WO2017007370A1 - Tube furnace with heat exchanger - Google Patents
Tube furnace with heat exchanger Download PDFInfo
- Publication number
- WO2017007370A1 WO2017007370A1 PCT/RU2016/000287 RU2016000287W WO2017007370A1 WO 2017007370 A1 WO2017007370 A1 WO 2017007370A1 RU 2016000287 W RU2016000287 W RU 2016000287W WO 2017007370 A1 WO2017007370 A1 WO 2017007370A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- combustion chamber
- heat exchanger
- chamber
- air duct
- gas
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N3/00—Regulating air supply or draught
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B5/00—Muffle furnaces; Retort furnaces; Other furnaces in which the charge is held completely isolated
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Abstract
The invention relates to heat technology and can be used in the field of petroleum processing and petrochemistry for heating oil, petroleum products and other hydrocarbon mixtures. A combustion chamber, having a burner connected thereto, is communicated with a heat-exchange chamber in which product pipes are disposed. The burner comprises gas shafts and an air duct with outlet apertures on the ends facing the chamber. The ends of the gas shafts are disposed in the combustion chamber, around the outlet aperture of the air duct, and an air flow swirler is mounted at the outlet of the air duct in the combustion chamber. The product pipes constitute a tubular heat exchanger with a transversely streamlined tube bundle. Furthermore, the headers of the tubular heat exchanger are provided with partitions which are mounted so as to form a series-parallel connection circuit of pipes, which makes it possible to increase the speed of the product and prevent coking in the event of heating of oil and petroleum products. Fuel combustion efficiency is provided as a result of the thorough mixing of gas and the fuel exiting the air duct by means of the swirler, which, as a result, leads to more intensive heating of the liquid in the heat exchanger and increased power of the furnace with small dimensions and weight.
Description
Трубчатая печь с теплообменником Tube furnace with heat exchanger
Изобретение относится к нагревательной технике и может быть использовано в области нефтепереработки и нефтехимии для нагрева нефти, нефтепродуктов и других углеводородных смесей. The invention relates to heating equipment and can be used in the field of oil refining and petrochemicals for heating oil, oil products and other hydrocarbon mixtures.
Известны трубчатые печи, используемые в нефтеперабатывающей и нефтехимической промышленности, содержащие радиантную и конвективную камеры со змеевиками и установленный в нижней части радиантной камеры горелки (Евтус Н.Р., Шарихин В. В. трубчатые печи в нефтеперабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: Химия, 1987, с. 7-14; RU 2409610 С2, 20.01.2011 ; RU 2439125 С1, 10.01.2012). Known tube furnaces used in the oil refining and petrochemical industries, containing radiant and convective chambers with coils and installed in the lower part of the radiant chamber of the burner (Evtus N.R., Sharikhin V.V. tube furnaces in the oil refining and petrochemical industries. M: Chemistry , 1987, p. 7-14; RU 2409610 C2, 01.20.2011; RU 2439125 C1, 01.10.2012).
Недостатком этих печей являются большие габариты радиантной камеры с большой радиационной поверхностью для нагрева труб змеевика, расположенных вблизи этой поверхности. The disadvantage of these furnaces is the large dimensions of the radiant chamber with a large radiation surface for heating the coil pipes located near this surface.
Наиболее близкой к предложенному устройству является трубчатая печь для нагрева нефтепродуктов, содержащая конвективную камеру коробчатой формы с двухрядным продуктовым змеевиком, в основании корпуса печи размещена камера сгорания циклонного типа с подводом воздуха от радиального вентилятора, а в торцевых стенах корпуса печи выполнены газоотводящие каналы (RU 43011 U1 , 27.12.2004). Печь имеет несколько уменьшенные габариты (на 15-20% по сравнению с печами, имеющими радиантную камеру) за счет исключения из конструкции радиантной камеры. Closest to the proposed device is a tubular furnace for heating petroleum products, containing a convective box-shaped chamber with a two-row food coil, a cyclone-type combustion chamber with air inlet from a radial fan is located in the base of the furnace body, and gas exhaust channels are made in the end walls of the furnace body (RU 43011 U1, 12/27/2004). The furnace has slightly reduced dimensions (by 15-20% compared to furnaces with a radiant chamber) due to the exclusion of the radiant chamber from the design.
В известной печи отсутствуют условия для полного сгорания топлива в камере сгорания, так как не полностью сгоревшие раскаленные дымовые газы (фактически, пламя) касаются холодных труб змеевика, остывают и не сгорают полностью. Это приводит к образованию оксида углерода СО. Несмотря на закрутку воздуха в
камере сгорания циклонного типа интенсивного перемешивания с газом достичь не удастся, поскольку пламя выходит в конвективную камеру, и скорости перемешивания низкие из-за больших размеров этой камеры. Трубы змеевика имеют большой диаметр и расположены с большими зазорами, поэтому теплоотдача недостаточно велика. In the known furnace there are no conditions for the complete combustion of fuel in the combustion chamber, since incompletely burned incandescent flue gases (in fact, flame) touch the cold pipes of the coil, cool down and do not burn completely. This leads to the formation of carbon monoxide CO. Despite the air swirling in the cyclone type combustion chamber cannot be intensively mixed with gas, since the flame enters the convection chamber, and the mixing speeds are low due to the large size of this chamber. Coil pipes have a large diameter and are located with large gaps, so the heat transfer is not large enough.
Кроме того, так как не регулируется скорость движения продукта по змеевику, в более нагруженных трубах возможен процесс коксования на стенке труб. In addition, since the speed of the product along the coil is not regulated, coking on the pipe wall is possible in more loaded pipes.
Задачей изобретения является создание устройства для нагрева жидкостей высокой мощности и эффективности. The objective of the invention is to provide a device for heating fluids of high power and efficiency.
Задача решается тем, что трубчатая печь содержит камеру сгорания с горелкой, сообщенную с камерой теплообмена, в которой размещены продуктовые трубы, причем согласно изобретению горелка включает газовые стволы и воздуховод, при этом концы газовых стволов размещены в камере сгорания вокруг выходного отверстия воздуховода, в камере сгорания установлен завихритель воздушного потока, продуктовые трубы представляют собой трубчатый теплообменник с поперечно обтекаемым пучком труб. The problem is solved in that the tube furnace contains a combustion chamber with a burner in communication with a heat exchange chamber in which the product pipes are placed, and according to the invention, the burner includes gas barrels and an air duct, while the ends of the gas barrels are placed in the combustion chamber around the exhaust outlet in the chamber a swirl of air flow is installed in the combustion, the product pipes are a tubular heat exchanger with a transversely streamlined tube bundle.
Технический результат, достигаемый предложенным устройством, заключается в повышении полноты сгорания топлива в камере сгорания за счет интенсивного перемешивания газа и выходящего из воздуховода воздуха с помощью завихрителя, что в результате приводит к более интенсивному нагреву жидкости в теплообменнике и к увеличению мощности печи при малых габаритах и массе. Кроме того, использование трубчатого теплообменника с поперечно обтекаемым пучком труб позволяет увеличить число труб, уменьшить зазоры между ними и, в результате, увеличить поверхность теплоотдачи и эффективность теплообмена.
В предпочтительном варианте выполнения в коллекторах трубчатого теплообменника установлены перегородки с образованием последовательно-параллельной схемы соединения труб, что позволяет обеспечить увеличение скорости движения продукта и предотвращение коксования в случае нагрева нефти или нефтепродуктов. The technical result achieved by the proposed device is to increase the completeness of fuel combustion in the combustion chamber due to intensive mixing of the gas and the air leaving the air duct using a swirler, which results in more intense heating of the liquid in the heat exchanger and to increase the capacity of the furnace with small dimensions and mass. In addition, the use of a tubular heat exchanger with a transversely streamlined bundle of pipes allows you to increase the number of pipes, reduce the gaps between them and, as a result, increase the heat transfer surface and heat transfer efficiency. In a preferred embodiment, partitions are installed in the collectors of the tubular heat exchanger with the formation of a series-parallel pipe connection scheme, which allows to increase the speed of the product and prevent coking in the case of heating of oil or oil products.
В предпочтительном варианте выполнения камера сгорания и воздуховод имеют цилиндрическую форму, а камера теплообмена в поперечном сечении имеет прямоугольную форму. In a preferred embodiment, the combustion chamber and the duct are cylindrical in shape, and the heat exchange chamber in the cross section is rectangular.
При этом оси газовых стволов параллельны оси воздуховода и камеры сгорания. In this case, the axis of the gas trunks are parallel to the axis of the duct and the combustion chamber.
В частном случае завихритель может представлять собой лопаточный завихритель, обеспечивающий интенсивное перемешивание. При этом концы газовых стволов расположены между лопатками завихрителя. In a particular case, the swirler may be a scapular swirler, providing intensive mixing. The ends of the gas trunks are located between the blades of the swirler.
На фиг. 1 показана предложенная трубчатая печь, осевой разрез. На фиг. 2 - теплообменник, вид сверху. In FIG. 1 shows the proposed tubular furnace, axial section. In FIG. 2 - heat exchanger, top view.
На фиг. 3 - теплообменник, вид сбоку. In FIG. 3 - heat exchanger, side view.
На фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3. In FIG. 4 is a section AA in FIG. 3.
Трубчатая печь содержит камеру 1 сгорания, с нижней частью которой соединена горелка 2. Камера 1 сгорания сообщена с камерой 3 теплообмена, в которой размещены продуктовые трубы. С камерой 1 сгорания соединен цилиндрический корпус горелки 2, в котором соосно расположен воздуховод 4, и по периферии корпуса вокруг воздуховода 4 размещены газовые стволы 5. Концы газовых стволов 5 расположены в камере 1 сгорания. Торцы газовых стволов 5 и воздуховода 4 с выходными отверстиями обращены в сторону камеры 3
теплообмена. Оси газовых стволов 5 параллельны оси воздуховода 4 и камеры 1 сгорания. Камера 1 сгорания и воздуховод 4 имеют цилиндрическую форму, а камера 3 теплообмена в поперечном сечении имеет прямоугольную форму. На выходе воздуховода 4 установлен завихритель 6 воздушного потока. В приведенном примере выполнения изобретения завихритель 6 может представлять собой лопаточный завихритель, обеспечивающий интенсивное перемешивание. Концы газовых стволов 5 расположены между лопатками завихрите ля 6. The tube furnace contains a combustion chamber 1, with a burner 2 connected to its lower part. The combustion chamber 1 is in communication with a heat exchange chamber 3 in which the product pipes are placed. A cylindrical body of the burner 2 is connected to the combustion chamber 1, in which the duct 4 is coaxially located, and gas trunks 5 are placed around the periphery of the housing 5. The ends of the gas trunks 5 are located in the combustion chamber 1. The ends of the gas trunks 5 and duct 4 with outlet openings are facing toward the chamber 3 heat transfer. The axis of the gas trunks 5 are parallel to the axis of the duct 4 and the combustion chamber 1. The combustion chamber 1 and the duct 4 have a cylindrical shape, and the heat transfer chamber 3 in a cross section has a rectangular shape. At the outlet of the duct 4, a swirl 6 of the air flow is installed. In the example embodiment of the invention, the swirler 6 may be a scapular swirler, providing intensive mixing. The ends of the gas trunks 5 are located between the blades of the swirl 6.
Продуктовые трубы представляют собой трубчатый теплообменник 7 с поперечно обтекаемым пучком труб, в коллекторах 8 и 9 которого могут быть установлены перегородки 10 с образованием последовательно-параллельной схемы прохождения теплоносителя. Product pipes are a tubular heat exchanger 7 with a transversely streamlined tube bundle, in the collectors 8 and 9 of which partitions 10 can be installed with the formation of a series-parallel flow path of the coolant.
Камера 1 сгорания представляет собой цилиндр диаметром в зависимости от мощности печи (для 2 МВт - 280 мм, для 70 МВт - 2 м) и высотой от 1 до 2 метров. Теплообмена в камере 1 сгорания нет. Продукты сгорания проходят через камеру 3 теплообмена и, благодаря совмещенному радиационному и конвективному теплообмену, полностью передают тепло трубкам теплообменника 7. КПД печи выбирается в зависимости от количества рядов теплообменника и может быть от 85 до 98%. The combustion chamber 1 is a cylinder with a diameter depending on the capacity of the furnace (for 2 MW - 280 mm, for 70 MW - 2 m) and a height of 1 to 2 meters. There is no heat transfer in the combustion chamber 1. The combustion products pass through the heat exchange chamber 3 and, thanks to the combined radiation and convective heat transfer, completely transfer the heat to the tubes of the heat exchanger 7. The efficiency of the furnace is selected depending on the number of rows of the heat exchanger and can be from 85 to 98%.
Конструкция теплообменника 7 с двумя камерами - коллекторами 8 и 9 позволяет варьировать скоростью теплоносителя, так как благодаря перегородкам 10 в камерах возможна последовательно- параллельная схема соединения. Наибольшая скорость потока при последовательном соединении труб теплообменника 7 и наименьшая скорость при параллельном. Таким образом, выбирая схему соединения и, следовательно, увеличивая скорость движения продукта,
можно предотвращать коксование в случае нагрева нефти или нефтепродуктов. The design of the heat exchanger 7 with two chambers - collectors 8 and 9 allows you to vary the speed of the coolant, because thanks to the partitions 10 in the chambers, a serial-parallel connection scheme is possible. The highest flow rate during the serial connection of the pipes of the heat exchanger 7 and the lowest speed in parallel. Thus, choosing a connection scheme and, therefore, increasing the speed of the product, coking can be prevented when oil or oil products are heated.
В качестве горелки 2 может применяться модернизированная серийно выпускаемая горелка (можно типа ГКВД). Модернизация заключается в применении завихрителя 6 воздушного потока. Завихритель 6 лопаточный. Угол наклона лопаток составляет 15 градусов к горизонту. Газовые стволы 5 горелки проходят между лопатками завихрителя 6. Воздух к горелке 2 подается от воздуходувки по воздуховоду 4. Давление воздуха перед горелкой 2 - 200-300 мм в. ст. As a burner 2, a modernized commercially available burner (type GKVD can be used) can be used. The modernization consists in the use of a swirl 6 air flow. Swirler 6 blade. The angle of the blades is 15 degrees to the horizon. The gas trunks 5 of the burner pass between the blades of the swirl 6. The air to the burner 2 is supplied from the blower through the duct 4. The air pressure in front of the burner 2 is 200-300 mm c. Art.
Теплообменник 7 выполнен из стальных труб с расстоянием между ними от 5 до 12 мм. Камера 1 сгорания поставляется на монтажную площадку в готовом виде и собирается с теплообменником 7. Затем обвязывают печь по газу, продукту, подсоединяют дутьевой воздух к горелке 2 и запускают печь. Мощность печи не ограничена. На печи мощностью от 100 кВт до 70 МВт используется одна горелка. The heat exchanger 7 is made of steel pipes with a distance between them of 5 to 12 mm. The combustion chamber 1 is supplied to the installation site ready-made and assembled with a heat exchanger 7. Then the furnace is tied up with gas, product, blast air is connected to the burner 2 and the furnace is started. The power of the furnace is not limited. A furnace with a capacity of 100 kW to 70 MW uses one burner.
Поток воздуха проходит через завихритель 6 и интенсивно перемешивается с газом, после чего попадает в камеру 1 сгорания. Чем выше скорость перемешивания, тем выше опережающим темпом скорость горения. Таким образом, в камере 1 происходит полное сгорание топлива без продуктов неполного горения, таких как СО, как при малых, так и при больших нагрузках. The air flow passes through the swirl 6 and is intensively mixed with gas, after which it enters the combustion chamber 1. The higher the mixing speed, the higher the burning rate at a faster pace. Thus, in chamber 1, complete combustion of the fuel occurs without products of incomplete combustion, such as CO, both at small and at high loads.
Отношение мощности к массе предложенной печи составляет 2 Гкал на тонну, что в 5-10 раз меньше чем у известных трубчатых печей, имеющих радиантную камеру.
The ratio of power to mass of the proposed furnace is 2 Gcal per ton, which is 5-10 times less than that of known tube furnaces having a radiant chamber.
Claims
1. Трубчатая печь, содержащая камеру сгорания с горелкой, сообщенную с камерой теплообмена, в которой размещены продуктовые трубы, отличающаяся тем, что горелка включает газовые стволы и воздуховод при этом концы газовых стволов размещены в камере сгорания вокруг выходного отверстия воздуховода, в камере сгорания установлен завихритель воздушного потока, а продуктовые трубы представляют собой трубчатый теплообменник с поперечно обтекаемым пучком труб. 1. A tube furnace containing a combustion chamber with a burner in communication with a heat exchange chamber in which product pipes are located, characterized in that the burner includes gas trunks and an air duct, while the ends of the gas trunks are placed in the combustion chamber around the exhaust outlet, and a combustion chamber is installed a swirl of air flow, and the product pipes are a tubular heat exchanger with a transversely streamlined tube bundle.
2. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что в коллекторах трубчатого теплообменника установлены перегородки с образованием последовательно-параллельной схемы соединения труб. 2. The furnace according to claim 1, characterized in that partitions are installed in the collectors of the tubular heat exchanger with the formation of a series-parallel pipe connection scheme.
3. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что камера сгорания имеет цилиндрическую форму, а камера теплообмена в поперечном сечении имеет прямоугольную форму. 3. The furnace according to claim 1, characterized in that the combustion chamber has a cylindrical shape, and the heat exchange chamber in a cross section has a rectangular shape.
4. Печь по п. 3, отличающаяся тем, что оси газовых стволов параллельны оси воздуховода и камеры сгорания. 4. The furnace according to claim 3, characterized in that the axis of the gas trunks are parallel to the axis of the duct and the combustion chamber.
5. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что завихритель представляет собой лопаточный завихритель, между лопатками которого расположены концы газовых стволов.
5. The furnace according to claim 1, characterized in that the swirl is a blade swirl, between the blades of which the ends of the gas trunks are located.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015127657 | 2015-07-09 | ||
| RU2015127657 | 2015-07-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2017007370A1 true WO2017007370A1 (en) | 2017-01-12 |
Family
ID=57685897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2016/000287 WO2017007370A1 (en) | 2015-07-09 | 2016-05-12 | Tube furnace with heat exchanger |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA201600422A1 (en) |
| WO (1) | WO2017007370A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU735888A2 (en) * | 1976-05-03 | 1980-05-25 | Башкирский Государственный Институт По Проектированию Предприятий Нефтеперерабатывающей И Нефтехимической Промышленности | Tubular furnace |
| SU1610221A1 (en) * | 1988-04-19 | 1990-11-30 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по транспорту природного газа | Multiple-way heat-exchanger |
| RU2027101C1 (en) * | 1993-03-12 | 1995-01-20 | Виктор Михайлович Соболев | Straight-flow vortex burner |
| RU43011U1 (en) * | 2004-08-10 | 2004-12-27 | Открытое акционерное общество "Нефтемаш" | TUBULAR FURNACE |
-
2016
- 2016-05-12 WO PCT/RU2016/000287 patent/WO2017007370A1/en active Application Filing
- 2016-05-17 EA EA201600422A patent/EA201600422A1/en unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU735888A2 (en) * | 1976-05-03 | 1980-05-25 | Башкирский Государственный Институт По Проектированию Предприятий Нефтеперерабатывающей И Нефтехимической Промышленности | Tubular furnace |
| SU1610221A1 (en) * | 1988-04-19 | 1990-11-30 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по транспорту природного газа | Multiple-way heat-exchanger |
| RU2027101C1 (en) * | 1993-03-12 | 1995-01-20 | Виктор Михайлович Соболев | Straight-flow vortex burner |
| RU43011U1 (en) * | 2004-08-10 | 2004-12-27 | Открытое акционерное общество "Нефтемаш" | TUBULAR FURNACE |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201600422A1 (en) | 2017-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10976048B2 (en) | Diffuser plate for premixed burner box | |
| US9074792B2 (en) | Multiple-ring heat exchanger | |
| US4366778A (en) | Gas boiler able to operate in a sealed combustion circuit | |
| CN102230626B (en) | Transverse baffle and flat pipe type self-preheating burner | |
| EP2713105A1 (en) | Gas combustion head for premixed burners and burner provided with the aforesaid combustion head | |
| CN112460568B (en) | Full premix water-cooling gas boiler of U-shaped tubular structure | |
| RU2599254C1 (en) | Tube furnace with heat exchanger | |
| US20030037736A1 (en) | Tubular oven | |
| RU158758U1 (en) | TUBULAR FURNACE WITH A HEAT EXCHANGER | |
| WO2017007370A1 (en) | Tube furnace with heat exchanger | |
| RU111257U1 (en) | OIL HEATER | |
| US2544600A (en) | Multiple tube gas heating furnace | |
| UA120417C2 (en) | METHOD OF STRAW BURNING IN A BOILER AND WATER BOILER HEATED BY STRAW | |
| EP3198198A1 (en) | Burner | |
| RU2505583C1 (en) | Tube furnace | |
| WO1991012468A1 (en) | Boiler | |
| US10415820B2 (en) | Process fired heater configuration | |
| JP4674152B2 (en) | Boiler equipment | |
| CN115235117B (en) | Pressure-bearing double-spiral water-cooling coil horizontal premix gas boiler | |
| RU53410U1 (en) | DEVICE FOR GAS AND OIL HEATING | |
| RU2296270C1 (en) | Air heater | |
| RU2809827C1 (en) | Apparatus for heating oil and refined products | |
| US2007657A (en) | Incinerator | |
| US20170138634A1 (en) | Method and Apparatus for Firetube Boiler and Ultra Low NOx Burner | |
| RU2639434C1 (en) | Device for burning fuels and heating process media |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 16821720 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 16821720 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |