RU2182679C2

RU2182679C2 - Liquid and gaseous media preheater

Info

Publication number: RU2182679C2
Application number: RU2000115920/06A
Authority: RU
Inventors: Р.М. Шайхутдинов; И.К. Гавриков; Е.А. Головляницына; А.Р. Шайхутдинов
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2002-05-20

Abstract

FIELD: preheaters with liquid heat-transfer agent; gas, chemical and oil refining industries. SUBSTANCE: liquid and gaseous media preheater has housing filled with liquid intermediate heat-transfer agent with tube bank for product to be heated arranged inside it, coil for heating fuel gas, flame tube connected to burner unit and fire tube bank located above it and connected to flame tube. Flame tube of preheater is provided with two rectangular plates in its lower portion; these plates are positioned tangentially relative to surface at angle of turn and width ensuring embracing zone of fire tube bank and length equal to length of flame tube; fire tubes are provided with plate members located over entire length of tubes and secured at angle relative to their surface. EFFECT: intensification of heat-exchange process. 3 dwg

Description

Изобретение относится к подогревателям с жидким теплоносителем, например, в виде раствора деэтиленгликоля с водой и может быть применено в газовой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности. The invention relates to heaters with a liquid coolant, for example, in the form of a solution of diethylene glycol with water and can be used in the gas, chemical and oil refining industries.

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. Known gas heater (ed. St. USSR 265906, MKI: F 28 D 15/00, 03.12.67), containing a double-walled housing with a tubular heating surface located in the space between the walls, washed by an intermediate liquid coolant, and an internal firebox with a gas duct, in which an annular chamber muffled from the end is installed with a tubular heating surface disposed therein, connected by means of nozzles to a housing for transferring an intermediate coolant, and a tubular heating surface is placed inside the annular chamber along its axis, for example, For heating fuel gas.

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. The disadvantage of this gas heater is that its body is made of two horizontal coaxial cylinders, which causes an increase in the metal consumption of the product and, consequently, a heavier and more expensive structure.

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. Known tubular gas heater (ed. St. USSR 377604, MKI: F 28 D 1/22, F 28 D 15/00, 02.26.71) for heating liquid or gaseous media, containing a housing filled with liquid intermediate heat carrier located inside a heat pipe and a tubular coil located between the body and the heat pipe to pass the heated medium, in which the heat pipe is made in the form of a vertical rectangular duct, the ratio of the height to width of which is at least eight, and the coil pipes are located in planes parallel to the vertical th walls of the box, the housing having a shape like a box, and between the coil and the duct wall baffle installed thermal siphon.

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. A disadvantage of the tubular heater is that the movement of heated flows of the intermediate coolant along the tubular coil occurs from top to bottom, which causes temperature losses and, as a result, reduces the heat transfer intensification process.

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. A liquid heater is also known (ed. St. USSR 1668827, MKI: F 24 H 1/14, 05/10/89), comprising a housing filled with a liquid intermediate coolant, immersed in a horizontal pipe made with at least one vertical a channel, the walls of which are fastened by an edge to the pipe, and a heat source, in which the channel is made in the form of a slit with side walls located longitudinally along the axis of the pipe.

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.As options, in a liquid heater:
- the side walls of the channel are flat;
- each side wall is made of at least one corrugation with a given wavelength located longitudinally to the pipe axis;
- the corrugation of one side wall is located vertically offset relative to the corrugation of the other side wall by half the wavelength;
- at least one corrugation is made in the form of an arc of a circle located concentrically to the pipe;
- the side walls of the channel from the outside are provided with longitudinal ribs;
- the side walls of the channel from the inside are provided with transverse ribs;
- transverse ribs common to both side walls of the channel.

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. The disadvantages of this fluid heater are the difficulty of manufacturing horizontal pipes with the above designs of the vertical channels and the non-use of heat in the upper part of the heater body, which reduces its efficiency.

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. The closest in technical essence to the proposed device is a gas heater (RF patent 2064123, MKI: F 22 7/00, 02/13/92, prototype), containing a tank expander, equipped with a gas heater, a horizontal housing filled with a liquid coolant and divided profile sheets installed with a narrowing in the upper part to the outer lowering compartment between the side walls of the casing and the sheets, and the internal lifting compartment, which houses the heat pipe connected to the burner device, and smoke installed under it a pipe bundle connected to a chimney, in which the gas heater is made in the form of two modules installed in the lowering compartment in the narrowing zone of the profile sheets on both sides of the axis of the lifting compartment, and the flame tube along the lower and upper generatrix is equipped with leakages and drains of the coolant flow, respectively .

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.The disadvantages of this gas heater are:
- supplying fuel gas to the burner without preheating;
- the complexity of the design, due to the presence of suspensions and braces to hold the profile sheets in the required spatial position, and consequently, an increase in the corresponding material costs.

Целью изобретения является использование температурного потенциала подогревателя и интенсификация процесса теплообмена. The aim of the invention is the use of the temperature potential of the heater and the intensification of the heat transfer process.

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. This goal is achieved by the fact that the heater of liquid and gaseous media, comprising a housing filled with a liquid intermediate coolant, and a tube bundle of a heated product located inside it, a flame tube connected to the burner device and a beam of smoke tubes connected to the chimney mounted above it, equipped with a product chamber for input and output of liquid and gaseous media, which is connected to the tube bundle of the heated product, in its body, filled with a liquid intermediate coolant , a fuel gas heating coil was introduced, and the flame tube in the lower part is provided with two rectangular sheets tangential to its surface, with a pivot angle and a width that cover the area of the smoke tube bundle and a length equal to the length of the flame tube, while the smoke tubes the pipes are made with plate elements that are located along the entire length of the pipes and are attached at an angle to their surface.

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. The supply of the heater with a product chamber for input and output of liquid and gaseous media, which is connected to the tube bundle of the heated product, made it possible to use it for heating liquid and gaseous media.

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. The introduction into the body of the heater, filled with a liquid intermediate coolant, a heating coil of fuel gas allowed to increase the temperature of the fuel gas before it is fed into the burner device, which increases the use of the temperature potential of the inventive heater.

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. The supply of the flame tube in its lower part with two rectangular sheets located tangentially to its surface, with a pivot angle and a width that provides coverage of the area of the smoke tube bundle and a length equal to the length of the pipe, increases the use of the temperature potential of the inventive heater.

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. The implementation of smoke tubes with plate elements, which are located along the entire length of the pipes and are attached at an angle to their surface, increases the heat transfer area and intensifies the heat transfer process.

Заявителю не известны конструкции подогревателей жидких и газообразных сред, в которых бы поставленная цель достигалась подобным образом. The applicant is not aware of the design of heaters for liquid and gaseous media in which the goal would be achieved in a similar way.

На фигуре 1 изображен подогреватель жидких и газообразных сред. The figure 1 shows a heater for liquid and gaseous media.

На фигуре 2 - разрез А - А на фигуре 1. In figure 2 is a section a - a in figure 1.

На фигуре 3 - узел Б на фигуре 2. In figure 3 - node B in figure 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. The heater for liquid and gaseous media contains a housing 1 mounted on a frame 2 and filled with a liquid intermediate coolant 3. In the upper part of the housing 1 there is a coil 4 for heating the fuel gas and a tube bundle 5 for heating the product (liquid or gas). The coil 4 is equipped with nozzles 6 and 7, respectively, for the entry and exit of fuel gas. The tube bundle 5 is connected to the product chamber 8, attached to the housing 1 and equipped with nozzles 9 and 10, respectively, for the entrance and exit of the product. In the lower part of the housing 1 there is a heat pipe 11, connected at one end through the housing 1 to the burner 12, and the other end to the rotation chamber 13. Between the rotation chamber 13 and the end wall of the housing 1 smoke tubes are installed 14. The heat pipe 11 is provided in the lower part two rectangular sheets 15, located tangentially to its surface, with a pivot angle and width, providing coverage of the area of the beam of smoke tubes 14, and a length equal to the length of the flame tube 11. To the surface of the smoke tubes 14 are attached along to this their length and at a given angle, the plate elements 16. The internal cavities of the smoke tubes converge into a duct 17. A chimney 18 is connected to the duct 17. In the upper part, the housing 1 is equipped with nozzles 19 and 20, respectively, for entering and leaving the intermediate coolant 3, and in the lower parts - drainage pipe 21.

Подогреватель работает следующим образом. The heater operates as follows.

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. Before starting the heater, the space of the housing 1 through the inlet pipe 19 is filled with a liquid intermediate coolant 3. Through the inlet pipe 6, fuel gas is supplied to the coil 4, heated by heat of the liquid coolant 3 and the heated fuel gas is supplied from the coil 4 through the outlet pipe 7 to the burner device 12. B the product chamber 8 through the inlet pipe 9 serves cold liquid or gaseous product. From the product chamber, the product is sent to the tube bundle 5, in which it is heated with the heat of the liquid intermediate heat carrier 3. The heating of the liquid intermediate heat carrier is carried out by the heat obtained by burning liquid or gaseous fuel in the burner device 12. The resulting combustion products pass sequentially through the heat pipe 11, the chamber turn 13 and smoke tubes 14 and give their heat to the liquid intermediate coolant 3. To increase the area of heat transfer smoke tubes 14 are made with astinchatymi elements 16 disposed across the length of the tubes and attached at an angle to their surface.

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. For a more complete use of the temperature potential of the flame tube 11, its lower part is provided with two rectangular sheets 15 located tangentially to its surface, with a pivot angle and width, providing coverage of the area of the beam of smoke tubes 14, and a length equal to the length of the flame tube 11. Warm the flows of the liquid intermediate coolant 3 from the flame tube 11 rise up in the direction that is formed by the sheets 15. Smoke tubes 14, a tube bundle 5 with product volume and coil 4 with fuel gas.

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. The heat flows of the liquid intermediate coolant passing between the smoke tubes 14 with plate elements 16 are turbulized. Thus, a systemic circulation of the liquid intermediate coolant 3 is created, which counteracts the formation of stagnant zones and contributes to the intensification of heat transfer.

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. After heating the liquid or gaseous product in the tube bundle 5 to a predetermined temperature, the product is sent to the consumer through the outlet pipe 10. The combustion products from the duct 17 are released into the atmosphere through the chimney 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. By supplying the heater with a product chamber for introducing and discharging liquid and gaseous media, which is connected to the tube bundle of the heated product, introducing into its body, filled with liquid intermediate coolant, a heating coil for fuel gas and supplying the flame tube in the lower part with two rectangular sheets tangentially tangent to its surface, with a pivot angle and width, providing coverage of the area of the beam of smoke tubes, and a length equal to the length of the flame tube, and an increase in the outer erhnostey fire tubes by attaching to them throughout the length and angle of the plate elements it is possible to preheat both liquid and gaseous product is achieved the most complete use of the claimed thermal capacity heater. In addition, the design of the smoke tubes ensures the formation of a kind of vortex effect during the passage of heat flows between them, causing turbulence in the cavity of the heater body, which creates a systemic circulation of the liquid intermediate heat carrier, which counteracts the formation of stagnant zones and helps to intensify heat transfer in the heater.

Claims

A heater for liquid and gaseous media, comprising a housing filled with a liquid intermediate coolant, and a tube bundle of a heated product located inside it, a flame tube connected to the burner device and a beam of smoke tubes connected above it connected to the chimney, characterized in that it is provided a food coil for introducing and discharging liquid and gaseous media, which is connected to the tube bundle of the heated product, is inserted into the housing filled with a liquid intermediate coolant heating of the fuel gas, and the fat pipe in the lower part is provided with two rectangular sheets located tangentially to its surface, with a pivot angle and a width providing coverage of the area of the beam of smoke tubes, and a length equal to the length of the flame tube, while the smoke tubes are made with lamellar elements that are located along the entire length of the pipes and are attached at an angle to their surface.