RU2778027C1

RU2778027C1 - Heat generator

Info

Publication number: RU2778027C1
Application number: RU2022110517A
Authority: RU
Inventors: Константин Викторович Стерхов; Илья Николаевич Егоров
Original assignee: Акционерное общество "Белкамнефть" имени А.А. Волкова
Filing date: 2022-04-18
Publication date: 2022-08-12

Abstract

FIELD: water heaters.

SUBSTANCE: invention relates to water heaters having means of generating heat, in which air is separated from the heating medium by means of pipes. The heat generator contains a housing consisting of a furnace part connected to each other by flange connections with a service hatch and inlet openings, inside which a burner is installed, a heat exchanger fixed on a cylindrical housing, and a chimney with a deflector. The heat exchange device is made in the form of a multifaceted radiator with vertical ribs to ensure the flow of the coolant in the radiator mainly in the vertical direction; the radiator is provided with a casing, while below and above the radiator in the body of the heat exchange device, rotary dampers are installed to change the direction of smoke movement, located below and above the radiator; the casing of the heat exchange device is made of heat-insulating material and filled with an intermediate coolant. The inlet and outlet pipelines are connected to the radiator and connected to the radiator by means of flange connections, while the said pipelines are provided with fittings for installing thermometers in them, recording the temperature of the coolant at the inlet and outlet of the heat exchange device.

EFFECT: increasing the efficiency of heating the coolant circulating in the heat generator radiator.

5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к водонагревателям, имеющим средства получения тепла, в которых в которых воздух отделен от нагревающей среды с помощью труб, и может использоваться в нефтегазовой промышленности для отопления помещений в зимний сезон, в том числе производственных цехов, складских комплексов и других промышленных помещений большого размера.The invention relates to water heaters having means of generating heat, in which the air is separated from the heating medium by means of pipes, and can be used in the oil and gas industry for space heating in the winter season, including production shops, warehouse complexes and other large industrial premises .

Из уровня техники известен теплогенератор (RU 2591759 C1, МПК F24H 1/00, опубл. 20.07.2016), содержащий металлические корпус с воздухозаборниками и смотровым отверстием, хотя бы один змеевик для теплоносителя, хотя бы один кожух змеевика, а также установленное в корпусе соосно горелочное устройство, содержащее один канал подачи топлива и оголовок, выполненный с возможностью подключения к регулируемым системе подачи топлива, горелочному устройству и системе подачи теплоносителя в змеевик.A heat generator is known from the prior art (RU 2591759 C1, IPC F24H 1/00, publ. 07/20/2016), containing a metal casing with air intakes and an inspection hole, at least one coil for the coolant, at least one coil casing, and also installed in the casing coaxially burner device, containing one channel for supplying fuel and a head made with the possibility of connection to an adjustable fuel supply system, a burner device and a system for supplying coolant to the coil.

Недостатком известного технического решения является низкая эффективность теплогенератора, вследствие размещения змеевика, по которому поступает нагреваемая текучая среда, с наружной части корпуса, что снижает коэффициент полезного использования теплоты дымовых газов.The disadvantage of the known technical solution is the low efficiency of the heat generator, due to the placement of the coil, through which the heated fluid flows, from the outer part of the housing, which reduces the efficiency of flue gas heat.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению и выбранным в качестве прототипа признан теплогенератор универсальный (RU 2615301 C2, МПК F24H 1/06, F24H 1/14, F24H 3/08, F23L 15/04, опубл. 04.04.2017). Теплогенератор по независимому пункту формулы изобретения содержит металлический корпус, установленное в нем с открытым радиальным зазором устройство горелочное с хотя бы одним каналом подачи топлива, а также хотя бы один трубопровод для теплоносителя, и выполненный с возможностью подключения к системе подачи топлива в горелочное устройство и системе подачи и отвода теплоносителя в трубопровод, при этом горелочное устройство теплогенератора является устройством диффузионно-инжекционного типа.The closest technical solution to the claimed invention and selected as a prototype is recognized as a universal heat generator (RU 2615301 C2, IPC F24H 1/06, F24H 1/14, F24H 3/08, F23L 15/04, publ. 04/04/2017). The heat generator according to an independent claim of the invention contains a metal case, a burner device installed in it with an open radial gap with at least one fuel supply channel, as well as at least one pipeline for the heat carrier, and configured to be connected to the fuel supply system to the burner device and the system supply and discharge of the coolant into the pipeline, while the burner device of the heat generator is a device of diffusion-injection type.

Недостатком универсального теплогенератора является его низкая технологичность, связанная с тем, что теплогенератор выполнен мобильным, что снижает его надежность. Кроме того конструкция трубопровода теплогенератора не обеспечивает полное использование тепла дымовых газов.The disadvantage of the universal heat generator is its low manufacturability, due to the fact that the heat generator is made mobile, which reduces its reliability. In addition, the design of the heat generator pipeline does not ensure the full use of the heat of the flue gases.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эффективности нагрева теплоносителя, циркулирующего в радиаторе теплогенератора.The technical problem to be solved by the claimed invention is to increase the efficiency of heating the coolant circulating in the heat generator radiator.

Указанная задача решена тем, что теплогенератор содержит корпус, состоящий из соединенных между собой фланцевыми соединениями топочной частью со служебным люком обслуживания и приточными отверстиями, внутри которой установлено горелочное устройство, теплообменным устройством, закрепленным на цилиндрическом корпусе, и дымовой трубой с дефлектором. При этом теплообменное устройство выполнено в виде многогранного радиатора с вертикальными ребрами для обеспечения тока теплоносителя в радиаторе преимущественно в вертикальном направлении; радиатор снабжен кожухом, при этом ниже и выше радиатора в корпусе теплообменного устройства установлены поворотные заслонки для изменения направления движения дыма, размещенные ниже и выше радиатора; кожух теплообменного устройства изготовлен из теплоизоляционного материала и заполнен промежуточным теплоносителем. К радиатору подведены подводящий и отводящий трубопроводы, соединенные с радиатором посредством фланцевых соединений, при этом упомянутые трубопроводы снабжены штуцерами для установки в них термометров, регистрирующих температуру теплоносителя на входе и на выходе из теплообменного устройства.This problem is solved by the fact that the heat generator contains a housing consisting of a furnace part connected to each other by flange connections with a service hatch and supply openings, inside which a burner is installed, a heat exchange device fixed on a cylindrical housing, and a chimney with a deflector. At the same time, the heat exchange device is made in the form of a multifaceted radiator with vertical ribs to ensure the flow of the coolant in the radiator mainly in the vertical direction; the radiator is provided with a casing, while below and above the radiator in the body of the heat exchange device, rotary dampers are installed to change the direction of smoke movement, located below and above the radiator; the casing of the heat exchange device is made of heat-insulating material and filled with an intermediate coolant. The inlet and outlet pipelines are connected to the radiator and connected to the radiator by means of flange connections, while the said pipelines are provided with fittings for installing thermometers in them, recording the temperature of the coolant at the inlet and outlet of the heat exchange device.

Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков теплогенератора, является повышение эффективности теплопередачи от сжигаемого попутного нефтяного газа теплоносителю, циркулирующему в многогранном радиаторе теплогенератора, за счет соединения нижнего и верхнего кольцевых каналов радиатора вертикальными ребрами и применением поворотных заслонок, размещенных ниже и выше радиатора, позволяющих изменять направление движения дыма от горелки, что повышает тепловую эффективность устройства. Дополнительным техническим результатом является возможность автоматизации работы теплогенератора, за счет возможности применения в его конструкции термометров, позволяющих контролировать температуру циркулирующей теплоносителя в радиаторе, а также системы автоматического поджига и контроля горения факела горелки и узла автоматического регулирования подачи топочного газа.A positive technical result provided by the set of features of the heat generator disclosed above is an increase in the efficiency of heat transfer from the flared associated petroleum gas to the heat carrier circulating in the multifaceted radiator of the heat generator by connecting the lower and upper annular channels of the radiator with vertical fins and using rotary dampers located below and above the radiator, allowing to change the direction of movement of smoke from the burner, which increases the thermal efficiency of the device. An additional technical result is the possibility of automating the operation of the heat generator, due to the possibility of using thermometers in its design, which make it possible to control the temperature of the circulating coolant in the radiator, as well as an automatic ignition and combustion control system for the burner torch and an automatic control unit for the flue gas supply.

Изобретение поясняется чертежом, где на фигуре представлен внешний вид теплогенератора спереди.The invention is illustrated by the drawing, where the figure shows the front view of the heat generator.

Теплогенератор устроен следующим образом.The heat generator is arranged as follows.

Его основой является корпус, установленный на трех опорах 1, состоящий из соединенных между собой фланцевыми соединениями топочной частью 2 со служебным люком обслуживания 3 и приточными отверстиями 4, внутри которой установлено горелочное устройство 5, теплообменным устройством 6, закрепленным на цилиндрическом корпусе 7, и дымовой трубой 8 с дефлектором 9 (газо-дымным рассекателем). При этом теплообменное устройство 6 выполнено в виде многогранного радиатора 10 с вертикальными ребрами 11 для обеспечения тока теплоносителя в радиаторе 10 преимущественно в вертикальном направлении. Радиатор 10 снабжен кожухом 12, при этом ниже и выше радиатора в корпусе 7 теплообменного устройства 6 установлены поворотные заслонки 13 для изменения направления движения дыма, размещенные ниже и выше радиатора. Кожух 12 теплообменного устройства 6 изготовлен, предпочтительно, из теплоизоляционного материала, при этом упомянутый кожух заполнен промежуточным теплоносителем. К радиатору 10 подведены подводящий 14 и отводящий 15 трубопроводы, соединенные с радиатором 10 посредством фланцевых соединений. Подводящий и отводящий трубопроводы 14 и 15 снабжены штуцерами 16 для установки в них термометров, регистрирующих температуру теплоносителя на входе и на выходе из теплообменного устройства 5.Its basis is a housing mounted on three supports 1, consisting of a furnace part 2 interconnected by flange connections with a service hatch 3 and inlet openings 4, inside which a burner 5 is installed, a heat exchange device 6 fixed on a cylindrical housing 7, and a smoke pipe 8 with a deflector 9 (gas-smoke divider). When this heat exchange device 6 is made in the form of a multifaceted radiator 10 with vertical ribs 11 to ensure the flow of the coolant in the radiator 10 mainly in the vertical direction. The radiator 10 is provided with a casing 12, while below and above the radiator in the housing 7 of the heat exchanger device 6 rotary dampers 13 are installed to change the direction of smoke movement, located below and above the radiator. The casing 12 of the heat exchange device 6 is preferably made of a heat-insulating material, said casing being filled with an intermediate heat carrier. The inlet 14 and outlet 15 pipelines are connected to the radiator 10 and connected to the radiator 10 by means of flange connections. The inlet and outlet pipelines 14 and 15 are equipped with fittings 16 for installing thermometers in them that record the temperature of the coolant at the inlet and outlet of the heat exchange device 5.

В качестве теплоизоляционного материала кожуха 12 может применяться тонколистовая сталь, а в качестве промежуточного теплоносителя может применяться песок мелкой фракции.As a heat-insulating material of the casing 12, sheet steel can be used, and fine sand can be used as an intermediate coolant.

Дополнительно в дымовой трубе 8 на расстоянии от 200 мм от нижней части трубы может быть установлен термометр 17 дымовых газов, а горелочное устройство 5 может быть снабжено системой автоматического розжига и контроля горения факела горелки (на фигурах условно не показаны), при этом упомянутая система может включать в себя узел автоматического пьезоэлектрического розжига, газовый детектор, а также электромеханический регулятор подачи топочного газа.Additionally, a flue gas thermometer 17 can be installed in the chimney 8 at a distance of 200 mm from the bottom of the pipe, and the burner device 5 can be equipped with a system for automatic ignition and control of the combustion of the burner flame (not shown in the figures), while the said system can include an automatic piezoelectric ignition unit, a gas detector, as well as an electromechanical flue gas supply regulator.

В случае применения в конструкции теплогенератора упомянутых элементов автоматики термометры, устанавливаемые в штуцеры 16, и термометр 17 дымовых газов могут представлять собой резистивные датчики температуры, а газовый детектор - датчик углеводородных газов, например модели MQ-9(Датчик газа MQ9 (угарный газ, углеводородные газы) // 3DiY. URL: https://3d-diy.ru/product/datchik-gaza-mq-9 (дата обращения: 24.02.2022). Выходы упомянутых датчиков могут быть подключены к измерительным входам промышленного логического контроллера, например модели Delta DVP-ES2/EX2(Программируемые контроллеры. Контроллеры малого класса // DELTA. URL: https://deltronics.ru/catatog/programmiruemyie-kontrolleryi/ (дата обращения: 24.02.2022), а силовые выходы последнего могут быть подключены к узлу автоматического пьезоэлектрического розжига и электромеханическому регулятору подачи топочного газа, в качестве которого может быть применен регулятор модели РРГ-10 DN 4(Регулятор расхода газа РРГ-10 DN 4 до 1800 л/ч // Элточприбор. URL: https://eltochpribor.ru/elementnaya-baza/regulyatory-etektronnye-massovogo-raskhoda-gaza-modeley-rrg-20-rrg-18-rrg-15-rrg-12-rrg-10/regutyator-raskhoda-gaza-rrg-10-dn-4-mm-do-1800-1-ch/ (дата обращения: 24.02.2022), устанавливаемый на патрубке линии подачи попутного нефтяного газа в горелочное устройство 5.If the mentioned automation elements are used in the design of the heat generator, the thermometers installed in the fittings 16 and the flue gas thermometer 17 can be resistive temperature sensors, and the gas detector can be a hydrocarbon gas sensor, for example, models MQ-9 (Gas sensor MQ9 (carbon monoxide, hydrocarbon gases) // 3DiY. URL: https://3d-diy.ru/product/datchik-gaza-mq-9 (date of access: 02/24/2022) The outputs of the mentioned sensors can be connected to the measuring inputs of an industrial logic controller, for example models Delta DVP-ES2/EX2 (Programmable controllers. Small class controllers // DELTA. URL: https://deltronics.ru/catatog/programmiruemyie-kontrolleryi/ (date of access: 02/24/2022), and the power outputs of the latter can be connected to the automatic piezoelectric ignition unit and the electromechanical flue gas supply regulator, which can be used as a regulator model RRG-10 DN 4 (Gas flow regulator RRG-10 DN 4 up to 1800 l / h // Eltochpribor. URL: https://eltochpribor.ru/elementnaya-baza/regulyatory-etektronnye-massovogo-raskhoda-gaza-modeley-rrg-20-rrg-18-rrg-15-rrg-12-rrg-10/regutyator-raskhoda- gaza-rrg-10-dn-4-mm-do-1800-1-ch/ (date of access: 02/24/2022), installed on the branch pipe of the associated petroleum gas supply line to the burner device 5.

Теплогенератор используют следующим образом.The heat generator is used as follows.

Первоначально устройство доставляют в разобранном виде на промышленную площадку, далее на предварительно подготовленной поверхности надежно закрепляют топочную часть 2 с помощью трех опор 1, внутрь топочной части 2 устанавливают горелочную часть 5, на верхнем торце топочной части 2 фланцевым соединением закрепляют цилиндрический корпус 7 с теплообменным устройством 6, а на верхнем торце корпуса 7 фланцевым соединением закрепляют дымовую трубу 8 с дефлектором 9. Далее к горелочному устройству 5 подключают линию подачи попутного нефтяного газа, подводящий 14 и отводящий 15 трубопроводы подключают к системе циркуляции теплоносителя, например воды. В штуцеры 16 устанавливают термометры, при необходимости, устанавливают термометр 17 дымовых газов. В случае использования средств автоматики для управления котлом упомянутые термометры, представляющие собой датчики температуры, а также газовый детектор горелочного устройства 5 подключают к измерительным входам промышленного логического контроллера, монтируемого на корпусе теплогенератора, а силовые выходы контроллера подключают к узлу пьезоэлектрического розжига и электромеханическому регулятору подачи топочного газа. После выполненных операций теплогенератор готов к работе.Initially, the device is delivered disassembled to the industrial site, then the furnace part 2 is securely fixed on the previously prepared surface using three supports 1, the burner part 5 is installed inside the furnace part 2, the cylindrical body 7 with the heat exchanger is fixed at the upper end of the furnace part 2 with a flange connection 6, and on the upper end of the housing 7, a chimney 8 with a deflector 9 is fixed with a flange connection. Thermometers are installed in the fittings 16, if necessary, a flue gas thermometer 17 is installed. In the case of using automation tools to control the boiler, the mentioned thermometers, which are temperature sensors, as well as the gas detector of the burner 5, are connected to the measuring inputs of an industrial logic controller mounted on the heat generator body, and the power outputs of the controller are connected to the piezoelectric ignition unit and the electromechanical regulator of the supply of the furnace gas. After the performed operations, the heat generator is ready for operation.

При работе теплогенератора в ручном режиме первоначально обеспечивают непрерывную подачу теплоносителя в радиатор 10, затем открывают служебный люк обслуживания 3, подают в горелочное устройство 5 ограниченный объем топочного газа на малое горение и осуществляют его розжиг. После прогрева теплогенератора на малом горении факела горелки в течение 5 мин осуществляют перевод горелки на большое горение путем полной подачи топливного газа в горелку, затем закрывают служебный люк обслуживания 3.When the heat generator is operating in manual mode, initially, a continuous supply of coolant to the radiator 10 is ensured, then the service hatch 3 is opened, a limited volume of flue gas is supplied to the burner 5 for low combustion and it is ignited. After the heat generator is warmed up at low burning of the burner torch for 5 minutes, the burner is switched to high burning by fully supplying fuel gas to the burner, then the service hatch 3 is closed.

При горении факела дымовые газы, смешиваясь с воздухом, поступающим из приточных отверстий 4, поднимаясь вверх по корпусу теплообменного устройства 6, нагревают радиатор 10 и его вертикальные ребра 11, при этом кожух 12, заполненный промежуточным теплоносителем, предотвращает потерю тепла, обеспечивает нагрев теплоносителя в радиаторе и его циркуляцию за счет конвекции из нижней части радиатора 10 в его верхнюю часть. При движении дымовых газов в корпусе 7 поворотные заслонки 13, размещенные ниже и выше радиатора 10, обеспечивают изменение направления движения дыма, предотвращая его ламинарное течение, обеспечивая перемешивание дымовых газов и лучшую передачу тепла от них теплоносителю. Температуру теплоносителя на входе и выходе радиатора контролируют с помощью термометров, а величину факела горелочного устройства 5 определяют визуально, открывая при необходимости служебный люк обслуживания 3.When the torch burns, the flue gases, mixing with the air coming from the supply holes 4, rising up the body of the heat exchange device 6, heat the radiator 10 and its vertical fins 11, while the casing 12, filled with an intermediate coolant, prevents heat loss, provides heating of the coolant in radiator and its circulation due to convection from the lower part of the radiator 10 to its upper part. When flue gases move in housing 7, rotary dampers 13 located below and above radiator 10 provide a change in the direction of smoke movement, preventing its laminar flow, providing mixing of flue gases and better heat transfer from them to the coolant. The temperature of the coolant at the inlet and outlet of the radiator is controlled using thermometers, and the value of the flame of the burner 5 is determined visually, opening the service hatch 3 if necessary.

При использовании в составе теплогенератора средств автоматики управление его работой может осуществляться в автоматическом режиме на основе управляющей программы, хранящейся во FLASH-памяти программ промышленного контроллера. В этом случае розжиг топочного газа и плавное регулирование его подачи в горелку осуществляется с помощью команд, подаваемых на силовые выходы контроллера, подключенные, соответственно, узлу пьезоэлектрического розжига и электромеханическому регулятору подачи топочного газа. Контроль температуры теплоносителя производится путем опроса датчиков температуры, установленных в штуцеры 16, а контроль горения факела и температуры дымовых газов осуществляется путем опроса датчика углеводородных газов и термометра 17 (датчика температуры дымовых газов). Опрос упомянутых датчиков осуществляется путем анализа состояния измерительных входов контроллера, которые могут представлять собой линии аналого-цифрового преобразователя.When using automation means as part of the heat generator, its operation can be controlled automatically based on the control program stored in the FLASH-memory of the industrial controller programs. In this case, the ignition of the flue gas and the smooth regulation of its supply to the burner is carried out using commands given to the power outputs of the controller, connected, respectively, to the piezoelectric ignition unit and the electromechanical regulator of the flue gas supply. The coolant temperature is controlled by polling the temperature sensors installed in the fittings 16, and the flame combustion and flue gas temperature are controlled by polling the hydrocarbon gas sensor and the thermometer 17 (flue gas temperature sensor). The survey of the mentioned sensors is carried out by analyzing the state of the measuring inputs of the controller, which can be the lines of an analog-to-digital converter.

Таким образом, рассмотренный в настоящей заявке теплогенератор, является промышленно применимым устройством, обеспечивающим эффективный нагрев теплоносителя, например воды, который может быть использован для отопления промышленных зданий и сооружений в зимний период. Отсутствие в конструкции теплогенератора узлов, требующих для своей работы силовых электрических линий, делает возможным его использование, в том числе, на удаленных от сетей коммунальных ресурсов площадках нефтегазовых скважин и других объектов нефтегазодобывающей промышленности.Thus, the heat generator discussed in this application is an industrially applicable device that provides efficient heating of a coolant, such as water, which can be used to heat industrial buildings and structures in the winter. The absence in the design of the heat generator of units that require power electric lines for their operation makes it possible to use it, including at sites of oil and gas wells and other objects of the oil and gas industry remote from utility networks.

Claims

1. A heat generator containing a housing consisting of a furnace part interconnected by flange connections with a service hatch and inlet openings, inside which a burner is installed, a heat exchange device mounted on a cylindrical housing, and a chimney with a deflector, characterized in that the heat exchange device made in the form of a multifaceted radiator with vertical ribs to ensure the flow of the coolant in the radiator mainly in the vertical direction; the radiator is provided with a casing, while below and above the radiator in the body of the heat exchange device, rotary dampers are installed to change the direction of smoke movement, located below and above the radiator; the casing of the heat exchange device is made of heat-insulating material and filled with an intermediate coolant; the inlet and outlet pipelines are connected to the radiator and connected to the radiator by means of flange connections, while said pipelines are provided with fittings for installing temperature sensors in them, recording the temperature of the coolant at the inlet and outlet of the heat exchanger.

2. The heat generator according to claim 1, characterized in that sheet steel is used as the heat-insulating material of the casing, and fine sand is used as an intermediate heat carrier.

3. The heat generator according to claim 1, characterized in that a flue gas thermometer is installed in the chimney, the burner device is equipped with a system for automatic ignition and control of the combustion of the burner torch, while the said system includes an automatic piezoelectric ignition unit, a gas detector, and an electromechanical flue gas regulator.

4. The heat generator according to claim 3, characterized in that the thermometers installed in the fittings and the flue gas thermometer are resistive temperature sensors, and the gas detector is a hydrocarbon gas sensor.

5. The heat generator according to claim 4, characterized in that the sensor outputs are connected to the measuring inputs of the industrial logic controller, and the power outputs of the latter are connected to the automatic piezoelectric ignition unit and the electromechanical flue gas supply regulator.