ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2019 года по МПК F24H3/08 

Изобретение относится к устройствам для высокотемпературного нагрева воздуха и может быть использовано в энергетической, нефтехимической, газоперерабатывающей и других отраслях промышленности, а также для обогрева производственных и бытовых помещений.

Известен трубчатый подогреватель, содержащий корпус, расположенную внутри корпуса жаровую трубу, размещенные между корпусом и жаровой трубой промежуточный жидкий теплоноситель и трубчатый змеевик для пропуска нагреваемой среды, жаровая труба и корпус выполнены в виде прямых цилиндров и имеют одну общую ось, в жаровой трубе концентрично с ней размещен цилиндрический вторичный излучатель с вставленным в него обтекаемым телом (патент RU №2662018, F22B 7/00, 2017).

Недостатками известного подогревателя являются использование промежуточного теплоносителя отсутствие защиты окружающей среды от нагретых до высокой температуры поверхностей, отсутствие возможности использования вторичных потоков воздуха.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип относится воздухоподогреватель, содержащий обечайку с патрубками для входа и выхода воздуха, расположенную внутри обечайки топку с горелочным устройством и дымовой трубой, конвективную часть, выполненную в виде трубок, соединенных с торцов коллекторами, при этом топка выполнена в виде цилиндрического стакана, трубки конвективной части расположены вокруг топки параллельно цилиндрической поверхности топки в шахматном порядке, причем входящий коллектор, установленный с возможностью соединения с топкой и расположенный напротив горелочного устройства, представляет собой сектор с тупым углом, выходящий коллектор, связанный с дымовой трубой и расположенный с этой же стороны, представляет собой изолированно выполненный сектор с острым углом, при этом устройство снабжено промежуточным коллектором, расположенным напротив, а между обечайкой и топкой установлены поперечные перегородки (патент RU №2296269, F23L 15/04, 2005).

Недостатками известного воздухоподогревателя являются отсутствие возможности использования вторичных потоков воздуха, сложность изготовления, быстрое засорение внутренней поверхности труб в связи с тем, что дымовые газы, являющиеся греющим теплоносителем, проходят по трубному пространству, отсутствие защиты окружающей среды от поверхностей, нагретых до высокой температуры.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в устранении указанных недостатков, повышении эффективности нагрева воздуха при значительном упрощении конструкции и технологии изготовления.

Поставленная задача решается за счет того, что стенка цилиндрического стакана топки образована трубками, близко расположенными друг к другу, при этом созданная между обечайкой и трубками кольцевая полость снабжена со стороны горелочного устройства коллектором для подачи вторичного воздуха, а с противоположной стороны - выхлопной трубой, коаксиально расположенной с дымовой трубой топки.

Сущность предложенного изобретения поясняется графическими материалами, где: на фиг. 1 показан воздухоподогреватель, продольный разрез; на фиг. 2 - изометрическая проекция топки, на фиг. 3 и 4 - варианты исполнения стакана топки, разрез А-А на фиг. 1.

Воздухоподогреватель (фиг. 1) содержит обечайку 1 с патрубком 2 для подвода нагреваемого воздуха и патрубком 3 отвода нагретого воздуха, топку 4, включающую в себя цилиндрический стакан 5, стенка которого образована из расположенных близко друг к другу трубок в один ряд (фиг. 3) или в два ряда (фиг. 4), соединенных с торцов коллекторами 6 и 7 (фиг. 2) подвода нагреваемого воздуха и отвода нагретого воздуха. При этом трубки в коллекторе 6 выполняются подвижными для компенсации изменения их длины при высокой температуре. На топке 4 со стороны коллектора 7 закреплено горелочное устройство 8, а со стороны коллектора 6 установлена дымовая труба 11. Между обечайкой 1 и трубками 5 создана кольцевая полость, которая со стороны горелочного устройства снабжена коллектором 9 с патрубком 10 для подачи вторичного воздуха. Выхлопная труба 13 коаксиально расположена с дымовой трубой 11. На выхлопной трубе 13 закреплен дефлектор 12. В дымовой трубе 11 и выхлопной трубе 13 установлены шиберы 14. Коллектор 9 для равномерной подачи вторичного воздуха по окружности со стороны трубок снабжен защитным экраном 15.

Устройство работает следующим образом. Поток нагреваемого воздуха через патрубок 2 принудительно поступает в коллектор 6, равномерно распределяется и протекает по трубкам цилиндрического стакана 5, откуда попадает в коллектор 7 и отводится через патрубок 3. Греющим теплоносителем являются продукты сгорания топлива в топке 4. К горелочному устройству 8 подводится топливо. При сжигании топлива образуются продукты сгорания высокой температуры, которые проходят по внутренней полости стакана 5 и отводятся через дымовую трубу 11. Тепло от дымовых газов лучистым и конвективным способом передается трубкам. Вторичный поток воздуха через патрубок 10 поступает в коллектор 9, проходит по кольцевой полости, образованной между обечайкой и трубками и отводится через выхлопную трубу 13.

С помощью шиберов 14 можно регулировать тягу, а также осуществлять контроль над потоками воздуха и дымовых газов.

Воздухоподогреватель может использоваться как для обогрева производственных и бытовых помещений, так и в промышленности.

При обогреве помещений вторичным воздухом будет являться воздух в помещении, а при использовании подогревателя в энергетических установках вторичным воздухом будет воздух, совершивший работу.

В предложенном техническом решении трубки стенки стакана могут располагаться с зазором не более 3 мм, при этом будет иметь частично место переток (массоперенос) или дымовых газов из полости топки в полость, образованную между обечайкой и трубками (в полость вторичного воздуха), или вторичного воздуха из указанной полости в полость топки. Схема перетока будет зависеть от величины тяги в трубах 11 и 13. Где больше тяга (меньше величина статического давления), туда и будет направлен переток. Причем шиберами можно установить тот или иной переток путем изменения параметров в трубах 11 и 13. С точки зрения влияния на процесс теплообмена этот элемент будет присутствовать, так как, во-первых, он управляемый, а, во-вторых, можно поддерживать выходные параметры по подогреву воздуха процессом горения в топке. С другой стороны, наличие этого конструктивного решения позволяет обеспечить многие положительные характеристики воздухоподогревателя.

При использовании в качестве вторичного воздух из окружающей среды коллектор 9 выполняется в виде кольцевой щели, образованной обечайкой и защитным экраном (без патрубка 10). При этом, для исключения попадания посторонних предметов в полость теплообменника на щель устанавливается сетка.

Одной из отраслей применения данного устройства в промышленности являются газотурбинные установки. Примером может послужить газотурбинная установка для переработки попутного нефтяного газа в электроэнергию (патент RU №2482302, F02C 3/22, 2013). Данный воздухоподогреватель будет являться теплообменным аппаратом-регенератором. В нем происходит нагрев сжатого воздуха, поступившего из компрессора, затем нагретый воздух направляется в турбину. Вторичным будет называться отработавший в турбине воздух, который вновь возвращается в воздухоподогреватель (к патрубку 10).

В случае необходимости уменьшения габаритных размеров воздухоподогревателя или увеличения площади теплообмена возможен вариант исполнения стакана топки трубками, расположенными в шахматном порядке (фиг. 4).

Таким образом, заявленная конструкция воздухоподогревателя позволяет решить все поставленные задачи, тем самым повысить эффективность нагрева воздуха.

Изобретение относится к устройствам для высокотемпературного нагрева воздуха и может быть использовано в энергетической, нефтехимической, газоперерабатывающей и других отраслях промышленности, а также для обогрева производственных и бытовых помещений. Воздухоподогреватель содержит обечайку с патрубками для входа и выхода воздуха, расположенную внутри обечайки топку в виде цилиндрического стакана с горелочным устройством и дымовой трубой, а также трубки, соединенные с торцов коллекторами, стенка стакана топки образована трубками, близко расположенными друг к другу, при этом созданная между обечайкой и трубками кольцевая полость снабжена со стороны горелочного устройства коллектором для подачи вторичного воздуха, а с противоположной стороны - выхлопной трубой, коаксиально расположенной с дымовой трубой топки. Изобретение должно повысить эффективность нагрева воздуха при упрощении конструкции и технологии изготовления. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Воздухоподогреватель, содержащий обечайку с патрубками для входа и выхода воздуха, расположенную внутри обечайки топку в виде цилиндрического стакана с горелочным устройством и дымовой трубой, а также трубки, соединенные с торцов коллекторами, отличающийся тем, что стенка стакана топки образована трубками, близко расположенными друг к другу, при этом созданная между обечайкой и трубками кольцевая полость снабжена со стороны горелочного устройства коллектором для подачи вторичного воздуха, а с противоположной стороны - выхлопной трубой, расположенной снаружи дымовой трубы топки.

2. Воздухоподогреватель по п. 1, отличающийся тем, что в дымовой и выхлопной трубах установлены шиберы.

3. Воздухоподогреватель по п. 1, отличающийся тем, что коллектор для подачи вторичного воздуха со стороны трубок снабжен защитным экраном.

4. Воздухоподогреватель по п. 1, отличающийся тем, что трубки стакана расположены в шахматном порядке.

5. Воздухоподогреватель по п. 1, отличающийся тем, что коллектор вторичного воздуха выполнен в виде кольцевой щели между обечайкой и защитным экраном, при этом щель снабжена сеткой.