RU2038539C1

RU2038539C1 - Recuperative heater

Info

Publication number: RU2038539C1
Application number: SU925062726A
Authority: RU
Inventors: М.А. Харичко; В.Ф. Горлов; Г.Л. Голева; И.Е. Кляус
Original assignee: Харичко Михаил Александрович
Priority date: 1992-09-22
Filing date: 1992-09-22
Publication date: 1995-06-27

Abstract

FIELD: production of nitric acid. SUBSTANCE: in the recuperative heater, having a vertically arranged combustion chamber connected to the smoke flue that communicates with the waste gas pipeline, and a radiant-heating tube bank positioned in the combustion chamber, as well as convection-heating tube banks, installed in the smoke flue, the smoke flue is connected to the combustion chamber through the horizontal section, and the waste gas pipeline running from the turbine is connected to the gas conduit at the break between the convection-heating tube banks with formation of mixing chamber. Besides, the heat exchange surface of one convection-heat tube bank is within 1.0 to 1.5 of the heat exchange surface of the other convection heat tube bank, and additional burners are installed in the gas conduit. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в установках с утилизацией тепла, например для подогрева выхлопных газов перед газовой турбиной, преимущественно, в производстве азотной кислоты. The invention relates to heat engineering and can be used in installations with heat recovery, for example, for heating exhaust gases in front of a gas turbine, mainly in the production of nitric acid.

Известны рекуперативные подогреватели, которые содержат камеру сгорания с радиантными трубами и размещенные в газоходе змеевиковые теплообменники. В этих устройствах нагрев выхлопных газов происходит за счет тепла сжигания природного газа в камере сгорания и тепла отработанных-отходящих газов. Recuperative heaters are known which comprise a combustion chamber with radiant tubes and coil heat exchangers located in the duct. In these devices, the heating of exhaust gases occurs due to the heat of combustion of natural gas in the combustion chamber and the heat of exhaust-exhaust gases.

Однако несмотря на разнообразное конструктивное выполнение и компоновку теплообменных элементов известные рекуперативные подогреватели из-за размещения зоны смешения дымовых газов, образующихся в камере сгорания, с холодными отходящими газами турбины в газоходе после теплообменников характеризуются низкой эффективностью и повышенной металлоемкостью. However, despite the diverse design and layout of the heat exchange elements, well-known recuperative heaters due to the location of the mixing zone of the flue gases generated in the combustion chamber with the cold exhaust gases of the turbine in the duct after the heat exchangers are characterized by low efficiency and increased metal consumption.

Наиболее близким к изобретению является рекуперативный подогреватель, содержащий вертикально расположенные камеру сгорания, газоход и трубопровод отходящих газов, в которых размещены последовательно включенные пучки труб радиантного и конвективного нагрева. Closest to the invention is a recuperative heater containing a vertically arranged combustion chamber, a gas duct and a flue gas pipe, in which bundles of radiant and convective heating tubes are connected in series.

Данное устройство позволяет утилизировать тепло отходящих газов за счет расположения пучка труб конвективного нагрева в трубопроводе отходящих газов. This device allows you to utilize the heat of the exhaust gases due to the location of the bundle of convective heating pipes in the exhaust gas pipeline.

Недостатком известного подогревателя является малая интенсивность теплообмена и степень использования тепла пpодуктов сгорания дымовых газов в пучках труб конвективного нагрева из-за неравномерности распределения дымовых газов по сечению газохода и вывода их из газохода после смешения с отходящими газами, что обусловлено неоптимальным взаимным расположением теплообменных элементов. A disadvantage of the known heater is the low heat exchange rate and the degree of heat use of the products of combustion of flue gases in bundles of convective heating pipes due to the uneven distribution of flue gases over the cross section of the duct and their removal from the duct after mixing with the exhaust gases, which is due to the non-optimal relative position of the heat exchange elements.

Данное изобретение направлено на повышение тепловой эффективности, снижение металлоемкости и повышение эксплуатационной надежности рекуперативного подогревателя. This invention is aimed at improving thermal efficiency, reducing metal consumption and improving the operational reliability of a regenerative heater.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в рекуперативном подогревателе, содержащем вертикально расположенную камеру сгорания, подключенную к газоходу, сообщенному с трубопроводом отходящих газов турбины, и установленный в камере сгорания пучок труб радиантного нагрева, а также установленные в дымоходе пучки труб конвективного нагрева, трубопровод отходящих газов турбины подключен к дымоходу в рассечку между упомянутыми пучками труб конвективного нагрева. The solution to this problem is ensured by the fact that in a recuperative heater containing a vertically located combustion chamber connected to a gas duct in communication with a turbine exhaust gas pipe and a bundle of radiant heating pipes installed in the combustion chamber, as well as convective heating pipe bundles installed in the chimney, an exhaust pipe the turbine gas is connected to the chimney in the cut between the said bundles of convective heating pipes.

Кроме того, теплообменная поверхность второго по ходу газа пучка труб конвективного нагрева составляет от 1,0 до 1,5 теплообменной поверхности его первого по ходу газа пучка труб, а в газоходе установлены дополнительные горелки. In addition, the heat exchange surface of the second convective heating tube bundle along the gas is from 1.0 to 1.5 of the heat exchange surface of its first tube bundle along the gas path, and additional burners are installed in the duct.

Технический результат, который может быть получен от осуществления изобретения, заключается в повышении эффективности теплопередачи от греющих дымовых газов к нагреваемым выхлопным газам. Это обусловлено выравниванием температуры дымовых газов по сечению перед первым по ходу газа трубным пучком конвективного нагрева за счет наличия горизонтального участка и поворотов, повышением температуры газов, смывающих второй трубный пучок конвективного нагрева вследствие расположения перед ним камеры смешения отходящих газов с дымовыми, что приводит к общему повышению температуры выхлопных газов, которые после подогревателя могут быть направлены в газовую турбину или какую-либо другую теплоиспользующую установку, и снижению температуры выбрасываемых в атмосферу газов. The technical result that can be obtained from the implementation of the invention is to increase the efficiency of heat transfer from heating flue gases to heated exhaust gases. This is due to the equalization of the temperature of the flue gases along the cross section before the first convection heating tube bundle due to the presence of a horizontal section and turns, the increase in the temperature of the gases washing off the second convective heating tube bundle due to the location of the chamber for mixing the exhaust gases with flue in front of it, which leads to a common increasing the temperature of the exhaust gases, which after the heater can be sent to a gas turbine or some other heat-using installation, and reducing t mperatury gases emitted into the atmosphere.

Кроме того, предложенное соотношение теплообменных поверхностей и наличие дополнительных горелок обеспечивает более равномерное распределение тепловых потоков по тракту газохода и регулирование температуры нагреваемого газа, поступающего на вход пучка труб конвективного нагрева. In addition, the proposed ratio of heat exchange surfaces and the presence of additional burners provides a more uniform distribution of heat fluxes along the duct and regulates the temperature of the heated gas entering the convective heating tube bundle.

При этом исключается локальный перегрев отдельных труб или их участков, что повышает эксплуатационную надежность и преждевременный выход из строя теплообменника в целом. This eliminates local overheating of individual pipes or their sections, which increases operational reliability and premature failure of the heat exchanger as a whole.

На фиг. 1-4 представлены различные схемы компоновки предложенного подогревателя. In FIG. 1-4 presents various layout schemes of the proposed heater.

Рекуперативный подогреватель содержит камеру 1 сгорания с горелками 2, трубопровод отходящих газов с горизонтальным участком 3 и вертикальным участком 4, который соединен с дымоходом 5. The regenerative heater comprises a combustion chamber 1 with burners 2, an exhaust gas pipeline with a horizontal section 3 and a vertical section 4, which is connected to the chimney 5.

В камере 1 сгорания установлен вертикальный пучок труб 6 конвективного нагрева. Пучок труб 7 конвективного нагрева может быть размещен как в вертикальном участке 4 трубопровода отходящих газов после горизонтального участка 3 (см. фиг. 1 2), так и в горизонтальном участке 3 (см. фиг. 3 и 4), а второй по ходу газов пучок труб 8 конвективного нагрева выполнен с теплообменной поверхностью, составляющей от 1,0 до 1,5 теплообменной поверхности пучка труб 7. К вертикальному участку 4 между пучками труб 7 и 8 подключен трубопровод 9 отходящих газов с образованием камеры 10 смешения, которая может иметь различное конструктивное выполнение (см. фиг. 1-4). Трубопровод отходящих газов снабжен дополнительными горелками 11, которые могут быть установлены как в горизонтальном участке 3, так и в вертикальном участке 4 в зависимости от компоновки теплообменных пучков труб, а камера 1 сгорания может быть выполнена как с подъемным (см. фиг. 1-3), так и с опускным движением дымовых газов. Пучок труб радиантного нагрева подключен к коллектору 12. In the combustion chamber 1, a vertical bundle of convection heating pipes 6 is installed. The bundle of convection heating pipes 7 can be placed both in the vertical section 4 of the exhaust gas pipeline after the horizontal section 3 (see Fig. 1 2), and in the horizontal section 3 (see Fig. 3 and 4), and the second along the gas the convection heating pipe bundle 8 is made with a heat exchange surface constituting from 1.0 to 1.5 of the pipe bundle heat exchange surface 7. An exhaust gas pipe 9 is connected to the vertical section 4 between the pipe bundles 7 and 8 to form a mixing chamber 10, which may have different constructive execution (with . FIGS. 1-4). The exhaust gas pipeline is equipped with additional burners 11, which can be installed both in the horizontal section 3 and in the vertical section 4, depending on the layout of the heat-exchange tube bundles, and the combustion chamber 1 can be made as a lifting one (see Fig. 1-3 ), and with the downward movement of flue gases. A bunch of radiant heating pipes connected to the collector 12.

Рекуперативный теплообменник работает следующим образом. Recuperative heat exchanger operates as follows.

Нагреваемые выхлопные газы поступают в пучок труб 8, где подогреваются продуктами смешения дымовых газов, образовавшихся в камере 1 сгорания от сжигания природного газа в горелках 2, с отходящими газами, поступающими по трубопроводу 9 от газовой турбины. В пучке труб 7 выхлопные газы нагреваются за счет тепла дымовых газов, проходящих по участкам 3 и 4 газохода, и затем поступают в пучок труб 6, где нагреваются непосредственно в камере 1 сгорания до рабочей температуры, которую можно регулировать с помощью дополнительных горелок 11. Нагретые выхлопные газы по коллектору 12 подаются в газовую турбину, а охлажденные продукты смешения дымовых и отходящих газов выбрасываются по дымоходу 5 в атмосферу. Между пучками труб 7 и 8 может быть включен реактор каталитической очистки. Heated exhaust gases enter the bundle of pipes 8, where they are heated by the products of mixing the flue gases generated in the combustion chamber 1 from the combustion of natural gas in the burners 2, with exhaust gases coming through the pipeline 9 from the gas turbine. In the bundle of pipes 7, the exhaust gases are heated due to the heat of the flue gases passing through sections 3 and 4 of the gas duct, and then enter the bundle of pipes 6, where they are heated directly in the combustion chamber 1 to a working temperature, which can be adjusted using additional burners 11. Heated exhaust gases through the collector 12 are fed into a gas turbine, and the cooled products of mixing flue and exhaust gases are discharged through the chimney 5 into the atmosphere. Between the bundles of pipes 7 and 8, a catalytic treatment reactor may be included.

Таким образом, предложенное техническое решение за счет наличия горизонтального участка 3 с поворотами, где происходит интенсивное перемешивание и выравнивание температуры дымовых газов после камеры 1 сгорания и размещения пучка труб 8 после камеры смешения 10, к которой подключен трубопровод 9 отходящих газов, в зоне достаточно высоких температур греющего газа в сочетании с заявленным соотношением теплообменных поверхностей позволяет повысить эффективность нагрева выхлопных газов в рекуперативном подогревателе, снизить температуру выбрасываемых в атмосферу отработанных газов и повысить тем самым эксплуатационную надежность и экологические характеристики теплообменника в целом. Thus, the proposed technical solution due to the presence of a horizontal section 3 with turns, where intense mixing and equalization of the temperature of the flue gases after the combustion chamber 1 and placement of the tube bundle 8 after the mixing chamber 10, to which the exhaust gas pipe 9 is connected, is in a sufficiently high area the temperature of the heating gas in combination with the stated ratio of the heat exchange surfaces allows to increase the efficiency of heating the exhaust gases in a regenerative heater, reduce the temperature in exhaust gases emitted into the atmosphere and thereby increase the operational reliability and environmental characteristics of the heat exchanger as a whole.

Claims

1. A RECOVERABLE HEATER containing a vertically located combustion chamber connected to a chimney in communication with a turbine exhaust gas pipe, and a bundle of radiant heating pipes installed in the combustion chamber, as well as convective heating pipe bundles installed in the chimney, characterized in that the turbine exhaust gas pipe connected to the chimney in the cut between the bundles of convective heating pipes.

2. The heater according to claim 1, characterized in that the heat exchange surface of the second convective heating pipe bundle along the gases is 1.0 1.5 the heat exchange surface of its first pipe bundle along the gas path, and additional burners are installed in the chimney.