RU60184U1

RU60184U1 - AUTOMATED GAS HEATER

Info

Publication number: RU60184U1
Application number: RU2006117824/22U
Authority: RU
Inventors: Виктор Иванович Милованов; Валентина Егоровна Логинова; Владимир Васильевич Долотовский; Александр Анатольевич Корешков
Original assignee: Открытое акционерное общество "ВНИПИгаздобыча"
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2007-01-10

Abstract

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к подогревателям газовым автоматизированным и может быть использовано преимущественно для нагрева газа, например в газовой промышленности - для комплектации газораспределительных пунктов и станций, блоков подготовки топливного и пускового газа. Изобретение направлено на повышение надежности и повышение теплового КПД подогревателя газа. Для решения поставленной задачи подогреватель газа автоматизированный, содержащий корпус с горизонтальным разъемом, топочный объем в котором отделен вкладышем от воздушного канала, соединенного с воздухонагревателем рекуперативным, расположенным над корпусом, под закрепленной на нем дымовой трубой, теплообменник с вертикальным расположением теплообменного модуля и горизонтальным расположением входного и выходного коллекторов, горелочное устройство, соединенное с обвязкой горелки, входной патрубок обвязки подключен к выходному коллектору теплообменника, отличается тем, что теплообменник состоит из нескольких рядов подключенных параллельно теплообменник модулей, объединенных горизонтальными входными и выходными коллекторами, на нижней части каждого из теплообменных модулей размещены воронки, под каждым рядом модулей параллельно днищу корпуса, внутри него, с зазором между днищем и относительно друг друга размещены поддоны, объединенные в нижней их части съемными конденсатопроводами, причем один из поддонов имеет штуцер для отвода конденсата водяных паров, распределители газовоздушной смеси горелок расположены над зазорами между боковыми стенками поддонов, а оси отверстий в горелках для выхода газовоздушной смеси направлены на днища поддонов.The invention relates to the field of heat engineering, in particular to gas automatic heaters and can be used mainly for gas heating, for example, in the gas industry - to complete gas distribution points and stations, fuel and starting gas preparation blocks. The invention is aimed at improving reliability and increasing thermal efficiency of a gas heater. To solve the problem, an automated gas heater containing a housing with a horizontal connector, the furnace volume in which is separated by a liner from an air channel connected to a regenerative air heater located above the housing, under a chimney fixed to it, a heat exchanger with a vertical arrangement of the heat exchange module and a horizontal arrangement of the inlet and output collectors, a burner connected to the burner piping, the input piping is connected to the output to the heat exchanger’s collector, characterized in that the heat exchanger consists of several rows of modules connected in parallel to the heat exchanger, connected by horizontal inlet and outlet headers, funnels are placed on the bottom of each of the heat exchanger modules, parallel to each bottom of the housing, under each gap with a gap between the bottom and relative to each other, pallets are placed, united in their lower part by removable condensate pipelines, one of the pallets having a fitting for removing condensate of water vapor, the limiters of the gas-air mixture of the burners are located above the gaps between the side walls of the pallets, and the axis of the holes in the burners for the exit of the gas-air mixture are directed to the bottoms of the pallets.

Description

Полезная модель относится к области теплотехники, в частности к подогревателям газовым автоматизированным и может быть использована преимущественно для нагрева газа, например в газовой промышленности - для комплектации газораспределительных пунктов и станций, блоков подготовки топливного и пускового газа.The utility model relates to the field of heat engineering, in particular to automated gas heaters and can be used primarily for heating gas, for example, in the gas industry - to complete gas distribution points and stations, fuel and starting gas treatment units.

Известен подогреватель газа (патент РФ №2061200 по кл. F24Н 3/08, опуб. 1996 г.), содержащий корпус, змеевик, состоящий из горизонтальных труб, соединенных приварными калачами, горелок, размещенных на боковой стене топки, перевальной стенки, разделяющей топку и конвективную камеру, дымовой трубы, подключенной к выходному газоходу. Нижняя часть топки имеет внутреннюю обшивку, с поверхности которой через штуцер конденсат водяных паров отводится за пределы топки.Known gas heater (RF patent No. 2061200 according to class F24H 3/08, published in 1996), comprising a housing, a coil consisting of horizontal pipes connected by welded cocks, burners placed on the side wall of the furnace, the transit wall separating the furnace and a convection chamber, a chimney connected to the exhaust duct. The lower part of the furnace has an inner lining, from the surface of which through the fitting the condensate of water vapor is discharged outside the furnace.

Недостатком данной конструкции является неравномерность нагрева горелками теплообменных труб (змеевика) по длине и периметру и, следовательно, снижение их срока службы. Отсутствуют технические решения по использованию конденсата водяных паров для генерации в топке подогревателя парогазовой смеси (смеси дымовых газов и перегретого водяного пара), что также снижает надежность работы подогревателя (увеличивает риск воспламенения в топке возможных утечек нагреваемого продукта).The disadvantage of this design is the uneven heating of the heat transfer tubes (coil) by the burners along the length and perimeter and, consequently, a decrease in their service life. There are no technical solutions for the use of water vapor condensate to generate a gas-vapor mixture in the heater furnace (a mixture of flue gases and superheated water vapor), which also reduces the reliability of the heater (increases the risk of ignition of possible leakages of the heated product in the furnace).

Известен также подогреватель газа (патент РФ №2225964 по кл. F24Н 3/08, опуб. 2004 г.), содержащий корпус с горизонтальным разъемом, топочный объем в котором отделен вкладышем от воздушного канала, соединенного с воздухонагревателем рекуперативным, расположенным над корпусом, под закрепленной на нем дымовой трубой, теплообменник с вертикальным расположением теплообменного модуля и горизонтальным расположением входного и выходного коллекторов, горелочное устройство, соединенное с обвязкой горелки, входной патрубок обвязки подключен к выходному коллектору теплообменника.A gas heater is also known (RF patent No. 2225964, class F24H 3/08, publ. 2004), comprising a housing with a horizontal connector, the furnace volume of which is separated by a liner from an air channel connected to a regenerative air heater located above the housing, under a chimney fixed to it, a heat exchanger with a vertical arrangement of the heat exchanger module and a horizontal arrangement of the input and output manifolds, a burner connected to the burner piping, the input piping of the piping is connected to the output heat exchanger collector.

Недостатком данного устройства, является отсутствие технических решений по использованию конденсата водяных паров для генерации в топке подогревателя парогазовой смеси, а также отсутствие решений по отводу избыточного конденсата водяных паров из топки. Указанный недостаток приводит к снижению надежности эксплуатации подогревателя (возможности воспламенения утечек газа в топке) и снижению его тепловой экономичности (так как теплота конденсации водяных паров на теплопередающей стенке модуля не используется для нагрева газа).The disadvantage of this device is the lack of technical solutions for the use of water vapor condensate for generating a gas-vapor mixture in the heater furnace, as well as the lack of solutions for removing excess water vapor condensate from the furnace. This drawback leads to a decrease in the reliability of operation of the heater (the possibility of ignition of gas leaks in the furnace) and to a decrease in its thermal efficiency (since the heat of condensation of water vapor on the heat transfer wall of the module is not used to heat gas).

Полезная модель направлена на решение задачи создания подогревателя газа автоматизированного, надежного в эксплуатации и имеющего повышенный тепловой КПД за счет использования теплоты конденсации водяных паров.The utility model is aimed at solving the problem of creating a gas heater automated, reliable in operation and having increased thermal efficiency by using the heat of condensation of water vapor.

Для решения поставленной задачи подогреватель газа отличается тем, что теплообменник состоит из нескольких рядов подключенных параллельно теплообменных модулей, объединенных горизонтальными входными и выходными коллекторами, на нижней части каждого из теплообменных модулей размещены воронки, под каждым рядом модулей параллельно днищу корпуса, внутри него, с зазором между днищем и относительно друг друга размещены поддоны, объединенные в нижней их части съемными конденсатопроводами, причем один из поддонов имеет штуцер для отвода конденсата водяных паров, распределители газовоздушной смеси горелок расположены над зазорами между боковыми стенками поддонов, а оси отверстий в горелках для выхода газовоздушной смеси направлены на днища поддонов.To solve this problem, the gas heater is characterized in that the heat exchanger consists of several rows of heat-exchange modules connected in parallel, connected by horizontal inlet and outlet headers, funnels are placed on the bottom of each of the heat-exchange modules, parallel to the bottom of the housing, under each gap, with a gap between the bottom and relative to each other are placed pallets, combined in their lower part with removable condensate lines, one of the pallets having a fitting for diverting condensate water vapor distributors gas mixture burners located above the gap between the sidewalls of the pallet, and holes in the burner axis to exit gas mixture directed to the bottom of the pallet.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез подогревателя, на фиг.2 - вид А, со стороны обвязки горелок, на фиг.3 - вид на подогреватель сверху на рис.4 - схема обвязки горелок подогревателя газа (схема размещения средств защиты, измерения, контроля и автоматического управления подогревателем); на фиг.5 - схема горелки):The utility model is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a longitudinal section of a heater, in Fig. 2 is a view A from the side of the burner piping, in Fig. 3 is a top view of the heater in Fig. 4 is a diagram of the piping of the gas heater burners (layout means of protection, measurement, control and automatic control of the heater); figure 5 - diagram of the burner):

Подогреватель газа содержит следующие основные узлы и устройстваThe gas heater contains the following main components and devices

- корпус 1 с горизонтальным разъемом, внутри которого размещены вкладыши 2 (отделяющие от топочного объема каналы для подачи воздуха к горелкам);- housing 1 with a horizontal connector, inside of which there are liners 2 (channels separating from the furnace volume for supplying air to the burners);

- воздухонагреватель рекуперативный 3, размещенный над корпусом 1, на его горизонтальном разъеме;- regenerative air heater 3, located above the housing 1, on its horizontal connector;

- дымовую трубу 4, установленную на верхней части воздухонагревателя;- a chimney 4 mounted on the upper part of the heater;

- теплообменник 5 (трубчатую поверхность нагрева), содержащий входной горизонтальный коллектор 6 и выходной горизонтальный коллектор 7, к которым подключены штуцеры Г1 и Г2 (соответственно для входа и выхода нагреваемого газа) и вертикальнотрубные теплообменные модули 8, в нижней части оборудованные воронками 9;- a heat exchanger 5 (tubular heating surface) containing an input horizontal collector 6 and an output horizontal collector 7, to which the fittings G1 and G2 are connected (respectively for the inlet and outlet of the heated gas) and the vertical pipe heat exchange modules 8, equipped in the lower part with funnels 9;

- поддоны испарителя 10, установленные на поду топки под воронками каждого из теплообменных модулей;- evaporator pallets 10 mounted on the hearth of the furnace under the funnels of each of the heat exchange modules;

- трубопроводы конденсатные соединительные 11, подключенные к нижней части поддонов и сообщающие их друг с другом;- condensate connecting pipelines 11 connected to the bottom of the pallets and communicating with each other;

- штуцер для отвода конденсата 12, подключенный к нижней части одного из поддонов;- fitting for condensate drain 12, connected to the bottom of one of the pallets;

- горелки 13, подключенные к обвязке 14 и установленные над зазорами между соседними поддонами;- burners 13 connected to the strapping 14 and installed above the gaps between adjacent pallets;

- обвязку горелок 14 (арматурный блок для управления подачей газа на горелки, контролируемый блоком автоматического управления), вход газа в которую подключен к выходному коллектору теплообменника;- piping of the burners 14 (a reinforcing unit for controlling the gas supply to the burners controlled by the automatic control unit), the gas inlet of which is connected to the outlet manifold of the heat exchanger;

- блок автоматического управления 15;- automatic control unit 15;

- шибер воздушный поз.16;- air gate pos. 16;

- клапаны запорные с ручным управлением 17, 18, 19, 20, 21, 22;- manual shut-off valves 17, 18, 19, 20, 21, 22;

- «свечи» для продувки газа поз.23 и 24;- "candles" for purging gas pos.23 and 24;

- фильтр газовый 25;- gas filter 25;

- клапаны электромагнитные запорные 26, установленные перед каждой из горелок;- electromagnetic shutoff valves 26 installed in front of each burner;

- клапан электромагнитный предохранительный 27;- electromagnetic safety valve 27;

- клапан регулирующий 28;- control valve 28;

- клапан регулирующий с ручным управлением 29;- manual control valve 29;

- клапаны запорно-регулирующие с ручным управлением 30, установленные перед каждой из горелок;- manually-operated locking valves 30 installed in front of each burner;

- электрозапальники 31, для индивидуального розжига каждой из горелок;- electric igniters 31, for individual ignition of each of the burners;

- датчики наличия пламени 32, установленные на каждой из горелок;- flame sensors 32 mounted on each of the burners;

- датчик разрежения в топке 33;- rarefaction sensor in the furnace 33;

- датчик входного давления газа 34;- gas inlet pressure sensor 34;

- датчик давления газа после регулятора 35;- gas pressure sensor after the regulator 35;

- датчики давления газа 36 перед каждой из горелок;- gas pressure sensors 36 in front of each of the burners;

- узел подключения переносного газового запальника 37;- node connection portable gas igniter 37;

- датчик сигнализатора загазованности поз 38;- sensor gas alarm pos 38;

- датчик температуры уходящих дымовых газов 39;- flue gas temperature sensor 39;

- датчик температуры нагретого газа 40;- temperature sensor of the heated gas 40;

- датчик температуры газа перед горелками 41;- a gas temperature sensor in front of the burners 41;

- датчики температуры стенки 42 каждого из модулей теплообменника;- wall temperature sensors 42 of each of the heat exchanger modules;

- датчик температуры поддона 43;- temperature sensor pallet 43;

- щитки съемные 44;- shields removable 44;

- заслонки поз.45;- flaps pos. 45;

- шкаф теплоизолированный 46 (укрытие обвязки горелок);- a heat-insulated cabinet 46 (shelter for the piping of the burners);

- датчик перепада давления нагреваемого газа 47.- differential pressure sensor of the heated gas 47.

Подогреватель газовый автоматизированный (показан четырехгорелочный вариант, принцип действия подогревателей с другим числом горелок аналогичен) работает следующим образом.The gas automatic heater (a four-burner version is shown, the principle of operation of heaters with a different number of burners is similar) works as follows.

После открывания клапанов электроприводных ЗД1 и ЗД2, установленных, соответственно, на подающем и на отводящем газопроводах (см. фиг.4) нагреваемый природный газ поступает на входной патрубок Г1 (см. фиг.1) теплообменника 5.After opening the electric actuator valves ZD1 and ZD2 installed, respectively, on the supply and outlet gas pipelines (see Fig. 4), the heated natural gas enters the inlet pipe G1 (see Fig. 1) of the heat exchanger 5.

Из входного коллектора 6 нагреваемый газ подается в параллельно подключенные трубы теплообменных модулей 8. Во внутритрубном пространстве модулей происходит нагрев газа. Нагрев газа происходит за счет его конвективного теплообмена с внутренней поверхностью стенок труб теплообменника. Интенсификация нагрева газа и обеспечение соответствия допустимых и фактических теплонапряжений трубной теплопередающей поверхности модулей осуществляется за счет многоструйного распределения газа внутри теплообменника.From the input manifold 6, the heated gas is supplied to the parallel connected pipes of the heat exchange modules 8. In the in-tube space of the modules, gas is heated. The gas is heated due to its convective heat exchange with the inner surface of the walls of the tubes of the heat exchanger. The intensification of gas heating and ensuring compliance with the allowable and actual heat stresses of the pipe heat transfer surface of the modules is carried out due to the multi-jet distribution of gas inside the heat exchanger.

Выходящий из теплообменных модулей нагретый газ подается в выходной коллектор 7, из которого газ выводится через выходной патрубок Г2.The heated gas emerging from the heat exchange modules is supplied to the output manifold 7, from which the gas is discharged through the outlet pipe G2.

Технологические измерения параметров нагреваемого газа на входе и на выходе теплообменника: давления, перепада давлений, температуры осуществляются датчиками и средствами САУ подогревателя газа (см. фиг.4):Technological measurements of the parameters of the heated gas at the inlet and outlet of the heat exchanger: pressure, differential pressure, temperature are carried out by sensors and means of self-propelled guns gas heater (see figure 4):

- Давление на выходе из теплообменной поверхности подогревателя измеряется датчиком ДМ1.- The pressure at the outlet of the heat exchange surface of the heater is measured by the DM1 sensor.

- Перепад давления нагреваемого газа в теплообменнике измеряется датчиком ДМ4.- The pressure drop of the heated gas in the heat exchanger is measured by a DM4 sensor.

- Температура нагреваемого газа на входе подогревателя измеряется датчиком ТП2.- The temperature of the heated gas at the inlet of the heater is measured by the TP2 sensor.

- Температура нагретого газа на выходе подогревателя измеряется датчиком ТП3.- The temperature of the heated gas at the outlet of the heater is measured by the TP3 sensor.

- Системой автоматического управления (САУ) индицируется также результат расчета технологического параметра - расход нагреваемого в подогревателе газа.- The automatic control system (ACS) also indicates the result of the calculation of the technological parameter - the flow rate of the gas heated in the heater.

Наружный обогрев труб теплообменника 5 осуществляется парогазовой смесью, обладающей огнегасящими свойствами. Основными ее компонентами являются азот, углекислый газ и перегретые водяные пары. Содержание кислорода в парогазовой смеси, контактирующей с наружной поверхностью труб теплообменника, при работе поддерживается на уровне, недостаточном для свободного горения возможных утечек газа при разгерметизации теплообменника. Концентрация кислорода, необходимая для безопасной работы подогревателя газа, устанавливается при пусконаладочных работах путем регулирования положения воздушного шибера 16 при одновременном контроле содержания кислорода в парогазовой смеси. В дальнейшем указанная концентрация кислорода, не превышающая 2% объемн., обеспечивается (благодаря применению инжекционных горелок) практически постоянной в рабочем диапазоне регулирования подогревателя.External heating of the tubes of the heat exchanger 5 is carried out by a gas-vapor mixture with fire extinguishing properties. Its main components are nitrogen, carbon dioxide and superheated water vapor. The oxygen content in the vapor-gas mixture in contact with the outer surface of the tubes of the heat exchanger during operation is maintained at a level insufficient for free combustion of possible gas leaks during depressurization of the heat exchanger. The oxygen concentration necessary for the safe operation of the gas heater is set during commissioning by adjusting the position of the air gate 16 while monitoring the oxygen content in the gas mixture. Subsequently, the indicated oxygen concentration not exceeding 2% by volume is ensured (due to the use of injection burners) that is practically constant in the operating range of the heater control.

Таким образом, конструкция подогревателя обеспечивает нагрев газа в подогревателе без прямого воздействия пламени горелок на стенки труб теплообменника. Передача теплоты к стенкам труб производится без их локальных перегревов и осуществляется с помощью промежуточной среды - парогазовой смеси, обогащенной перегретым водяным паром.Thus, the design of the heater provides heating of the gas in the heater without direct exposure to the burner flame on the walls of the heat exchanger tubes. Heat is transferred to the walls of the pipes without their local overheating and is carried out using an intermediate medium - a gas-vapor mixture enriched with superheated water vapor.

Для предотвращения перегрева труб теплообменника 5 с помощью САУ и датчиков 42 (см. фиг.1) осуществляется непрерывный контроль температуры стенки каждого из теплообменных модулей и автоматическая их защита.To prevent overheating of the tubes of the heat exchanger 5 using self-propelled guns and sensors 42 (see figure 1), the wall temperature of each of the heat exchange modules is continuously monitored and automatically protected.

Генерация парогазовой смеси и ее равномерное распределение по наружной поверхности труб теплообменника осуществляется в нижней части топочного объема подогревателя газа, в которой размещены инжекционные горелки 13 (см. фиг.1 и 2) и поддоны 10. В стационарном режиме работы подогревателя газа топливный газ, поступающий из обвязки горелок 14, равномерно распределяется на все четыре горелки 13. Топливный газ, истекающий из сопел горелок в их газораспределители, инжектирует в их смесителях первичный воздух. Образовавшаяся газо-воздушная смесь из газораспределителей истекает через два ряда отверстий, оси которых направлены на нижнюю часть поддонов. Струи первичной газо-воздушной смеси смешиваются со вторичным воздухом, поступающим к ним через зазоры между соседними поддонами. Горение образовавшейся газовоздушной смеси происходит на внутренней поверхности поддонов в виде системы равномерно распределенных объемно-настильных факелов. Сжигание топливного газа на внутренней поверхности поддонов позволяет испарять из них конденсат водяных паров, перегревать водяные пары и смешивать их с продуктами полного сгорания топливного газа. Образующаяся при этом парогазовая смесь имеет повышенную концентрацию водяных паров и обладает улучшенными огнегасящими свойствами, по сравнению с обычными продуктами сгорания топливного газа.The generation of the gas-vapor mixture and its uniform distribution over the outer surface of the heat exchanger tubes is carried out in the lower part of the furnace heater gas volume, in which injection burners 13 (see FIGS. 1 and 2) and pallets 10 are placed. In the stationary mode of the gas heater operation, the fuel gas supplied from the piping of the burners 14, is evenly distributed to all four burners 13. The fuel gas flowing from the nozzles of the burners into their gas distributors injects primary air into their mixers. The resulting gas-air mixture from the gas distributors flows through two rows of holes, the axes of which are directed to the lower part of the pallets. The jets of the primary gas-air mixture are mixed with the secondary air supplied to them through the gaps between adjacent pallets. The combustion of the resulting air-gas mixture occurs on the inner surface of the pallets in the form of a system of uniformly distributed volume-spread flares. The combustion of fuel gas on the inner surface of the pallets allows you to evaporate water condensate from them, overheat water vapor and mix them with the products of complete combustion of fuel gas. The resulting vapor-gas mixture has an increased concentration of water vapor and has improved fire-extinguishing properties, compared with conventional products of combustion of fuel gas.

Равномерное распределение парогазовой смеси на входе в трубный пучок теплообменника обеспечивается благодаря равномерному размещению поддонов, горелок и факелов горелок по всему поперечному сечению топки. Дополнительную равномерность распределения парогазовой смеси, а также экранирование труб теплообменника от теплового излучения факелов и поддонов, обеспечивают также воронки 9, размещенные на нижних участках вертикальных труб теплообменных модулей 8.Uniform distribution of the vapor-gas mixture at the inlet to the tube bundle of the heat exchanger is ensured by the uniform placement of pallets, burners and torches of the burners over the entire cross section of the furnace. An additional uniformity of the distribution of the vapor-gas mixture, as well as the shielding of the heat exchanger tubes from the thermal radiation of flares and pallets, are also provided by funnels 9 located on the lower sections of the vertical pipes of the heat exchange modules 8.

Парогазовая смесь, поступающая вверх, в трубный пучок теплообменника, обогревает внешнюю поверхность труб (которые изнутри охлаждаются нагреваемым газом), при этом часть водяных паров (в основном режиме, при средней температуре стенки труб ниже температуры конденсации - «точки росы») конденсируется на поверхности. При этом капли конденсата стекают вниз, во внутреннюю полость воронок 9. В воронках отдельные капли и струи водяного конденсата объединяются и The vapor-gas mixture flowing upward into the tube bundle of the heat exchanger heats the outer surface of the pipes (which are internally cooled by a heated gas), while part of the water vapor (in the main mode, at an average temperature of the pipe wall below the condensation temperature - the “dew point”) condenses on the surface . In this case, drops of condensate flow down into the internal cavity of the funnels 9. In the funnels, individual drops and jets of water condensate are combined and

стекают вниз, на днище поддонов, исключая разбрызгивание и попадание конденсата на под топки подогревателя.drain down on the bottom of the pallets, excluding splashing and condensation on the under the heater furnaces.

Для поддержания одинакового уровня водяного конденсата, «зеркала испарения», на днищах всех поддонов, все поддоны внизу соединены трубопроводами конденсатными 11. Избыточное количество конденсата, при необходимости, может отводиться в промканализацию из поддонов через штуцер для отвода конденсата 12. (Через указанный штуцер при пуске подогревателя газа в теплое время года, целесообразно одноразово, до начала генерации водяного конденсата, заливать небольшое количество технической воды, чтобы ее уровень не превышал уровень установки переливного штуцера 12. При этом образование парогазовой смеси в топке подогревателя газа происходит практически одновременно с включением горелок в работу.)To maintain the same level of water condensate, an “evaporation mirror”, on the bottoms of all pallets, all pallets at the bottom are connected by condensate pipelines 11. An excess amount of condensate, if necessary, can be discharged into the sewage system from the pallets through a condensate discharge nozzle 12. (Through the indicated nozzle at When starting the gas heater in the warm season, it is advisable to fill in a small amount of process water once before the generation of water condensate so that its level does not exceed the installation level effective fitting 12. In this case, the formation of a gas-vapor mixture in the furnace of the gas heater occurs almost simultaneously with the inclusion of burners in operation.)

Контроль температуры днища одного из поддонов (показателя эффективности генерации парогазовой смеси), установленного под первой из горелок осуществляется с помощью датчика температуры 43 (фиг.1).The temperature control of the bottom of one of the pallets (an indicator of the efficiency of generating a gas-vapor mixture) installed under the first of the burners is carried out using a temperature sensor 43 (Fig. 1).

Парогазовая смесь, проходя снизу вверх топку подогревателя, в которой размещен теплообменник 5, отдает большую часть располагаемой теплоты газу, нагреваемому в теплообменнике. Затем парогазовая смесь поступает во внутреннее пространство рекуперативного воздухонагревателя 3. В воздухонагревателе 3 происходит рекуперативный нагрев воздуха, поступающего на горение, парогазовой смесью. Затем охлажденные продукты полного сгорания топливного газа и водяные пары поступают в дымовую трубу 4, размещенную над подогревателем и удаляются из нее в атмосферу за счет естественной тяги (самотяги) дымовой трубы. Контроль за температурой уходящих дымовых газов осуществляется с помощью датчика температуры 39.The gas-vapor mixture, passing from the bottom to the top of the heater furnace, in which the heat exchanger 5 is placed, gives off most of the available heat to the gas heated in the heat exchanger. Then the gas-vapor mixture enters the interior of the recuperative air heater 3. In the air heater 3, the recuperative heating of the air entering the combustion with the gas-vapor mixture occurs. Then, the cooled products of complete combustion of fuel gas and water vapor enter the chimney 4 located above the heater and are removed from it into the atmosphere due to the natural draft (self-traction) of the chimney. The temperature of the flue gas is monitored using a temperature sensor 39.

Воздух, необходимый для горения и генерации парогазовой смеси, подается на вход воздухонагревателя 3 во входные участки воздушных каналов (ВГ на фиг.2), расположенных симметрично, с двух сторон, на торцевых участках рекуперативного воздухонагревателя. Изменение расхода воздуха (с целью поддержания минимально необходимой концентрации кислорода в парогазовой смеси) производится путем регулирования положения воздушного шибера 16 при одновременном контроле состава уходящих дымовых газов. Регулирование осуществляется вручную при первоначальном пуске подогревателя и во время проведения наладочных работ с использованием переносного газоанализатора. Подача воздуха в подогреватель осуществляется за счет самотяги дымовой трубы.The air required for combustion and generation of a gas-vapor mixture is supplied to the inlet of the air heater 3 to the inlet portions of the air channels (VG in FIG. 2) located symmetrically, on both sides, at the end sections of the recuperative air heater. The change in air flow (in order to maintain the minimum necessary concentration of oxygen in the gas mixture) is made by adjusting the position of the air gate 16 while monitoring the composition of the flue gases. Regulation is carried out manually during the initial start-up of the heater and during commissioning using a portable gas analyzer. The air supply to the heater is carried out due to the chimney stack.

Воздух, нагреваемый в рекуперативном воздухонагревателе 3, омывает его внутреннюю теплообменную поверхность, разделяющую потоки парогазовой смеси и воздуха. Нагретый воздух подается по внутренним воздушным каналам к выходным отверстиям, соединенным с вертикальными воздуховодами в корпусе 1 подогревателя газа, образованными его теплоизолированными боковыми стенами и вкладышами 2. Из нижней части воздуховодов нагретый воздух с двух сторон поступает в общий воздушный коллектор, образованный нижней поверхностью поддонов 10 и верхней The air heated in the recuperative air heater 3, washes its internal heat exchange surface, separating the flows of gas-vapor mixture and air. Heated air is supplied through internal air channels to the outlet openings connected to vertical air ducts in the gas heater body 1, formed by its heat-insulated side walls and inserts 2. From the lower part of the air ducts, heated air from two sides enters the common air collector formed by the lower surface of the pallets 10 and top

поверхностью теплоизолированного пода топки корпуса 1. Из воздушного коллектора нагретый воздух через зазоры между соседними поддонами поступает к горелкам 13.the surface of the insulated hearth of the housing 1. From the air manifold, heated air through the gaps between adjacent pallets enters the burners 13.

Автоматическое регулирование теплопроизводительности подогревателя осуществляется путем изменения расхода топливного газа, поступающего на горелки 13. В качестве топливного газа на подогревателе используется часть потока газа, подогретого в теплообменнике 5. Подогретый топливный газ отбирается из выходного горизонтального коллектора (см. Г2).Automatic control of the heater’s heat output is carried out by changing the flow of fuel gas entering the burners 13. A part of the gas stream heated in the heat exchanger is used as fuel gas on the heater 5. Heated fuel gas is taken from the horizontal outlet manifold (see D2).

Подаваемый на обвязку 14 (см. фиг.1) подогревателя топливный газ проходит последовательно клапан запорный с ручным управлением 17 (см. фиг: 2), а затем подается на фильтр 21. Отфильтрованный топливный газ поступает на клапаны: электромагнитный предохранительный 27 и регулирующий 28. Эти клапаны являются исполнительными механизмами блока автоматического управления 15. С их помощью осуществляются функции защиты и регулирования.The fuel gas supplied to the strapping 14 (see Fig. 1) of the heater passes sequentially a shut-off valve with manual control 17 (see Fig: 2), and then it is supplied to the filter 21. The filtered fuel gas enters the valves: electromagnetic safety 27 and control 28 These valves are the actuators of the automatic control unit 15. With their help, protection and regulation functions are carried out.

При подаче управляющего сигнала от блока автоматического управления 15 клапан предохранительный 27 обеспечивает защиту подогревателя путем отключения подачи газа на обвязку горелок 14 в следующих аварийных ситуациях:When a control signal is supplied from the automatic control unit 15, the safety valve 27 protects the heater by turning off the gas supply to the piping of the burners 14 in the following emergency situations:

- при загазованности в шкафу обвязки горелки выше 20% НКПВ (нижнего концентрационного предела взрываемости), (контроль датчиком загазованности 38);- when the gas content in the cabinet of the burner piping is higher than 20% of the LEL (low concentration explosive limit), (control by the gas pollution sensor 38);

- при превышении температуры стенки хотя бы одного из пяти теплообменных модулей выше 350°С (термодатчики 42₁...42₅) при малом расходе нагреваемого газа через теплообменник;- if the wall temperature exceeds at least one of the five heat-exchange modules above 350 ° C (temperature sensors 42 ₁ ... 42 ₅ ) at a low flow rate of the heated gas through the heat exchanger;

- при погасании пламени хотя бы на одной из включенных в работу горелок (на основном рабочем режиме непрерывного регулирования) - при отсутствии сигнала с соответствующего контрольного электрода 32₁...32₄;- when the flame goes out at least on one of the burners included in the operation (on the main operating mode of continuous regulation) - in the absence of a signal from the corresponding control electrode 32 ₁ ... 32 ₄ ;

- при превышении давления нагретого газа на входе в обвязку горелок (входного давления топливного газа) нормальной заданной величины входного давления топливного газа, подаваемого на подогреватель (датчик давления 34);- when the pressure of the heated gas at the inlet to the burner piping (the inlet pressure of the fuel gas) exceeds the normal set value of the inlet pressure of the fuel gas supplied to the heater (pressure sensor 34);

- при превышении давления топливного газа в коллекторе перед горелками нормальной заданной величины входного давления топливного газа (датчик давления 35);- when the fuel gas pressure in the manifold is exceeded in front of the burners of a normal set value of the input pressure of the fuel gas (pressure sensor 35);

- при превышении давления топливного газа перед каждой из горелок нормальной заданной величины рабочего давления топливного газа (датчики давления 36₁...36₄);- when the pressure of the fuel gas in front of each burner is exceeded, the normal specified value of the working pressure of the fuel gas (pressure sensors 36 ₁ ... 36 ₄ );

- при снижении входного давления топливного газа, нормальной заданной величины рабочего давления, (датчик давления 34);- when reducing the input pressure of the fuel gas, the normal set value of the operating pressure, (pressure sensor 34);

- при превышении температуры нагретого газа на выходе из подогревателя выше заданной величины, (термодатчик 40);- when the temperature of the heated gas at the outlet of the heater is exceeded above a predetermined value, (temperature sensor 40);

- при уменьшении разрежения в топке на основном режиме ниже заданной величины, (датчик разрежения 33).- when reducing the vacuum in the furnace in the main mode below the specified value, (vacuum sensor 33).

Если загазованность в шкафу обвязки горелки не снижается от уровня 20% НКПВ - производится отключение подачи газа на подогреватель путем закрытия клапанов ЗД1 и ЗД2.If the gas content in the cabinet of the burner strapping does not decrease from the level of 20% LEL - the gas supply to the heater is turned off by closing the valves ZD1 and ZD2.

Автоматическое регулирование теплопроизводительности подогревателя (и, следовательно, температуры нагреваемого газа на его выходе) двухрежимное:The automatic regulation of the heating capacity of the heater (and, consequently, the temperature of the heated gas at its outlet) is dual-mode:

- непрерывное, в диапазоне теплопроизводительности от 100% до 20% (с помощью клапана регулирующего 28, см. фиг.1);- continuous, in the range of heat output from 100% to 20% (using the control valve 28, see figure 1);

- дискретное, в диапазоне от 20% до 5% - (путем включения и отключения горелок с помощью клапанов 26₄...26₂). (Первая из включаемых горелок (отсчет справа налево, см. фиг.2) не отключается при дискретном регулировании.)- discrete, in the range from 20% to 5% - (by turning on and off the burners using valves 26 ₄ ... 26 ₂ ). (The first of the included burners (counting from right to left, see figure 2) does not turn off with discrete regulation.)

Ручная регулировка (коррекция) оптимального режима работы горелок 13 при первоначальном пуске и проведении пусконаладочных работ осуществляется с помощью запорно-регулирующих клапанов 30₁...30₄ (см. фиг.2). При этом предотвращается автоколебательный режим работы системы регулирования.Manual adjustment (correction) of the optimal operating mode of the burners 13 during the initial start-up and commissioning is carried out using shut-off and control valves 30 ₁ ... 30 ₄ (see figure 2). This prevents the self-oscillating mode of operation of the regulation system.

Система автоматического управления подогревателем осуществляет обработку результатов прямых измерений температуры газа перед горелками (термодатчик 41) и давления газа перед горелками (датчики давления 36₁...36₄) и индицирует результаты расчета технологического параметров:The automatic control system for the heater processes the results of direct measurements of the gas temperature in front of the burners (temperature sensor 41) and the gas pressure in front of the burners (pressure sensors 36 ₁ ... 36 ₄ ) and displays the results of the calculation of the technological parameters:

- расхода топливного газа на подогреватель (обработка результатов измерений давления и температуры топливного газа перед каждой из горелок).- fuel gas flow to the heater (processing the results of measurements of pressure and temperature of the fuel gas in front of each burner).

- результаты расчета технологического параметра - теплового КПД подогревателя.- the results of the calculation of the technological parameter - thermal efficiency of the heater.

Пройдя указанную выше арматуру обвязки горелок 14 топливный газ поступает на подключенные к обвязке горелки 13.Having passed the above-mentioned fittings of the burner strapping 14, fuel gas is supplied to the burner 13 connected to the strapping.

Каждая из горелок подогревателя газа является инжекционной горелкой с двухстадийным смешением газа и воздуха и содержит (фиг.5): узел подключения поз.1; сопло поз.2; газораспределитель поз.3 (с размещенными в нем газовыпускными отверстиями поз.5); опоры горелки поз.4. Горелка комплектуется контрольным электродом КЭ, а также электрозапальником ЭЗ.Each of the burners of the gas heater is an injection burner with a two-stage mixture of gas and air and contains (figure 5): connection node pos.1; nozzle pos. 2; gas distributor pos.3 (with gas outlets located in it pos.5); burner supports pos. 4. The burner is equipped with a control electrode KE, as well as an electric igniter EZ.

Подвод топливного газа к горелке осуществляется по отдельной газовой трубе, соединяющей узел подключения горелки и обвязку горелок.The fuel gas is supplied to the burner through a separate gas pipe connecting the burner connection unit and the burner piping.

Воздух к каждой из горелок поз.13 подается за счет тяги дымовой трубы.Air to each of the burners pos.13 is supplied due to the draft of the chimney.

Горелки обеспечивают качественное сжигание топливного газа в рабочем диапазоне его давлений.Burners provide high-quality combustion of fuel gas in the operating range of its pressures.

Перед включением каждой горелки в работу на ее электрозапальник ЭЗ подается напряжение 12 В от понижающего трансформатора (блока электропитания). Горелки включаются поочередно. В работу вначале включается первая справа (см. фиг.2) горелка, а затем, поочередно, по порядку возрастания номеров, включаются остальные горелки.Before turning on each burner in operation, a 12 V voltage from a step-down transformer (power supply unit) is supplied to its EZ electric igniter. The burners are switched on alternately. First, the first burner on the right (see FIG. 2) is turned on, and then, alternately, in order of increasing numbers, the remaining burners are turned on.

После прогрева свечи накаливания до рабочей температуры, спустя 5...40 с на включаемую горелку подается топливный газ. Подаваемый на горелку топливный газ истекает из газового сопла 2 в смеситель, размещенный в начальном участке газораспределителя 3. Образовавшаяся при смешении с первичным воздухом обогащенная (топливом) газовоздушная смесь поступает в основную часть газораспределителя 3, размещенную на опорах 4 над зазорами между соседними поддонами 10 (см. фиг.2).After warming up the glow plug to operating temperature, after 5 ... 40 s fuel gas is supplied to the burner to be switched on. The fuel gas supplied to the burner flows from the gas nozzle 2 to a mixer located in the initial section of the gas distributor 3. The air-gas enriched (fuel) mixture formed by mixing with the primary air enters the main part of the gas distributor 3 located on the supports 4 above the gaps between adjacent pallets 10 ( see figure 2).

Из газораспределителя 3 (фиг.5) газовоздушная смесь истекает через газовыпускные отверстия 5. При этом происходит смешение газовоздушной смеси со вторичным воздухом (поступающим снизу, через зазоры между соседними поддонами) и образуется газовоздушная смесь, обеспечивающая полное сгорание топливного газа. (Качество сжигания топливного газа на горелках подогревателя соответствует требованиям ГОСТ 21204 «Горелки газовые промышленные. Общие технические требования»).From the gas distributor 3 (Fig. 5), the gas-air mixture flows out through the gas outlet openings 5. In this case, the gas-air mixture is mixed with secondary air (coming from below, through the gaps between adjacent pallets) and an air-gas mixture is formed, which ensures complete combustion of the fuel gas. (The quality of fuel gas burning on the burners of the heater meets the requirements of GOST 21204 "Industrial gas burners. General technical requirements").

Выходящая из газораспределителя газовоздушная смесь натекает на свечу накаливания (расположенную у одного из крайних отверстий 5) электрозапальника и воспламеняется. При этом происходит поочередное воспламенение всех факелов горелки, струй газовоздушной смеси, истекающих из остальных отверстий (принцип воспламенения - «бегущее пламя»). После розжига горелки, при поступлении сигнала от контрольного электрода КЭ, подача электропитания на электрозапальник автоматически отключается.The gas-air mixture exiting the gas distributor flows onto the glow plug (located at one of the outer holes 5) of the electric igniter and ignites. In this case, alternating ignition of all torch torches, jets of the gas-air mixture flowing from the remaining holes occurs (the principle of ignition is “running flame”). After ignition of the burner, upon receipt of a signal from the control electrode CE, the power supply to the electric igniter is automatically turned off.

Стабилизация фронта горения, полное выгорание газовоздушной смеси происходит внутри поддонов 10 (рис.2). Выделяющаяся при этом теплота идет на испарение конденсата водяных паров из поддона и образование парогазовой смеси, поступающей затем вверх, в межтрубное пространство теплообменника 5.Stabilization of the combustion front, complete burnout of the gas-air mixture occurs inside pallets 10 (Fig. 2). The heat released in this case is spent on the evaporation of the condensate of water vapor from the pan and the formation of a vapor-gas mixture, which then flows upward, into the annular space of the heat exchanger 5.

Наличие тяги (разрежение в топке) контролируется общим для всех горелок датчиком тяги 33 (см. фиг.2). Указанный датчик размещен на одном из съемных щитков 44.The presence of thrust (vacuum in the furnace) is monitored by a thrust sensor 33 common to all burners (see FIG. 2). The specified sensor is placed on one of the removable flaps 44.

Система автоматического управления подогревателем производит также обработку результатов прямых измерений и индицирует результаты расчета технологического параметра - расхода топливного газа на подогреватель. При этом производится обработка результатов измерений давления перед каждой из горелок (датчики 36₁...36₄) и температуры топливного газа (термодатчик 41).The automatic control system of the heater also processes the results of direct measurements and displays the results of the calculation of the technological parameter - fuel gas flow to the heater. In this case, the results of pressure measurements in front of each burner (sensors 36 ₁ ... 36 ₄ ) and fuel gas temperature (temperature sensor 41) are processed.

Особенностью конструкции подогревателя является непродолжительное (не более 10 минут) время выхода его на основной технологический режим работы (малая тепловая инерционность). Указанная особенность обусловлена рассредоточенным подводом парогазовой смеси к теплообменнику, в котором нагревается газ, небольшой массой металла поверхности теплообмена подогревателя.A design feature of the heater is a short (no more than 10 minutes) time for it to reach the main technological mode of operation (low thermal inertia). This feature is due to the dispersed supply of the vapor-gas mixture to the heat exchanger in which the gas is heated by a small mass of metal on the heat exchange surface of the heater.

Вентиляция шкафа теплоизолированного (укрытия обвязки горелок) при работе подогревателя осуществляется за счет инфильтрации воздуха в топку подогревателя через неплотности шкафа и неплотности заслонок 45 (фиг.2). За счет теплопотерь примыкающей к шкафу торцевой стенки подогревателя в зимнее время расчетная температура в шкафу не ниже 5°С. Укрытие оборудовано автоматическим газоанализатором (по метану), с помощью которого предотвращается нештатная ситуация (хлопок или возгорание утечек газа внутри укрытия) на подогревателе.Ventilation of the heat-insulated cabinet (shelter of the burner piping) during heater operation is carried out due to air infiltration into the heater furnace through the cabinet leakage and the damper 45 leakage (Fig. 2). Due to the heat loss of the end wall of the heater adjacent to the cabinet in winter, the design temperature in the cabinet is not lower than 5 ° C. The shelter is equipped with an automatic gas analyzer (according to methane), with the help of which an emergency situation (cotton or ignition of gas leaks inside the shelter) on the heater is prevented.

Площадь выходного сечения дымовой трубы обеспечивает сброс импульса давления при нештатном розжиге горелок без нарушения работоспособности подогревателя. При этом нет необходимости применять дополнительные взрывные клапаны.The chimney outlet cross-sectional area provides a pressure pulse discharge during abnormal ignition of burners without affecting the heater’s performance. There is no need to use additional explosive valves.

Claims

An automated gas heater containing a housing with a horizontal connector, the furnace volume in which is separated by a liner from an air duct connected to a regenerative air heater located above the housing, under a chimney attached to it, a heat exchanger with a vertical arrangement of the heat exchanger module and a horizontal arrangement of the inlet and outlet headers, burner connected to the burner piping, the piping inlet is connected to the heat exchanger outlet manifold, excellent in that the heat exchanger consists of several rows of heat exchanger modules connected in parallel, connected by horizontal input and output headers, funnels are placed on the bottom of each of the heat exchanger modules, under each row of modules parallel to the bottom of the housing, inside it, with a gap between the bottom and relative to each other pallets are placed, combined in their lower part with removable condensate pipelines, one of the pallets having a fitting for the removal of water vapor condensate, gas-air distributors si burners are located above the gaps between the side walls of the pallets, and the axis of the holes in the burners for the exit of the air-gas mixture are directed to the bottoms of the pallets.