RU2425281C1

RU2425281C1 - Vertical steam-water heat exchanger

Info

Publication number: RU2425281C1
Application number: RU2010105452/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Павлович Белоусов (RU); Михаил Павлович Белоусов; Марина Станиславовна Куриленко (RU); Марина Станиславовна Куриленко
Priority date: 2010-02-15
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2011-07-27

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: vertical steam-water exchanger includes housing with branch pipes of steam supply and discharge of its condensate, tubing system consisting of banks of straight tubes of heat exchange surface, lower distributing water chamber with partitions dividing the chamber into compartments; heated water inlet and outlet branch pipes, upper turning water chamber with partitions dividing the chamber into compartments, and discharge pipeline. Heated water inlet branch pipes are located on each compartment of lower distributing water chamber, and heated water outlet branch pipes are located on each compartment of turning chamber; at that, water outlet branch pipes from the first, the second, and the third compartment of turning chamber are connected to external pipelines with gate valves respectively to the second, the third and the fourth compartments of distributing water chamber and outlet pipeline with gate valve, and the last compartment of turbine chamber is connected through external pipeline with gate valve only through outlet pipeline.

EFFECT: higher efficiency of heat exchange process, adjustment of heat load and temperature of heated water at the outlet of heat exchanger owing to excluding some part of heat exchange surface from operation.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в вертикальных пароводяных теплообменных аппаратах систем теплоснабжения, подогревателях регенеративных систем паровых турбин, предназначенных для подогрева воды за счет тепла, выделяемого при конденсации пара на трубах поверхности теплообмена.The invention relates to the field of energy and can be used in vertical steam-water heat exchangers of heat supply systems, heaters of regenerative systems of steam turbines, designed to heat water due to the heat generated during condensation of steam on the pipes of the heat exchange surface.

Известен вертикальный подогреватель, включающий корпус с патрубком подвода пара и отвода его конденсата, трубную систему из прямых труб, нижнюю распределительную водяную камеру с перегородкой и патрубком входа и выхода нагреваемой воды, верхнюю поворотную (плавающую) камеру (Подогреватель ПН - 3000-25-16-III А. Отраслевой каталог «Теплообменное оборудование паротурбинных установок», 20-89-09, М., 1989, часть I, стр.86, рис.74).Known vertical heater, comprising a housing with a pipe for supplying steam and its condensate, a pipe system of straight pipes, a lower distribution water chamber with a baffle and a pipe for the input and output of heated water, the upper rotary (floating) chamber (heater PN - 3000-25-16 -III A. The industry catalog "Heat exchange equipment of steam turbine plants", 20-89-09, M., 1989, part I, p. 86, Fig. 74).

Недостатком известного двухходового по нагреваемой воде подогревателя является движение воды в трубах второго хода сверху (из поворотной камеры), вниз (в распределительную водяную камеру), что приводит к увеличению средней толщины пленки конденсата и к ухудшению теплообменника по сравнению с движением нагреваемой воды снизу вверх. Для труб второго хода при движении воды сверху вниз в этом подогревателе минимальная температура нагреваемой воды будет на входе в трубный пучок (верх трубного пучка) и максимальная на выходе (низ трубного пучка). Поэтому на любом вертикальном отрезке или на всей длине труб второго хода максимальная конденсация пара будет наблюдаться на верхнем участке труб и минимальная конденсация на нижних участках труб. При таком направлении движения нагреваемой воды в трубах толщина пленки конденсата по длине труб поверхности теплообмена будет увеличиваться сверху вниз, и средняя толщина пленки конденсата на трубах будет больше по сравнению с движением воды снизу вверх, и условия теплообмена будут хуже при всех прочих равных условиях.A disadvantage of the known two-way heater for heated water is the movement of water in the second stroke pipes from above (from the rotary chamber), down (to the distribution water chamber), which leads to an increase in the average thickness of the condensate film and to a deterioration of the heat exchanger compared to the movement of heated water from the bottom up. For second-stroke pipes, when water moves from top to bottom in this heater, the minimum temperature of the heated water will be at the entrance to the tube bundle (top of the tube bundle) and maximum at the outlet (bottom of the tube bundle). Therefore, on any vertical segment or along the entire length of the second-stroke pipes, the maximum vapor condensation will be observed in the upper pipe section and the minimum condensation in the lower pipe sections. With this direction of movement of the heated water in the pipes, the thickness of the condensate film along the length of the pipes of the heat exchange surface will increase from top to bottom, and the average thickness of the condensate film on the pipes will be larger than the movement of water from bottom to top, and the heat transfer conditions will be worse, all other things being equal.

Известен вертикальный подогреватель, содержащий корпус с патрубками подвода пара и отвода его конденсата, верхнюю распределительную камеру с внутренними перегородками и патрубками входа и выхода нагреваемой воды, нижнюю поворотную водяную камеру с перегородками, трубную систему с установленными внутри нее подъемными (перепускными) трубами, соединяющими входные отсеки плавающей водяной камеры с выходными отсеками распределительной водяной камеры (SU 1435888, МПК: F22D 1/32, опубликовано 07.11.88).A vertical heater is known, comprising a housing with steam supply and condensate branch pipes, an upper distribution chamber with internal partitions and heated water inlet and outlet pipes, a lower rotary water chamber with partitions, a pipe system with lifting (bypass) pipes installed inside it connecting the input compartments of the floating water chamber with the output compartments of the distribution water chamber (SU 1435888, IPC: F22D 1/32, published 07.11.88).

По совокупности признаков это известное техническое решение является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип.By the totality of the features, this known technical solution is the closest to the claimed one and is taken as a prototype.

Недостатком известного подогревателя, принятого за прототип, является размещение перепускных труб, соединяющих отсеки распределительной и плавающей водяной камеры внутри трубной системы, что увеличивает диаметры водяных камер, корпуса, трубных досок и массу подогревателя. Отсутствует возможность регулирования тепловой нагрузки и температуры нагреваемой воды на выходе за счет исключения из работы части поверхности теплообмена при сохранении величины расхода нагреваемой воды и давления греющего пара.A disadvantage of the known heater, adopted for the prototype, is the placement of bypass pipes connecting the compartments of the distribution and floating water chambers inside the pipe system, which increases the diameters of the water chambers, casing, tube boards and the mass of the heater. There is no possibility of regulating the heat load and the temperature of the heated water at the outlet due to the exclusion of part of the heat transfer surface from operation while maintaining the flow rate of the heated water and the pressure of the heating steam.

Заявляемое техническое решение позволяет повысить эффективность процесса теплообмена за счет уменьшения средней толщины пленки конденсата на всех трубах поверхности теплообмена, а также осуществить регулирование тепловой нагрузки и температуры нагреваемой воды на выходе из теплообменника за счет исключения из работы части поверхности теплообмена. При движении нагреваемой воды снизу вверх (первый ход воды предлагаемого подогревателя типа ПН - 3000) максимальная конденсация пара, а следовательно, и толщина пленки наблюдается на нижних участках труб, где температура нагреваемой воды минимальна. Это максимальное количество сконденсировавшегося пара не участвует в увеличении толщины пленки верхних участков, и поэтому средняя толщина пленки на участке труб будет меньше, а условия теплообмена лучше по сравнению с движением нагреваемой воды сверху вниз.The claimed technical solution allows to increase the efficiency of the heat transfer process by reducing the average thickness of the condensate film on all pipes of the heat transfer surface, and also to regulate the heat load and the temperature of the heated water at the outlet of the heat exchanger by eliminating part of the heat transfer surface from operation. When the heated water moves from the bottom up (the first water course of the proposed heater type PN - 3000), the maximum condensation of the vapor, and therefore the film thickness, is observed in the lower sections of the pipes, where the temperature of the heated water is minimal. This maximum amount of condensed vapor does not participate in an increase in the film thickness of the upper sections, and therefore the average film thickness in the pipe section will be less, and the heat transfer conditions are better than the movement of heated water from top to bottom.

Предложен вертикальный пароводяной теплообменник, включающий корпус с патрубками подвода пара и выхода его конденсата, трубную систему из пучков прямых труб поверхности теплообмена, нижнюю распределительную водяную камеру с перегородками, делящими камеру на отсеки, патрубки входа и выхода нагреваемой воды, верхнюю поворотную водяную камеру с перегородками, делящими камеру на отсеки, отводящий трубопровод, при этом патрубки входа нагреваемой воды расположены на каждом отсеке нижней распределительной водяной камеры, а патрубки выхода нагреваемой воды - на каждом отсеке поворотной камеры, причем патрубки выхода воды из первого, второго, третьего отсека поворотной камеры соединены внешними трубопроводами с задвижками соответственно со вторым, третьим и четвертым отсеками распределительной водяной камеры и отводящим трубопроводом с задвижкой, а последний отсек поворотной камеры соединен внешним трубопроводом с задвижкой только с отводящим трубопроводом.A vertical steam-water heat exchanger is proposed, including a housing with steam supply and condensate outlet pipes, a pipe system of straight tube bundles of heat exchange surface, a lower distribution water chamber with partitions dividing the chamber into compartments, heated water inlet and outlet pipes, an upper rotary water chamber with partitions dividing the chamber into compartments, the outlet pipe, while the nozzles of the inlet of the heated water are located on each compartment of the lower distribution water chamber, and the nozzles of the outlet heated water - on each compartment of the rotary chamber, and the water outlet pipes from the first, second, third compartment of the rotary chamber are connected by external pipelines with valves, respectively, to the second, third and fourth compartments of the distribution water chamber and the discharge pipe with a valve, and the last compartment of the rotary chamber is connected external pipeline with a gate valve only with a discharge pipe.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где изображен четырехходовой по нагреваемой воде вертикальный пароводяной теплообменник, продольный разрез.The invention is illustrated in the drawing, which shows a four-way vertical steam-water heat exchanger, longitudinal section, along heated water.

Вертикальный пароводяной теплообменник включает корпус 1 с патрубками подвода пара 2 и выхода его конденсата 3, трубную систему 4 из пучков прямых труб поверхности теплообмена, нижнюю распределительную водяную камеру 5 с перегородками 6, делящими камеру 5 на отсеки 7, 8, 9, 10, верхнюю поворотную водяную камеру 11 с перегородками 12, делящими камеру 11 на отсеки 13, 14, 15, 16, отводящий трубопровод 17. Патрубки входа нагреваемой воды 18, 19, 20, 21 расположены на каждом отсеке 7, 8, 9, 10 нижней распределительной водяной камеры 5. Патрубки выхода нагреваемой воды 22, 23, 24, 25 расположены на каждом отсеке 13, 14, 15, 16 поворотной водяной камеры 11. Патрубок выхода нагреваемой воды 22 из отсека 13 поворотной водяной камеры 11 соединен посредством внешнего трубопровода 26 через задвижку 30 и патрубок 19 с отсеком 8 нижней распределительной водяной камеры 5 или с отводящим трубопроводом 17 через задвижку 31. Патрубок выхода нагреваемой воды 23 из отсека 14 поворотной водяной камеры 11 соединен посредством внешнего трубопровода 27 через задвижку 32 и патрубок 20 с отсеком 9 нижней распределительной водяной камеры 5, или через задвижку 33 с отводящим трубопроводом 17. Патрубок выхода нагреваемой воды 24 из отсека 15 поворотной водяной камеры 11 соединен посредством внешнего трубопровода 28 через задвижку 34 и патрубок 21 с отсеком 10 нижней распределительной водяной камеры 5, или через задвижку 35 с отводящим трубопроводом 17. Патрубок выхода нагреваемой воды 25 из отсека 16 поворотной водяной камеры 11 соединен посредством внешнего трубопровода 29 через задвижку 36 с отводящим трубопроводом 17. Патрубок 18 через задвижку 37 соединен с трубопроводом 38. Трубопровод 38 соединен с байпасным трубопроводом 39 через задвижку 40 с отводящим трубопроводом 17.The vertical steam-water heat exchanger includes a housing 1 with nozzles for supplying steam 2 and its condensate outlet 3, a pipe system 4 from bundles of straight pipes of the heat exchange surface, a lower distribution water chamber 5 with partitions 6, dividing the chamber 5 into compartments 7, 8, 9, 10, the upper a rotary water chamber 11 with partitions 12 dividing the chamber 11 into compartments 13, 14, 15, 16, a discharge pipe 17. The inlet pipes of the heated water inlet 18, 19, 20, 21 are located on each compartment 7, 8, 9, 10 of the lower distribution water chambers 5. Outlets for heated water outlet 22, 23, 24, 25 are located on each compartment 13, 14, 15, 16 of the rotary water chamber 11. The outlet pipe of the heated water 22 from the compartment 13 of the rotary water chamber 11 is connected via an external pipe 26 through the valve 30 and the pipe 19 to the compartment 8 of the lower distribution water chamber 5 or with a discharge pipe 17 through the valve 31. The outlet pipe of the heated water 23 from the compartment 14 of the rotary water chamber 11 is connected via an external pipe 27 through the valve 32 and the pipe 20 to the compartment 9 of the lower distribution water chamber 5, or through the gate a flap 33 with a discharge pipe 17. The outlet pipe of the heated water 24 from the compartment 15 of the rotary water chamber 11 is connected via an external pipe 28 through a valve 34 and a pipe 21 to the compartment 10 of the lower distribution water chamber 5, or through a valve 35 with a discharge pipe 17. The outlet pipe heated water 25 from the compartment 16 of the rotary water chamber 11 is connected via an external pipe 29 through a valve 36 to a discharge pipe 17. A pipe 18 through a valve 37 is connected to a pipe 38. The pipe 38 is connected to a bypass the pipeline 39 through the valve 40 with the discharge pipe 17.

Пароводяной теплообменник работает следующим образом. При номинальном режиме поток нагреваемой воды по трубопроводу 38 через открытую задвижку 37 при закрытой задвижке 40 и патрубок 18 поступает в отсек 7 распределительной водяной камеры 5. Далее по трубам поверхности теплообмена первого хода поток воды поступает в камеру 13 и далее в патрубок 22 и по внешнему трубопроводу 26 при (открытой задвижке 30 и закрытой 31 через патрубок 19 направляется в отсек 8 распределительной водяной камеры 5. Из отсека 8 нагреваемая вода по трубам поверхности теплообмена второго хода поступает в отсек 14 поворотной водяной камеры 11. Из отсека 14 через патрубок 23, внешний трубопровод 27 и открытую задвижку 32 при закрытой задвижке 33 вода поступает в отсек 9 распределительной водяной камеры 5. Через трубы поверхности теплообмена, совершая третий ход, вода поступает в отсек 15 поворотной водяной камеры 11. Из отсека 15 через патрубок 24 и внешний трубопровод 28 нагреваемая вода через открытую задвижку 34 при закрытой задвижке 35 через патрубок 21 поступает в отсек 10 распределительной водяной камеры 5. Из отсека 10 по трубам поверхности теплообмена четвертого хода нагреваемая вода поступает в отсек 16 поворотной водяной камеры 11. Из этой камеры 11 через патрубок 25 по внешнему трубопроводу 29 и открытую задвижку 36 нагреваемая вода поступает в отводящий трубопровод 17 и далее потребителю. Вода в трубах трубной системы движется во всех ходах снизу вверх, что уменьшает толщину пленки конденсата на внешней стороне труб поверхности теплообмена и повышает эффективность процесса теплообмена.Steam-water heat exchanger operates as follows. In the nominal mode, the flow of heated water through the pipe 38 through the open valve 37 with the valve 40 closed and the pipe 18 enters the compartment 7 of the distribution water chamber 5. Then, through the pipes of the heat exchange surface of the first stroke, the water stream enters the chamber 13 and then into the pipe 22 and through the external the pipeline 26 with (open valve 30 and closed 31 through the pipe 19 is sent to the compartment 8 of the distribution water chamber 5. From the compartment 8, the heated water through the pipes of the heat exchange surface of the second stroke enters the compartment 14 of the rotary water chambers 11. From compartment 14, through pipe 23, an external pipe 27, and open valve 32 with a closed valve 33, water enters compartment 9 of the distribution water chamber 5. Through pipes of the heat exchange surface, making a third stroke, water enters compartment 15 of the rotary water chamber 11. From the compartment 15 through the pipe 24 and the external pipe 28, the heated water through the open valve 34 with the closed valve 35 through the pipe 21 enters the compartment 10 of the distribution water chamber 5. From the compartment 10 through the pipes of the heat exchange surface of the fourth stroke water enters the compartment 16 of the rotary water chamber 11. From this chamber 11 through the pipe 25 through an external pipe 29 and an open valve 36, the heated water enters the discharge pipe 17 and then to the consumer. Water in the pipes of the pipe system moves in all strokes from the bottom up, which reduces the thickness of the condensate film on the outside of the pipes of the heat exchange surface and increases the efficiency of the heat exchange process.

Теплообменник работает следующим образом. Поток греющего пара поступает в корпус 1 теплообменника через патрубок 2. На трубах поверхности теплообмена пар конденсируется, передавая тепло конденсации нагреваемой воде. Конденсат пара стекает на нижнюю трубную доску трубной системы 4, накапливается и через патрубок 3 выводится из теплообменника. При необходимости регулирования теплового потока теплообменника во время его работы и при сохранении расхода нагреваемой воды и давления греющего пара, из работы может быть выключено 25, 50 или 75% (при равенстве поверхности теплообмена в I, II, III и IV ходах) поверхности теплообмена, что позволяет резко сократить тепловую нагрузку теплообменника и температуру нагреваемой воды на выходе. При необходимости иметь другой процент отключения поверхности теплообмена, а следовательно, и другую величину уменьшения теплового потока, поверхность теплообмена каждого хода должна иметь разную величину, которая диктуется величиной скорости нагреваемой воды в трубах и величиной гидравлического сопротивления трубного пучка. Для исключения из работы теплообменника 75% поверхности теплообмена должны быть открыты задвижки 37 и 31, все остальные, установленные на трубопроводах нагреваемой воды, должны быть закрыты. При необходимости исключения из работы 50% поверхности теплообмена должны быть открыты задвижки 37, 30, 33, все остальные задвижки, установленные на трубопроводах нагреваемой воды, должны быть закрыты. При необходимости исключения из работы 25% поверхности теплообмена должны быть открыты задвижки 37, 30, 32 и 35, все остальные задвижки, установленные на трубопроводах нагреваемой воды, должны быть закрыты.The heat exchanger operates as follows. The flow of heating steam enters the housing 1 of the heat exchanger through the pipe 2. On the pipes of the heat exchange surface, the steam condenses, transferring the condensation heat to the heated water. Condensate vapor flows onto the lower tube plate of the pipe system 4, accumulates and is discharged through the pipe 3 from the heat exchanger. If it is necessary to control the heat flow of the heat exchanger during its operation and while maintaining the flow rate of heated water and the pressure of the heating steam, 25, 50 or 75% (if the heat exchange surface is equal in stages I, II, III and IV) of the heat exchange can be turned off, which allows you to drastically reduce the heat load of the heat exchanger and the temperature of the heated water at the outlet. If it is necessary to have a different percentage of shutdown of the heat exchange surface, and therefore a different amount of heat flow reduction, the heat transfer surface of each stroke should have a different value, which is dictated by the value of the heated water velocity in the pipes and the value of the hydraulic resistance of the tube bundle. To exclude 75% of the heat exchange surface from the operation of the heat exchanger, valves 37 and 31 must be open, all the rest installed on the pipelines of the heated water must be closed. If it is necessary to exclude from operation 50% of the heat exchange surface, the valves 37, 30, 33 must be open, all other valves installed on the pipelines of the heated water must be closed. If it is necessary to exclude 25% of the heat exchange surface from operation, the valves 37, 30, 32 and 35 must be open, all other valves installed on the pipelines of the heated water must be closed.

Claims

A vertical steam-water heat exchanger, including a housing with steam supply and condensate outlet pipes, a pipe system of straight tube bundles of heat exchange surface, a lower distribution water chamber with partitions dividing the chamber into compartments, heated water inlet and outlet pipes, an upper rotary water chamber with partitions, dividing the chamber into compartments, an outlet pipe, characterized in that the inlet pipes of the heated water are located on each compartment of the lower distribution water chamber, and the nozzles exit and heated water - on each compartment of the rotary chamber, while the water outlet pipes from the first, second, third compartment of the rotary chamber are connected by external pipelines with valves, respectively, to the second, third and fourth compartments of the distribution water chamber and the discharge pipe with a valve, and the last compartment is rotary the camera is connected by an external pipe with a valve only to the discharge pipe.