Изобретение относится к устройствам для подогрева газов или жидкостей, а именно к устройствам для низкотемпературного нагрева, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например в газовой - для подогрева природного газа на входе газораспределительных станций с целью предотвращения процесса гадратообразования.
Известен подогреватель газа (патент на изобретение РФ №2061200, МПК F 27 B 5/00), содержащий радиантную и конвективную камеры, разделенные вертикальной перевальной стенкой, трубчатые змеевики, размещенные вертикальными рядами в радиантной и конвективной камерах, излучающие горелки. Перевальная стенка установлена в зазоре между соседними вертикальными рядами труб радиантной и конвективной камер и выполнена из жаростойкого материала с высокой излучающей способностью.
Однако эффективность данной конструкции невелика из-за неравномерности обогрева труб по периметру и длине. Кроме того, наличие специального средства для отвода конденсата водяных паров снижает надежность конструкции.
Известен также подогреватель газа (патент на изобретение РФ №2140045, МПК F 24 H 3/00), содержащий источник греющей среды, кожухотрубный теплообменник с радиационной секцией, экранированной теплообменными трубами, равнорасположенными относительно внутренней стенки кожуха, дымовую трубу, коллекторы входа и выхода нагреваемой среды, внутренний конвективный пучок теплообменных труб, равнорасположенных по радиусам, коаксиальным радиусу расположения экранных труб, при этом все трубы представляют собой вставленные друг в друга трубы, внешние из которых выполнены с глухим концом, обращенным в сторону горелочного устройства, а с другого конца, за пределами дымового короба, рабочие полости каждой из теплообменных труб сообщены съемными патрубками с тороидальными коллекторами входа и выхода нагреваемой среды.
Однако эффективность данной установки невелика из-за вероятного образования конденсата в дымовом канале. Установка имеет высокую металлоемкость и значительные габариты из-за неравномерности обогрева труб по длине и периметру, требует больших затрат на изготовление и применение дорогостоящих жаропрочного сплава и наружного теплоизоляционного материала.
Известен также подогреватель газа (патент РФ №2168121, МПК F 24 H 3/08), содержащий горелочное устройство, дымовую трубу, коллекторы входа и выхода нагреваемой среды, теплообменный модуль в виде вставленных одна в другую труб, внешние из которых выполнены с глухим концом, обращенным в сторону горелочного устройства, а с другого конца за пределами дымового короба рабочие полости каждой из труб сообщены двумя съемными патрубками с коллекторами входа и выхода. По всей длине теплообменного модуля размещен дополнительный внутренний пояс экранирующих труб, коаксиальный наружному поясу труб, при этом трубы в радиальном направлении движения греющей среды расположены в шахматном порядке.
Недостатком данной конструкции является недостаточная эффективность из-за вероятного образования конденсата в дымовом канале. Кроме того, установка имеет высокую металлоемкость, значительные габариты, а также низкий коэффициент полезного действия.
Наиболее близким к заявленному является подогреватель газа (свид-во на полезную модель РФ №27194, МПК F 24 H 3/08), содержащий кольцевую горелку, дымовую трубу, входной и выходной газовые коллекторы, теплообменный модуль, расположенный в корпусе и выполненный в виде коаксиально расположенных внутренней трубы и внешней, заглушенной со стороны горелочного устройства, цилиндрический вкладыш для разделения воздушного и дымового потоков, внутреннюю и внешнюю цилиндрические обечайки, образующие горелочный тоннель и расположенные между цилиндрическим вкладышем и теплообменным модулем в нижней части корпуса.
Недостатком данной конструкции является малая поверхность теплосъема в самой высокотемпературной зоне горения и малоразвитая поверхность теплообмена нагреваемой среды, что существенно снижает эффективность работы установки.
Задачей изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет увеличения поверхности теплообмена и максимального использования теплового потока от горелочного устройства.
Поставленная задача достигается созданием наилучших условий для обеспечения максимального теплового потока к нагреваемой среде, а также за счет создания более развитой поверхности отбора тепла из зоны горения. Это достигается расположением горелочного устройства внутри теплообменного модуля, созданием каналов в теплообменном модуле, введением дополнительного теплообменного элемента в зоне максимального теплового потока, наличием ребер в кольцевом пространстве теплообменного модуля.
Для решения поставленной задачи подогреватель жидких или газообразных сред содержит корпус с расположенными в нем горелочным устройством, имеющим канал для подвода воздуха, теплообменным модулем, включающим коаксиально расположенные внутреннюю и внешнюю трубы, горелочным тоннелем, входной и выходной коллекторы, дымовую трубу. Теплообменный модуль в полости между внутренней и внешней трубой содержит, по крайней мере, две перегородки, расположенные по длине труб с образованием каналов, последовательно сообщающихся между собой, при этом полость между внутренней и внешней трубой с противоположных сторон выполнена заглушенной, горелочный тоннель размещен внутри теплообменного модуля, а канал для подвода воздуха образован внешней трубой теплообменного модуля и боковой стенкой корпуса. Перегородки выполнены радиальными, входной и выходной коллекторы расположены со стороны горелочного устройства и соединены с каналами теплообменного модуля, перегородки теплообменного модуля снабжены отверстиями для последовательного сообщения каналов, теплообменный модуль содержит дополнительный теплообменный элемент, расположенный в полости внутренней трубы теплообменного модуля и соединяющий его каналы. Подогреватель содержит шибер, расположенный в канале для подвода воздуха вблизи горелочного устройства, теплообменнный модуль содержит ребра для увеличения теплообменной поверхности, расположенные между внутренней и внешней трубой и закрепленные на поверхности внутренней трубы, стенки корпуса выполнены с теплоизоляцией.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где представлены на фиг.1 - заявляемое устройство (продольный разрез); на фиг.2, 3 - заявляемое устройство (поперечный разрез по А-А и Б-Б соответственно); на фиг.4, 5 - вариант выполнения подогревателя с дополнительным теплообменным элементом (продольный и поперечный разрезы соответственно).
Позициями на чертежах обозначены: 1 - корпус, 2 - горелочное устройство, 3 - внутренняя труба, 4 - внешняя труба, 5, 6 - заглушки, 7 - радиальные перегородки, 8 - каналы теплообменного модуля, 9 - горелочный тоннель, 10 - канал для подвода воздуха, 11 - шибер, 12 - входной коллектор, 13 - выходной коллектор, 14 - дымовая труба, 15 - ребра теплообменного модуля, 16 - отверстия в перегородках, 17 - дополнительный теплообменный элемент.
Подогреватель содержит: корпус, например цилиндрический, 1, стенки которого выполнены с теплоизоляцией, в котором расположены горелочное устройство 2, теплообменный модуль, состоящий из коаксиально расположенных внутренней 3 и внешней 4 труб, в кольцевом пространстве которых находятся заглушки 5, 6 и перегородки 7. Перегородки 7 между внутренней 3 и внешней 4 трубами расположены в направлении от внутренней трубы к внешней и выполнены протяженными по всей длине труб с возможностью образования каналов 8 протока подогреваемой среды, последовательно сообщаемых между собой. Каналы сообщаются между собой, например, с помощью отверстий 16 в перегородках, выполненных чередующимися в верхней и нижней частях перегородок, или посредством расположения последних с зазорами относительно верхней и нижней заглушек. Количество перегородок должно быть не менее 2. Оптимальным вариантом является выполнение перегородок радиальными и равномерно разнесенными по объему кольцевого пространства. В корпусе устройства расположены также горелочный тоннель 9, расположенный в полости внутренней трубы 3 теплообменного модуля, канал 10 для подвода воздуха к горелочному устройству 2, образованный боковой стенкой корпуса 1 и внешней трубой теплообменного модуля 4, в котором со стороны горелочного устройства расположен шибер 11. Подогреватель содержит также входной 12 и выходной 13 коллекторы, ориентированные перпендикулярно по отношению к теплообменному модулю и подсоединенные со стороны горелочного устройства 2 к каналам подогреваемой среды 8. Теплообменный модуль соединен с дымовой трубой 14. Для увеличения площади теплообмена подогреваемой среды теплообменный модуль содержит ребра 15, расположенные вдоль наружной поверхности внутренней трубы 3.
Последовательное сообщение каналов протока подогреваемой среды в теплообменном модуле может быть выполнено или посредством отверстий 16 в перегородках 7, или посредством дополнительных теплообменных элементов 17, расположенных в полости внутренней трубы 3.
Подогреватель, например газа, работает следующим образом. Подогреваемый газ через входной коллектор 12 поступает в каналы 8 кольцевого пространства между внутренней 3 и внешней 4 трубами теплообменного модуля. Пройдя последовательно через все каналы, сообщающиеся между собой при помощи отверстия 16 или при помощи дополнительных теплообменных элементов 17, подогретый газ поступает в выходной коллектор 13, а затем в обвязочные трубопроводы (на чертежах не показаны) и на редуцирование в газораспределительную станцию или к потребителю.
Обогрев внутренней 3 и внешней 4 труб теплообменного модуля осуществляется тепловым излучением горелочного тоннеля 9 горелки 2, при этом расположение горелки внутри теплообменного модуля обеспечивает его обогрев изнутри. Кроме этого, в конструкции предусмотрено увеличение длины пути, проходимого потоком подогреваемой среды в процессе теплообмена за счет наличия в конструкции теплообменного модуля, например четырех перегородок 7, образующих каналы теплообмена, увеличение площади теплообмена за счет наличия ребер 15, а также предусмотрена возможность установки в полости внутренней трубы 3 дополнительных теплообменных элементов 17, например, в виде змеевиков, которые обогреваются как излучением горелочного тоннеля 9, так и потоком продуктов горения перемещающихся от горелки 2 в горелочный тоннель 9 и из горелочного тоннеля 9 к дымовой трубе 14. Поддержание необходимого по технологии температурного режима осуществляется путем сжигания топлива, подаваемого на горелку 2. Топливо поступает в горелочный тоннель 9, в котором смешивается с воздухом, поступающим по каналу, образованному внутренней поверхностью теплоизоляционной стенки корпуса 1 и наружной поверхностью внешней трубы 4 теплообменного модуля. Количество расходуемого воздуха на горение регулируется шибером 11.
Предлагаемый подогреватель имеет, по сравнению с известными аналогами, большую производительность за счет более развитой поверхности теплообмена. Кроме того, в заявляемом устройстве более рационально используется тепло от сгораемого топлива за счет нагрева теплообменного модуля изнутри. Расположение шибера рядом с горелкой упрощает регулировку расхода воздуха для поддержания оптимального процесса горения топлива.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ЖИДКИХ ИЛИ ГАЗООБРАЗНЫХ СРЕД | 2004 |
|
RU2270406C2 |
ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ГАЗА | 2002 |
|
RU2225964C1 |
ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ГАЗООБРАЗНЫХ СРЕД | 2018 |
|
RU2686357C1 |
ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ ЕМКОСТНОЙ ГАЗОВЫЙ | 2002 |
|
RU2223450C1 |
НАГРЕВАТЕЛЬ ОГНЕВОЙ ТРУБНЫЙ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ | 2008 |
|
RU2378583C1 |
ОГНЕВОЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ | 2010 |
|
RU2425289C1 |
ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ | 2018 |
|
RU2708175C1 |
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ | 1998 |
|
RU2140045C1 |
ГОРЕЛКА ФАКЕЛЬНАЯ ИНЖЕКЦИОННАЯ | 2002 |
|
RU2215938C1 |
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ | 2011 |
|
RU2467260C2 |
Изобретение относится к устройствам для низкотемпературного нагрева газов или жидкостей. Задачей изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет увеличения поверхности теплообмена и максимального использования теплового потока от горелочного устройства. Задача решается созданием наилучших условий для обеспечения максимального теплового потока к нагреваемой среде, а также за счет создания более развитой поверхности отбора тепла из зоны горения. Для решения поставленной задачи в подогревателе, содержащем корпус, состоящий из основания и теплоизоляционной стенки с расположенными в нем горелочным устройством, теплообменным модулем, включающим коаксиально расположенные внутреннюю и внешнюю трубы с заглушкой со стороны горелочного устройства, горелочный тоннель, входной и выходной коллекторы, дымовую трубу, согласно изобретению теплообменный модуль между внутренней и внешней трубой с обоих концов заглушен и имеет перегородки, образующие каналы протока подогреваемой среды, которые последовательно сообщаются между собой, горелочный тоннель размещен внутри теплообменного модуля, а воздуховодом служит пространство между теплообменным модулем и теплоизоляционной стенкой, шибер расположен со стороны горелки и выполнен с возможностью поворота вокруг своей оси, входной и выходной коллекторы подогреваемой среды со стороны горелки подсоединены к каналам теплообменного модуля, горелочный тоннель находится во внутренней трубе теплообменника. Каналы протока подогреваемой среды могут сообщаться между собой как при помощи отверстий в перегородках, которых, по крайней мере, две, так и при помощи дополнительных теплообменных элементов, расположенных в полости внутренней трубы теплообменного модуля. Для увеличения поверхности теплообмена внутренняя труба теплообменника на наружной поверхности может иметь ребра. Боковые стенки корпуса и дополнительные теплообменные элементы могут быть выполнены съемными. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.
RU 2004102750 A, 10.07.2005 | |||
ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ГАЗА | 2002 |
|
RU2225964C1 |
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ | 1999 |
|
RU2168121C1 |
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ | 1998 |
|
RU2140045C1 |
US 4448348 A, 15.05.1984. |
Авторы
Даты
2007-04-10—Публикация
2005-07-18—Подача