RU2124677C1

RU2124677C1 - Steam heat supply system

Info

Publication number: RU2124677C1
Application number: RU98107115A
Authority: RU
Inventors: Е.И. Вернигоров; А.Н. Степанчук
Original assignee: Вернигоров Евгений Иванович; Степанчук Александр Николаевич
Priority date: 1998-04-22
Filing date: 1998-04-22
Publication date: 1999-01-10

Abstract

FIELD: heating medium in heat exchangers. SUBSTANCE: system includes jet pump connecting the working steam source with heat exchanger and steam separator. Steam separator is made in form of double-stage cyclone provided with steam line for waste steam separated from condensate and drain pipe line. Steam line is connected with suction branch pipe of jet pump and drain pipe line is connected with condensate collecting tank. EFFECT: enhanced operational and economical efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, конкретно к системам парового теплоснабжения, в которых передача тепла от пара к нагреваемой среде производится в кожухотрубном теплообменнике. The invention relates to a power system, specifically to steam heat supply systems in which heat is transferred from steam to a heated medium in a shell-and-tube heat exchanger.

Известна система теплоснабжения, включающая подающий паропровод, соединенный с абонентским теплообменником горячего водоснабжения, который соединен с конденсатопроводом для возврата конденсата на станцию (патент РФ 2020383, кл. F 24 D 1/00, 1994). A known heat supply system, including a supply steam pipe connected to a subscriber hot water heat exchanger, which is connected to a condensate pipe to return condensate to the station (RF patent 2020383, CL F 24 D 1/00, 1994).

Известна также система теплоснабжения промышленного предприятия, содержащая паровой котел, паропровод, греющие паровые змеевики и конденсатопроводы для возврата конденсата в паровой котел (авт. св. СССР 853303, кл. F 24 D 1/02, 1977). Указанные системы характеризуются большим расходом пара. A heat supply system of an industrial enterprise is also known, comprising a steam boiler, steam pipe, heating steam coils and condensate pipes for returning condensate to the steam boiler (ed. St. USSR 853303, class F 24 D 1/02, 1977). These systems are characterized by high steam consumption.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является система парового теплоснабжения, содержащая источник рабочего пара в виде испарителя, соединенного паровой магистралью с отопительными приборами (патент РФ 2016354, кл. F 24 D 1/00, 1994 - прототип). Отопительные приборы, состоящие из теплообменных труб и кожухов-радиаторов, соединены с конденсатоотводчиком, состоящим из циркуляционного насоса, эжектора и конденсатного бака. Откачанный эжектором из теплообменных труб конденсат попадает в конденсатный бак, откуда подается обратно в испаритель. Благодаря работе эжектора в трубах с теплоносителем создается разрежение, активирующее парообразование в испарителе при более низкой температуре. Closest to the proposed invention is a steam heat supply system containing a source of working steam in the form of an evaporator connected by a steam main to heating devices (RF patent 2016354, class F 24 D 1/00, 1994 - prototype). Heating devices, consisting of heat exchange pipes and radiator covers, are connected to a steam trap consisting of a circulation pump, an ejector and a condensate tank. The condensate pumped out by the ejector from the heat exchange pipes enters the condensate tank, from where it is fed back to the evaporator. Due to the operation of the ejector in the pipes with a coolant, a vacuum is created that activates vaporization in the evaporator at a lower temperature.

К недостаткам прототипа следует отнести его невысокую производительность, обусловленную применением в паровом нагревателе вторичного насыщенного пара, имеющего сравнительно мягкие параметры. Указанная особенность данной системы не позволяет использовать ее в производстве, например, в кондитерской промышленности, где продукт требуется нагреть без непосредственного контакта с теплоносителем, например, в кожухотрубном теплообменнике, и стабильно удерживать заданные технологические параметры в течение всего производственного процесса. The disadvantages of the prototype include its low productivity, due to the use in a steam heater of secondary saturated steam, which has relatively soft parameters. The indicated feature of this system does not allow its use in production, for example, in the confectionery industry, where the product needs to be heated without direct contact with a coolant, for example, in a shell-and-tube heat exchanger, and it is stable to maintain the set technological parameters throughout the entire production process.

Проблема состоит в том, что при работе парового теплообменника на поверхности теплообменных труб довольно скоро образуется конденсатная пленка. Эта пленка существенно замедляет теплообменные механизмы, из которых самым эффективным является конденсация пара непосредственно на поверхности теплообмена. После образования жидкой пленки теплообмен в основном производится за счет механизма теплопередачи через пленку. Ввиду низкой теплопроводности воды этот механизм не так эффективен, как прямая коденсация пара на сухих трубах. The problem is that when a steam heat exchanger is operating, a condensate film will form on the surface of the heat exchange tubes quite soon. This film significantly slows down the heat transfer mechanisms, of which the most effective is the condensation of steam directly on the heat transfer surface. After the formation of the liquid film, heat transfer is mainly carried out by the mechanism of heat transfer through the film. Due to the low thermal conductivity of water, this mechanism is not as effective as direct coding of steam on dry pipes.

Исследование уровня техники и тенденций ее развития в данной области показывает, что попытки усовершенствовать систему парового теплоснабжения сводятся, в основном, к изменениям в конструкции теплообменников. Этот путь не может существенно (в полтора-два раза) повысить эффективность использования теплоносителя, поскольку при этом не решается принципиальная задача по снижению концентрации жидкой фазы в пароконденсатной смеси внутри теплообменника. A study of the state of the art and its development trends in this area shows that attempts to improve the steam heat supply system come down mainly to changes in the design of heat exchangers. This way cannot significantly (one and a half to two times) increase the efficiency of using the heat carrier, since the fundamental problem of reducing the concentration of the liquid phase in the vapor condensate mixture inside the heat exchanger is not solved.

Задачей изобретения является повышение эффективности и экономичности теплосистемы за счет уменьшения концентрации жидкой фазы в пароконденсатной смеси внутри теплообменника и повторного использования отработанного пара путем отделения его от жидкости. The objective of the invention is to increase the efficiency and economy of the heating system by reducing the concentration of the liquid phase in the vapor-condensate mixture inside the heat exchanger and reusing the exhaust steam by separating it from the liquid.

Это достигается тем, что в системе парового теплоснабжения, содержащей источник пара, теплообменник с паровой и конденсатной магистралью, струйный насос с всасывающим патрубком, сепаратор пара с паропроводом и сливным трубопроводом для конденсата и конденсатный бак, сепаратор пара выполнен в виде двухступенчатого циклона, подключенного входом к конденсатной магистрали, а сливным трубопроводом и паропроводом - соответственно к конденсатному баку и всасывающему патрубку струйного насоса, сообщенного своим основным входом с источником пара, а выходом с паровой магистралью. This is achieved by the fact that in a steam heat supply system containing a steam source, a heat exchanger with a steam and condensate line, a jet pump with a suction pipe, a steam separator with a steam line and a drain pipe for condensate and a condensate tank, the steam separator is made in the form of a two-stage cyclone connected by an input to the condensate line, and the drain and steam pipelines, respectively, to the condensate tank and the suction nozzle of the jet pump communicated with its main input to the source macaws and a steam outlet manifold.

Достигаемый технический результат заключается в том, что за счет постоянного отсасывания пароконденсатной смеси из теплообменника поверхность теплообменных труб остается сухой. При этом основным механизмом теплообмена является конденсация свежего пара непосредственно на поверхности теплообмена (повышение эффективности). Кроме того, осушенный в циклоне отработанный пар поступает в струйный насос, где он смешивается со свежим паром и снова подается в теплообменник (повышение экономичности). The technical result achieved is that due to the constant suction of the vapor-condensate mixture from the heat exchanger, the surface of the heat exchanger tubes remains dry. In this case, the main mechanism of heat transfer is the condensation of fresh steam directly on the surface of the heat transfer (increase efficiency). In addition, the exhaust steam dried in the cyclone enters the jet pump, where it is mixed with fresh steam and again fed to the heat exchanger (increased efficiency).

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемой системы парового теплоснабжения. The drawing shows a schematic diagram of the proposed steam heating system.

Система парового теплоснабжения содержит источник 1 пара, теплообменник 2 с паровой 3 и конденсатной 4 магистралью, струйный насос 5 с всасывающим патрубком 6, сепаратор 7 пара с паропроводом 8 и сливным трубопроводом 9 для конденсата и конденсатный бак 10, при этом сепаратор пара 7 выполнен в виде духступенчатого циклона, подключенного входом к конденсатной магистрали 4, а сливным трубопроводом 9 и паропроводом 8 - соответственно к конденсатному баку 10 и всасывающему патрубку 6 струйного насоса 5, сообщенного своим основным входом с источником пара 1, а выходом - с паровой магистралью 3. The steam heat supply system contains a source of 1 steam, a heat exchanger 2 with a steam 3 and a condensate 4 line, a jet pump 5 with a suction pipe 6, a steam separator 7 with a steam pipe 8 and a drain pipe 9 for condensate and a condensate tank 10, while the steam separator 7 is made in the form of a two-stage cyclone connected by the inlet to the condensate line 4, and the drain pipe 9 and the steam pipe 8, respectively, to the condensate tank 10 and the suction pipe 6 of the jet pump 5, communicated with its main input to the source RA 1, and exit - with steam line 3.

В примере конкретного исполнения теплообменник изготовлен в виде варочной колонки для термообработки продукта, используемого в производстве мармелада. Жидкий продукт подается через патрубок 11 в пучок труб (условно не показаны), установленных внутри теплообменника 2, где подвергается нагреванию без непосредственного контакта с паром. Обработанный до нужной кондиции продукт выходит из теплообменника 2 через патрубок 12 и поступает дальше по технологической линии. Колонка также оборудована предохранительными клапанами и контрольно-измерительными приборами (условно не показаны). In a specific embodiment, the heat exchanger is made in the form of a cooking column for heat treatment of the product used in the production of marmalade. The liquid product is fed through a pipe 11 into a bundle of pipes (not shown conditionally) installed inside the heat exchanger 2, where it is heated without direct contact with steam. Processed to the desired condition, the product leaves the heat exchanger 2 through the pipe 12 and goes further along the production line. The column is also equipped with safety valves and instrumentation (not shown conditionally).

Система парового теплоснабжения работает следующим образом. Струйный насос 5, соединенный с источником пара 1, подает в теплообменник 2 по паровой магистрали 3 свежий (рабочий) пар под давлением 0,6 МПа при температуре 140-170^oС. Свежий пар конденсируется на поверхности теплообменных труб и отдает им свою скрытую теплоту парообразования, нагревая протекающий по трубам продукт. Образующаяся при этом смесь пара с конденсатом поступает по конденсатной магистрали 4 в циклон 7. В циклоне 7 пароконденсатная смесь прогоняется по нисходящей спиральной траектории. Центробежные силы отжимают к стенкам циклона 7 капли воды, которые стекают вниз и через сливной трубопровод 9 отводятся в конденсатный бак 10.The steam heat supply system operates as follows. The jet pump 5, connected to the steam source 1, delivers fresh (working) steam to the heat exchanger 2 through the steam line 3 at a pressure of 0.6 MPa at a temperature of 140-170 ^o C. Fresh steam condenses on the surface of the heat exchanger tubes and gives them its latent heat vaporization, heating the product flowing through the pipes. The resulting mixture of steam with condensate flows through the condensate line 4 to cyclone 7. In cyclone 7, the vapor-condensate mixture is driven along a downward spiral path. Centrifugal forces squeeze drops of water to the walls of the cyclone 7, which flow down and are discharged through the drain pipe 9 into the condensate tank 10.

Отделенный от влаги отработанный пар поднимается внутри циклона 7 по восходящей траектории и проходит через вторую ступень - встроенный фильтр тонкой осушки (условно не показан). Затем осушенный пар выходит из циклона 7 по паропроводу 8 и через всасывающий патрубок 6 поступает в струйный насос 5. Струйный насос смешивает отработанный пар из циклона 7 со свежим паром из источника 1 и подает получившуюся смесь в теплообменник 2. Separated from moisture, the exhaust steam rises inside the cyclone 7 along an ascending path and passes through the second stage - an integrated fine filter (not shown conditionally). Then, the dried steam leaves cyclone 7 through the steam line 8 and through the suction pipe 6 enters the jet pump 5. The jet pump mixes the exhaust steam from cyclone 7 with fresh steam from source 1 and delivers the resulting mixture to heat exchanger 2.

Таким образом, благодаря постоянному отсасыванию из теплообменника 2 пароконденсатной смеси концентрация жидкой фазы внутри теплообменника 2 остается на низком уровне, и поступающий сюда свежий пар конденсируется непосредственно на поверхности теплообменных труб, что существенно повышает эффективность системы в целом. При этом отработанный пар после осушки в циклоне 7 возвращается в паровую магистраль 3 со свежим паром и снова подается в теплообменник 2. Указанные технические решения позволяют значительно сэкономить потребление пара в системе парового теплоснабжения. 2о Thus, due to the constant suction of the vapor-condensate mixture from the heat exchanger 2, the concentration of the liquid phase inside the heat exchanger 2 remains at a low level, and the fresh steam arriving here condenses directly on the surface of the heat exchanger pipes, which significantly increases the efficiency of the system as a whole. In this case, the exhaust steam after drying in the cyclone 7 is returned to the steam line 3 with fresh steam and again fed to the heat exchanger 2. These technical solutions can significantly save steam consumption in the steam heating system. 2o

Claims

A steam heat supply system comprising a steam source, a heat exchanger with steam and condensate lines, a jet pump with a suction pipe, a steam separator with a steam line and a drain pipe for condensate and a condensate tank, characterized in that the steam separator is made in the form of a cyclone connected by an input to the condensate line , and the drain pipe and steam pipe, respectively, to the condensate tank and the suction nozzle of the jet pump communicated by its main inlet with a steam source, and the outlet with steam howl highway.