RU2225964C1

RU2225964C1 - Gas heater

Info

Publication number: RU2225964C1
Application number: RU2002126363/06A
Authority: RU
Inventors: В.В. Долотовский; В.И. Милованов; В.В. Киселев; С.Н. Паршин; А.И. Райкевич
Original assignee: Долотовский Владимир Васильевич; Милованов Виктор Иванович; Киселев Владимир Викторович; Паршин Сергей Николаевич; Райкевич Александр Иосифович
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2004-03-20

Abstract

FIELD: equipment heating gases or single-phase liquids. SUBSTANCE: invention is meant for low-temperature gas heating used in many branches of industry, for instance, in gas industry to heat natural gas at inlet of gas distribution station. Objective of invention lies in design of high-reliability gas heater showing long service life thanks to uniform heating of heat-exchange surface with prevented condensate formation. Proposed gas heater has body with heat-exchange module coming in the form of internal and external tubes. Heat-exchange module is oriented vertically with reference to body and inlet and outlet collectors are oriented horizontally with respect to heat-exchange module. EFFECT: gas heater ensures uniform heating of tube of heat-exchange module with the help of burner tunnel formed by cylindrical shells arranged coaxially. 2 cl, 2 dwg

Description

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.The invention relates to devices for heating gases or a single-phase liquid, and more specifically for low-temperature heating, and can be used in various industries, for example, in the gas industry for heating natural gas at the inlet of gas distribution stations to prevent hydration.

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.Known gas heater (see RF patent No. 2061200 according to class IPC F 27 B 5/00, publ. 05/27/96), containing radiant and convective chambers separated by a vertical wall, tubular coils placed in vertical rows in radiant and convection chambers emitting burners. The transit wall is installed in the gap between adjacent vertical rows of pipes of the radiant and convective chambers and is made of heat-resistant material with high emissivity.

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.However, the effectiveness of this design is small due to the uneven heating of the pipes around the perimeter and length. The presence of special means for the removal of condensate water vapor reduces the reliability of the design.

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.Also known is a gas heater (see RF patent No. 2144545, class IPC F 24 H 3/00, publ. 10/20/99), containing a source of heating medium, a shell-and-tube heat exchanger with a radiation section shielded by heat-exchange pipes equally spaced relative to the inner wall of the casing, a chimney, collectors of the input and output of a heated medium, an internal convective bundle of heat exchange pipes equally spaced along the radii, coaxial to the radius of the screen tubes, all pipes being inserted into each other pipes, external of which is formed with a blind end facing towards the burner, and at the other end, outside of the flue duct, the working chamber of each of the heat exchange tubes communicated with removable nozzles toroidal inlet and outlet manifolds of the heated medium.

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.However, the reliability of this installation is low due to the possible formation of condensate in the smoke channel. The installation has a high metal consumption and considerable dimensions due to the uneven heating of the pipes along the length and perimeter, requires large costs for the manufacture and use of expensive heat-resistant alloy and external heat-insulating material.

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.Closest to the claimed gas heater (see RF patent No. 2168121, class IPC F 24 H 3/08, publ. 05/27/01), containing a burner device, a chimney, collectors of the input and output of a heated medium, a heat exchange module in the form pipes inserted one into the other, the external of which are made with a blind end facing the burner device, and from the other end outside the chimney, the working cavities of each of the pipes are communicated by two removable nozzles with input and output collectors. Along the entire length of the heat exchange module, an additional inner belt of shielding pipes is placed, coaxial to the outer belt of the pipes, while the pipes in the radial direction of movement of the heating medium are staggered.

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.The disadvantage of this design, as well as the previous analogue, is the low reliability due to the possible formation of condensate in the smoke channel. The installation has a high metal consumption, significant dimensions, as well as a low efficiency.

Изобретение направлено на решение задачи создания высоконадежного подогревателя газа, обладающего высоким сроком службы за счет обеспечения равномерного нагрева теплообменной поверхности при исключении образования конденсата.The invention is aimed at solving the problem of creating a highly reliable gas heater having a high service life by ensuring uniform heating of the heat exchange surface with the exception of the formation of condensate.

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.To solve the problem, a gas heater comprising a burner, a chimney, gas inlet and outlet manifolds, a heat exchange module located in the housing and made in the form of coaxially arranged inner pipe and an external plugged from the side of the burner device according to the invention further comprises a cylindrical insert for separation of air and smoke flows, the inner and outer cylindrical shells forming the burner tunnel and located between the cylindrical a lining and a heat exchange module in the lower part of the casing, an adapter located between the chimney and the casing and made in the form of two conical inner and outer shells, while the input and output collectors are made in the form of tubes inserted one into the other, located horizontally with respect to the heat exchange module oriented vertically with respect to the housing, the input manifold in the form of an internal horizontal pipe is connected to the internal pipe of the heat exchange module and has a plug on the outlet side, and the outlet the bottom collector in the form of an external horizontal pipe is connected to the external pipe of the heat exchanger module, to which the inner cylindrical shell is attached with a gap for air supply, and the outer cylindrical shell is attached to the cylindrical liner connected to the inner conical shell of the adapter, and the outer conical shell is connected to the housing , the burner device is located in the housing and is made in the form of an annular burner, with a cylindrical liner, cylindrical and conical shells , the ring burner is located coaxially with respect to the heat exchange module, the inner tube of which and the inlet manifold are perforated.

Корпус в верхней части подогревателя может быть выполнен разъемным.The housing in the upper part of the heater can be made detachable.

Для обеспечения регулирования тяги подогреватель может содержать шибер, расположенный над переходником и выполненный с возможностью перемещения по вертикали.To ensure traction control, the heater may include a gate located above the adapter and configured to move vertically.

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.The sources of patent and scientific and technical information known to the authors do not describe a gas heater reliable in operation and having high operational characteristics, which ensures uniform heating due to the coaxial arrangement of the cylindrical liner, shells (both cylindrical and conical), the ring burner relative to the heat exchange module, and also due to the original design of the input and output collectors in the form of tubes inserted into each other, oriented horizontally in relation to In the heat exchange unit, so that the inlet and outlet manifolds are also involved in gas heating, thereby fulfilling an additional function of heat exchanger module.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен поперечный разрез подогревателя, на фиг.2 - вид сбоку.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a cross section of a heater, in Fig.2 is a side view.

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.The gas heater comprises: a housing 1, in which a heat exchange module 2 is arranged, made in the form of an internal 3 and an external 4 pipes, an inlet gas manifold 5 located inside the outlet gas manifold 6, a burner device 7 located in the housing 1 and made in the form of an annular burner , cylindrical liner 8, chimney 9, cylindrical shells: inner 10 and outer 11, forming a burner tunnel 12, adapter, 13, made in the form of conical shells: inner 14 and outer 15, gate 16, located above the adapter ohm 13. The heat exchange module 2 is oriented vertically with respect to the housing 1, and the input 5 and output 6 collectors are oriented horizontally with respect to the heat exchange module 2. The input collector 5 in the form of an internal horizontal pipe is connected to the inner pipe 3 of the heat exchange module 2 and has a plug 17 from the exit. The output manifold 6 in the form of an external horizontal pipe is connected to the external pipe 4 of the heat exchange module 2. The inner cylindrical shell 10 is connected to the external pipe 4 of the heat exchange module 2 with a gap for supplying air, and the external cylindrical shell 11 is attached to the cylindrical liner 8 connected to the inner the conical shell 14 of the adapter 13. The outer conical shell 15 of the adapter 13 is connected to the housing 1. The cylindrical liner 8, the shells 10, 11, 14, 15 and the ring burner 7 are coaxially aligned in relation to the heat exchange module 2. The inner pipe 3 of module 2 and the input manifold 5 are perforated.

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.The gas heater operates as follows. The heated gas enters the inlet manifold 5, then it enters the inner pipe 3 of the heat exchange module 2 and through the perforated holes of the pipe 3, the gas enters the gap between the inner 3 and the outer 4 pipes of module 2. The heated gas enters the outlet manifold 6, and then into the binding pipelines (not shown) and for reduction to a gas distribution station or to a consumer.

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.The internal 3 and external 4 pipes of the heat exchange module 2 are heated by thermal radiation of the burner tunnel 12 of the burner 7. In addition, the design provides for the heating of the upper section of the heat exchange module 2 and the exhaust manifold 6 with a stream of flue gases moving from the burner tunnel 12 to the chimney 9. Maintenance the temperature required by the technology is carried out by burning the fuel gas supplied to the burner device 7. The fuel gas enters the burner tunnel 12, in which it is mixed with air flowing through the channel formed by the side wall of the housing 1 and the cylindrical bushing 8. The amount of air is controlled by the sacrificial gate 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.The proposed gas heater has, in comparison with the known analogues, a longer service life by ensuring uniform external heating of the pipe of the heat exchange module by means of a burner tunnel formed by coaxially arranged cylindrical shells. As a result of this, local overheating of the wall of the external pipe of the module and, accordingly, premature failure of it, are eliminated.

Обогрев тепловым излучением стенки тоннеля 12, т.е. нижнего, наиболее холодного участка теплообменного модуля 2, позволяет исключить образование на нем конденсата водяных паров.Heated by the thermal radiation of the wall of the tunnel 12, i.e. the lower, coldest section of the heat exchange module 2, eliminates the formation of condensate of water vapor on it.

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.The gas heater has a sufficiently high level of efficiency - not lower than 75-80%, which is achieved due to the regenerative heating of the air entering the combustion with the heat of the flue gases. Moreover, in this design for air heating, not separate heating surfaces are used, but the walls of the chimney and adapter, which also reduces the metal consumption and dimensions of the apparatus.

Claims

1. A gas heater comprising a burner device, a chimney, gas inlet and outlet manifolds, a heat exchange module located in the housing and made in the form of a coaxially located inner pipe and an external one, muffled from the side of the burner device, characterized in that it contains a cylindrical insert for separation of air and smoke flows, inner and outer cylindrical shells forming a burner tunnel and located between the cylindrical liner and the heat exchange module in the lower parts of the housing, an adapter located between the chimney and the housing and made in the form of two conical inner and outer shells, while the inlet and outlet gas manifolds are made in the form of tubes inserted one into the other, arranged horizontally with respect to the heat exchange module, oriented vertically with respect to to the housing, the inlet manifold in the form of an internal horizontal pipe is connected to the inner pipe of the heat exchange module and has a plug on the outlet side, and the outlet manifold in the form of an external burn the ontal pipe is connected to the outer pipe of the heat exchange module to which the inner cylindrical shell is attached to form a gap for air supply, the outer cylindrical shell is attached to the cylindrical liner connected to the inner conical shell of the adapter, and the outer conical shell is connected to the housing, the burner device is located in the housing and made in the form of an annular burner, with a cylindrical liner, cylindrical and conical shells, an annular burner located sial with respect to the heat exchange module, the inner tube of which and the inlet manifold are perforated.

2. The gas heater according to claim 1, characterized in that the housing in the upper part is made detachable.

3. The gas heater according to claim 1, characterized in that a gate is arranged above the adapter, configured to move vertically.