Контактный теплообменник

 

Использование: в энергетике, утилизации низкопотенциального тепла. Сущность изобретения: внутри камеры 1 теплообменника выполнен канал для подвода и отвода теплообменивающихся средств. На дне канала камеры 1 установлена насадка, выполненная в виде пакета пластин 6 из материала с высокой теплопроводимостью, расположенных с заданным шагом и частично погруженных под уровень жидкости в канале. Каждая пластина 6 пакета выполнена с горизонтальной полкой 7, имеющей ширину, равную упомянутому шагу. Пластины 6 в пакете полками 7 обращены в одну сторону, а полки расположены от нижних кромок пластин на расстоянии, соответствующем уровню жидкости в канале. Тепло потока жидкости, протекающей в канале, передается пластинам 6, а от последних - протекающему между ними воздуху. 3 ил.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам контактного типа и может быть использовано для осуществления теплообмена между жидкими и газообразными средами одинакового давления при их физико-химической совместимости с целью утилизации низкопотенциального тепла, например для подогрева атмосферного воздуха сбросной циркуляционной водой конденсаторов турбин на ТЭС или ТЭЦ, в градирнях и других устройствах.

К известным контактным теплообменникам такого типа относятся пруды охладители сбросной циркуляционной воды конденсаторов турбин, в том числе с брызгальными устройствами, градирни. Их недостаток значительные площади для получения необходимой поверхности контакта теплообменивающихся сред воды и воздуха (для прудов-охладителей), большие потери воды испарением и капельным уносом, ухудшение экологии в районе их расположения.

Известен также контактный теплообменник, содержащий камеру виде канала с патрубками для подвода и отвода теплообменивающихся сред 1. Их преимуществом по сравнению с прудами-охладителями является возможность существенного сокращения занимаемых площадей за счет выполнения теплообменных блоков из достаточного числа отдельных камер, располагаемых в несколько рядов по высоте потока воздуха. Это достигается за счет значительной металлоемкости и стоимости такого теплообменника.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности (прототипом) является контактный теплообменник, содержащий камеру, внутри которой выполнен по меньшей мере один канал для подвода и отвода теплообменивающихся сред, причем канал частично заполнен одной из упомянутых сред жидкостью и снабжен насадкой, выполненной в виде пакета пластин из материала с высокой теплопроводностью, установленных с заданным шагом, частично погруженных под уровень жидкости в канале и опирающихся своими нижними кромками на дно канала [2] Такой теплообменник обеспечивает достаточно интенсивный конвективный теплообмен между теплообменивающимися средами за счет увеличения теплопередачи через насадку и при прочих равных условиях может иметь значительно меньшие габариты по сравнению с описанным выше, однако в нем не снижены потери жидкой теплообменной среды ее испарением.

Изобретение имеет целью существенно уменьшить потери жидкой теплообменной среды ее испарением в контактных теплообменниках.

Поставленная цель достигается тем, что в контактном теплообменнике, содержащем камеру, внутри которой выполнен по меньшей мере один канал для подвода и отвода теплообменивающихся сред, причем канал частично заполнен одной из упомянутых сред жидкостью и снабжен насадкой, выполненной в виде пакета пластин из материала с высокой теплопроводностью, установленных с заданным шагом, частично погруженных под уровень жидкости в канале и опирающихся своими нижними кромками на дно канала, в соответствии с изобретением каждая пластина выполнена с горизонтальной полкой, имеющей ширину, равную упомянутому шагу, либо меньшую последнего, причем пластины в пакете полками обращены в одну сторону, а полки расположены от нижних кромок на расстоянии, соответствующем уровню жидкости в канале.

Такое выполнение насадки обеспечивает разделение теплообменивающихся сред с ограничением их непосредственного контакта (при сохранении относительной простоты конструкции) и снижение потерь жидкой теплоомбенной среды ее испарением.

На фиг. 1 показан контактный теплообменник простейшей конструкции, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1, вариант конструктивного выполнения насадки из плоских листов с использованием изобретения; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 1, поясняющий вариант конструктивного выполнения насадки из гофрированного листа с параллельными стенками гофр с использованием изобретения.

Контактный теплообменник в наиболее простом конструктивном исполнении содержит камеру 1, внутри которой выполнен канал, снабженный с одного торца патрубком 2 подвода газообразной теплообменивающейся среды (воздуха) и патрубком 3 отвода жидкой теплообменивадющейся среды (воды), а с другого торца патрубком 4 подвода жидкой теплообменивающейся среды и патрубком 5 отвода газообразной среды. Теплообменник снабжен насадкой, выполненной в виде пакета пластин 6 из материала с высокой теплопроводностью, установленных с заданным шагом, частично погруженных под уровень жидкости в канале и опирающихся своими нижними кромками на дно канала.

Особенностью конструктивного выполнения теплообменной насадки является то, что каждая пластина выполнена с горизонтальной полкой 7, имеющей ширину, равную упомянутую шагу, либо меньше последнего, причем, пластины 6 в пакете полками 7 обращены в одну сторону, а полки 7 расположены от нижних кромок на расстоянии, соответствующем уровню жидкости в канале (см. фиг. 2). Такое выполнение пластин и плотная их установка в канале камеры 1 разделяет последний по высоте горизонтальными полками 7 каждой пластины 6 на две части, практически изолированные одна от другой на всей длине пластин 6 в канале. Это существенно ограничивает унос паров жидкой теплообменивающейся среды потоком газообразной среды, уменьшает потери жидкой среды и улучшает экологическую обстановку в районе установки теплообменника. Действительно, зазор между уровнем жидкой теплообменивающейся среды и горизонтальной полкой 7 каждой пластины 6 весьма мал и ограничен величиной возможного колебания уровня жидкой среды в процессе работы теплообменника. Этот зазор для потока газообразной теплообменивающейся среды будет представлять значительное аэродинамическое сопротивление и практически весь поток газа (воздуха) пройдет над горизонтальными полками 7 пластин 6. Поскольку выход паров жидкой среды в пространство над горизонтальными полками 7 пластин 6 ограничен, если не исключен полностью плотной установкой пластин 6, существенно ограничен и унос паров жидкой среды потоком газа (воздуха). Это улучшает эксплуатационные качества контактного теплообменника и с учетом простоты его конструкции и сравнительно невысокой стоимости позволит расширить область использования таких теплообменников.

Возможный вариант конструктивного выполнения насадки контактного теплообменника из гофрированного листа представлен на фиг. 3. Обычная насадка из гофрированногно листа 8 с параллельными стенками 9 гофр, высота которых определяет высоту пакета насадки, тоже на стороне опорной части гофр на расстоянии уровня жидкой теплообменивающейся среды выполнена с односторонним параллельным смещением стенок 9 на величину шага их (стенок) в гофрированном листе с образованием на каждой стенке горизонтальной полки 10. Изготовление такой насадки из гофрированного листа потребует дополнительных трудозатрат за счет усложнения технологии гибки листа, однако сборка пакета насадки и ее установка проще сборки пакета из пластин, т.к. не требует дополнительных материалов и трудозатрат (стяжных стержней с дистанционирующими шайбами), не перекрывает часть сечения канала и в ряде случаев может оказаться целесообразной. В остальном в этом варианте конструкция насадки аналогична насадке из пластин.

Работа теплообменника с любым из описанных вариантов насадки на основе данного изобретения аналогична и заключается в следующем.

В канал камеры 1 через патрубок 2 подают холодный атмосферный воздух, который отводят через патрубок 5. Через патрубок 4 в нижнюю часть канала камеры 1 подают сбросную циркуляционную воду от конденсаторов турбин, которую отводят из канала камеры 1 через патрубок 3. Регулировкой сопротивления отводного канала обеспечивают поддержание ее уровня в канале камеры 1 в некоторых пределах (или на определенном значении). Протекая в канале камеры 1 более теплая, чем атмосферный воздух, циркуляционная вода конденсаторов турбин, отдает свое тепло стенкам камеры 1, потоку воздуха и материалу насадки в зоне их непосредственного контакта и охлаждается. Поток атмосферного воздуха получает тепло от зеркала жидкой среды, от стен камеры 1 и от теплообменной насадки и нагревается. В этом процессе теплопередачи имеет место и испарение жидкости. Если в прототипе пары жидкости уносятся потоком воздуха, увлажняя его, то в предлагаемом теплообменнике при любом из описанных вариантов конструкции насадки непосредственный контакт теплообменивающихся сред крайне ограничен в силу их разделения горизонтальными полками 7 пластин 6 или горизонтальной полкой 10 на стенках 9 гофрированного листа 8. В этом случае пары жидкой теплообменной среды удерживаются в ограниченном пространстве над ее уровнем, и процесс испарения растет до установления динамического равновесия, т.е. существенно ограничивается. Значит ограничивается и доля потерь жидкой теплообменной среды испарением.

Частичная потеря жидкой среды испарением все-таки остается из-за выхода ее паров в поток газа за пределами насадки.

Такие теплообменники могут использоваться весьма эффективно в новых конструкциях градирен для ограничения испарения циркуляционной охлаждающей воды конденсаторов турбин, что позволяет уменьшить потери воды и улучшить экологическую обстановку в районе размещения градирен. Конструкция теплообменников такого типа может иметь необходимое (по условиям производительности) количество каналов, содержащих насадку, как по высоте, так и по фронту потоков. Кроме того, могут быть и различные конструктивные выполнения самих каналов и систем подвода и отвода теплообменивающихся сред.

Формула изобретения

КОНТАКТНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий камеру, внутри которой выполнен по меньшей мере один канал для подвода и отвода теплообменивающихся сред, причем канал частично заполнен одной из упомянутых сред жидкостью и снабжен насадкой, выполненной из материала с высокой теплопроводностью, установленных с заданным шагом, частично погруженных под уровень жидкости в канале и опирающихся своими нижними кромками на дно канала, отличающийся тем, что каждая пластина выполнена с горизонтальной полкой, имеющей ширину, равную упомянутому шагу, причем пластины в пакете полками обращены в одну сторону, а полки расположены от нижних кромок на расстоянии, соответствующем уровню жидкости в канале.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3