ПОДОГРЕВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к устройствам для подогрева газов или жидкостей, а именно к устройствам для низкотемпературного нагрева, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например, в газовой - для подогрева природного газа на входе газораспределительных станций с целью предотвращения процесса гидратообразования.
Известен подогреватель газа (патент на изобретение РФ №2061200, МПК F27B5/00), содержащий радиантную и конвективную камеры, разделенные вертикальной перевальной стенкой, трубчатые змеевики, размещенные вертикальными рядами в радиантной и конвективной камерах, излучающие горелки. Перевальная стенка установлена в зазоре между соседними вертикальными рядами труб радиантной и конвективной камер и выполнена из жаростойкого материала с высокой излучающей способностью.
Однако, эффективность данной конструкции невелика из-за неравномерности обогрева труб по периметру и длине. Кроме того, наличие специального средства для отвода конденсата водяных паров снижает надежность конструкции.
Известен также подогреватель газа (патент на изобретение РФ №2140045, МПК F24H3/00), содержащий источник греющей среды, кожухотрубный теплообменник с радиационнойсекцией,экранированнойтеплообменнымитрубами,
равнорасположенными относительно внутренней стенки кожуха, дымовую трубу, коллекторы входа и выхода нагреваемой среды, внутренний конвективный пучок теплообменных труб, равнорасположенных по радиусам, коаксиальным радиусу расположения экранных труб, при этом все трубы представляют собой вставленные друг в друга трубы, внешние из которых выполнены с глухим концом, обращенным в сторону горелочного устройства, а с другого конца, за пределами дымового короба, рабочие полости каждой из теплообменных труб сообщены съемными патрубками с тороидальными коллекторами входа и выхода нагреваемой среды.
Однако, эффективность данной установки невелика из-за вероятного образования конденсата в дымовом канале. Установка имеет высокую металлоемкость и значительные габариты из-за неравномерности обогрева труб по длине и периметру, требует больших затрат на изготовление, в том числе, из-за применения дорогостоящих жаропрочного сплава и наружного теплоизоляционного материала.
Известен также подогреватель газа (патент на изобретение РФ №2168121, МПК F24H3/08), содержащий горелочное устройство, дымовую трубу, коллекторы входа и выхода нагреваемой среды, теплообменный модуль в виде вставленных одна в другую труб, внешние из которых выполнены с глухим концом, обращенным в сторону горелочного устройства, а с другого конца за пределами дымового короба рабочие полости каждой из труб сообщены двумя съемными патрубками с коллекторами входа и выхода. По всей длине теплообменного модуля размещен дополнительный внутренний пояс экранирующих труб, коаксиальный наружному поясу труб, при этом трубы в радиальном направлении движения греющей среды расположены в шахматном порядке.
Недостатком данной конструкции является недостаточная эффективность из-за вероятного образования конденсата в дымовом канале. Кроме того, установка имеет высокую металлоемкость, значительные габариты, а также низкий коэффициент полезного действия.
Наиболее близким к заявленному является подогреватель газа (св-во на полезную модель РФ № 27194 МПК F24H3/08), содержащий кольцевую горелку, дымовую трубу, входной и выходной газовые коллекторы, теплообменный модуль, расположенный в корпусе и выполненный в виде коаксиально расположенных внутренней трубы и внешней, заглушенной со стороны горелочного устройства, цилиндрический вкладыш для разделения воздушного и дымового потоков, внутреннюю и внешнюю цилиндрические обечайки, образующие горелочный тоннель и расположенные между цилиндрическим вкладышем и теплообменным модулем в нижней части корпуса.
Недостатком данной конструкции является малая поверхность теплосъема в самой высокотемпературной зоне горения и малоразвитая поверхность теплообмена нагреваемой среды, что существенно снижает эффективность работы установки.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности работы устройства за счет увеличения поверхности теплообмена и максимального использования теплового потока от горелочного устройства.
Поставленная задача достигается созданием наилучших условий для обеспечения максимального теплового потока к нагреваемой среде, а также за счет создания более развитой поверхности отбора тепла из зоны горения. Это обеспечивается расположением горелочного устройства внутри теплообменного модуля, созданием каналов в теплообменном модуле, введением дополнительного теплообменного элемента в зону максимального теплового потока, наличием ребер в кольцевом пространстве теплообменного модуля.
Для решения поставленной задачи в подогревателе, содержащем корпус с расположенными в нем горелочным устройством, каналом для подвода воздуха к нему, теплообменным модулем, включающим коаксиально расположенные внутреннюю и внешнюю трубы, горелочным тоннелем, входной и выходной коллекторы, дымовую трубу, согласно предлагаемого решения, теплообменный модуль имеет каналы, расположенные в полости между внутренней и внешней трубой и последовательно сообщающиеся между собой, при этом полость между внутренней и внешней трубой с противоположных сторон выполнена заглушенной, горелочный тоннель размещен внутри теплообменного модуля, а канал для подвода воздуха образован внешней трубой теплообменного модуля и боковой стенкой корпуса.
Каналы теплообменного модуля образованы посредством перегородок, ориентированных в осевом направлении.
Входной и выходной коллекторы расположены со стороны горелочного устройства и соединены с каналами теплообменного модуля.
Перегородки теплообменного модуля снабжены отверстиями для последовательного сообщения каналов.
Теплообменный модуль содержит дополнительный теплообменный элемент, расположенный в полости внутренней трубы теплообменного модуля и соединяющий его каналы.
Подогреватель содержит шибер, расположенный в канале для подвода воздуха вблизи горелочного устройства.
Теплообменнный модуль содержит ребра для увеличения теплообменной поверхности, расположенные между внутренней и внешней трубой и закрепленные на поверхности внутренней трубы.
Стенки корпуса выполнены с теплоизоляцией.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где представлены на фиг.1 -заявляемое устройство (продольный разрез); на фиг.2, 3 заявляемое устройство (поперечный разрез А-А и Б-Б соответственно); на фиг.4, 5 вариант выполнения подогревателя с дополнительным теплообменным элементом (продольный и поперечный разрезы соответственно).
Позициями на чертежах обозначены: 1 - корпус, 2 - горел очное устройство, 3 теплообменный модуль, 3 - внутренняя труба, 4 - внешняя труба, 5,6 - заглушки, 7 перегородки, 8 - каналы теплообменного модуля, 9 - горелочный тоннель, 10 - канал для подвода воздуха, 11 - шибер, 12 - входной коллектор, 13 - выходной коллектор, 14 дымовая труба , 15 - ребра теплообменного модуля, 16 - отверстия в перегородках, 17 дополнительный теплообменный элемент.
Подогреватель содержит: корпус, например, цилиндрический 1, стенки которого выполнены с теплоизоляцией, в котором расположены горел очное устройство 2, теплообменный модуль, состоящий из коаксиально расположенных внутренней 3 и внешней 4 труб, в кольцевом пространстве которых находятся заглушки 5 и 6 и перегородки 7, образующие каналы 8 протока подогреваемой среды, последовательно сообщаемые между собой, горелочный тоннель 9, расположенный в полости внутренней трубы 3 теплообменного модуля, канал 10 для подвода воздуха к горелочному устройству 2, образованный боковой стенкой корпуса 1 и внешней трубой теплообменного модуля 4, в котором со стороны горелочного устройства расположен шибер 11. Подогреватель содержит также входной 12 и выходной 13 коллекторы, ориентированные перпендикулярно по отношению к теплообменному модулю и подсоединены со стороны горелочного устройства 2 к каналам подогреваемой среды 8. Теплообменный модуль соединен с дымовой трубой 14. Для увеличения площади теплообмена подогреваемой среды теплообменный модуль содержит ребра 15, расположенные вдоль наружной поверхности внутренней трубы 3.
Последовательное сообщение каналов протока подогреваемой среды в тешюобменном модуле может быть выполнено или посредством отверстий 16 в перегородках 7 или посредством дополнительных теплообменник элементов 17, расположенных в полости внутренней трубы 3.
Подогреватель, например, газа, работает следующим образом. Подогреваемый газ через входной коллектор 12 поступает в каналы 8 кольцевого пространства между внутренней 3 и внешней 4 трубами теплообменного модуля. Пройдя последовательно через все каналы, сообщающиеся между собой при помощи отверстия 16 или при помощи дополнительных тешюобменных элементов 17, подогретый газ поступает в выходной коллектор 13, а затем в обвязочные трубопроводы (на чертежах не показаны) и на редуцирование в газораспределительную станцию или к потребителю.
Обогрев внутренней 3 и внешней 4 труб теплообменного модуля осуществляется тепловым излучением горелочного тоннеля 9 горелки 2, при этом расположение горелки внутри теплообменного модуля обеспечивает его обогрев изнутри. Кроме этого, в конструкции предусмотрено увеличение длины пути, проходимого потоком подогреваемой среды в процессе теплообмена за счет наличия в конструкции теплообменного модуля нескольких, например четырех перегородок 7, образующих каналы теплообмена, увеличение площади теплообмена за счет наличия ребер 15, а также
предусмотрена возможность установки в полости внутренней трубы 3 дополнительных теплообменных элементов 17, например, в виде змеевиков, которые обогреваются как излучением горелочного тоннеля 9, так и потоком продуктов горения перемещающихся от горелки 2 в горелочный тоннель 9 и из горелочного тоннеля 9 к дымовой трубе 14. Поддержание необходимого по технологии температурного режима осуществляется путем сжигания топлива, подаваемого на горелку 2. Топливо поступает в горелочный тоннель 9, в котором смешивается с воздухом, поступающим по каналу, образованному внутренней поверхностью теплоизоляционной стенки корпуса 1 и наружной поверхностью внешней трубы 4 теплообменного модуля. Количество расходуемого воздуха на горение регулируется шибером 11.
Предлагаемый подогреватель имеет, по сравнению с известными аналогами, большую производительность за счет более развитой поверхности теплообмена. Кроме того, в заявляемом устройстве более рационально используется тепло от сгораемого топлива, за счет нагрева теплообменного модуля изнутри. Расположение шибера рядом с горелкой упрощает регулировку расхода воздуха для поддержания оптимального процесса горения топлива.