical power engineering.

Description

Vynález se týká podchlazovače svislého ohříváku vody s kondenzací topné páry v mezitrubkovém prostoru s vodní komorou dole, zabudovaný na pravém tahu teplosměnného svazku.The invention relates to a subcooler for a vertical water heater with condensation of heating steam in an inter-tube space with a water chamber at the bottom, built into the right-hand draft of the heat exchange bundle.

Kondenzát, vznikající při kondenzaci topné páry na trubkách teplosměnného svazku ohříváku vody, je nutno dále ochladit. Jedním z nejzávažnějších důvodů k tomu, je snížení energetických ztrát při jeho dalším zpracování, kterým může být budto jeho bezprostřední zavedení do okruhu regenerace, tzv. přečerpávání, anebo zavedení do ohříváku nižšího stupně, tzv. kaskádování. K ochlazení kondenzátu pod teplotu sytosti danou tlakem v ohříváku, tzv. podchlazení, se užívá protiproudý výměník tepla, nazývaný podchlazovač. Kondenzát je v něm ochlazován vodou, ohřívanou v okruhu, např. regenerace nebo teplofikace. Podchlazovače mohou být budto samostatné výměníky, nebo vestavěné, či zabudované v tělese ohříváku. Z ekonomického a dispozičního hlediska jsou výhodnější podchlazovače vestavěné. Termodynamicky nejvýhodnější jsou takové podchlazovače kondenzátu, kterými protéká týž hmotnostní tok ohřívané vody jako vlastními ohříváky, a které jsou řazeny ze strany ohřívané vody před vlastní ohřívák, v němž dochází ke kondenzaci topné páry.The condensate formed during the condensation of heating steam on the tubes of the heat exchanger bundle of the water heater must be further cooled. One of the most serious reasons for this is the reduction of energy losses during its further processing, which can be either its immediate introduction into the regeneration circuit, so-called pumping, or introduction into a lower stage heater, so-called cascade. A countercurrent heat exchanger, called a subcooler, is used to cool the condensate below the saturation temperature given by the pressure in the heater, so-called subcooling. The condensate is cooled in it by water heated in the circuit, eg regeneration or heating. Subcoolers can be either separate exchangers, or built-in or built into the heater body. From an economic and dispositional point of view, built-in subcoolers are more advantageous. The most thermodynamically preferred are those condensate subcoolers through which the same mass flow of heated water flows as the heaters themselves, and which are arranged on the heated water side in front of the heater itself, in which the heating steam condenses.

U známých provedení svislých ohříváků vody je problém podchlazení kodnezátu řešen různě. Není-li možno podchlazovač kondenzátu zabudovat do tělesa ohříváku, což je případ všech typů s vodní komorou a trubkovnicí nahoře, užívá se samostatných podchlazovačů protiproudého uspořádání. Mezi nevýhody tohoto řešení patří problémy s jejich dispozičním uspořádáním, s přiváděcím a odváděcím potrubím jak kondenzátu, tak chladicí vody. U samostatných podchlazovačů vychází navíc větší teplosměnná plocha než u vestavěných, neboť jimi protéká menší hmotnostní tok chladicí vody, než u vlastních ohříváků, což má za následek nižší teplotní spád. U celé řady svislých ohříváků s trubkovnicí a vodní komorou dole není podchlazovač budto vůbec zabudován, anebo v jiných případech je tvořen teplosměnnými trubkami celého trubkového svazku, procházejícími téměř stojící vrstvou kondenzátu, udržovanou nad trubkovnicí. Termická účinnost a dosažené podchlazení kondenzátu je však v tomto případě malé. Jinou známou konstrukcí je např. ohřívák vody s podchlazovačem, uzavřeným shora dvojitou čelní stěnou, v níž jsou procházející trubky těsněny. Nevýhodou tohoto řešení je obtížnost při dosažení těsnosti průchodu trubek touto stěnou. V opačném případě dochází k erozi vnějšího povrchu trubek od vodních kapek v protékající vodní páře a k jejich proděravění. U ohříváků s dostředným prouděním páry je podchlazovač řešen vodorovně umístěnými usměrňovacími plechy přes celý průřez teplosměnného svazku a nelze jím proto dosáhnout podstatného ochlazení kondenzátu.In known embodiments of vertical water heaters, the problem of subcooling of the cognate is solved differently. If the condensate subcooler cannot be built into the heater body, which is the case for all types with a water chamber and a tubesheet at the top, separate countercurrent subcoolers are used. The disadvantages of this solution include problems with their layout, with the supply and discharge pipes of both condensate and cooling water. In addition, stand-alone subcoolers produce a larger heat transfer area than built-in chillers, as a smaller mass flow of cooling water flows through them than the heaters themselves, which results in a lower temperature drop. In a number of vertical heaters with a tubesheet and a water chamber at the bottom, the subcooler is either not built in at all, or in other cases consists of heat exchange tubes of the entire tube bundle passing through an almost standing layer of condensate maintained above the tubesheet. However, the thermal efficiency and the achieved subcooling of the condensate is small in this case. Another known construction is, for example, a water heater with a subcooler, closed from above by a double front wall, in which the passing pipes are sealed. The disadvantage of this solution is the difficulty in achieving tightness of the passage of pipes through this wall. Otherwise, the outer surface of the pipes is eroded by water droplets in the flowing water vapor and punctured. In the case of heaters with a centripetal flow of steam, the subcooler is solved by horizontally placed baffle plates over the entire cross-section of the heat exchange bundle and therefore it is not possible to achieve substantial cooling of the condensate.

Uvedené nevýhody řeší a teplotu podchlazeného kondenzátu blízkou k teplotě ohřívané vody na vstupu do ohříváku dosáhne podchlazovač zabudovaný na prvním tahu trubkového svazku podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořen přepážkou, svisle vloženou nad trubkovnici do neotrubkované části mezitrubkového prostoru, ve vodorovném směru situovanou mezi první tah a druhý tah trubkového svazku, mimo výstupní otvor v trubkovnici, opatřenou v místě styku s trubkovnicí alespoň jedním otvorem a na ni navazujícími, ke středu ohříváku z trubkového svazku vyčnívajícími usměrňovacími plechy a částí usměrňujících plechů, navazujících na vnější plášť, který spolu s trubkovnicí, přepážkou a úrovní hladiny kondenzátu nad prvním usměrňovacím plechem vymezuje jeho obestavěný prostor.It solves these disadvantages and the temperature of the subcooled condensate close to the temperature of the heated water at the inlet to the heater is reached by a subcooler built on the first pass of the tube bundle according to the invention. a direction situated between the first pull and the second pull of the tube bundle, outside the outlet opening in the tubesheet, provided at the point of contact with the tubesheet at least one hole and adjoining the guide bundle projecting from the tube bundle to the center of the heater and parts of the guide plates adjoining the outer shell, which, together with the tubesheet, the baffle and the level of the condensate level above the first baffle plate, defines its enclosed space.

U podchlazovače vymezeného rovinnou přepážkou, je tato s výhodou vyztužena sloupy nosné konstrukce pevně spojenými s trubkovnicí a po své výšce přivařena na obou koncích ' k plášti ohříváku, přičemž ve spodní části je na styku s trubkovnicí opatřena alespoň jedním otvorem na každém úseku mezi pláštěm a sloupem a mezi sousedními sloupy. U podchlazovače vymezeného prstencovou přepážkou jsou do ní s výhodou vestavěny spodní části nosných sloupů pevně spojené s trubkovnicí, přičemž otvor na jejím styku s trubkovnicí je proveden na každé části mezi sousedními sloupy.In the case of a subcooler delimited by a planar baffle, it is preferably reinforced by columns of a supporting structure firmly connected to the tubesheet and welded at its height to the heater shell at both ends, with at least one opening column and between adjacent columns. In the case of a subcooler delimited by an annular partition, the lower parts of the support columns are preferably built into it, firmly connected to the tubesheet, an opening at its contact with the tubesheet being made on each part between adjacent columns.

Výhodou podchlazovače svislého ohříváku vody podle vynálezu je kromě jeho nejvýhodnějšího termodynamického řazení ze strany chladicí vody, hlavně možnost dosažení výstupní teploty kondenzátu libovolně se blížící teplotě vstupní chladicí vody. Je,to pouze otázka dimenzování jeho teplosměnné plochy. Podchlazovačem zabudovaným do ohříváku a provedeným podle vynálezu protéká týž hmotnostní tok chladicí vody jako vlastním ohřívákem s kondenzací topné páry, čímž je zajištěn maximální teplotní spád mezi ochlazovaným kondenzátem a ohřívanou vodou, z čehož plyne minimální možná velikost teplosměnné plochy. Další výhodou je, že při jeho provedení podle vynálezu jsou teplosměnné trubky dalších tahů nevyužitých k podchlazení jen minimálně zaplaveny kondenzátem a jsou proto využity ke kondenzaci topné páry. Vlastní podchlazovač pracuje jako výměník s křížovým proudem, přes který proudí převážná část kondenzátu, vznikajícího ve výměníku. Je do něj zaveden kondenzát tvořící se na prvním a dalších tazích, počínaje prvním sběracím plechem. Kondenzát, tvořící se na zbylé části trubkového svazku, se dostává vně podchlazovače, kde je jeho podchlazení minimální. Jeho konstantní tok je však malý a je tím menší, čím níže je umístěn prvý sběrací plech kondenzátu a čím méně tahů má ohřívák. Termická ztráta vznikající míšením podchlazeného a nepodchlazeného kondenzátu je oproti jiným řešením minimální. Výškový rozdíl obou úrovní hladin je určen hydraulickým odporem podchlazovače a závisí na hmotnostním průtoku kondenzátu přes podchlazovací zónu. Při zmenšujícím se, tepelném výkonu se hladiny k sobě blíží a do jedné úrovně se dostanou při odstavení ohříváku. Za provozu je však úroveň hladiny v podchlazovači vždy výše než úroveň hladiny v plášti vně podchlazovače. Neméně podstatnou výhodou je rovněž neustálé omývání trubkovnice kondenzátem.The advantage of the subcooler of the vertical water heater according to the invention is, in addition to its most advantageous thermodynamic shifting on the cooling water side, mainly the possibility of reaching the condensate outlet temperature arbitrarily close to the inlet cooling water temperature. It is only a question of dimensioning its heat exchange surface. The same mass flow of cooling water flows through the subcooler built into the heater and according to the invention as the heater itself with condensation of heating steam, thus ensuring the maximum temperature gradient between the cooled condensate and the heated water, resulting in the minimum possible heat transfer surface. Another advantage is that in its embodiment according to the invention, the heat exchange tubes of the other drafts not used for subcooling are only minimally flooded with condensate and are therefore used to condense the heating steam. The subcooler itself works as a cross-flow exchanger, through which most of the condensate generated in the exchanger flows. Condensate is introduced into it, forming on the first and subsequent flows, starting with the first collecting plate. The condensate formed on the rest of the tube bundle enters the subcooler, where its subcooling is minimal. However, its constant flow is small and the smaller the lower the first condensate collector plate and the fewer drafts the heater has. The thermal loss caused by mixing subcooled and non-subcooled condensate is minimal compared to other solutions. The height difference between the two levels is determined by the hydraulic resistance of the subcooler and depends on the mass flow of condensate through the subcooling zone. As the heat output decreases, the levels approach each other and reach one level when the heater is switched off. During operation, however, the level in the subcooler is always higher than the level in the jacket outside the subcooler. An equally important advantage is also the constant washing of the tube sheet with condensate.

Příklady provedení podchlazovače podle vynálezu jsou patrny z následujících obrázků, kde na obr. 1 je znázorněn podélný řez ohřívákem vody a na obr. 2 je zobrazen podélný řez dvoutahovým ohřívákem vody s dostředným prouděním topné páry a s podchlazovačem kondenzátu vytvořeným opět na prvním tahu trubkového svazku, který se v tomto případě nachází uvnitř druhého tahu.Exemplary embodiments of the subcooler according to the invention can be seen in the following figures, in which FIG. 1 shows a longitudinal section of a water heater and FIG. which in this case is inside the second stroke.

Podchlazovač je vymezen podél prvního tahu 2 trubkového svazku 2 rovinnou přepážkou 6, vyztuženou sloupy 26 nosné konstrukce, která je vložena nad trubkovnici 2 do neotrubkované části 2 mezitrubkového prostoru 2, ohraničující první tah 2· Je do něj zaveden kondenzát spádovou trubkou 13, tvořící se na trubkovém svazku 2 uad prvním sběracím plechem 11, s úrovní hladiny 12, který je při sestupném proudění k výstupnímu otvoru 14 v trubkovnici 2 usměrňovacími plechy 25.· ^z vnější strany je podchlazovač do úrovně hladiny 2 v plášti 10 ohříváku obklopen kondenzátem, tvořícím se na druhém tahu 16 trubkového svazku 2 pod prvním sběracím plechem 21· První sběrací plech 11 a všechny další sestávají v tomto případě ze dvou částí a to zvlášť pro první tah 2 ^a zvlášť pro druhý tah 22- Každá část téhož sběracího plechu je zaústěna do samostatné svodové trubky 17, které se spojují v jednu spádovou trubku 22· Sestupné proudění kondenzátu v podchlazovači je usměrňováno střídavě se vzájemnými roztečemi rozmístěnými usměrňovacími plechy 25' jdoucími přes celý průřez prvého tahu 2' které se ob jeden přimykajík plášti 10 a k přepážce 2- Kondenzát, vystupující z podchlazovače otvory 2 ^v přepážce 2 ^na jejím styku s trubkovnicí 2' ^v úsecích mezi sousedními sloupy 26 a mezi sloupy 26 a pláštěm 22' ^se míchá s nepodchlazeným kondenzátem, tvořícím se na druhém tahu 16 trubkového svazku 2/ ^a přes otvor 14 v trubkovnici 2 ^a kondenzátní trubku 18 vystupuje ven z ohříváku. Přepážka 2 P° své výšce je přivařena na obou koncích k plášti 10 ohříváku. Ohřívaná voda je přiváděna do vstupní části 22 vodní komory 20 nátrubkem 21» vstupuje do teplosměnných trubek prvního tahu 2 ^a P° projití trubkovým svazkem 2 vystupuje z trubek druhého tahu 16 do výstupní části 22 vodní komory 22· ^{z n}í j^e odváděna nátrubkem 23 ven z ohříváku.The subcooler is delimited along the first draft 2 of the tube bundle 2 by a planar partition 6 reinforced by columns 26 of the supporting structure, which is inserted above the tubesheet 2 into the non-tubular part 2 of the intermediate tube space 2 delimiting the first draft 2. on the tube bundle 2 and the first collecting plate 11, with a level 12 which, when flowing downwards to the outlet opening 14 in the tubesheet 2, is rectified by plates 25. · ^{from the} outside the subcooler is surrounded by condensate forming on the second stroke 16 of the tube bundle 2 below the first collecting plate 21 · The first collecting plate 11 and all the others consist in this case of two parts, separately for the first pull 2 ^and separately for the second pull 22. Each part of the same collecting plate opens into a separate drain pipes 17, which are connected into one downcomer pipe 22 · The descending flow of condensate in the subcooler is directed alternately with mutual spacings r spaced baffle plates 25 'extending over the entire cross-section of the first draft 2' which adjoins the jacket 10 and to the baffle 2- Condensate exiting the subcooler through openings 2 ^{in the} baffle 2 ^at its contact with the tubesheet 2 ' ⁱⁿ sections between adjacent columns 26 and between columns 26 and the jacket 22 ' ^is mixed with the non-cooled condensate formed on the second pass 16 of the tube bundle 2 / ^and emerges from the heater through the opening 14 in the tubesheet 2 ^{and the condensate tube 18.} The baffle 2 P ° of its height is welded at both ends to the heater housing 10. Heated water is fed into the inlet portion 22 of the water chamber 20 sleeve 21 »enters the heat exchange tubes first mover 2 ^and P 'passing through the tube bundle 2 emerges from the tube second pass 16 to the outlet portion 22 of the water chamber 22 · ^Ref i j ^e drained sleeve 23 outwardly from the heater.

Podchlazovač je opět vymezen podél prvního tahu 2 trubkového svazku 2' ^ale ^v tomto případě prstencovou přepážkou 2' do níž jsou po jejím obvodu vestavěny spodní části 25 nosných sloupů 26, které jsou pevně spojené s trubkovnicí 2· Do něj je > 'eden kondenzát, tvořící se na trubkovém svazku 2 ^nad prvním sběracím plechem 21' spádovou trubkou 13, zaústěnou pod hladinou 22· Proudění kondenzátu je v podchlazovači usměrňováno usměrňovacími plechy 22· Před vstupem do výstupního otvoru 14 trubkovnice 2 ^se °P®t míchá s nepodchlazeným kodnenzátem, vznikajícím na trubkách druhého tahu 16 pod prvním sběracím plechem 11 a kondenzátní trubkou 18 je odváděn ven z ohříváku. Kondenzát z vnitřního neotrubkovaného prostoru podchlazovače do něj vtéká otvory 2 ^v přepážce 2 na styku s trubkovnicí 2' které jsou provedeny v místech mezi spodními částmi 25 nosných sloupů 26. Ohřívaná voda tak jako v prvním případě vstupuje nátrubkem 21 do vstupní části 19 vodní komory 20, oddělené od výstupní části 22, odkud je z ohříváku vyvedena nátrubkem 23.The subcooler is again delimited along the first stroke 2 of the tube bundle 2 ' ^{and only} ⁱⁿ this case by an annular partition 2' into which the lower parts 25 of the supporting columns 26 are built around its circumference, which are firmly connected to the tubesheet 2. , formed on the tube bundle 2 ^{on the} first collecting plate 21 'by a downcomer 13 opening below the surface 22 · The condensate flow is directed in the subcooler by baffles 22 · Before entering the outlet opening 14 of the tube sheet 2 ^, arising on the second draft pipes 16 below the first header 11 and the condensate pipe 18 is discharged out of the heater. Condensate from the inner non-tubular space of the subcooler flows into it through openings 2 ^{in the} partition 2 in contact with the tubesheet 2 'which are made between the lower parts 25 of the support columns 26. Heated water as in the first case enters the inlet part 19 , separated from the outlet part 22, from where it is led out of the heater by a nozzle 23.

Claims

Subcooler of a vertical water heater with condensation of heating steam in the inter-tube space, water chamber at the bottom and with a central condensate drain built into the first pass of the tube bundle, characterized in that it consists of a baffle (6) inserted vertically above the tube sheet (5) ) of the intermediate tube space (2), situated in the horizontal direction between the first stroke (3) and the second stroke (16) of the tube bundle (4), outside the outlet opening (14) in the tubesheet (5) provided at the point of contact with the tubesheet (5) at least one opening (7) and adjoining the baffle plates (15) projecting from the tube bundle (4) to the center of the heater and parts of the baffle plates (15) adjoining the outer strip (10) which, together with the tubesheet (5), by a partition (6) and the level of the condensate level (12) above the first baffle plate (15) defines its enclosed space. ,