RU2686357C1

RU2686357C1 - Gaseous medium heater

Info

Publication number: RU2686357C1
Application number: RU2018105811A
Authority: RU
Inventors: Иван Георгиевич Лачугин; Александр Петрович Шевцов; Владимир Юрьевич Хохлов; Анатолий Иванович Сухов; Денис Александрович Базыкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ"
Priority date: 2018-02-15
Filing date: 2018-02-15
Publication date: 2019-04-25

Abstract

FIELD: oil, gas and coke-chemical industries.SUBSTANCE: invention relates to devices for heating gases, specifically to devices for high temperature heating, and can be used in petrochemical, gas processing, power and other industries. Heater of gaseous media includes heat exchange module including coaxially located external and internal pipes with installed in coaxially in internal pipe burner device of injection type, channel for air supply to it, inlet and outlet headers, chimney. Between inner and outer pipe channels are formed, and cavity between inner and outer pipe on opposite sides is plugged. External pipe is equipped with inlet and outlet headers located at its ends, and is made with lens compensator, and inner pipe is made of heat-resistant steel with length and inner diameter larger than burner device torch length and diameter.EFFECT: heater of gaseous media can be used at high temperatures, at that difference of temperature elongations of pipes is compensated for and its integrity is provided.4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для высокотемпературного нагрева газов и может быть использовано в нефтехимической, газоперерабатывающей, энергетической и других отраслях промышленности.The invention relates to devices for high-temperature heating of gases and can be used in the petrochemical, gas processing, energy and other industries.

Известен 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, содержит внутреннюю и внешнюю цилиндрические обечайки, образующие горелочный тоннель, при этом входной и выходной газовые коллекторы выполнены в виде вставленных одна в другую труб, расположенных горизонтально по отношению к теплообменному модулю, ориентированному вертикально по отношению к корпусу, входной коллектор в виде внутренней горизонтальной трубы соединен с внутренней трубой теплообменного модуля и имеет заглушку со стороны выхода, а выходной коллектор в виде внешней горизонтальной трубы соединен с внешней трубой теплообменного модуля, к которой прикреплена внутренняя цилиндрическая обечайка, горелочное устройство расположено в корпусе и выполнено в виде кольцевой горелки, причем цилиндрические и конические обечайки, кольцевая горелка расположены коаксиально по отношению к теплообменному модулю, внутренняя труба которого и входной коллектор выполнены перфорированными (патент RU №2225964, F24H 3/08, 2004).Known gas preheater containing burner, chimney, inlet and outlet gas manifolds, heat exchange module located in the housing and made in the form of coaxially located inner pipe and the outer, plugged from the side of the burner, contains internal and external cylindrical shell forming the burner tunnel , while the inlet and outlet gas manifolds are made in the form of tubes inserted one into another, arranged horizontally with respect to the heat exchange module, ori tipped vertically with respect to the housing, the inlet manifold in the form of an inner horizontal pipe is connected to the inner pipe of the heat exchange module and has a plug on the outlet side, and the outlet collector in the form of an outer horizontal pipe is connected to the outer pipe of the heat exchange module to which the inner cylindrical shell is attached the device is located in the housing and is made in the form of an annular burner, with cylindrical and conical shells, an annular burner arranged coaxially with respect to th to the heat exchanger module, of which the inner pipe and inlet manifold are perforated (patent RU №2225964, F24H 3/08, 2004).

Недостатком известного подогревателя является отсутствие компенсации температурного удлинения, что приводит к температурной деформации и нарушению целостности конструкции при высоких температурах.The disadvantage of the heater is the lack of compensation for temperature lengthening, which leads to temperature deformation and violation of the integrity of the structure at high temperatures.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип относится подогреватель жидких или газообразных сред, содержащий корпус с расположенными в нем горелочным устройством, имеющим канал для подвода воздуха, теплообменным модулем, включающим коаксиально расположенные внутреннюю и внешнюю трубы, горелочным тоннелем, входной и выходной коллекторы, дымовую трубу, теплообменный модуль в полости между внутренней и внешней трубой содержит, по крайней мере, две перегородки, расположенные по длине труб с образованием каналов, последовательно сообщающихся между собой, при этом полость между внутренней и внешней трубами 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 (патент RU №2296921, F24H 3/08, 2007).The closest technical solution for the combination of features to the claimed object and adopted for the prototype is a heater of liquid or gaseous media, comprising a housing with a burner located therein, having a channel for supplying air, a heat exchange module including coaxially arranged inner and outer tubes, a burner tunnel, the inlet and outlet headers, chimney, heat exchange module in the cavity between the inner and outer tube contains at least two partitions, located tubes along the length of the pipes with the formation of channels in series with each other, the cavity between the inner and outer tubes on opposite sides is made muffled, the burner tunnel is placed inside the heat exchange module, and the air supply channel is formed by the outer tube of the heat exchange module and the side wall of the housing (patent RU No. 2296921, F24H 3/08, 2007).

Недостатком известного подогревателя является невозможность использования данного подогревателя для высокотемпературного нагрева газообразных сред в связи с отсутствием компенсации температурных удлинений наружной трубы, а также сложность конструкции подогревателя в целом.A disadvantage of the known preheater is the impossibility of using this preheater for high-temperature heating of gaseous media due to the lack of compensation for the temperature lengthening of the outer pipe, as well as the complexity of the heater design as a whole.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в обеспечении целостности конструкции во время работы данного подогревателя при высоких температурах.The problem to which the claimed invention is directed, is to ensure the integrity of the design during operation of this heater at high temperatures.

Поставленная задача решается за счет того, что наружная и внутренняя трубы выполнены относительно друг друга подвижными с компенсацией линейных размеров с помощью линзового компенсатора, расположенного на наружной трубе.The problem is solved due to the fact that the outer and inner tubes are made relative to each other movable with compensation of linear dimensions using a lens compensator located on the outer tube.

При этом, подогреватель газообразных сред содержит теплообменный модуль, включающий коаксиально расположенные наружную и внутреннюю трубы с расположенным во внутренней трубе горелочным устройством, каналом для подвода воздуха к нему, входной и выходной коллекторы, дымовую трубу, соединенную с теплообменным модулем, а между внутренней и наружной трубой образованы каналы, полость между внутренней и наружной трубой с противоположных сторон выполнена заглушенной. Горелочное устройство выполнено инжекционного типа и установлено коаксиально с внутренней трубой, при этом наружная труба оснащена входным и выходным коллекторами, расположенными по ее торцам и выполнена с линзовым компенсатором, а внутренняя труба выполнена с длиной и внутренним диаметром большими, чем длина и диаметр факела горелочного устройства.At the same time, the gaseous medium heater contains a heat exchange module including coaxially arranged outer and inner pipes with a burner located in the inner pipe, a channel for supplying air to it, inlet and outlet headers, a chimney connected to the heat exchanging module, and between the inner and outer the pipe formed channels, the cavity between the inner and outer pipe from opposite sides is made muffled. The burner is made of injection type and installed coaxially with the inner tube, while the outer tube is equipped with inlet and outlet headers located at its ends and is made with a lens compensator, and the inner tube is made with a length and inner diameter larger than the length and diameter of the torch of the burner .

Внутренняя труба подогревателя может быть выполнена из жаропрочной стали.The inner tube of the heater can be made of heat-resistant steel.

Входной коллектор подогревателя может быть выполнен с перегородкой в виде кольцевой решетки.The inlet header of the heater can be made with a partition in the form of an annular grid.

Подогреватель со стороны выхода греющего теплоносителя может быть снабжен конвекционным теплообменником, а также в нем коллектор со стороны входа рабочего тела выполнен квадратным и снабжен трубчатой решеткой для крепления змеевиков конвекционного теплообменника, полость которого сообщена с полостью внутренней трубы.The heater on the output side of the heating coolant can be equipped with a convection heat exchanger, and in it the collector from the input side of the working fluid is square and equipped with a tubular grille for fastening the coils of the convection heat exchanger, the cavity of which is connected to the cavity of the inner pipe.

Сущность предложенного изобретения поясняется графическими материалами, где: на фиг. 1 показан подогреватель газообразных сред, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - подогреватель газообразных сред в соединении с конвекционным теплообменником.The essence of the proposed invention is illustrated graphic materials, where: in FIG. 1 shows a gaseous media heater, longitudinal section; in fig. 2 shows section A-A in FIG. one; in fig. 3 - Heater gaseous media in conjunction with a convection heat exchanger.

Подогреватель газообразных сред (фиг. 1) содержит дымовую трубу 1, теплообменный модуль (не обозначен), включающий коаксиально расположенные наружную трубу 2 и внутреннюю трубу 3. Наружная труба оснащена линзовым компенсатором 4. Внутренняя труба 3 оснащена продольными ребрами 5, коаксиально размещена в полости наружной трубы 2. Высота ребер 5 в радиальном направлении (разрез А-А на фиг. 2) выбирается из условия обеспечения требуемой скорости для эффективного теплообмена и гарантированного зазора между этими ребрами и внутренней поверхностью наружной трубы 2. На верхнем торце наружной трубы 2 установлен входной коллектор 6 с присоединенным к нему штуцером 7 со стороны входа газообразной среды. Входной коллектор 6 может быть выполнен с переменным сечением по окружности, обеспечивающим постоянную скорость движения потока газообразной среды. Постоянная скорость движения потока осуществляется за счет того, что по направлению движения потока газообразной среды от штуцера 7 сечение входного коллектора 6 сужается. Также входной коллектор 6 снабжен кольцевой решеткой 8. На нижнем торце наружной трубы 2 установлен выходной коллектор 9 с присоединенным к нему штуцером 10 со стороны выхода газообразной среды. Выходной коллектор 9 может быть выполнен с переменным сечением по окружности, что так же обеспечивает постоянную скорость движения потока. Постоянная скорость движения потока здесь осуществляется за счет того, что по направлению движения потока газообразной среды к штуцеру 10 сечение выходного коллектора 9 расширяется. На нижнем торце внутренней трубы 3 установлено горелочное устройство 11 со стороны входа греющего теплоносителя. Heater gaseous media (Fig. 1) contains a chimney 1, heat exchange module (not labeled), including coaxially located outer pipe 2 and inner pipe 3. The outer pipe is equipped with a lens compensator 4. The inner pipe 3 is equipped with longitudinal ribs 5, coaxially placed in the cavity outer tube 2. The height of the ribs 5 in the radial direction (section A-A in Fig. 2) is selected from the condition of providing the required speed for efficient heat exchange and a guaranteed gap between these ribs and the inner surface aruzhnoy tube 2. At the upper end of the outer tube 2 is an inlet manifold 6 connected thereto with connecting pipe 7 on the upstream side of the gaseous medium. The input collector 6 can be made with a variable cross-section around the circumference, providing a constant speed of flow of the gaseous medium. Constant flow velocity is due to the fact that in the direction of flow of the gaseous medium from the nozzle 7, the cross section of the inlet manifold 6 is narrowed. Also, the inlet manifold 6 is provided with an annular grill 8. At the lower end of the outer pipe 2, an outlet manifold 9 is installed with a fitting 10 connected to it from the outlet side of the gaseous medium. The output collector 9 can be made with a variable cross-section around the circumference, which also provides a constant speed of flow. Constant flow velocity here is due to the fact that in the direction of flow of the gaseous medium to the fitting 10, the cross section of the output manifold 9 expands. At the lower end of the inner tube 3, a burner 11 is installed on the inlet side of the heating coolant.

Горелочное устройство 11 может быть выполнено дутьевого или инжекционного типа. Горелочное устройство инжекционного типа следует применять при необходимости предварительного нагрева или использования атмосферного воздуха в рабочем цикле. Горелочное устройство дутьевого типа, как правило, применяют при низких давлениях углеводородного топлива или в том случае, когда в качестве топлива используются жидкие компоненты. Однако, в том и другом случаях горелочные устройства диаметром и длиной факела совместно с диаметром и длиной внутренней трубы должны обеспечивать радиационный метод теплообмена.The burner 11 may be of the blow type or injection type. Injection type burner should be used when preheating is necessary or when atmospheric air is used in the operating cycle. Blow-type burners are generally used at low hydrocarbon fuel pressures or when liquid components are used as fuel. However, in either case, the burner devices with a diameter and length of a torch, together with the diameter and length of the inner tube, must provide the radiation method of heat exchange.

В варианте исполнения подогревателя газообразных сред (фиг. 3), в соединении с конвекционным теплообменником 12, входной коллектор 6 выполнен квадратным для обеспечения постоянства скорости движения потока газообразной среды и снабжен трубчатой решеткой 13, в которой закреплены змеевики 14. при этом полость конвекционного теплообменника 12 сообщена с полостью внутренней трубы 3 для беспрепятственного прохода продуктов сгорания в конвекционный теплообменник 12 и дальнейшего их отвода через дымовую трубу 1.In the embodiment of the gaseous medium heater (Fig. 3), in conjunction with a convection heat exchanger 12, the inlet manifold 6 is square to ensure a constant flow rate of the gaseous medium and is equipped with a tubular grill 13 in which the coils 14 are fixed. In this case the cavity of the convection heat exchanger 12 communicated with the cavity of the inner pipe 3 for the smooth passage of the products of combustion in the convection heat exchanger 12 and their further removal through the chimney 1.

Внутренняя труба выполнена с длиной и внутренним диаметром большими, чем длина и диаметр факела горелочного устройства, при этом горелочное устройство установлено коаксиально с внутренней трубой с целью обеспечения радиационного теплообмена, а именно во избежание касания продуктов сгорания со стенкой внутренней трубы, приводящего к ее перегреву.The inner tube is made with a length and inner diameter larger than the length and diameter of the flame of the burner, while the burner is installed coaxially with the inner tube to ensure radiation heat exchange, namely to avoid contact of the combustion products with the wall of the inner tube, causing it to overheat.

Линзовый компенсатор установлен на наружной трубе с целью компенсации температурных расширений в осевом направлении, тем самым обеспечивая работоспособность и целостность конструкции подогревателя при высоких температурах.A lens compensator is installed on the outer tube in order to compensate for temperature expansions in the axial direction, thereby ensuring the operability and integrity of the heater design at high temperatures.

Внутренняя труба выполнена из жаропрочной стали с целью исключения перегрева стенки и снижения ее прочности при значительном повышении температуры греющего теплоносителя.The inner tube is made of heat-resistant steel to prevent overheating of the wall and reduce its strength with a significant increase in the temperature of the heating coolant.

Входной коллектор выполнен с перегородкой в виде кольцевой решетки с целью равномерного распределения газообразных сред по каналам, образованным с помощью ребер.The inlet manifold is made with a partition in the form of an annular lattice in order to evenly distribute gaseous media through the channels formed by the ribs.

Подогреватель дополнительно оснащается конвекционным теплообменником для повышения коэффициента полезного действия подогревателя и более эффективного использования теплоты продуктов сгорания.The heater is additionally equipped with a convection heat exchanger to increase the efficiency of the heater and more efficient use of the heat of combustion products.

Подогреватель работает следующим образом.The heater works as follows.

Во входной коллектор 6 через штуцер 7 и кольцевую решетку 8 подается газообразная среда. Газообразная среда движется по образованной между внутренней трубой 3 и наружной трубой 2 кольцевой щели, которая разделена ребрами 5 на ряд параллельных каналов. Затем газообразная среда попадает в выходной коллектор 9, откуда отводится с помощью штуцера 10. Греющим теплоносителем являются продукты сгорания топлива. К горелочному устройству 11 подводится газ, а также воздух, необходимый для горения. При сжигании топлива образуются продукты сгорания высокой температуры, которые проходят через полость внутренней трубы 3, не касаясь ее стенки (радиационный теплообмен), и отводятся через дымовую трубу 1. В результате происходит противоточное движение теплообменивающихся сред. Линзовый компенсатор 4 при значительных изменениях температуры сред позволяет компенсировать разность температурных удлинений наружной трубы 2 и внутренней трубы 3.In the inlet manifold 6 through the nozzle 7 and the annular grid 8 is supplied gaseous medium. The gaseous medium moves along an annular gap formed between the inner tube 3 and the outer tube 2, which is divided by ribs 5 into a series of parallel channels. Then the gaseous medium enters the outlet manifold 9, from where it is removed by means of fitting 10. The heating coolant is the combustion products of the fuel. The burner 11 is supplied with gas, as well as the air necessary for combustion. Combustion produces high-temperature combustion products that pass through the cavity of the inner tube 3, without touching its wall (radiative heat exchange), and are discharged through the chimney 1. As a result, countercurrent movement of heat exchanging media occurs. The lens compensator 4 with significant changes in the temperature of the media allows you to compensate for the difference in temperature lengthening of the outer tube 2 and the inner tube 3.

В варианте исполнения подогревателя газообразных сред (фиг. 3), в соединении с конвекционным теплообменником 12, газообразная среда подается во внутреннюю полость змеевиков 14, попадает во входной коллектор 6. Далее все процессы происходят аналогично. При этом продукты сгорания из полости внутренней трубы проходят в полость конвекционного теплообменника, тем самым происходит дополнительная передача тепла газообразной среде, протекающей по внутренней полости змеевиков 14, затем продукты сгорания отводятся через дымовую трубу 1.In the embodiment of the gaseous medium heater (Fig. 3), in conjunction with a convection heat exchanger 12, the gaseous medium is fed into the internal cavity of the coils 14, enters the inlet manifold 6. Then all the processes occur in a similar way. When this combustion products from the cavity of the inner tube pass into the cavity of the convection heat exchanger, thereby additional heat transfer occurs to the gaseous medium flowing through the internal cavity of the coils 14, then the combustion products are discharged through the chimney 1.

Таким образом, заявленная конструкция подогревателя газообразных сред позволяет применять его при высоких температурах, при этом компенсируется разность температурных удлинений труб и обеспечивается его целостность.Thus, the claimed design of the gaseous medium heater allows it to be used at high temperatures, while compensating for the difference in temperature lengthening of the pipes and ensuring its integrity.

Claims

1. Heater gaseous media containing a heat exchange module comprising coaxially arranged outer and inner pipes with a burner located in the inner pipe, a channel for supplying air to it, inlet and outlet headers, a chimney connected to the heat exchange module, between the inner and channels are formed by the outer tube, and the cavity between the inner and outer tubes is made muffled from opposite sides, characterized in that the burner device is made injection na and installed coaxially with the inner tube, the outer tube is equipped with inlet and outlet headers arranged at its ends, and is provided with a lens compensator and the inner tube is provided with a length and an inner diameter larger than the length and diameter of the flame of the burner.

2. Heater according to Claim. 1, characterized in that the inner tube is made of heat-resistant steel.

3. Heater according to Claim. 1, characterized in that the inlet manifold is made with a partition in the form of an annular lattice.

4. The heater according to claim 1, characterized in that, on the outlet side of the heating coolant, it is equipped with a convection heat exchanger, and the collector in it, on the inlet side of the gaseous medium, is square and equipped with a tubular grill for fastening the coils of the convection heat exchanger, the cavity of which is connected to the cavity of the inner tube .