Теплообменник

 

Использование: теплообменные устройства различного назначения. Сущность изобретения: в кожухе 1 размещен пучок вертикальных труб разного диаметра. Трубы большего диаметра 3 расположены по периферии пучка и их диаметр превышает Е 2-4 раза диаметр труб 2, расположенных в центральной части пучка. В трубах 2 и 3 размещен промежуточный зернистый материал . 2 ил. Јь ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 28 D 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4793809/Об (22) 19.12,89 (46) 15.06.92. Бюл. ¹ 22 (71) Волгоградский политехнический институт и Межотраслевой региональный инженерный центр "Ритм" (72) Л.С. Рева, Г.M,Mèxàéïoâ, Н.В. Тябин и

3.В. Рябчук (53) 621,565.94(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 500695, кл. F-28 D 7/00, 1972.

Патент Франции № 2300613. кл. F 28 F 19/00, 1977, опублик.

Авторское свидетельство СССР № 1 l 91724, кл, F 28 0 7/16, 1984.

Патент Франции ¹ 2152391, кл. F 28 D 7/00, 1973, опублик.

„„Я3 „„1740942 Al (54) ТЕПЛООБМЕННИК (57) Использование: теплообменные устройства различного назначения. Сущность изобретения; в кожухе 1 размещен пучок вертикальных труб разного диаметра. Трубы большего диамегра 3 расположены по периферии пучка и их диаметр превышает в

2 — 4 раза диаметр труб 2, расположенных в центральной части пучка. В трубах 2 и 3 размещен промежуточный зернистый материал. 2 ил, 1740942

Изобретение относится к тепловым процессам нагревания, охлаждения, испарения, конденсации и устройствам для их реализации, конкретно к теплообменным аппаратам со слоем зернистого материала.

Известен кожухотрубный теплообменник в корпусе которого размещен пучок труб, в межтрубном пространстве засыпан слой мелкозернистого материала. Корпус выполнен с раширением в верхней части, имеет карманы для слива жидкого теплоносителя, штуцеры для ввода и вывода среды трубного пространства, а также для ввода и вывода жидкого теплоносителя. Жидкий теплоноситель подается через распределитель, выполненный в виде перфорированной пластины.

Известен способ предотвращения образования отложений на внутренних поверхностях аппаратов, который реализуется на устройствах следующей конструкции. В трубном пространстве вертикального теплообменника размещают зернистый материал, приводимый в псевдоожиженное состояние восходящим потоком теплоносителя, Каждая труба в таком аппарате в нижней части снабжена устройством распределения теплоносителя. Для исключения уноса зернистого .материала из трубного пространства предусматривается расширение верхних участков каждой трубы трубного пучка.

Известен также теплообменный аппарат, содержащий кожух и установленный в нем пучок теплообменных труб, подключенных к раздающему коллектору, снабженному подводящим патрубком, расположенным по оси пучка труб. Подводящий патрубок снабжен диффузором, В раздающем коллекторе, которым является нижняя крышка, и труоном пучке помещен зернистый материал. Над трубным пучком установлена ограничительная сетка и выполнены карманы, Теплообменный аппарат имеет расширение в верхней части.

Недостатком подобных аппаратов является уменьшение их эксплуатационной надежности, связанное с уносом зернистого материала из аппарата при увеличении скорости подачи теплоносителя. Это вызывает необходимость изготовления дополнительных устройств для распределения подачи теплоносителя на входе в аппарат. расширения верхних участков каждой трубы трубного пучка или верхней части корпуса и установки ограничительной сетки, что усложняет конструкцию и затрудняет ее техническое обслуживание, Наиболее близким к предлагаемому является теплообменник, в корпусе которого

55 в трубных досках закреплен пучок вертикальных труб одного диаметра, а в межтрубном пространстве располо>кен подводящий коллектор в виде пучка труб, диаметр которых превышает диаметр другой асти ггучка

Недостатком данного теплообмен-!viKa является то, что при размещении в трубах зернистого материала в нем невозмо>кно организовать era циркуляцию между труб",— ми различного диаметра, что уменьшае" эксплуатационную надежность аппарата.

Цель изобретения — повышение эксплу атационной надежности при размещении в трубах промежуточного зернисто, с . :,атариала.

Поставленная цель достигае <>я тем, гго в теплообменнике, содержащем. кожух и закрепленный в трубных досках пу юк вертикальных труб, часть из когорых имеет диаметр, превышающий диаметр другой ча- сти пучка, и патрубки подвод- и отвода сред трубного и межтрубного пространства, трубы большего диаметра располо>кены по и.— риферии пучка, и ри этом диаметр указанных труб превышает в 2 — 4 раза диаметр труб, расположенных в центральной части пучка, а суммарная площадь поперечного сечения труб большего диаметра равна суммарной площади поперечного сечения труб меньшего диаметра.

На фиг. 1 общий вид; на фиг. 2 — сечение

А-А на фиг. 1.

Теплообменный аппарат состоит из кожуха 1 с патрубками подвода и отвода теплоносителя межтрубного пространства, теплообменного пучка с трубами меньшего диамз1 ра 2 и большего диаметра 3 (см, фиг.

2), расположенных по периферии трубного пучка, подводящего патрубка 4 теплоносителя в трубное пространство, снаб кенного отражательным колпачком 5, верхней крышки 6 с отводящим теплоноситель патрубком и нижней крышки 7, являющейся приемной камерой и раздающим коллектором теплоносителя и зернистого материала. Вернистый материал 8 размещен в 1рубном пространстве и приемной камере теплообменника.

Теплообменный аппарат работает следующим образом.

Один из теплоносителей подается в межтрубное пространство, В-арой теплоноситель подается в трубное пространство с зернистым материалом. Наибольший коэффициент теплоотдачи при псевдоо>;..ижении зернистого материала обеспечивается при порозности слоя, равной c = 0,7-0,8. Гакая порозность достигается при двух- и трехкратном расширении слоя соответственню.

Поэтому зернистый материал загружается в

1740942

55 аппарат в количестве, необходимом для полного заполнения приемной камеры и заполнения на 40 — 507, по высоте труб теплообменного пучка. При подаче через подводящий патрубок теплоносителя зернистый материал в трубах приводится в псевдоожиженное состояние, занимая при штатной рабочей скорости всю высоту труб большего диаметра, а в трубах меньшего диаметра граница уровня зернистого материала располагается несколько ниже, Этот режим работы проходит при оптимальной средней порозности, равной а= 0,75, и обеспечивает высокий коэффициент теплопередачи со стороны зернистого материала.

При превышении регламентного расхода теплоносителя часть зернистого материала начинает выноситься из труб большего диаметра, так как при одинаковом гидравлическом сопротивлении в трубах различного диаметра, обусловленном их объединением в общий коллектор верхней и нижней крышками, в трубе с большим диаметром скорость теплоносителя больше, чем в трубе с меньшим диаметром. Вынесенные частицы зернистого материала вследствие резкого уменьшения скорости потока осаждаются на поверхность трубной решетки и попадают в трубы с меньшим диаметром, где уровень зернистого материала не достигает верхнего края трубы, Дополнительное количество зернистого материала, попавшего в трубы с меньшим диаметром, увеличивая общий вес слоя в трубе, приводит к его опусканию и избыточное количество частиц зернистого материала вытесняется из нижней части трубы в приемную камеру(нижнюю крышку), Оттуда частицы засасываются в трубы с большим диаметром. Таким образом, возникает циркуляция частиц зернисто о материала, что предотвращает их унос из аппарата, причем в самих трубах сохраняется порозность зернистого слоя в оптимальных пределах

0,7 — 0,8 и она не зависит от скорости подачи теплоносителя, Увеличение скорости подачи теплоносителя увеличивает только скорость циркуляции зернистого материала, Диаметр больших труб должен превышать диаметр меньших труб в 2 — 4 раза. Левая граница интервала обусловлена тем, что при dz/d> < 2, где d> — диаметр меньшей трубы, dz — диаметр большей трубы, разность скоростей в трубах незначительна.

Поэтому становится малой разность уровней псевдоожиженных слоев в трубах и циркуляция материала неустойчива. С увеличением отношения dzld< интенсивность циркуляции в трубах увеличивается, 5

40 так как увеличивается разность уровней и соответственно разность порозностей материала в трубах. При б /d< > 4 порозность слоя в большей трубе становится больше = 0,8, а в меньшей — меньше t.= 0,7, что приводит к ухудшению теплоотдачи.

Так как количество зернистого материала, циркулирующего в системе (через большие и малые трубы), должно быть постоянным, то площадь проходных сечений больших и малых труб должна быть равной, При размещении труб большего диаметра по периферии обеспечивается дополнительное увеличение разности скоростей движения теплоносителя в трубах с большим и меньшим диаметром за счет направления отражательным колпачком основного потока теплоносителя к периферии. Следствием этого является увеличение разностей уровней зернистого материала, что улучшает и стабилизирует его циркуляцию, В процессе эксплуатации в трубах теплообменных аппаратов образуется накипь и водный камень, откладывается ил, растительность, что значительно увеличивает гидродинамическое сопротивление проточной части теплообменного аппарата и повышает термическое сопротивление теплопередачи. В результате необходимо чистить аппарат через каждые 2 — 4 мес. Псевдоожижение обеспечивает непрерывную очистку трубок, следствием чего является высокая и стабильная интенсивность теплообмена. По сравнению с прототипом. предлагаемое устро IcEB0 обеспечивает исключение уноса зернистого при увеличении расхода теплоносителя, что повышает эксплуатационную надежность. Кроме того, устройство просто в изготовлении и удобно при эксплуатации.

Формула изобретения

Теплообменник, содержащий кожух, закрепленный в трубных досках пучок вертикальных труб, часть из которых имеет диаметр, превышающий диаметр другой части пучка, и патрубки подвода и отвода сред трубного и межтрубного пространств, о тл и чаю щийся тем,что,с целью повышения эксплуатационной надежности при размещении в трубах промежуточного зернистого материала, трубы большего диаметра расположены по периферии пучка, при этом диаметр указанных труб превышает в 2 — 4 раза диаметр труб, расположенных в центральной части пучка, а суммарная площадь поперечного сечения труб большего диаметра равна суммарной площади поперечного сечения труб меньшего диаметра.

1740942

° i г.

"5

Составитель Л.Рева

Техред M,Mîðãåíòàë Корректор Т,Малец

Редактор А.Долинич

Производственно-издательский комбинягг "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2076 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5