RU2315905C1

RU2315905C1 - Technological heater, mainly, for stabilization of natural gas in gaseous state and radiation gas burner of infrared emission

Info

Publication number: RU2315905C1
Application number: RU2006127171/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Максимович Липовый; Виктор Никитович Банин; Всеволод Игнатович Веркевич
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Фирма "Газприборавтоматика"
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-01-27

Abstract

FIELD: the invention is assigned for heating liquid oil products, gaseous and liquid mediums and may be used in pipeline transport.

SUBSTANCE: the technological heater has a hermetic capacity filled with an intermediate heat-carrying agent till the limiter of the level connected with a normalizer of pressure of vapor of liquid heat-carrying agent. In the upper part of the capacity there is a horizontal tubular heat exchanger located above the surface of liquid heat-carrying agent, connected through the collectors for feeding and discharging of heated medium with the main gas pipeline. Above the horizontal heat exchanger there is a radiation heat exchanger in the shape of a vapor generator submerged in an intermediate heat-carrying agent submerged below its level. The vapor generator is fulfilled out of vertical communicating heating tubes hermetically welded into the bottom of the capacity. The heating tubes are located in several rows and their upper and low ends are communicated correspondingly with a chimney tube and the burning chamber. In the burning chamber there is a radiation gas burner of infrared emission installed under the bottom of the hermetic capacity with the aid of brackets. The exchangeable radiation gas burner of infrared emission has the main and additional sections. Each section has a prominent splitter directed with its prominence in the direction of running jet of air-gas mixture. The body of the burner is fulfilled in the shape of rectangular frame out of tubular elements forming sockets in which the heads of the burner are located. Each socket is hermetically connected with its hermetic casing in the shape of a run-out connected in its turn hermetically with an injector on the site of distribution of air-gas mixture to communicating with it channels. The gas nozzle of the burner is installed on the collector with a feeding gas branch pipe. The front, along the feed of natural gas, part of the injector is provided with an air intake and regulator of air feeding. The removable head of the burner is fulfilled in the shape of rectangular gas-permeability plate out of placed on the lattice frame of twisted and forming cells elements with profile transverse section connected in united whole fibers out of heat-proof and heat-resistant material with forming of an open volume porosity in the shape of through labyrinth channels. The removable head of the burner is framed along the perimeter in transverse section with Z-shaped upper and low shells.

EFFECT: increases coefficient of efficiency, reduces thermal losses, intensifies processes of thermal transfer and increases reliability.

7 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и предназначено для обеспечения стабильного режима транспортировки в газообразном состоянии углеводородов, оно может быть использовано для подогрева жидких нефтепродуктов, газообразных и жидких сред, контакт которых с пламенем и горячими продуктами горения не желателен.The invention relates to the field of pipeline transport and is intended to provide a stable mode of transportation in the gaseous state of hydrocarbons, it can be used to heat liquid petroleum products, gaseous and liquid media, the contact of which with a flame and hot combustion products is not desirable.

Известен технологический нагреватель из патента Российской Федерации № 2140045, кл.7 F24Н 3/00, 1998 г., содержащий источник греющей среды в виде горелочного устройства, кожухотрубный теплообменник с радиационной секцией, экранированной теплообменными трубами, равнорасположенными относительно внутренней стенки кожуха, дымовую трубу, коллекторы входа и выхода нагреваемой среды.Known technological heater from the patent of the Russian Federation No. 2140045, class 7 F24H 3/00, 1998, containing a source of heating medium in the form of a burner, a shell-and-tube heat exchanger with a radiation section shielded by heat exchanger pipes equally spaced relative to the inner wall of the casing, a chimney, collectors of input and output of the heated medium.

Недостатками вышеуказанного известного технического решения является его низкий коэффициент полезного действия, повышенный расход топлива, воздействие факела пламени и горячих продуктов горения на поверхность внутреннего конвективного пучка теплообменных труб.The disadvantages of the above known technical solution is its low efficiency, increased fuel consumption, the effect of the flame and hot combustion products on the surface of the internal convective bundle of heat transfer pipes.

Известно из патента США № 5326631, кл. F23D 14/12, 1993 г. устройство для преобразования энергии горения углеводородов в газообразной фазе в энергию инфракрасного излучения, содержащее матрицу из спеченных металлических и керамических волокон со связующим агентом, образующую пористую структуру.It is known from US patent No. 5326631, CL. F23D 14/12, 1993, a device for converting the combustion energy of hydrocarbons in the gaseous phase into infrared energy, comprising a matrix of sintered metal and ceramic fibers with a bonding agent, forming a porous structure.

Недостатками вышеуказанного технического решения являются малый диапазон устойчивой работы и малый диапазон регулирования, обусловленный опасностью проскока пламени на периферии матрицы (где скорость газовоздушной смеси минимальна) при снижении исходного давления углеводородов в газообразной фазе и изменении режимов работы.The disadvantages of the above technical solution are the small range of stable operation and the small regulation range, due to the danger of flame penetration at the periphery of the matrix (where the air-gas mixture velocity is minimal) while lowering the initial pressure of hydrocarbons in the gaseous phase and changing operating modes.

Наиболее близким по своей технической сути решением к предложенному технологическому нагревателю преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии является известный из В.Рачук и др. «Космические технологии нефтяной и газовой промышленности», рис.2, «Нефть Газ промышленность», № 1, 2003 г. технологический нагреватель преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии, содержащий заполненную жидким промежуточным теплоносителем емкость, в которой размещены трубчатые конвекционный и радиационный теплообменники, первый из которых соединен с магистральным трубопроводом через коллекторы подвода и отвода подогреваемой среды, а второй - с камерой сгорания и дымовой трубой, в камере сгорания, расположенной под днищем емкости, установлено горелочное устройство.The closest solution in its technical essence to the proposed technological heater, mainly for stabilizing natural gas in a gaseous state, is the well-known from V. Rachuk et al. “Space technologies of the oil and gas industry”, Fig. 2, “Oil Gas Industry”, No. 1, 2003, a technological heater, mainly for stabilizing natural gas in a gaseous state, containing a container filled with liquid intermediate coolant, in which tubular convection and radiation ion heat exchangers, the first of which is connected to the main pipeline through the headers for supplying and discharging the heated medium, and the second to the combustion chamber and chimney, a burner is installed in the combustion chamber located under the bottom of the tank.

Недостатками вышеуказанного наиболее близкого технического решения является: низкая эффективность теплопередачи от источника тепла нагреваемому рабочему телу, низкий коэффициент полезного действия, недостаточно высокие экологические показатели, большая металлоемкость и неудовлетворительные весогабаритные характеристики и экономические показатели.The disadvantages of the above closest technical solution are: low efficiency of heat transfer from a heat source to a heated working fluid, low efficiency, insufficient environmental performance, high metal consumption and unsatisfactory weight and size characteristics and economic indicators.

Наиболее близкой по своей технической сущности к предложенной радиационной газовой горелке инфракрасного излучения является известная из патента Российской Федерации № 2094703, кл.⁶ F23D 14/12, 1996 г. радиационная газовая горелка инфракрасного излучения, содержащая, по крайней мере, одно смонтированное на подводящем патрубке газовое сопло, охватывающий его инжектор с воздухозаборником и регулятором подачи воздуха со смесителем газовоздушной смеси, соединенным с корпусом горелки, в котором размещен сменный горелочный насадок из соединенных в единое целое фибр из жаропрочного и жаростойкого материала с открытой объемной пористостью в виде сквозных лабиринтных каналов.Closest in technical essence to the proposed radiation gas burner of infrared radiation is known from the patent of the Russian Federation No. 2094703, cl. ⁶ F23D 14/12, 1996, an infrared radiation gas burner comprising at least one gas nozzle mounted on an inlet pipe, enclosing its injector with an air intake and an air supply regulator with a gas-air mixer connected to the burner body, in which interchangeable burner nozzles of fibers combined in a single unit from heat-resistant and heat-resistant material with open volume porosity in the form of through labyrinth channels are placed.

Недостатками вышеуказанной радиационной газовой горелки инфракрасного излучения являются ее низкие удельные теплоэнергетические характеристики, ее неустойчивая работа в теплонапряженных агрегатах с ограниченными возможностями отвода тепла от элементов конструкции горелки, что инициирует перегрев элементов горелки и эффект проскока пламени.The disadvantages of the above infrared radiation gas burner are its low specific heat and energy characteristics, its unstable operation in heat-stressed units with limited possibilities of heat removal from the burner structural elements, which initiates overheating of the burner elements and the flame-through effect.

Задачами предлагаемых изобретений является повышение коэффициента полезного действия, снижение теплопотерь, интенсификация процессов теплопередачи и повышение надежности.The objectives of the invention are to increase the efficiency, reduce heat loss, intensify heat transfer processes and increase reliability.

Решение поставленных задач достигается тем, что технологический нагреватель преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии, содержащий заполненную жидким промежуточным теплоносителем емкость, в которой размещены трубчатые конвекционный и радиационный теплообменники, первый из которых соединен с магистральным трубопроводом через коллекторы подвода и отвода подогреваемой среды, а второй - с камерой сгорания и дымовой трубой, а в камере сгорания, расположенной под днищем емкости, установлено горелочное устройство, снабжен герметичной емкостью с ограничителем первоначального уровня жидкого промежуточного теплоносителя в исходном состоянии, сливным патрубком, предохранительным клапаном, установленным на заливной горловине, содержащей горизонтальный трубчатый конвекционный теплообменник, который размещен выше уровня промежуточного жидкого теплоносителя, радиационный теплообменник - в виде генератора пара промежуточного жидкого теплоносителя, выполненный из погруженных в промежуточный жидкий теплоноситель ниже его уровня, герметично вваренных нижними сообщающимися с камерой сгорания концами в днище герметичной емкости проходных жаровых трубах, расположенных в несколько рядов в шахматном порядке и порядно соединенных верхними концами через объединяющий их коллектор с дымовой трубой, нормализатором давления пара промежуточного жидкого теплоносителя, соединенным посредством уравнительного и возвратного трубопроводов с герметичной емкостью, горелочным устройством, выполненным в виде сменной радиационной горелки инфракрасного излучения, подключенной через инжектор к газопроводу низкого давления, причем сменная радиационная горелка инфракрасного излучения установлена в камере сгорания посредством размещенных равномерно по периметру и равноудаленных от днища герметичной емкости кронштейнов, температура кипения промежуточного жидкого теплоносителя составляет 80-200°С, а суммарная площадь S_сум проходного сечения жаровых труб радиационного теплообменника и объем V_в промежуточного жидкого теплоносителя, заполняющего полость герметичной емкости, превышают площадь S_дт проходного сечения дымовой трубы и объем V_ве промежуточного жидкого теплоносителя, заполняющего нормализатор давления пара промежуточного жидкого теплоносителя соответственно в 10-20 и 5-10 раз, а радиационная газовая горелка инфракрасного излучения, содержащая, по крайней мере, одно смонтированное на подводящем патрубке газовое сопло, охватывающий его инжектор с воздухозаборником и регулятором подачи воздуха со смесителем газовоздушной смеси, соединенным с корпусом горелки, в котором размещен сменный горелочный насадок из соединенных в единое целое фибр из жаропрочного и жаростойкого материала с открытой объемной пористостью в виде сквозных лабиринтных каналов, снабжена дополнительными, расположенными последовательно с основной секциями, каждая секция - выпуклым рассекателем, обращенным выпуклостью в сторону набегающей струи газовоздушной смеси и охватывающим последний герметичным кожухом в виде диффузора, соединенного посредством герметичных каналов со смесителем газовоздушной смеси инжектора, сменный горелочный насадок каждой секции - обрамляющей его по периметру окантовкой и несущим решетчатым каркасом из переплетенных и образующих ячейки элементов с профилированным поперечным сечением, корпус выполнен в виде прямоугольного каркаса из жестко соединенных трубчатых элементов, образующих гнезда для размещения сменных горелочных насадков, герметично соединенных с кожухами секций, а толщина Н каждого сменного горелочного насадка составляет 0,05 -0,20 его длины L, причем размер d профилированного поперечного сечения элементов образующих несущие решетчатые каркасы сменных горелочных насадков и размер h каждой ячейки упомянутого каркаса составляют соответственно 0,01-0,1 и 0,2-1,0 толщины Н сменного горелочного насадка.The solution to these problems is achieved by the fact that the technological heater is mainly for stabilizing natural gas in a gaseous state, containing a tank filled with a liquid intermediate heat carrier, in which tubular convection and radiation heat exchangers are placed, the first of which is connected to the main pipeline through the headers for supplying and discharging the heated medium, and the second - with a combustion chamber and a chimney, and a burner is installed in the combustion chamber located under the bottom of the tank The property is equipped with a sealed container with a limiter of the initial level of the liquid intermediate coolant in the initial state, a drain pipe, a safety valve installed on the filler neck containing a horizontal tubular convection heat exchanger, which is located above the level of the intermediate liquid coolant, the radiation heat exchanger is in the form of an intermediate liquid vapor generator a heat carrier made from immersed in an intermediate liquid coolant below its level, hermetically welded by the lower ends connected with the combustion chamber in the bottom of the sealed container of the passage of the flame tubes arranged in several rows in a checkerboard pattern and orderly connected by the upper ends through the collector connecting them to the chimney, the vapor pressure normalizer of the intermediate liquid coolant, connected by means of equalization and return pipelines with a sealed capacity, burner device, made in the form of a replaceable radiation burner of infrared radiation connected via Torr low pressure gas line, wherein the removable infrared radiation burner installed in the combustion chamber by uniformly placed around the perimeter of and equidistant from the bottom bracket sealed container, the boiling temperature of the intermediate heat transfer fluid is 80-200 ° C, and the total area of flow section S _sum flame tubes radiating heat exchanger and the volume V _in the intermediate heat transfer fluid, filling the cavity of the hermetic vessel, _dt area S exceeds the flow cross section of smokes nd tube and volume V _ve intermediate heat transfer fluid, filling the vapor pressure normalizer intermediate heat transfer fluid, respectively 10-20 and 5-10, and radiation of infrared radiation gas burner comprising at least one nozzle mounted in the inlet gas nozzle covering its injector with an air intake and an air supply regulator with a gas-air mixer connected to the burner body, in which a replaceable burner nozzle from heat fibers combined into a single unit is placed refractory and heat-resistant material with open volume porosity in the form of through labyrinth channels, equipped with additional, arranged in series with the main sections, each section with a convex divider, convex towards the incoming jet of air-gas mixture and covering the latter with a sealed casing in the form of a diffuser, connected through sealed channels with mixer of the gas-air mixture of the injector, interchangeable burner nozzles of each section - edging surrounding it along the perimeter and supporting m lattice frame of interwoven and forming cell elements with profiled cross-section, the body is made in the form of a rectangular frame of rigidly connected tubular elements forming nests for accommodating replaceable burner nozzles, hermetically connected to the casings of sections, and the thickness H of each replaceable burner nozzle is 0, 05 -0.20 of its length L, and the size d of the profiled cross-section of the elements forming the supporting lattice frames of replaceable burner nozzles and the size h of each cell yanutogo frame are respectively 0.2-1.0 and 0.01-0.1 thickness H exchangeable burner tip.

Кроме того, в технологическом нагревателе преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии нормализатор давления пара промежуточного жидкого теплоносителя может быть снабжен размещенными во вспомогательной с заливной горловиной, возвратным и уравнительным трубопроводами емкости, стабилизирующим трубчатым теплообменником и вертикальной дыхательной трубкой, соединенными друг с другом нижними концами, причем верхний конец стабилизирующего трубчатого теплообменника соединен посредством уравнительного трубопровода с верхней частью герметичной емкости, а возвратный трубопровод соединяет вспомогательную емкость и герметичную емкость ниже уровня поверхности вышеупомянутого теплоносителя, причем камера сгорания может быть выполнена охлаждаемой, при этом корпус радиационной газовой горелки инфракрасного излучения может быть выполнен из трубчатых элементов с полостями, сообщающимися между собой и герметичной емкостью, а окантовка сменного горелочного насадка может быть выполнена из охватывающих последний по периметру и связанных друг с другом неразъемным соединением верхней и нижней с Z-образным поперечным сечением обечаек, причем высота t окантовки может составлять 0,8-0,9 толщины Н сменного горелочного насадка. Горелка выполнена охлаждаемой, а полости трубчатых элементов ее корпуса сообщаются с герметичной емкостью и выполнены с окнами для прохода вторичного воздуха.In addition, in a process heater, mainly for stabilizing natural gas in a gaseous state, the vapor pressure normalizer of the intermediate liquid coolant can be equipped with a tank located in the auxiliary with filler neck, return and equalization pipelines, a stabilizing tubular heat exchanger and a vertical breathing tube connected to each other by the lower ends moreover, the upper end of the stabilizing tubular heat exchanger is connected by means of equalization pipe piping with the upper part of the sealed container, and the return pipe connects the auxiliary tank and the sealed container below the surface level of the aforementioned coolant, and the combustion chamber can be made cooled, while the body of the infrared radiation gas burner can be made of tubular elements with cavities communicating with each other and a sealed container, and the edging of the replaceable burner nozzle can be made of covering the latter around the perimeter and connected to each other another integral connection of the upper and lower with a Z-shaped cross-section of the shells, and the height t of the edging can be 0.8-0.9 thickness H of a replaceable burner nozzle. The burner is made cooled, and the cavity of the tubular elements of its housing are in communication with a sealed container and made with windows for the passage of secondary air.

Сущность изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен общий вид технологического нагревателя преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии, в разрезе; на фиг.2 схематично изображен общий вид радиационной газовой горелки инфракрасного излучения в разрезе; на фиг.3 - схематично изображен общий вид горелочного насадка в разрезе; на фиг.4 - поперечный разрез фиг.3 в увеличенном масштабе.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows a General view of a process heater mainly for stabilizing natural gas in a gaseous state, in section; figure 2 schematically shows a General view of a radiation gas burner infrared radiation in section; figure 3 - schematically shows a General view of the burner nozzle in section; figure 4 is a transverse section of figure 3 on an enlarged scale.

Технологический нагреватель преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии состоит из герметичной емкости 1 с ограничителем 2 первоначального уровня жидкого промежуточного теплоносителя в исходном состоянии, сливным патрубком 3 и съемным установленным на заливной горловине 4 предохранительным клапаном 5, заполненной до ограничителя 2 жидким промежуточным теплоносителем 6. В верхней части герметичной емкости 1 установлен горизонтально над поверхностью жидкого промежуточного теплоносителя 6 сообщающийся с магистральным трубопроводом (на чертежах условно не показан) через коллекторы подвода 7 и отвода 8 подогреваемой среды конвекционный трубчатый теплообменник 9. Под конвекционным трубчатым теплообменником 9 установлен с зазором радиационный трубчатый теплообменник, представляющий собой полностью погруженный в жидкий промежуточный теплоноситель 6 генератор пара жидкого промежуточного теплоносителя 6 из расположенных в шахматном порядке в несколько рядов вертикальных проходных жаровых труб 10, верхние концы которых порядно соединены через объединяющий их коллектор 11 с дымовой трубой 12 с шиберной заслонкой 13. Нижние концы проходных жаровых труб 10 герметично вварены в днище 14 герметичной емкости 1 и сообщаются с камерой сгорания 15. Камера сгорания 15 снабжена запальной свечей 16, электродами контроля горения 17 и размещенными равномерно по периметру и равноудаленными от днища емкости кронштейнами 18, к которым крепится прижимами 19 горелочное устройство в виде съемной радиационной газовой горелки 20 инфракрасного излучения. С герметичной емкостью 1 соединен нормализатор давления пара жидкого промежуточного теплоносителя, выполненный в виде вспомогательной емкости 21 с горловиной 22 для заливки жидкого теплоносителя 6 и связи вспомогательной емкости 21 с атмосферой. Во вспомогательной емкости 21 установлен стабилизирующий теплообменник 23, верхний конец которого соединен уравнительным трубопроводом 24 с верхней частью герметичной емкости 1. Нижний конец стабилизирующего теплообменника 23 соединен с нижним концом вертикальной дыхательной трубки 25, установленной также во вспомогательной емкости 21. Вспомогательная емкость 21 заполнена жидким промежуточным теплоносителем 6 до уровня, равного его уровню в герметичной емкости 1, и сообщается возвратным трубопроводом 26 с нижней частью заполненной теплоносителем 6 герметичной емкости 1. Температура кипения промежуточного жидкого теплоносителя 6 составляет 80-200°С. Суммарная площадь S_сум проходного сечения жаровых труб 10 радиационного теплообменника и объем V_в промежуточного жидкого теплоносителя 6, заполняющего герметичную емкость 1, превышают площадь S_дт проходного сечения дымовой трубы 12 и объем V_ве промежуточного жидкого теплоносителя 6, заполняющего нормализатор давления пара промежуточного жидкого теплоносителя 6, соответственно в 10-20 и 5-10 раз.The technological heater mainly for stabilizing natural gas in a gaseous state consists of a sealed container 1 with a limiter 2 of the initial level of the liquid intermediate coolant in the initial state, a drain pipe 3 and a removable safety valve 5 mounted on the filler neck 4, filled to the limiter 2 with a liquid intermediate coolant 6. In the upper part of the sealed container 1 is installed horizontally above the surface of the liquid intermediate coolant 6 in communication with m a convection tube heat exchanger 9 under the convection tube heat exchanger 9 is installed with a gap, a radiating tube heat exchanger, which is a generator of steam of a liquid intermediate heat carrier 6 completely immersed in the liquid intermediate heat carrier 6, through the manifolds (not conventionally shown in the drawings); from staggered in several rows of vertical through-passage flame tubes 10, the upper ends of which are orderly connected through h the collector 11 connecting them with a chimney 12 with a slide gate 13. The lower ends of the passage of the flame tubes 10 are hermetically welded in the bottom 14 of the sealed container 1 and communicate with the combustion chamber 15. The combustion chamber 15 is equipped with a spark plug 16, combustion control electrodes 17 and evenly spaced around the perimeter and brackets 18 equally spaced from the bottom of the tank, to which clamps 19 are attached a burner device in the form of a removable radiation gas burner 20 infrared radiation. A pressure normalizer for the vapor pressure of the liquid intermediate coolant is connected with a sealed tank 1, made in the form of an auxiliary tank 21 with a neck 22 for filling the liquid coolant 6 and the connection of the auxiliary tank 21 with the atmosphere. A stabilizing heat exchanger 23 is installed in the auxiliary tank 21, the upper end of which is connected by an equalizing pipe 24 to the upper part of the sealed container 1. The lower end of the stabilizing heat exchanger 23 is connected to the lower end of the vertical breathing tube 25, which is also installed in the auxiliary tank 21. The auxiliary tank 21 is filled with a liquid intermediate coolant 6 to a level equal to its level in the sealed container 1, and is communicated by return pipe 26 with the lower part of the filled coolant Telem hermetic vessel 1. 6 boiling temperature of the intermediate heat transfer fluid 6 is 80-200 ° C. The total area S _{sum of the} cross section of the flame tubes 10 of the radiation heat exchanger and the volume V _{in the} intermediate liquid coolant 6 filling the sealed container 1 exceed the area S _{dt of the} cross section of the chimney 12 and the volume V _{ve of the} intermediate liquid coolant 6 filling the vapor pressure normalizer of the intermediate liquid coolant 6, respectively, 10-20 and 5-10 times.

Работает технологический нагреватель преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии следующим образом.The process heater operates primarily to stabilize natural gas in a gaseous state as follows.

Предварительно перед включением запальной свечи 16 и розжигом радиационной газовой горелки 20 инфракрасного излучения производят заливку жидкого теплоносителя 6 через горловину 22 вспомогательной емкости 21 нормализатора давления пара и заливную горловину 4 съемного предохранительного клапана 5 в герметичную емкость 1 до уровня ограничителя 2. Затем, включив подачу природного газа в радиационную газовую горелку 20 инфракрасного излучения, осуществляют ее розжиг посредством запальной свечи 16. Продукты горения природного газа, последовательно проходя из камеры сгорания 15 через жаровые трубы 10 и коллекторы 11 радиационного теплообменника в дымовую трубу 12, нагревают до кипения жидкий теплоноситель 6, а образующийся на поверхности жаровых труб 10 и коллекторов 11 радиационного теплообменника пар жидкого промежуточного теплоносителя 6, поднимаясь в верхнюю часть герметичной емкости 1, конденсируется на наружной рабочей поверхности конвекционного трубчатого теплообменника 9, передавая при этом за счет фазового перехода энергию парообразования проходящему через конвекционный трубчатый теплообменник природному газу, который вследствие этого нагревается. Сконденсированный при этом жидкий промежуточный теплоноситель 6 стекает обратно в нижнюю часть герметичной емкости 1, где снова нагревается и переходит в пар на поверхности стенок жаровых труб 10 и коллекторов 11.Previously, before turning on the spark plug 16 and igniting the infrared radiation gas burner 20, liquid heat carrier 6 is filled through the neck 22 of the auxiliary tank 21 of the steam pressure normalizer and the filler neck 4 of the removable safety valve 5 into the sealed tank 1 to the level of the limiter 2. Then, by turning on the supply of natural gas into a radiation gas burner 20 infrared radiation, carry out its ignition by means of a spark plug 16. The combustion products of natural gas, a follower but passing from the combustion chamber 15 through the flame tubes 10 and the collectors 11 of the radiation heat exchanger into the chimney 12, the liquid heat carrier 6 is heated to boiling, and the vapor of the liquid intermediate heat carrier 6 formed on the surface of the flame tubes 10 and the collectors 11 of the radiation heat exchanger 6, rising to the top of the sealed capacity 1, condenses on the outer working surface of the convection tubular heat exchanger 9, while transmitting due to the phase transition, the energy of vaporization passing through the convection ribbed heat exchanger for natural gas, which consequently heats up. The condensed liquid intermediate coolant 6 then flows back to the lower part of the sealed container 1, where it is again heated and converted to steam on the surface of the walls of the flame tubes 10 and collectors 11.

При нестабильных режимах работы технологического нагревателя преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии, например в случае перепроизводства пара промежуточного теплоносителя 6, его несконденсированные излишки по уравнительному трубопроводу 24 поступают в стабилизирующий теплообменник 23, погруженный в жидкий промежуточный теплоноситель 6 вспомогательной емкости 21, в котором он конденсируется. Полученный конденсат жидкого промежуточного теплоносителя 6 затем через вертикальную дыхательную трубку 25 поступает в полость 23 вспомогательной емкости 21, повышая в ней уровень жидкого промежуточного теплоносителя 6. Повышение уровня жидкого промежуточного теплоносителя 6 во вспомогательной емкости 21 в свою очередь в соответствии с «Законом сообщающихся сосудов» через возвратный трубопровод 26 приводит к повышению уровня жидкого промежуточного теплоносителя 6 в герметичной емкости 1. При форсированных режимах работы технологического нагревателя преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии количество излишков пара жидкого промежуточного теплоносителя 6 может оказаться таким, что все излишки пара не сконденсируются в стабилизирующем теплообменнике 23, в этом случае они через дыхательную трубку 25 поступают в емкость 21 и далее через горловину 22 в атмосферу, нормализуя величину давления пара в герметичной емкости 1 до уровня, близкого к атмосферному.Under unstable operating modes of the process heater, mainly for stabilizing natural gas in a gaseous state, for example, in the case of overproduction of steam from the intermediate heat carrier 6, its non-condensed surplus flows through the equalizing pipe 24 to the stabilizing heat exchanger 23 immersed in the liquid intermediate heat carrier 6 of the auxiliary tank 21 in which it condenses. The obtained condensate of the liquid intermediate coolant 6 then flows through the vertical breathing tube 25 into the cavity 23 of the auxiliary tank 21, increasing the level of the liquid intermediate coolant 6. The level of the liquid intermediate coolant 6 in the auxiliary tank 21, in turn, is in accordance with the “Law of communicating vessels” through the return pipe 26 leads to an increase in the level of the liquid intermediate coolant 6 in the sealed container 1. When forced operating modes of the technological the heater mainly to stabilize natural gas in a gaseous state, the amount of excess steam of the liquid intermediate heat carrier 6 may turn out to be such that all excess steam is not condensed in the stabilizing heat exchanger 23, in this case they enter the tank 21 through the breathing tube 25 and then through the mouth 22 to the atmosphere , normalizing the vapor pressure in the sealed container 1 to a level close to atmospheric.

При прекращении работы технологического нагревателя преимущественно для стабилизации природного газа в газообразном состоянии после выключения радиационной газовой горелки 20 инфракрасного излучения давление газообразной среды внутри герметичной емкости снижается до величины, меньшей величины атмосферного давления, вследствие этого наружный воздух через горловину 22 вспомогательной емкости 21, далее через вертикальную дыхательную трубку 25, стабилизирующий теплообменник 23 и уравнительный трубопровод 24 поступает в герметичную емкость 1 и выравнивает давление внутри последнего до прежнего уровня. Для предотвращения аварийных ситуаций, связанных с выходом из строя нормализатора пара или разгерметизации конвекционного трубчатого теплообменника 9, в герметичной емкости 1 установлен предохранительный клапан 5.Upon termination of the operation of the process heater, mainly to stabilize natural gas in the gaseous state after turning off the infrared radiation gas burner 20, the pressure of the gaseous medium inside the sealed container decreases to a value lower than atmospheric pressure, as a result of which the external air through the neck 22 of the auxiliary tank 21, then through the vertical breathing tube 25, stabilizing heat exchanger 23 and equalization pipe 24 enters a sealed container 1 and equalizes the pressure inside the latter to the previous level. To prevent emergencies associated with the failure of the steam normalizer or depressurization of the convection tube heat exchanger 9, a safety valve 5 is installed in the sealed container 1.

Сменная радиационная газовая горелка инфракрасного излучения 20 выполнена составной из основной и дополнительных секций 27, каждая секция 27 снабжена выпуклым рассекателем 28, обращенным выпуклостью в сторону набегающей струи газовоздушной смеси и охватывающим последний герметичным кожухом в форме диффузора 29, соединенным герметично с инжектором 30 на участке раздачи газовоздушной смеси сообщающимися с ним каналами 31. Корпус радиационной газовой горелки инфракрасного излучения 20 выполнен в виде прямоугольного каркаса из жестко соединенных трубчатых элементов 32, образующих гнезда 33, в каждом из которых размещен сменный горелочный насадок 34. Каждое гнездо 33 герметично соединено с кожухом в форме диффузора 29 секции 27, охватывающим выпуклый рассекатель 28 последней. Газовое сопло 35 радиационной газовой горелки инфракрасного излучения 19 установлено на коллекторе 36 с газоподводящим патрубком (на чертежах условно не показан) в передней по ходу подачи природного газа части охватывающего газовое сопло 35 инжектора 30. Передняя по ходу подачи природного газа часть инжектора 30 снабжена воздухозаборником 37 и регулятором 38 подачи воздуха. Сменный горелочный насадок 34 выполнен в виде прямоугольной газопроницаемой пластины из уложенных на решетчатый каркас 39 из переплетенных и образующих ячейки элементов 40 с профилированным поперечным сечением, соединенных в единое целое фибр 41 из жаропрочного и жаростойкого материала с образованием открытой объемной пористости в виде сквозных лабиринтных каналов 42, по периметру окантованный Z-образными в поперечном сечении верхней 43 и нижней 44 обечайками, при этом толщина Н каждого сменного горелочного насадка 34 составляет 0,05-0,20 его длины L. Размер d профилированных в поперечном сечении элементов 40, образующих его несущий решетчатый каркас 39, и размер h каждой ячейки упомянутого каркаса 39 составляют 0,01-0,1 и 0,2-1,0 толщины Н сменного горелочного насадка 34 соответственно.The replaceable radiation gas burner of infrared radiation 20 is made up of a composite of the main and additional sections 27, each section 27 is equipped with a convex divider 28, convex towards the incoming jet of air-gas mixture and covering the latter with a sealed casing in the form of a diffuser 29, connected hermetically to the injector 30 at the distribution site of the gas-air mixture by channels 31 connected to it. The body of the radiation gas burner of infrared radiation 20 is made in the form of a rectangular frame made of rigidly connected tubular elements 32, forming nests 33, each of which has a replaceable burner nozzle 34. Each socket 33 is hermetically connected to the casing in the form of a diffuser 29 of section 27, covering the convex divider 28 of the latter. The gas nozzle 35 of the infrared radiation gas burner 19 is mounted on a manifold 36 with a gas supply pipe (not shown conventionally in the drawings) in the front part of the injector 30 that encompasses the gas nozzle 35 along the natural gas supply. The front part of the injector 30 is provided with an air intake 37 and air regulator 38. Replaceable burner nozzles 34 are made in the form of a rectangular gas-permeable plate made of interwoven and forming cell elements 40 laid on a trellis frame 39 with profiled cross-section, connected in a single fiber 41 from heat-resistant and heat-resistant material with the formation of open volume porosity in the form of through labyrinth channels 42 around the perimeter edged with Z-shaped in cross section of the upper 43 and lower 44 shells, the thickness H of each replaceable burner nozzle 34 is 0.05-0.20 its length L. The size d of the cross-sectionally profiled elements 40 forming its supporting lattice frame 39, and the size h of each cell of said frame 39 are 0.01-0.1 and 0.2-1.0 of the thickness H of the replaceable burner nozzle 34, respectively .

Работает сменная радиационная газовая горелка инфракрасного излучения следующим образом. После поступления газа через газоподводящий патрубок коллектора 36 в газовое сопло 35 струя газа, истекая из последнего, эжектирует окружающий воздух и направляет его через воздухозаборник 37 в инжектор 30 для образования газовоздушной смеси. Образующаяся в инжекторе 30 газовоздушная смесь поступает через каналы 31 участка раздачи газовоздушной смеси инжектора 30 и кожуха в форме диффузора 29 в полость каждой секции, где поле скоростей по сечению газового потока выравнивается, а выпуклый рассекатель 28 распределяет поток газовоздушной смеси равномерно по площади горелочного насадка 34, размещенного в гнезде 33. В полости каждой секции, образованной герметичным кожухом в форме диффузора 29, обеспечивается также восстановление давления газовоздушной смеси, необходимое для преодоления сопротивления при ее истечении через лабиринтные каналы 42 сменного горелочного насадка 34. В передней части по ходу движения струи газовоздушной смеси сквозь лабиринтные каналы 42 сменного горелочного насадка 34 заканчивается смешение и разогрев газовоздушной смеси до температуры воспламенения. В результате горения газовоздушной смеси в объеме сквозных лабиринтных каналов в приповерхностной зоне 45 высотой 1.5-2.0 мм передней части (по направлению движения газовоздушной смеси) сменного горелочного насадка 34 происходит разогрев поверхностного слоя фибр 41 до температуры 950-1050°С.The replaceable radiation gas burner of infrared radiation operates as follows. After the gas enters through the gas supply pipe of the manifold 36 into the gas nozzle 35, the gas jet, flowing from the latter, ejects the surrounding air and directs it through the air intake 37 to the injector 30 to form a gas-air mixture. The air-gas mixture formed in the injector 30 enters through the channels 31 of the gas-air mixture distribution section of the injector 30 and the casing in the form of a diffuser 29 into the cavity of each section, where the velocity field along the gas flow section is aligned, and the convex divider 28 distributes the air-gas mixture uniformly over the area of the burner nozzle 34 located in the socket 33. In the cavity of each section formed by a sealed casing in the form of a diffuser 29, also provides the restoration of the pressure of the gas-air mixture necessary to overcome resistance when it flows through the labyrinth channels 42 of the replaceable burner nozzle 34. In the front part along the direction of the jet of gas-air mixture through the labyrinth channels 42 of the replaceable burner nozzle 34, mixing and heating of the gas-air mixture to the ignition temperature ends. As a result of combustion of the gas-air mixture in the volume of through labyrinth channels in the near-surface zone 45 with a height of 1.5-2.0 mm of the front part (in the direction of the gas-air mixture) of the replaceable burner nozzle 34, the surface layer of fibers 41 is heated to a temperature of 950-1050 ° С.

После прекращения подачи газа из газоподводящего патрубка в газовое сопло 35 производится замена вышедшего из строя сменного горелочного насадка 34 путем вывода его из гнезда 33 и замены на горелочный насадок 34, пригодный к эксплуатации.After the gas supply from the gas supply pipe to the gas nozzle 35 is stopped, the failed replaceable burner nozzle 34 is replaced by removing it from the socket 33 and replacing it with a burner nozzle 34 suitable for operation.

Claims

1. Technological heater mainly for stabilizing natural gas in a gaseous state, containing a tank filled with a liquid intermediate heat carrier, in which tubular convection and radiation heat exchangers are placed, the first of which is connected to the main pipeline through the headers for supplying and discharging the heated medium, and the second to the combustion chamber and a chimney, in the combustion chamber located under the bottom of the tank, a burner device is installed, characterized in that the said tank made tight with a limiter of the initial level of the liquid intermediate coolant in the initial state, a drain pipe, a removable safety valve mounted on the filler neck, the said convection heat exchanger is horizontal and placed above the level of the intermediate liquid coolant, and the said radiation heat exchanger is made in the form of a steam generator of the intermediate liquid coolant from immersed in the intermediate liquid coolant below its level, hermetically welded the ends connected to the combustion chamber, in the bottom of the sealed container, by passage heat pipes arranged in several rows in a checkerboard pattern and orderly connected by the upper ends through a collector connecting them to the chimney, while the heater is equipped with a vapor pressure regulator of the intermediate liquid coolant connected by equalization and return pipelines with a sealed container, a burner made in the form of a replaceable radiation burner infrared radiation eniya connected through the injector to a low pressure gas line, wherein the removable infrared radiation burner installed in the combustion chamber by uniformly placed around the perimeter of and equidistant from the bottom bracket airtight container, an intermediate heat transfer fluid boiling temperature is 80-200 ° C, and the total area S _sum flow section radiative flame tube exchanger and the volume V _in the intermediate heat transfer fluid, filling the cavity of the hermetic vessel, exceeds the area S _dt passage section of the chimney and the volume V _ve intermediate heat transfer fluid filling pressure normalizer pair of intermediate heat transfer fluid, respectively 10-20 and 5-10.

2. The technological heater according to claim 1, characterized in that the steam pressure normalizer of the intermediate liquid coolant is provided with a container, a stabilizing tubular heat exchanger and a vertical breathing tube connected to each other with lower ends, placed at the auxiliary, with a filler neck and return pipe, with the upper end a stabilizing tubular heat exchanger is connected via an equalization pipe to the upper part of the sealed container, and a return pipe connects the entire helping and tight containers below the surface level of the above-mentioned coolant.

3. The technological heater according to claim 1, characterized in that the combustion chamber is made cooled.

4. Radiation gas burner of infrared radiation, comprising at least one gas nozzle mounted on the inlet pipe, covering its injector with an air intake and an air supply regulator with a gas-air mixture mixer connected to the burner body, in which a replaceable burner nozzle of fibers combined from a heat-resistant and heat-resistant material with an open volume porosity in the form of through labyrinth channels, characterized in that it is made of a composite of the main and additional sections, each section provided with a convex divider, convex towards the incoming jet of the air-gas mixture and covering the latter with a sealed casing in the form of a diffuser, connected by means of hermetic channels to the mixer of the gas-air mixture of the injector, each section is equipped with the said replaceable burner nozzle with a perimeter surrounding it edging and supporting lattice frame of interwoven and forming cell elements with profiled cross-section, the body is made in the form of a rectangular frame of rigidly connected tubular elements forming nests for accommodating replaceable burner nozzles, hermetically connected to the casings of sections, and the thickness H of each replaceable burner nozzle is 0.05-0.20 of its length L, and the size d of the profiled cross section of the elements forming the supporting lattice frames of interchangeable burner nozzles and the size h of each cell of the said frame are respectively 0.01-0.1 and 0.2-1.0 thickness H of the replaceable burner nozzle.

5. The burner according to claim 4, characterized in that the edging of each interchangeable burner nozzle is made of covering the latter around the perimeter and connected with one another by an integral connection of the upper and lower shells with a Z-shaped cross-section, and the edging height t is 0.8- 0.9 thickness H replaceable burner nozzle.

6. The burner according to claim 4, characterized in that it is made cooled, and the cavity of the tubular elements of its housing communicate with a sealed container.

7. The burner according to claim 4, characterized in that the tubular elements are made with windows for the passage of secondary air.