Парогенератор

(71) Заявитель Открытое акционерное общество Гродно Азот(72) Авторы Юрша Иосиф Антонович Агеев Вячеслав Васильевич Лакомкин Александр Андреевич Антонов Николай Анатольевич Огурцов Николай Константинович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Гродно Азот(57) 1. Парогенератор, включающий систему наружно обогреваемых труб, внутри которых движется пароводяная смесь, содержащих прямолинейные и поворотные участки, отличающийся тем, что внутри труб перед поворотными участками установлены завихрители. 2. Парогенератор по п. 1,отличающийся тем, что внутри труб только перед некоторыми поворотными участками установлены завихрители. 3. Парогенератор по п. 1, отличающийся тем, что завихрители установлены перед поворотными участками на расстоянии не более 3-х диаметров труб. 4. Парогенератор по пп. 1-3, отличающийся тем, что в каждой трубе завихрители установлены однонаправленными. 5. Парогенератор по п. 1, отличающийся тем, что завихритель выполнен в виде цилиндра со сквозными однонаправленными наклонными каналами прямоугольного профиля.(56) 1. Кутепов А.М., Стерман Л.С., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. - М. Высшая школа, 1983. - С. 54 (аналог). 2. Теплотехника / Под общей редакцией Н.И. Сушкина. - М. Металлургия, 1973.С. 298 (прототип). 789 Полезная модель относится к устройствам энергетических установок и может использоваться в системах получения пара за счет утилизации тепла отходящих дымовых газов в производстве минеральных удобрений, химической, нефтеперерабатывающей и др. отраслях промышленности. В качестве аналога полезной модели выбран парогенератор, включающий систему наружно обогреваемых труб, внутри которых движется пароводяная смесь, содержащих прямолинейные участки 1. Недостатком аналога является низкая производительность устройства из-за высокого гидравлического сопротивления межтрубного пространства,обусловленного выполнением системы труб только из прямолинейных участков. В качестве прототипа полезной модели выбран парогенератор, включающий систему наружно обогреваемых труб, внутри которых движется пароводяная смесь, содержащих прямолинейные и поворотные участки 2. Основным недостатком известного устройства является низкая эксплуатационная надежность, обусловленная локальным разрушением поворотных участков труб. Это вызывает необходимость остановки системы парогенерации для отключения или ремонта негерметичной трубы, что приводит в условиях непрерывного крупнотоннажного производства (в частности, аммиака) к существенным экономическим потерям. Задача, решаемая полезной моделью, - исключение аварийных остановок парогенератора и повышение его эксплуатационной надежности за счет исключения разрушения поворотных участков труб парогенератора. Сущность полезной модели заключается в том, что в парогенераторе, включающем систему наружно обогреваемых труб, внутри которых движется пароводяная смесь, содержащих прямолинейные и поворотные участки согласно изобретению, внутри труб перед поворотными участками установлены завихрители на расстоянии не более 3-х диаметров трубы. Завихрители могут быть установлены только перед некоторыми поворотными участками. При этом в каждой трубе завихрители установлены однонаправленными, а сам завихритель предпочтительно выполнен в виде цилиндра со сквозными однонаправленными наклонными каналами прямоугольного профиля. Сущность отличительных признаков полезной модели и их влияние на решение задачи состоит в следующем. Внутри труб перед поворотными участками установлены завихрители. Такое техническое решение обеспечивает центробежную сепарацию (осаждение) жидкости на стенке трубы и прохождение поворотного участка парожидкостной системой не в парокапельном режиме, а в паро-пленочном режиме. Изменение режима движения парожидкостного потока принципиально меняет механизм гидродинамического воздействия движущего потока на поворотный участок трубы. Так, в известном устройстве пар, содержащий капли жидкости, поступая в поворотный участок, изменяет направление движения в соответствии с профилем трубы. При этом капли жидкости по инерции сохраняют первоначальное направление движения и ударяются локально в стенку поворотного участка,вызывая его быстрое эрозионное разрушение, что наблюдается в практике. В новом устройстве капли жидкости проходят поворотный участок в виде пленки на внутренней поверхности трубы, что исключает локальное воздействие жидкости на стенку поворотного участка и, следовательно, предотвращает ее разрушение. Завихрители установлены только перед некоторыми поворотными участками. Такое техническое решение обуславливает установку завихрителей не перед всеми поворотными участками, а только перед теми поворотными участками, которые подвергаются разрушению. На экономайзерном участке (т.е. на участке подогрева воды) и на участке начального парообразования установка завихрителей не обязательна, т.к. скорость парожидкостной смеси на этих участках невелика. Такое решение исключает неоправданное увеличение гидравлического сопротивления пароводяной системы. Завихрители установлены перед поворотными участками на расстоянии не более 3-х диаметров трубы. Если расстояние от завихрителя до поворотного участка более 3 диа 2 789 метра трубы, то крутка потока перед поворотным участком ослабевает, поток частично раскручивается и процесс локального разрушения трубы может иметь место. В каждой трубе завихрители установлены однонаправленными. Такое решение позволяет поддерживать закрученное движение газожидкостного потока в трубе с минимальными потерями на гидравлическое сопротивление, т.е. технологические параметры потока(давление, температура и т.д.) не изменяются. Завихритель выполнен в виде цилиндра со сквозными однонаправленными наклонными каналами прямоугольного профиля. Такое техническое решение обуславливает выполнение завихрителя в виде одного элемента. При этом каналы завихрителя выполняются фрезерованием. Это обеспечивает высокую жесткость конструкции, что, в свою очередь, обуславливает высокую эксплуатационную надежность работы завихрителя и, следовательно, повышает надежность работы парогенератора. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показан общий вид устройства, фронтальный разрез на фиг. 2 - завихритель, изометрия. Парогенератор содержит систему труб 1, подключенных к барабану 2 через входной 3 и выходной 4 коллекторы, и проходящих частично через газоход 5. Трубы 1 выполнены из участков - прямолинейных 6 и поворотных 7. Прямолинейные участки 6, размещенные в газоходе 5, могут быть снабжены оребрением 8. Внутри труб 1 перед некоторыми поворотными участками 8 на расстоянии не более 3-х диаметров трубы 1 установлены завихрители 9, выполненные в виде цилиндра 10 со сквозными наклонными однонаправленными каналами 11 прямоугольного профиля. В пределах каждой трубы 1 завихрители 9 установлены однонаправленными. Завихрители 9 установлены перед поворотными участками 8 как внутри газохода 5, так и вне его. Парогенератор работает следующим образом. Питательная вода из барабана 2 через входной коллектор 3 подается в систему труб 1, где проходит последовательно через участки - прямолинейные 7 и поворотные 8. При этом происходит нагрев воды теплом дымовых газов, проходящих внутри газохода 5 и снаружи системы труб 1, до температуры насыщения и последующее ее частичное парообразование с образованием двухфазной парожидкостной смеси. Количество образовавшегося пара возрастает по мере продвижения парожидкостной смеси к подъемному коллектору 4. При этом парожидкостная смесь проходит через завихрители 9, установленные перед поворотными участками (преимущественно в выходной зоне) как внутри газохода 5, так и снаружи его. При прохожении потока через сквозные однонаправленные каналы 11 завихрителя 9 происходит изменение структуры двухфазного потока - переход к кольцевому двухфазному течению. При этом жидкость отбрасывается к стенке трубы 1 и образует движущуюся кольцевую пленку, а пар движется в центральной (осевой) части трубы 1. Такая перестройка структуры двухфазного потока обеспечивает равномерное воздействие жидкости на стенку поворотного участка 8, что исключает его разрушение. Так как завихритель 9 установлен в трубах 1 на расстоянии не более 3-х диаметров трубы, этим обеспечивается устойчивая и стабильная структура пленочного течения в поворотном участке 8 (т.е. безотрывное течение). После прохождения поворотного участка 8 крутка потока ослабевает и в прямолинейном участке 7 происходит частичное разрушение структуры кольцевого двухфазного течения. При подходе к следующему поворотному участку 8 двухфазный поток проходит завихритель 9, установленный по направлению крутки предыдущего завихрителя, и вновь формируется структура кольцевого двухфазного потока с минимальными энергозатратами. Пройдя систему труб 1, парожидкостной поток поступает в выходной коллектор 4 и направляется в барабан 2, где происходит отделение пара от жидкости. Пар из барабана 2 направляется на последующую технологическую стадию (например, в пароперегреватель перед выдачей потребителю). Жидкость в барабане 2 смешивается с подпиткой и поступает во входной коллектор 3, образуя контур циркуляции. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.