способ работы теплообменника

Формула изобретения

1. Способ работы теплообменника, включающий подвод и отвод греющей и нагреваемой сред, их взаимный теплообмен в блоках теплообменных секций, причем полости блоков теплообменных секций последовательно сообщены друг с другом по ходу движения, по крайней мере, одной из них, дополнительный нагрев части нагреваемой среды в одном из блоков теплообменной секции и смешение этой части с основным потоком нагреваемой среды перед его нагревом, отличающийся тем, что предварительно осуществляют отбор части нагреваемой среды из основного потока до смешения, причем процесс нагрева части нагреваемой среды ведут в режиме ее фазового превращения, а смешение осуществляют по достижении, по крайней мере, частичного изменения фазового состояния этой среды.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в камере смешения со стороны поступления части нагреваемой среды, прошедшей нагрев, создают разрежение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение предназначено для применения в теплообменных аппаратах и может быть использовано в теплоэнергетике.

Известен теплообменник, содержащий магистрали греющей и нагреваемой сред, их патрубки подвода и отвода и зоны взаимной термообработки сред (DE 4304504 C1, F 28 D 9/00, 22.09.944.).

Недостатком указанного технического решения является низкий коэффициент теплопередачи, значительное гидравлическое сопротивление теплообменных трактов, значительные габариты теплообменника и его металлоемкость. Кроме того, затруднен ремонт и замена теплообменных элементов.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ работы теплообменника, включающий подвод и отвод греющей и нагреваемой сред, их взаимный теплообмен в блоках теплообменных секций, причем полости блоков теплообменных секций последовательно сообщены друг с другом по ходу движения, по крайней мере одной из них, дополнительный нагрев части нагреваемой среды в одном из блоков теплообменной секции и смешение этой части с основным потоком. (SU 8488952 A, 23.07.81, F 23 L 15/04).

В указанном техническом решении обеспечивается ремонт и замена теплообменных элементов, однако при циклическом изменении режима подачи сред или их температур достижение требуемого подогрева заданного количества нагреваемой среды становится невозможным.

Предлагаемое изобретение направлено на интенсификацию теплообмена и обеспечение номинальных параметров рабочих сред в процессе всего периода работы теплообменника.

Указанная цель достигается тем, что способ работы теплообменника включает подвод и отвод греющей и нагреваемой сред, их взаимный теплообмен в блоках теплообменных секций, причем полости блоков теплообменных секций последовательно сообщены друг с другом по ходу движения, по крайней мере, одной из них, дополнительный нагрев части нагреваемой среды в одном из блоков теплообменной секции и смешение этой части с основным потоком нагреваемой среды перед его нагревом. Согласно изобретению предварительно осуществляют отбор части нагреваемой среды из основного потока до смешения, причем процесс нагрева части нагреваемой среды ведут в режиме ее фазового превращения, а смешение осуществляют по достижении, по крайней мере, частичного изменения фазового состояния этой среды.

Кроме того в камере смешения со стороны поступления части нагреваемой среды, прошедшей нагрев, создают разрежение.

На чертеже схематично изображен описываемый теплообменник.

В общем случае теплообменник может содержать секционированный теплообменный тракт лишь по ходу движения одной из сред, а теплообменный тракт другой среды может быть выполнен любым образом.

Теплообменник может содержать секционированные теплообменные тракты по ходу движения обеих сред, при этом каждый из теплообменных трактов может иметь в своем составе камеры смешивания для каждой из сред соответственно.

На прилагаемом чертеже изображен частный случай теплообменника с секционированными теплообменными трактами для обеих сред, лишь один из которых имеет в своем составе камеры смешения.

Теплообменник содержит магистраль 1 подвода греющей среды и магистраль 2 ее отвода, магистраль 3 подвода нагреваемой среды и магистраль 4 ее отвода. Патрубки 5 и 6 соответственно ввода и вывода греющей среды и патрубки 7 и 8 соответственно ввода и вывода нагреваемой среды.

Зоны взаимной термообработки сред образованы теплообменными блоками 9, плоскости которых в данном конкретном случае по ходу движения обеих сред последовательно сообщены друг с другом с помощью соответствующих патрубков 5 и 6 для греющей среды и патрубков 7 и 8 для нагреваемой среды с образованием секционированных теплообменных трактов для обеих сред. Один из последующих блоков 9, кроме первого, по ходу движения нагреваемой среды выполнен в виде камеры смешения 10 с ее стороны и дополнительно сообщен с подводящей магистралью 3 нагреваемой среды с помощью патрубка 11. В общем случае камера смешения 10 может быть выполнена любым известным образом и может быть выполнена в виде струйного аппарата 12, подключенного к магистрали 3 с помощью патрубка 13, и может быть выведена из зоны термообработки другой средой.

Количество камер смешения и их расположение в ряду блоков 9 в каждом конкретном случае определяется из конкретных условий работы теплообменника в целом.

В качестве греющей и нагреваемой сред может быть использован любой из известных теплоносителей, а магистрали 1, 2, 3, 4 являются технологическими каналами общего назначения и могут быть выполнены любым известным образом.

Патрубки 5, 6, 7, 8 служат для соединения блоков 9 с магистралями и между собой с организацией направления движения потоков сред внутри блоков 9. Движение сред внутри блоков 9 может быть выбрано любым известным образом, исходя из технологических потребностей. Каждый из блоков 9 представляет собой единичную зону термообработки рабочих сред между собой, где происходит теплопередача от греющей среды к нагреваемой, и может быть выполнен в виде любого рекуперативного теплообменного элемента, а все блоки 9 соединены между собой с образованием секционированных теплообменных трактов.

При включении теплообменника в работу греющая среда подается из магистрали 1, с помощью патрубков 5 и 6 проходит теплообменные блоки 9 по своему контуру, отдает тепло и выводится в магистраль 2.

Нагреваемая среда подается из магистрали 3, с помощью патрубков 7 и 8 последовательно проходит теплообменные блоки 9 по своему контуру, нагревается и выводится в магистраль 4.

В процессе прохождения греющей и нагреваемой сред по теплообменным блокам 9 создаются зоны взаимной термообработки, где происходит обмен теплом между средами. Мощность теплового потока при этом зависит от многих факторов, в том числе и от температурного напора между средами и от их расходов.

В номинальном режиме работы теплообменника требуемая мощность теплового потока и требуемый подогрев заданного количества нагреваемой среды обеспечивается расчетной теплообменной поверхностью блоков 9 и их количеством. Камеры смешения 10 в этом случае выполняют роль теплообменных блоков, а подачи в них дополнительной среды из магистрали не происходит.

При изменении режима работы теплообменника, например, уменьшении количества нагреваемой среды, в работу включаются ее камеры смешения 10. Уменьшение, по сравнению с расчетным, расхода нагреваемой среды приводит к тому, что при термообработке в первом теплообменном блоке 9 происходит относительный перегрев нагреваемой среды и ее подача в прежнем режиме способствует лишь ее дальнейшему перегреву. Для обеспечения расчетных значений количества и температуры подогрева нагреваемой среды при ее прохождении через камеру смешения 10 в полость камеры дополнительно подается нагреваемая среда с начальными параметрами из магистрали 3 ее подвода. В камере происходит смешение сред, выравнивание их температур и образованная смесь с усредненной температурой поступает в следующий теплообменный блок 9. Процесс повторяется, и в итоге на выход из теплообменника поступает расчетное количество нагреваемой среды с расчетным значением температуры.

Наличие камер смешения также и в теплообменном тракте греющей среды позволяет аналогичным образом обеспечить требуемый подогрев нагреваемой среды и в случае уменьшения расхода греющей среды.

Для гарантированной подачи потоков в камеру смешения в требуемом соотношении и для упрощения их регулирования камера смешения может быть выполнена в виде струйного аппарата 12.

Струйный аппарат 12 подключается своим соплом с помощью патрубка 13 к магистрали подачи 3. Прошедшая термообработку среда подводится к всасывающей полости аппарата 12.

При включении струйного аппарата 12 в работу нагреваемая среда из магистрали подвода 3 подается к патрубку 13, прокачивается через сопло и создает во всасывающей полости разрежение, благодаря чему обеспечивается подача подогреваемой жидкости, прошедшей термообработку. Геометрические параметры аппарата 12 автоматически обеспечивают требуемое соотношение количества подаваемых сред в расчетном диапазоне.

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает расчетный режим подогрева нагреваемой среды и при циклическом изменении параметров рабочих сред.

Предлагаемый способ реализуется в описанном теплообменнике следующим образом.

При использовании, например, в качестве нагреваемой среды воды теплообменные блоки 9 ориентируются вертикально, а вода в них подается снизу через патрубки 7 в количестве, обеспечивающем ее вскипание. Процесс кипения воды сопровождается увеличением коэффициента теплопередачи и увеличением мощности теплового потока. Подача воды снизу обеспечивает температурную равномерность теплообменной поверхности по ее периметру. В камере смешения 10 происходит смешение образованного парожидкостного потока с водой из магистрали 3. В процессе смешения пар конденсируется и полученная вода поступает в следующий теплообменный блок 9 и процесс повторяется.

При создании разрежения в камере смешения обеспечивается принудительный отвод образованного пара от теплообменной поверхности и увеличение коэффициента теплопередачи.

Таким образом, в каждой из зон термообработки процесс теплопередачи ведется в режиме кипения. Аналогичный процесс осуществляется и при подаче паров воды по второму теплообменному тракту в качестве греющей среды. В этом случае образованный конденсат смешивают с паром из магистрали 1, затем смесь подают во второй теплообменный блок 9 и процесс повторяется.

Предложенный способ интенсифицирует процесс теплообменника и уменьшает габариты теплообменника в целом