Подогреватель жидких и газообразных сред - RU2182679C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к подогревателям с жидким теплоносителем, например, в виде раствора деэтиленгликоля с водой и может быть применено в газовой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Известен подогреватель газа (авт. св. СССР 265906, МКИ: F 28 D 15/00, 03.12.67 г.), содержащий двустенный корпус с размещенной в межстенном пространстве трубчатой поверхностью нагрева, омываемой промежуточным жидким теплоносителем, и внутреннюю топку с газоходом, в котором установлена заглушенная с торца кольцевая камера с размещенной в ней трубчатой поверхностью нагрева, соединенная при помощи патрубков с корпусом для перехода промежуточного теплоносителя, причем внутри кольцевой камеры по ее оси размещена трубчатая поверхность нагрева, например, для подогрева топливного газа.

Недостатком приведенного подогревателя газа является то, что корпус его выполнен из двух горизонтальных коаксиальных цилиндров, что вызывает увеличение металлоемкости изделия и, следовательно, утяжеление и удорожание конструкции.

Известен трубчатый подогреватель газа (авт. св. СССР 377604, МКИ: F 28 D 1/22, F 28 D 15/00, 26.02.71 г.) для нагрева жидких или газообразных сред, содержащий заполненный жидким промежуточным теплоносителем корпус, расположенную внутри корпуса жаровую трубу и размещенный между корпусом и жаровой трубой трубчатый змеевик для пропуска нагреваемой среды, в котором жаровая труба выполнена в виде вертикального прямоугольного короба, отношение высоты которого к ширине составляет не менее восьми, а трубы змеевика расположены в плоскостях, параллельных вертикальным стенкам короба, причем корпус имеет форму, подобную форме короба, а между змеевиком и стенками короба установлена термосифонная перегородка.

Недостатком трубчатого подогревателя является то, что движение нагретых потоков промежуточного теплоносителя вдоль трубчатого змеевика происходит сверху вниз, что вызывает температурные потери и, как следствие, снижает процесс интенсификации теплообмена.

Известен также подогреватель жидкости (авт. св. СССР 1668827, МКИ: F 24 Н 1/14, 10.05.89 г.), содержащий корпус, заполненный жидким промежуточным теплоносителем, погруженный в горизонтальную трубу, выполненную с, по крайней мере, одним вертикальным каналом, стенки которого скреплены кромкой с трубой, и источник тепла, в котором канал выполнен в форме щели с боковыми стенками, расположенными продольно по оси трубы.

Как варианты, в подогревателе жидкости:
- боковые стенки канала плоские;
- каждая боковая стенка выполнена, по крайней мере, с одним гофром с заданной длиной волны, расположенным продольно оси трубы;
- гофр одной боковой стенки расположен со смещением по вертикали относительно гофра другой боковой стенки на половину длины волны;
- по крайней мере, один гофр выполнен в виде дуги окружности, расположенной концентрично трубе;
- боковые стенки канала с наружной стороны снабжены продольными ребрами;
- боковые стенки канала с внутренней стороны снабжены поперечными ребрами;
- поперечные ребра общие для обеих боковых стенок канала.

Недостатками этого подогревателя жидкости являются сложность изготовления горизонтальных труб с приведенными вариантами конструкций вертикальных каналов и неиспользование тепла в верхней части корпуса подогревателя, что снижает его коэффициент полезного действия.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является подогреватель газа (патент РФ 2064123, МКИ: F 22 В 7/00, 13.02.92 г., прототип), содержащий бак-расширитель, снабженный нагревателем газа горизонтальный корпус, заполненный жидким теплоносителем и разделенный профильными листами, установленными с сужением в верхней части на наружный опускной отсек между боковыми стенками корпуса и листами, и внутренний подъемный отсек, в котором размещены жаровая труба, подключенная к горелочному устройству, и установленный под ней дымогарный пучок труб, подключенный к дымовой трубе, в котором нагреватель газа выполнен в виде двух модулей, установленных в опускном отсеке в зоне сужения профильных листов по обе стороны оси подъемного отсека, а жаровая труба вдоль нижней и верхней образующей снабжена соответственно натекателями и стекателями потока теплоносителя.

К недостаткам этого подогревателя газа следует отнести:
- подведение топливного газа к горелочному устройству без предварительного подогрева;
- усложнение конструкции, обусловленное наличием подвесок и расчалок для удержания профильных листов в необходимом пространственном положении, а следовательно, увеличение соответствующих материальных затрат.

Целью изобретения является использование температурного потенциала подогревателя и интенсификация процесса теплообмена.

Поставленная цель достигается тем, что подогреватель жидких и газообразных сред, содержащий корпус, заполненный жидким промежуточным теплоносителем, и расположенные внутри него трубный пучок нагреваемого продукта, жаровую трубу, подключенную к горелочному устройству, и установленный над ней пучок дымогарных труб, соединенных с дымовой трубой, снабжен продуктовой камерой для ввода и вывода жидких и газообразных сред, которая соединена с трубным пучком нагреваемого продукта, в его корпус, заполненный жидким промежуточным теплоносителем, введен змеевик подогрева топливного газа, а жаровая труба в нижней части снабжена двумя прямоугольными листами, расположенными по касательной к ее поверхности, с углом разворота и шириной, обеспечивающими охват зоны расположения пучка дымогарных труб, и длиной, равной длине жаровой трубы, при этом дымогарные трубы выполнены с пластинчатыми элементами, которые расположены по всей длине труб и прикреплены под углом к их поверхности.

Снабжение подогревателя продуктовой камерой для ввода и вывода жидких и газообразных сред, которая соединена с трубным пучком нагреваемого продукта, позволило использовать его для подогрева жидких и газообразных сред.

Введение в корпус подогревателя, заполненного жидким промежуточным теплоносителем, змеевика подогрева топливного газа позволило повысить температуру топливного газа до подачи его в горелочное устройство, что увеличивает использование температурного потенциала заявляемого подогревателя.

Снабжение жаровой трубы в ее нижней части двумя прямоугольными листами, расположенными по касательной к ее поверхности, с углом разворота и шириной, обеспечивающими охват зоны расположения пучка дымогарных труб, и длиной, равной длине трубы, увеличивает использование температурного потенциала заявляемого подогревателя.

Выполнение дымогарных труб с пластинчатыми элементами, которые расположены по всей длине труб и прикреплены под углом к их поверхности, увеличивает площадь теплоотдачи и интенсифицирует процесс теплообмена.

Заявителю не известны конструкции подогревателей жидких и газообразных сред, в которых бы поставленная цель достигалась подобным образом.

На фигуре 1 изображен подогреватель жидких и газообразных сред.

На фигуре 2 - разрез А - А на фигуре 1.

На фигуре 3 - узел Б на фигуре 2.

Подогреватель жидких и газообразных сред содержит корпус 1, установленный на раме 2 и заполненный жидким промежуточным теплоносителем 3. В верхней части корпуса 1 установлены змеевик 4 для нагрева топливного газа и трубный пучок 5 для нагревания продукта (жидкости или газа). Змеевик 4 снабжен патрубками 6 и 7 соответственно для входа и выхода топливного газа. Трубный пучок 5 соединен с продуктовой камерой 8, прикрепленной к корпусу 1 и снабженной патрубками 9 и 10 соответственно для входа и выхода продукта. В нижней части корпуса 1 расположена жаровая труба 11, соединенная одним концом через корпус 1 с горелочным устройством 12, а другим концом с камерой поворота 13. Между камерой поворота 13 и торцевой стенкой корпуса 1 установлены дымогарные трубы 14. Жаровая труба 11 в нижней части снабжена двумя прямоугольными листами 15, расположенными по касательной к ее поверхности, с углом разворота и шириной, обеспечивающими охват зоны расположения пучка дымогарных труб 14, и длиной, равной длине жаровой трубы 11. К поверхности дымогарных труб 14 прикреплены по всей их длине и под заданным углом пластинчатые элементы 16. Внутренние полости дымогарных труб сходятся в короб 17. К коробу 17 присоединена дымовая труба 18. В верхней части корпус 1 снабжен патрубками 19 и 20 соответственно для входа и выхода промежуточного теплоносителя 3, а в нижней части - дренажным патрубком 21.

Подогреватель работает следующим образом.

Перед пуском подогревателя пространство корпуса 1 по входному патрубку 19 заполняют жидким промежуточным теплоносителем 3. Через входной патрубок 6 подают топливный газ в змеевик 4, нагревают теплом жидкого теплоносителя 3 и подают нагретый топливный газ из змеевика 4 через выходной патрубок 7 в горелочное устройство 12. В продуктовую камеру 8 через входной патрубок 9 подают холодный жидкий или газообразный продукт. Из продуктовой камеры продукт направляют в трубный пучок 5, в котором его нагревают теплом жидкого промежуточного теплоносителя 3. Нагревание жидкого промежуточного теплоносителя осуществляют посредством тепла, полученного при сжигании жидкого или газообразного топлива в горелочном устройстве 12. Образовавшиеся продукты сгорания проходят последовательно жаровую трубу 11, камеру поворота 13 и дымогарные трубы 14 и отдают свое тепло жидкому промежуточному теплоносителю 3. Для увеличения площади теплоотдачи дымогарные трубы 14 выполнены с пластинчатыми элементами 16, расположенными по всей длине труб и прикрепленными под углом к их поверхности.

Для более полного использования температурного потенциала жаровой трубы 11 ее нижняя часть снабжена двумя прямоугольными листами 15, расположенными по касательной к ее поверхности, с углом разворота и шириной, обеспечивающими охват зоны расположения пучка дымогарных труб 14, и длиной, равной длине жаровой трубы 11. Теплые потоки жидкого промежуточного теплоносителя 3 от жаровой трубы 11 поднимаются вверх в направлении, которое формируется листами 15. В зону воздействия этих тепловых потоков попадают дымогарные трубы 14, трубный пучок 5 с продуктом и змеевик 4 с топливным газом.

Тепловые потоки жидкого промежуточного теплоносителя, проходя между дымогарными трубами 14 с пластинчатыми элементами 16, турбулизуются. Таким образом, создается системная циркуляция жидкого промежуточного теплоносителя 3, которая противодействует образованию застойных зон и способствует интенсификации теплообмена.

После нагрева до заданной температуры жидкого или газообразного продукта в трубном пучке 5 продукт по выходному патрубку 10 направляют потребителю. Продукты сгорания с короба 17 выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 18.

Благодаря снабжению подогревателя продуктовой камерой для ввода и вывода жидких и газообразных сред, которая соединена с трубным пучком нагреваемого продукта, введению в его корпус, заполненный жидким промежуточным теплоносителем, змеевика подогрева топливного газа и снабжению жаровой трубы в нижней части двумя прямоугольными листами, расположенными по касательной к ее поверхности, с углом разворота и шириной, обеспечивающими охват зоны расположения пучка дымогарных труб, и длиной, равной длине жаровой трубы, и увеличению наружных поверхностей дымогарных труб за счет прикрепления к ним по всей длине и под углом пластинчатых элементов обеспечивается возможность подогрева как жидкого, так и газообразного продукта, достигается наиболее полное использование температурного потенциала заявляемого подогревателя. Кроме того, конструкция дымогарных труб обеспечивает при прохождении тепловых потоков между ними образование, своего рода, вихревого эффекта, вызывающего турбулизацию в полости корпуса подогревателя, что и создает системную циркуляцию жидкого промежуточного теплоносителя, которая противодействует образованию застойных зон и способствует интенсификации теплообмена в подогревателе.

Реферат

Изобретение предназначено для применения в подогревателях с жидким теплоносителем в газовой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Подогреватель жидких и газообразных сред содержит корпус, заполненный жидким промежуточным теплоносителем, и расположенные внутри него трубный пучок нагреваемого продукта, змеевик подогрева топливного газа, жаровую трубу, подключенную к горелочному устройству, и установленный над ней пучок дымогарных труб, соединенных с дымовой трубой. Жаровая труба подогревателя в нижней части снабжена двумя прямоугольными листами, расположенными по касательной к ее поверхности, с углом разворота и шириной, обеспечивающими охват зоны расположения пучка дымогарных труб, и длиной, равной длине жаровой трубы, а дымогарные трубы выполнены с пластинчатыми элементами, которые расположены по всей длине труб и прикреплены под углом к их поверхности. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс теплообмена. 3 ил.

Формула