Долотовский Владимир Васильевич, Милованов Виктор Иванович, Киселев Владимир Викторович, Паршин Сергей Николаевич, Райкевич Александр Иосифович
Приоритеты:
подача заявки: 2002-10-02
публикация патента: 20.03.2004
Изобретение относится к устройствам для подогрева газов или однофазной жидкости, а более конкретно - для низкотемпературного нагрева, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например в газовой промышленности для подогрева природного газа на входе газораспределительных станций. Задачей изобретения является создание высоконадежного подогревателя газа, обладающего высоким сроком службы за счет обеспечения равномерного нагрева теплообменной поверхности при исключении образования конденсата. Поставленная задача решается тем, что в подогревателе газа, содержащем: корпус с теплообменным модулем, выполненным в виде внутренней и внешней труб, теплообменный модуль ориентирован вертикально по отношению к корпусу, а входной и выходной коллекторы ориентированы горизонтально по отношению к теплообменному модулю. В подогревателе обеспечивается равномерность нагрева трубы теплообменного модуля посредством горелочного туннеля, образованного коаксиально расположенными цилиндрическими обечайками. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
1. Подогреватель газа, содержащий горелочное устройство, 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, отличающийся тем, что он содержит 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, переходник, расположенный между дымовой трубой и корпусом и выполненный в виде двух конических внутренней и внешней обечаек, при этом входной и выходной газовые коллекторы выполнены в виде вставленных одна в другую труб, расположенных горизонтально по отношению к теплообменному модулю, ориентированному вертикально по отношению к корпусу, входной коллектор в виде внутренней горизонтальной трубы соединен с внутренней трубой теплообменного модуля и имеет заглушку со стороны выхода, а выходной коллектор в виде внешней горизонтальной трубы соединен с внешней трубой теплообменного модуля, к которой прикреплена внутренняя цилиндрическая обечайка с образованием зазора для подвода воздуха, внешняя цилиндрическая обечайка прикреплена к цилиндрическому вкладышу, соединенному с внутренней конической обечайкой переходника, а внешняя коническая обечайка соединена с корпусом, горелочное устройство расположено в корпусе и выполнено в виде кольцевой горелки, причем цилиндрический вкладыш, цилиндрические и конические обечайки, кольцевая горелка расположены коаксиально по отношению к теплообменному модулю, внутренняя труба которого и входной коллектор выполнены перфорированными.2. Подогреватель газа по п.1, отличающийся тем, что корпус в верхней части выполнен разъемным.3. Подогреватель газа по п.1, отличающийся тем, что над переходником расположен шибер, выполненный с возможностью перемещения по вертикали.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к устройствам для подогрева газов или однофазной жидкости, а более конкретно - для низкотемпературного нагрева, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например - в газовой промышленности для подогрева природного газа на входе газораспределительных станций с целью предотвращения процесса гидратообразования.Известен подогреватель газа (см. патент РФ №2061200 по кл. МПК F 27 B 5/00, опубл. 27.05.96 г.), 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. Наличие специального средства для отвода конденсата водяных паров снижает надежность конструкции.Известен также подогреватель газа (см. патент РФ №2140045 по кл. МПК F 24 H 3/00, опубл. 20.10.99), 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 надежность 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.Наиболее близким к заявляемому является подогреватель газа (см. патент РФ №2168121 по кл. МПК F 24 H 3/08, опубл. 27.05.01), 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, так же как и предыдущего аналога, является низкая надежность из-за вероятного образования конденсата в дымовом канале. Установка имеет высокую металлоемкость, значительные габариты, а также низкий коэффициент полезного действия.Изобретение направлено на решение задачи создания высоконадежного подогревателя газа, обладающего высоким сроком службы за счет обеспечения равномерного нагрева теплообменной поверхности при исключении образования конденсата.Для решения поставленной задачи подогреватель газа, содержащий горелочное устройство, 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, согласно изобретению дополнительно содержит 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, переходник, расположенный между дымовой трубой и корпусом и выполненный в виде двух конических внутренней и внешней обечаек, при этом входной и выходной коллекторы выполнены в виде вставленных одна в другую труб, расположенных горизонтально по отношению к теплообменному модулю, ориентированному вертикально по отношению к корпусу, входной коллектор в виде внутренней горизонтальной трубы соединен с внутренней трубой теплообменного модуля и имеет заглушку со стороны выхода, а выходной коллектор в виде внешней горизонтальной трубы соединен с внешней трубой теплообменного модуля, к которой прикреплена внутренняя цилиндрическая обечайка с образованием зазора для подвода воздуха, а внешняя цилиндрическая обечайка прикреплена к цилиндрическому вкладышу, соединенному с внутренней конической обечайкой переходника, а внешняя коническая обечайка соединена с корпусом, горелочное устройство расположено в корпусе и выполнено в виде кольцевой горелки, причем цилиндрический вкладыш, цилиндрические и конические обечайки, кольцевая горелка расположены коаксиально по отношению к теплообменному модулю, внутренняя труба которого и входной коллектор выполнены перфорированными.Корпус в верхней части подогревателя может быть выполнен разъемным.Для обеспечения регулирования тяги подогреватель может содержать шибер, расположенный над переходником и выполненный с возможностью перемещения по вертикали.В известных авторам источниках патентной и научно-технической информации не описано надежного в эксплуатации и имеющего высокие эксплуатационные характеристики подогревателя газа, обеспечивающего равномерность нагрева за счет коаксиального расположения цилиндрического вкладыша, обечаек (как цилиндрических, так и конических), кольцевой горелки относительно теплообменного модуля, а также за счет оригинального выполнения входного и выходного коллекторов в виде вставленных друг в друга труб, ориентированных горизонтально по отношению в теплообменному модулю, благодаря чему входной и выходной коллекторы также участвуют в нагреве газа, выполняя тем самым дополнительно функцию теплообменного модуля.Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен поперечный разрез подогревателя, на фиг.2 - вид сбоку.Подогреватель газа содержит: корпус 1, в котором расположен теплообменный модуль 2, выполненный в виде внутренней 3 и внешней 4 труб, входной газовый коллектор 5, расположенный внутри выходного газового коллектора 6, горелочное устройство 7, расположенное в корпусе 1 и выполненное в виде кольцевой горелки, цилиндрический вкладыш 8, дымовую трубу 9, цилиндрические обечайки: внутреннюю 10 и внешнюю 11, образующие горелочный тоннель 12, переходник, 13, выполненный в виде конических обечаек: внутренней 14 и внешней 15, шибер 16, расположенный над переходником 13. Теплообменный модуль 2 ориентирован вертикально по отношению к корпусу 1, а входной 5 и выходной 6 коллекторы ориентированы горизонтально по отношению к теплообменному модулю 2. Входной коллектор 5 в виде внутренней горизонтальной трубы соединен с внутренней трубой 3 теплообменного модуля 2 и имеет заглушку 17 со стороны выход. Выходной коллектор 6 в виде внешней горизонтальной трубы соединен с внешней трубой 4 теплообменного модуля 2. Внутренняя цилиндрическая обечайка 10 соединена с внешней трубой 4 теплообменного модуля 2 с образованием зазора для подвода воздуха, а внешняя цилиндрическая обечайка 11 прикреплена к цилиндрическому вкладышу 8, соединенному с внутренней конической обечайкой 14 переходника 13. Внешняя коническая обечайка 15 переходника 13 соединена с корпусом 1. Цилиндрический вкладыш 8, обечайки 10, 11, 14, 15 и кольцевая горелка 7 расположены коаксиально по отношению в теплообменному модулю 2. Внутренняя труба 3 модуля 2 и входной коллектор 5 выполнены перфорированными.Подогреватель газа работает следующим образом. Нагреваемый газ поступает во входной коллектор 5, затем он попадает во внутреннюю трубу 3 теплообменного модуля 2 и через перфорированные отверстия трубы 3 газ попадает в зазор между внутренней 3 и внешней 4 трубами модуля 2. Нагретый газ поступает в выходной коллектор 6, а затем в обвязочные трубопроводы (не показаны) и на редуцирование в газораспределительную станцию или к потребителю.Обогрев внутренней 3 и внешней 4 труб теплообменного модуля 2 осуществляется тепловым излучением горелочного тоннеля 12 горелки 7. Кроме этого, в конструкции предусмотрен обогрев верхнего участка теплообменного модуля 2 и выходного коллектора 6 потоком дымовых газов, перемещающихся из горелочного тоннеля 12 к дымовой трубе 9. Поддержание необходимого по технологии температурного режима осуществляется путем сжигания топливного газа, подаваемого на горелочное устройство 7. Топливный газ поступает в горелочный тоннель 12, в котором смешивается с воздухом, поступающим по каналу, образованному боковой стенкой корпуса 1 и цилиндрическим вкладышем 8. Количество расходуемого воздуха регулируется посредством шибера 16.Предлагаемый подогреватель газа имеет, по сравнению с известными аналогами, более высокий срок службы за счет обеспечения равномерности внешнего обогрева трубы теплообменного модуля посредством горелочного туннеля, образованного коаксиально расположенными цилиндрическими обечайками. Вследствие этого исключается локальный перегрев стенки внешней трубы модуля и соответственно преждевременный выход ее из строя.Обогрев тепловым излучением стенки тоннеля 12, т.е. нижнего, наиболее холодного участка теплообменного модуля 2, позволяет исключить образование на нем конденсата водяных паров.Подогреватель газа имеет достаточно высокий уровень КПД - не ниже 75-80%, который достигается за счет рекуперативного нагрева воздуха, поступающего на горение, теплотой уходящих дымовых газов. Причем в данной конструкции для нагрева воздуха используются не отдельные поверхности нагрева, а стенки дымовой трубы и переходника, что к тому же обеспечивает снижение металлоемкости и габаритов аппарата.
