RU2270406C2

RU2270406C2 - Heater of liquid or gaseous media

Info

Publication number: RU2270406C2
Application number: RU2004102750/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Александрович Смирнов (RU); Юрий Александрович Смирнов; Сергей Михайлович Чистик (RU); Сергей Михайлович Чистик; Сергей Николаевич Паршин (RU); Сергей Николаевич Паршин; Сергей Владимирович Киселев (RU); Сергей Владимирович Киселев; Александр Иосифович Райкевич (RU); Александр Иосифович Райкевич
Original assignee: Сергей Владимирович Киселев; Сергей Николаевич Паршин; Александр Иосифович Райкевич
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2006-02-20
Also published as: RU2004102750A

Abstract

FIELD: devices for heating of gases or liquids, in particular, devices for low-temperature heating, applicable in various branches of industry, for example, in gas industry - for heating of natural gas at the inlet of gas-distribution stations with the aim of prevention of the process of hydration.

SUBSTANCE: the heater has a body with a burner device, duct for air supply to it, heat-exchanging module including coaxially arranged inner and outer pipes, burner tunnel, inlet and outlet headers, chimney; the heat-exchanging module has partitions located in the cavity between the inner and outer pipes, forming ducts successively communicating with one another, the cavity between the inner and outer pipes on the opposite sides is plugged, the burner tunnel is positioned inside the heat-exchanging module, and the duct for air supply is formed by the outer pipe of the heat-exchanging module and the side wall of the body. The heat-exchanging module has at least two partitions oriented in the axial direction. The inlet and outlet headers are positioned on the side of the burner device and connected to the ducts of the heat-exchanging module. The partitions of the heat-exchanging module are provided with openings for a successive communication of the ducts. The heat-exchanging module has an additional heat-exchanging component located in the cavity of the inner pipe of the heat-exchanging module and connecting its ducts. The heater has a damper located in the duct for air supply close to the burner device. The heat-exchanging module has ribs for increasing the heat-exchanging surface, they are positioned between the inner and outer pipes and fastened on the surface of the inner pipe. The body walls are made with a heat insulation.

EFFECT: enhanced efficiency of device operation due to the increase of the heat exchanging surface and maximum use of the heat flow from the burner device.

7 cl, 5 dwg

Description

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 гидратообразования.The invention relates to devices for heating gases or liquids, and in particular to devices for low-temperature heating, and can be used in various industries, for example, in gas, for heating natural gas at the inlet of gas distribution stations to prevent hydration.

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.Known gas heater (patent for the invention of the Russian Federation No. 2061200, IPC F 27 B 5/00) containing radiant and convective chambers separated by a vertical wall, tubular coils placed in vertical rows in radiant and convective chambers emitting burners. The transit wall is installed in the gap between adjacent vertical rows of pipes of the radiant and convection 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. Кроме того, 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. In addition, the presence of special means for the removal of condensate water vapor reduces the reliability of the design.

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.A gas heater is also known (patent for the invention of the Russian Federation No. 2140045, IPC F 24 H 3/00) 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 tubes equally spaced along radii coaxial to the radius of the screen tubes, all pipes being tubes inserted into each other, external to toryh 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 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.However, the efficiency 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.

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.A gas heater is also known (RF patent No. 2168121, IPC F 24 H 3/08), comprising a burner device, a chimney, collectors of the inlet and outlet of a heated medium, a heat exchange module in the form of pipes inserted one into another, the outer ones 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 inlet and outlet 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 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.The disadvantage of this design is the lack of efficiency due to the possible formation of condensate in the smoke channel. In addition, the installation has a high metal consumption, significant dimensions, as well as a low efficiency.

Наиболее близким к заявленному является подогреватель газа (св-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.Closest to the claimed gas heater (quality for utility model RF No. 27194, IPC F 24 H 3/08), containing an annular burner, chimney, gas inlet and outlet manifolds, a heat exchange module located in the housing and made in the form coaxially located inner pipe and external, muffled from the side of the burner device, a cylindrical liner for separating air and smoke flows, the inner and outer cylindrical shells forming the burner tunnel and located between the cylindrical m liner and heat exchange module in the lower part of the housing.

Недостатком данной конструкции является малая поверхность теплосъема в самой высокотемпературной зоне горения и малоразвитая поверхность теплообмена нагреваемой среды, что существенно снижает эффективность работы установки.The disadvantage of this design is the small surface of the heat sink in the highest temperature combustion zone and the underdeveloped heat exchange surface of the heated medium, which significantly reduces the efficiency of the installation.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет увеличения поверхности теплообмена и максимального использования теплового потока от горелочного устройства.The objective of the invention is to increase the efficiency of the device by increasing the heat transfer surface and maximize the use of heat flow from the burner device.

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 обеспечивается расположением горелочного устройства внутри теплообменного модуля, созданием каналов в теплообменном модуле, введением дополнительного теплообменного элемента в зону максимального теплового потока, наличием ребер в кольцевом пространстве теплообменного модуля.The task is achieved by creating the best conditions to ensure maximum heat flow to the heated medium, as well as by creating a more developed surface for the selection of heat from the combustion zone. This is ensured by the location of the burner device inside the heat exchange module, the creation of channels in the heat exchange module, the introduction of an additional heat exchange element into the zone of maximum heat flow, and the presence of fins in the annular space of the heat exchange module.

Для решения поставленной задачи в подогревателе жидких или газообразных сред, содержащем корпус с расположенными в нем горелочным устройством, каналом для подвода воздуха к нему, теплообменным модулем, включающим коаксиально расположенные внутреннюю и внешнюю трубы, горелочным тоннелем, входной и выходной коллекторы, дымовую трубу, согласно предлагаемому решению теплообменный модуль содержит перегородки, расположенные в полости между внутренней и внешней трубой, образующие каналы, последовательно сообщающиеся 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.To solve the problem in a heater of liquid or gaseous media, comprising a housing with a burner located in it, a channel for supplying air to it, a heat exchange module including coaxially located inner and outer pipes, a burner tunnel, input and output collectors, a chimney, according to the proposed solution, the heat exchange module contains partitions located in the cavity between the inner and outer pipe, forming channels that are connected in series with each other, while The cavity between the inner and outer pipes is muffled from opposite sides, the burner tunnel is located inside the heat exchange module, and the air supply channel is formed by the outer pipe of the heat exchange module and the side wall of the housing.

Теплообменный модуль содержит, по крайней мере, две перегородки, ориентированные в осевом направлении.The heat exchange module contains at least two partitions oriented in the axial direction.

Входной и выходной коллекторы расположены со стороны горелочного устройства и соединены с каналами теплообменного модуля.The input and output collectors are located on the side of the burner device and are connected to the channels of the heat exchange module.

Перегородки теплообменного модуля снабжены отверстиями для последовательного сообщения каналов.The partitions of the heat exchange module are provided with openings for sequential communication of channels.

Теплообменный модуль содержит дополнительный теплообменный элемент, расположенный в полости внутренней трубы теплообменного модуля и соединяющий его каналы.The heat exchange module contains an additional heat exchange element located in the cavity of the inner pipe of the heat exchange module and connecting its channels.

Подогреватель содержит шибер, расположенный в канале для подвода воздуха вблизи горелочного устройства.The heater contains a gate located in the channel for supplying air near the burner device.

Теплообменнный модуль содержит ребра для увеличения теплообменной поверхности, расположенные между внутренней и внешней трубой и закрепленные на поверхности внутренней трубы.The heat exchange module contains ribs to increase the heat exchange surface, located between the inner and outer pipes and fixed to the surface of the inner pipe.

Стенки корпуса выполнены с теплоизоляцией.The walls of the housing are made with thermal insulation.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где представлены: на фиг.1 - заявляемое устройство (продольный разрез); на фиг.2, 3 - заявляемое устройство (поперечный разрез А-А и Б-Б соответственно); на фиг.4, 5 - вариант выполнения подогревателя с дополнительным теплообменным элементом (продольный и поперечный разрезы соответственно).The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings, which show: in figure 1 - the inventive device (longitudinal section); figure 2, 3 - the inventive device (cross section aa and bb, respectively); figure 4, 5 is an embodiment of a heater with an additional heat exchange element (longitudinal and transverse sections, respectively).

Позициями на чертежах обозначены: 1 - корпус, 2 - горелочное устройство, 3 - теплообменный модуль, 3 - внутренняя труба, 4 - внешняя труба, 5, 6 - заглушки, 7 - 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.The positions in the drawings indicate: 1 - housing, 2 - burner device, 3 - heat exchange module, 3 - inner pipe, 4 - outer pipe, 5, 6 - plugs, 7 - partitions, 8 - channels of the heat exchange module, 9 - burner tunnel, 10 - air supply channel, 11 - gate, 12 - inlet manifold, 13 - outlet manifold, 14 - chimney, 15 - fins of the heat exchange module, 16 - holes in the partitions, 17 - additional heat exchange element.

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 и 6 и перегородки 7, образующие каналы 8 протока подогреваемой среды, последовательно сообщаемые между собой, 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 подсоединены 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.The heater contains: a housing, for example, a cylindrical 1, the walls of which are insulated, in which the burner 2 is located, a heat exchange module, consisting of coaxially located inner 3 and outer 4 pipes, in the annular space of which there are plugs 5 and 6 and partitions 7, forming channels 8 of the flow of the heated medium in series with each other, a burner tunnel 9 located in the cavity of the inner pipe 3 of the heat exchange module, a channel 10 for supplying air to the burner devices 2, formed by the side wall of the housing 1 and the outer pipe of the heat exchanger module 4, in which a gate 11 is located on the side of the burner device. The heater also contains input 12 and output 13 collectors oriented perpendicular to the heat exchange module and connected from the side of the burner device 2 to channels of the heated medium 8. The heat exchange module is connected to the chimney 14. To increase the area of heat transfer of the heated medium, the heat exchange module contains fins 15 located along the outer surface of the inner tube 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.Sequential communication of the channels of the flow of the heated medium in the heat exchange module can be performed either through holes 16 in the partitions 7 or by means of additional heat exchange elements 17 located in the cavity of the inner pipe 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.A heater, for example, gas works as follows. Heated gas through the inlet manifold 12 enters the channels 8 of the annular space between the inner 3 and outer 4 pipes of the heat exchange module. After passing sequentially through all channels communicating with each other through the hole 16 or with the help of additional heat exchange elements 17, the heated gas enters the outlet manifold 13, and then into the piping (not shown in the drawings) and for reduction to the gas distribution station or to the consumer.

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 нескольких, 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.The internal 3 and external 4 pipes of the heat exchange module are heated by thermal radiation of the burner tunnel 9 of burner 2, while the location of the burner inside the heat exchange module ensures its heating from the inside. In addition, the design provides for an increase in the length of the path traveled by the heated medium flow during heat transfer due to the presence of several, for example, four, partitions 7 forming heat exchange channels in the design of the heat exchange, an increase in the heat transfer area due to the presence of fins 15, and it is also possible in the cavity of the inner tube 3 of additional heat-exchange elements 17, for example, in the form of coils, which are heated both by the radiation of the burner tunnel 9 and by the flow of mountain products moving from the burner 2 to the burner tunnel 9 and from the burner tunnel 9 to the chimney 14. The temperature required by the technology is maintained by burning the fuel supplied to the burner 2. The fuel enters the burner tunnel 9, in which it is mixed with the air entering along the channel formed by the inner surface of the heat-insulating wall of the housing 1 and the outer surface of the outer pipe 4 of the heat exchange module. The amount of air consumed for combustion is regulated by the gate 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.The proposed heater has, in comparison with known analogues, greater productivity due to a more developed heat transfer surface. In addition, in the inventive device more efficiently uses heat from combustible fuel by heating the heat exchange module from the inside. The location of the gate next to the burner simplifies the adjustment of air flow to maintain an optimal fuel combustion process.

Claims

1. A heater for liquid or gaseous media, comprising a housing with a burner device located therein, a channel for supplying air to it, a heat exchange module including coaxially located inner and outer pipes, a burner tunnel, inlet and outlet headers, a chimney, characterized in that the heat exchange module contains at least two partitions, oriented in the axial direction, located in the cavity between the inner and outer pipe, forming channels, sequentially communicating between by itself, while the cavity between the inner and outer pipes from opposite sides is muffled, the burner tunnel is placed inside the heat exchange module, and the channel for supplying air is formed by the outer pipe of the heat exchange module and the side wall of the housing.

2. The heater according to claim 1, characterized in that the input and output collectors are located on the side of the burner device and are connected to the channels of the heat exchange module.

3. The heater according to claim 1, characterized in that the partitions of the heat exchange module are provided with openings for consecutive communication of channels.

4. The heater according to claim 1, characterized in that the heat exchange module contains an additional heat exchange element located in the cavity of the inner pipe of the heat exchange module and connecting its channels.

5. The heater according to claim 1, characterized in that it contains a gate located in the channel for supplying air near the burner device.

6. The heater according to claim 1, characterized in that the heat exchange module contains ribs for increasing the heat exchange surface, located between the inner and outer tubes and mounted on the surface of the inner tube.

7. The heater according to claim 1, characterized in that the walls of the housing are made with thermal insulation.