Пучок теплообменных труб регенеративного воздухоподогревателя

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам для утилизации тепла отходящих от агрегатов газов, в частности для подогрева воздуха выхлопными продуктами сгорания, поступающими от компрессора газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата на компрессорных станциях магистральных газопроводов. Пучок теплообменных труб регенеративного воздухоподогревателя выполнен четырехходовым многорядным и образован рядами разнесенных с помощью дистанцирующих элементов по горизонтали и по вертикали теплообменных труб, при этом для внешних ветвей пучка дистанцирующие элементы, обеспечивающие разнесение теплообменных труб по горизонтали и по вертикали и их пространственную фиксацию, образованы разделителем с отверстиями для прохода труб, выполненным с возможностью фиксации в корпусе регенеративного воздухоподогревателя, а для внутренних ветвей пучка труб дистанцирующие элементы выполнены в виде складчатых пластин, имеющих расположенные с двух сторон пластин чередующиеся опорные участки по одному на верхнем и нижнем выступах складки для опорного контакта соответствующих нижних и верхних выступов смежных по высоте складчатых пластин и соединяющие выступы два наклонных участка, образующих опорные элементы для опирания труб пучка, при этом совокупность складчатых дистанцирующих элементов образует сборную, по крайней мере, в поперечном сечении ветви пространственную несущую решетку, по крайней мере, для соответствующей ветви пучка с продольным и поперечным шагами образующих ее элементов, соответствующими продольным и поперечным шагам теплообменных труб пучка. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в достижении высокой эффективности теплообмена пучка теплообменных труб регенеративного воздухоподогревателя при уменьшении габаритов и металлоемкости конструкции и упрощении ее сборки. 9 з.п.ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам для утилизации тепла отходящих от агрегатов газов, в частности для подогрева воздуха выхлопными продуктами сгорания, поступающими от компрессора газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата на компрессорных станциях магистральных газопроводов.

Известны пучки теплообменных труб регенеративных воздухоподогревателей (RU 2087825), дистанцирующие элементы которых выполнены гофрированными, в поперечном сечении имеющими форму непрерывных волн. Дистанцирующие элементы могут быть также выполнены в виде периодических гофр, имеющих вид полной волны, при этом гофрированными могут быть выполнены и промежутки между гофрами в виде промежуточных гофров меньшей высоты, расположенными под углом к направлению основных дистанцирующих гофр, совпадающему, как правило, с направлением потока теплообменивающихся сред.

Недостатками этого аналога является то, что вследствие такого исполнения дистанцирующих элементов общая тепловая эффективность пучка теплообменных труб является недостаточной, что при прочих равных условиях ведет к увеличению габаритов и повышению металлоемкости.

Наиболее близким аналогом является пучок теплообменных труб трубчатого воздухоподогревателя (SU №1453122, F 23 L 15/04, 1989 г.), включающий теплообменные трубы, закрепленные в трубных решетках, при этом промежуточные трубные решетки выполнены из волнистых полос и предназначены для прикрепления к ним теплообменных труб в случае подвода линии к зазорам между трубами и обечайками. Волнистые полосы обеспечивают пространственную фиксацию теплообменных труб, при этом волнистые полосы имеют расположенные с двух сторон полос опорные участки по одному на каждой "полуволне" полосы для опорного контакта с опорными участками смежных по высоте волнистых полос и соединяющие опорные участки два наклонных участка, образующих опорные элементы для опирания труб пучка.

Данное устройство обладает большой металлоемкостью и недостаточно высокой эффективностью теплообмена за счет того, что волнистые полосы установлены вертикально и для образования трубной решетки, выполняющей функцию дистанцирующего элемента, необходимо скреплять, например, сваркой, опорные участки между собой и с теплообменными трубами.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности теплообмена, снижение металлоемкости и габаритов устройства.

Поставленная задача решается за счет того, что пучок теплообменных труб регенеративного воздухоподогревателя выполнен четырехходовым многорядным и образован рядами разнесенных с помощью дистанцирующих элементов по горизонтали и по вертикали теплообменных труб, изогнутых в горизонтальной плоскости с образованием четырех прямолинейных ветвей - двух внешних и двух внутренних, и объединяющих их трех колен - двух внешних и одного внутреннего, при этом для внешних ветвей пучка дистанцирующие элементы, обеспечивающие разнесение теплообменных труб по горизонтали и по вертикали и их пространственную фиксацию, образованы разделителем с отверстиями для прохода труб, выполненным с возможностью фиксации в корпусе регенеративного воздухоподогревателя, а для внутренних ветвей пучка труб дистанцирующие элементы выполнены в виде складчатых пластин, имеющих расположенные с двух сторон пластин чередующиеся опорные участки: по одному на верхнем и нижнем выступах складки для опорного контакта соответствующих нижних и верхних выступов смежных по высоте складчатых пластин и соединяющие выступы два наклонных участка, образующих опорные элементы для опирания труб пучка, при этом совокупность складчатых дистанцирующих элементов образует сборную, по крайней мере, в поперечном сечении ветви пространственную несущую решетку, по крайней мере, для соответствующей ветви пучка с продольным и поперечным шагами образующих ее элементов, соответствующими продольным и поперечным шагам теплообменных труб пучка.

Теплообменные трубы в смежных по высоте рядах могут быть размещены в шахматном порядке.

Теплообменные трубы могут быть дистанцированы по вертикали и по горизонтали друг от друга с обеспечением расстояния между продольными осями смежных теплообменных труб в ряду, составляющего 1,5-2,3 диаметра теплообменной трубы, а в соседних по высоте рядах - с обеспечением расстояния между продольными осями теплообменных труб смежных рядов, составляющего 0,6-1,5 диаметра теплообменной трубы.

В каждом ряду шаг а между продольными осями смежных труб прямолинейных ветвей может быть меньше или больше, чем шаг b между продольными осями смежных труб на прямолинейном участке колена, предпочтительно а<b или шаг а может быть равен шагу b.

Участки гиба у двух труб в каждом нечетном ряду могут иметь длину πR, a именно у одной трубы - на внутреннем колене, у другой - на двух внешних коленах, для остальных труб нечетных и четных рядов участки гиба имеют длину πR/2 и могут быть сочленены попарно посредством прямолинейных участков различной длины.

Опорные участки на верхнем и нижнем выступах складки могут быть выполнены с опорной поверхностью в виде фрагмента цилиндрической поверхности радиусом, составляющим не более 35% диаметра теплообменной трубы, обращенной выпуклостью наружу.

Опорные участки на верхнем и нижнем выступах складки могут быть выполнены с плоской опорной поверхностью.

Дистанцирующие складчатые элементы каждого вышележащего ряда оперты своими нижними выступами на обращенные к ним вершины верхних выступов складок смежного по высоте нижележащего дистанцирующего элемента с образованием системы опорных контактов, смещенных в каждом последующем по высоте ряду на 0,4-0,6 шага труб в ряду.

Толщина складчатой пластины может составлять не менее 0,03 диаметра теплообменных труб.

Дистанцирующие элементы на внешних и внутренних ветвях могут быть расположены по длине теплообменных труб предпочтительно с одинаковым шагом.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в высокой эффективности теплообмена пучка теплообменных труб регенеративного воздухоподогревателя за счет выполнения пучка теплообменных труб в виде одного пакета, а четырехходовыми, а также за счет объемного размещения теплообменных труб, обеспечивающего хорошую омываемость их поверхности продуктами сгорания (охлаждаемой средой), формы теплообменных труб. Использование комбинации дистанцирующих элементов разного вида, каждый из которых образует пространственную несущую решетку для теплообменных труб, позволяет уменьшить габариты и металлоемкость каждого из элементов, упростить сборку пучка теплообменных труб и при этом обеспечить при прочих равных условиях увеличение теплосъема.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 - пучок теплообменных труб блока регенеративного воздухоподогревателя;

на фиг.2 - теплообменная труба блока;

на фиг.3 - узел А на фиг.1;

на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.1;

на фиг.5 - дистанцирующий элемент в виде складчатой пластины.

Пучок 1 теплообменных труб 2 регенеративного воздухоподогревателя 3 выполнен четырехходовым многорядным и образован рядами разнесенных с помощью дистанцирующих элементов по горизонтали и по вертикали теплообменных труб 2. Теплообменные трубы 2 изогнуты в горизонтальной плоскости с образованием четырех прямолинейных ветвей - двух внешних 4 и двух внутренних 5, и объединяющих их трех колен - двух внешних 6 и одного внутреннего 7. Для внешних ветвей 4 пучка 1 дистанцирующие элементы, обеспечивающие разнесение теплообменных труб 2 по горизонтали и по вертикали и их пространственную фиксацию, образованы разделителем (условно не показано) с отверстиями для прохода труб 2, выполненным с возможностью фиксации в корпусе регенеративного воздухоподогревателя 3. Для внутренних ветвей 5 пучка 1 труб 2 дистанцирующие элементы выполнены в виде складчатых пластин 8, имеющих расположенные с двух сторон пластин чередующиеся опорные участки 9: по одному на верхнем и нижнем выступах складки для опорного контакта соответствующих нижних и верхних выступов смежных по высоте складчатых пластин и соединяющие выступы два наклонных участка 10, образующих опорные элементы для опирания труб 2 пучка 1. При этом совокупность складчатых дистанцирующих элементов 8 образует сборную, по крайней мере, в поперечном сечении ветви 5 пространственную несущую решетку, по крайней мере, для соответствующей ветви 5 пучка 1 с продольным и поперечным шагами образующих ее элементов, соответствующими продольным и поперечным шагам теплообменных труб 2 пучка 1.

Теплообменные трубы 2 в смежных по высоте рядах могут быть размещены в шахматном порядке.

Теплообменные трубы 2 могут быть дистанцированы по вертикали и по горизонтали друг от друга с обеспечением расстояния между продольными осями 11 смежных теплообменных труб в ряду, составляющего 1,5-2,3 диаметра теплообменной трубы 2, а в соседних по высоте рядах - с обеспечением расстояния между продольными осями 11 теплообменных труб смежных рядов, составляющего 0,6-1,5 диаметра теплообменной трубы 2.

В каждом ряду шаг а между продольными осями 11 смежных труб прямолинейных ветвей 4, 5 может быть меньше или больше, чем шаг b между продольными осями 11 смежных труб на прямолинейном участке колена 6, 7, предпочтительно а<b или шаг а может быть равен шагу b.

Участки гиба 12 у двух труб 2 в каждом нечетном ряду могут иметь длину πR, а именно у одной трубы - на внутреннем колене 7, у другой - на двух внешних коленах 6, для остальных труб 2 нечетных и четных рядов участки гиба 12 имеют длину πR/2 и могут быть сочленены попарно посредством прямолинейных участков различной длины.

Опорные участки 9 на верхнем и нижнем выступах складки могут быть выполнены с опорной поверхностью в виде фрагмента цилиндрической поверхности радиусом, составляющим не более 35% диаметра теплообменной трубы 2, обращенной выпуклостью наружу.

Опорные участки 9 на верхнем и нижнем выступах складки могут быть выполнены с плоской опорной поверхностью.

Дистанцирующие складчатые элементы 8 каждого вышележащего ряда оперты своими нижними выступами на обращенные к ним вершины верхних выступов складок смежного по высоте нижележащего дистанцирующего элемента 8 с образованием системы опорных контактов, смещенных в каждом последующем по высоте ряду на 0,4-0,6 шага труб 2 в ряду.

Толщина складчатой пластины 8 может составлять не менее 0,03 диаметра теплообменных труб 2.

Дистанцирующие элементы на внешних 4 и внутренних 5 ветвях могут быть расположены по длине теплообменных труб 2 предпочтительно с одинаковым шагом.

Устройство работает следующим образом.

Подогреваемый воздух, предназначенный для топки газотурбинной установки, поступает в компрессор, в котором подвергается сжатию, а затем по трубопроводу подвода через коллектор подвода и трубную доску подается в теплообменные трубы 2 теплообменных блоков регенеративного воздухоподогревателя 3. Температура воздуха на входе в пучок труб составляет около 200°С.

Продукты сгорания от турбины ГТУ поступают внутрь теплообменного блока и омывают теплообменные трубы 2 с нагреваемым воздухом. Подвод продуктов сгорания к пучку 1 теплообменных труб 2 производится в противотоке с направлением движения нагреваемого воздуха, то есть продукты сгорания поступают со стороны расположения коллектора отвода нагреваемого воздуха. На входе в теплообменный блок продукты сгорания имеют температуру 520-550°С.

Проходя по теплообменным трубам 2 пучка 1, воздух нагревается продуктами сгорания до температуры 440-450°С и через трубную доску поступает в коллектор отвода воздуха, из которого по трубопроводу подается на вход топки ГТУ. Продукты сгорания выводятся в атмосферу.

1. Пучок теплообменных труб регенеративного воздухоподогревателя, характеризующийся тем, что он выполнен четырехходовым многорядным и образован рядами разнесенных с помощью дистанцирующих элементов по горизонтали и по вертикали теплообменных труб, изогнутых в горизонтальной плоскости с образованием четырех прямолинейных ветвей - двух внешних и двух внутренних и объединяющих их трех колен - двух внешних и одного внутреннего, при этом для внешних ветвей пучка дистанцирующие элементы, обеспечивающие разнесение теплообменных труб по горизонтали и по вертикали и их пространственную фиксацию, образованы разделителем с отверстиями для прохода труб, выполненным с возможностью фиксации в корпусе регенеративного воздухоподогревателя, а для внутренних ветвей пучка труб дистанцирующие элементы выполнены в виде складчатых пластин, имеющих расположенные с двух сторон пластин чередующиеся опорные участки, по одному на верхнем и нижнем выступах складки для опорного контакта соответствующих нижних и верхних выступов смежных по высоте складчатых пластин и соединяющие выступы два наклонных участка, образующих опорные элементы для опирания труб пучка, при этом совокупность складчатых дистанцирующих элементов образует сборную, по крайней мере, в поперечном сечении ветви пространственную несущую решетку, по крайней мере, для соответствующей ветви пучка с продольным и поперечным шагами образующих ее элементов, соответствующими продольным и поперечным шагам теплообменных труб пучка.

2. Пучок теплообменных труб по п.1, отличающийся тем, что теплообменные трубы в смежных по высоте рядах размещены в шахматном порядке.

3. Пучок теплообменных труб по п.1, отличающийся тем, что теплообменные трубы дистанцированы по вертикали и по горизонтали друг от друга с обеспечением расстояния между продольными осями смежных теплообменных труб в ряду, составляющего 1,5 - 2,3 диаметра теплообменной трубы, а в соседних по высоте рядах - с обеспечением расстояния между продольными осями теплообменных труб смежных рядов, составляющего 0,6-1,5 диаметра теплообменной трубы.

4. Пучок теплообменных труб по п.1, отличающийся тем, что в каждом ряду шаг а между продольными осями смежных труб прямолинейных ветвей меньше или больше, чем шаг b между продольными осями смежных труб на прямолинейном участке колена, предпочтительно а<b или шаг а равен шагу b.

5. Пучок теплообменных труб по п.1, отличающийся тем, что участки гиба у двух труб в каждом нечетном ряду имеют длину πR, а именно: у одной трубы - на внутреннем колене, у другой - на двух внешних коленах, для остальных труб нечетных и четных рядов участки гиба имеют длину πR/2 и сочленены попарно посредством прямолинейных участков различной длины.

6. Пучок теплообменных труб по п.1, отличающийся тем, что опорные участки на верхнем и нижнем выступах складки выполнены с опорной поверхностью в виде фрагмента цилиндрической поверхности радиусом, составляющим не более 35% от диаметра теплообменной трубы, обращенной выпуклостью наружу.

7. Пучок теплообменных труб по п.1, отличающийся тем, что опорные участки на верхнем и нижнем выступах складки выполнены с плоской опорной поверхностью.

8. Пучок теплообменных труб по п.1, отличающийся тем, что дистанцирующие складчатые элементы каждого вышележащего ряда оперты своими нижними выступами на обращенные к ним вершины верхних выступов складок смежного по высоте нижележащего дистанцирующего элемента с образованием системы опорных контактов, смещенных в каждом последующем по высоте ряду на 0,4-0,6 шага труб в ряду.

9. Пучок теплообменных труб по п.1, отличающийся тем, что толщина складчатой пластины составляет не менее 0,03 диаметра теплообменных труб.

10. Пучок теплообменных труб по п.1, отличающийся тем, что дистанцирующие элементы на внешних и внутренних ветвях расположены по длине теплообменных труб предпочтительно с одинаковым шагом.