RU2842834C1 - Модульный термомасляный теплогенератор вертикального типа - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплогенераторах для нагрева высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ). В теплогенераторе, содержащем цилиндрический корпус с теплоизоляцией, двухходовой змеевик и горелочный блок, установленный на крышке корпуса, между теплоизоляционным слоем и корпусом образована воздушная рубашка для подогрева дутьевого воздуха для горелки с присосом через перфорированную нижнюю стенку; на дне камеры сгорания расположен отражатель. Внутренняя спираль змеевика имеет разреженный шаг в нижней части, а наружная спираль змеевика - в верхней части; в нижней части теплогенератора расположен горизонтальный коллектор для сбора охлажденных дымовых газов, а для подвода и отвода теплоносителя теплогенератор снабжен горизонтальными коллекторами, расположенными над ним. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к теплогенераторам малой мощности и может использоваться в качестве самостоятельной установки, либо в качестве модуля для нагрева высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ).

Областями применения данного изобретения в промышленности являются: малотоннажное химическое производство полиэтиленгликоля, полипропиленгликоля, аминоспиртов и пр; нефтехимические производства (подогрев и обезвоживание сырца или тяжелых фракций нефтепродуктов, разогрев мазута и битума в нефтехранилищах, ускорение химических реакций); бумажная и деревообрабатывающая промышленность (сушилки бумаги и древесины, горячие прессы и цилиндры); асфальто-бетонные минизаводы (асфальтосмесительные установки, обогрев оборудования битумохранилища, разогрев перед наливом в автогудронаторы и автобитумовозы); нанесение защитных покрытий и другие виды погружной обработки изделий; строительство (производство вязких кровельных материалов и гипса, термическая обработка кирпичей, нагрев бетона и смесей); медицинская и фармацевтическая промышленность (стерилизация); отопление и технологические нужды (мобильные котельные в условиях Крайнего севера, термические процессы, печи, автоклавы).

Уровень техники

Известны конструкции теплогенераторов, в которых используют пассивные средства управления потоками дымовых газов с целью продления времени их контакта с тепловоспринимающей поверхностью змеевика, а также с целью уменьшения гидравлического сопротивления газового тракта. В первом случае (патент США US10495343B2 – 2019 г.) на змеевик навинчивают два экрана (внутренний и внешний), увеличивая площадь поверхности теплообмена, во втором (патент США US10724762B2 – 2020 г.) – используют направляющее устройство, располагаемое в нижней части камеры сгорания.

Известна конструкция теплогенератора змеевикового типа (патент США US8955467B1 – 2015 г.), в камере сгорания которого размещен вторичный излучатель в форме перфорированного конуса. Нагретая до температуры, близкой к температуре факела, поверхность конуса является более интенсивными излучателем нежели сам факел за счет большего коэффициента излучения.

Известна конструкция теплогенератора змеевикового типа (патент США US8656867B2 – 2014 г.) в нижней части камеры сгорания которого размещен накопительный бак для вторичного подогрева теплоносителя, который также выполняет роль теплового экрана для нижней стенки камеры сгорания.

Недостатками этих изобретений являются пассивная теплоизоляция корпуса теплогенератора и необходимость использования внешнего рекуператора для подогрева дутьевого воздуха с целью повышения эффективности теплогенератора.

Известны конструкции теплогенераторов с одно- и двухконтурными водяными рубашками, предназначенные для снижения теплопотерь через корпус и предварительного подогрева теплоносителя. В теплогенераторе с одноконтурной водяной рубашкой (патент РФ RU89623U1 – 2009 г.) нагрев теплоносителя осуществляют последовательно в едином контуре высокого давления: предварительный нагрев в рубашке и основной нагрев в змеевике. В теплогенераторе с двухконтурной водяной рубашкой (патент РФ RU2515877C2 – 2014 г.) возможен как двухступенчатый нагрев теплоносителя, так и раздельный нагрев двух различных теплоносителей под различными давлениями.

Недостатком этих изобретений является необходимость использования внешнего рекуператора для подогрева дутьевого воздуха с целью повышения эффективности теплогенератора.

Известен модульный принцип построения теплотехнического оборудования (патент США US11015854B2 – 2021 г.), который позволяет объединить преимущества стандартизации элементов (модулей) и возможности гибкой конфигурации (компоновки и общей мощности установки).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является вертикальный термомасляный теплогенератор змеевикового типа, состоящий из цилиндрического корпуса и двухходового змеевика из гладких труб, образующих единый контур для движения нагреваемого ВОТ. Для снижения тепловой нагрузки на верхнюю крышку котла, на которой устанавливают горелочный блок, радиус закрутки внутренней спирали змеевика сокращают в верхней его части, образуя конический экран (патент Китая CN103727670A – 2014 г.) – принято за прототип.

Недостатком этого устройства является пассивное охлаждение корпуса за счет теплоизоляционного слоя. Это снижает эффективность теплогенератора, т.к. исключается возможность подогрева дутьевого воздуха.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом изобретения является повышение энергетической эффективности и обеспечение гибкости конфигурации теплогенератора, позволяющей изменять его мощностные возможности при использовании.

 Указанный результат достигается тем, что известный теплогенератор с тремя ходами дымовых газов, включающий вертикальный цилиндрический корпус с теплоизоляцией, двухходовой змеевик из гладких или продольно-оребренных труб и горелочный блок с факелом направленным вертикально вниз, установленный на крышке цилиндрического корпуса, и теплоизоляцию, отличающийся тем, что он снабжён воздушной рубашкой, расположенной между теплоизоляционным слоем и цилиндрическим корпусом и предназначенной для подогрева дутьевого воздуха для горелки с присосом через перфорированную нижнюю стенку; на дне камеры сгорания расположен сменный отражатель конической или сегментной формы; внутренняя спираль змеевика имеет разреженный шаг в нижней своей части, наружная спираль змеевика имеет разреженный шаг в верхней своей части; в нижней части теплогенератора расположен горизонтальный коллектор для сбора охлажденных дымовых газов, а для подвода и отвода теплоносителя теплогенератор снабжён горизонтальными коллекторами, расположенными над ним. При этом к каждому коллектору может быть подключено более одного теплогенератора.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен разрез теплогенератора, где 1 – коллектор отбора; 2 – коллектор подачи; 3 – теплоизоляционный слой; 4 – цилиндрическая стенка корпуса; 5 – коллектор дымовых газов; 6 – воздушная рубашка; 7 – перфорация; 8 – сменный отражатель; 9 – основание корпуса; 10 – кольцевые газоходы; 11 – наружная спираль змеевика; 12 – внутренняя спираль змеевика; 13 – горелочный блок; 14 – воздушный коллектор.

На фиг. 2 представлен комплекс из двух теплогенераторов, подключенных параллельно, где 1 – коллектор отбора; 2 – коллектор подачи; 5 – коллектор дымовых газов; 14 – воздушный коллектор; 15 – нагнетатель.

Модульный термомасляный теплогенератор вертикального типа содержит корпус, состоящий из герметично сваренных между собой цилиндрической стенки корпуса 4, крышки (на фигуре не показана) и основания корпуса 9. В корпусе расположен змеевик, состоящий из сваренных наружной спирали змеевика 11 и внутренней спирали змеевика 12. Внутренняя спираль змеевика 12 имеет разреженный шаг в нижней своей части и соединительным патрубком приварена к коллектору отбора 1, а наружная спираль змеевика 11, имеющая разреженный шаг в верхней своей части, – к коллетору подачи 2. На основании корпуса 9 расположен сменный отражатель 8, удерживаемый на месте силой тяжести и ограниченный в перемещении внутренней спиралью змеевика 12. Корпус теплогенератора обнесен теплоизоляционным слоем 3 с образованием зазора – воздушной рубашки 6 между корпусом и теплоизоляционным слоем 3 для движения подогреваемого дутьевого воздуха. Воздух нагнетают через перфорацию 7, выполненную в основании теплоизоляционного слоя 3. Подогретый воздух подается в воздушный коллектор 14, представляющий собой кольцевой воздуховод круглого сечения, а затем в горелочный блок 13. Факел горелки расположен концентрично по отношению к змеевику и направлен вертикально вниз. Продукты сгорания, выполнив три хода по кольцевым каналам, образованным спиралями змеевика и цилиндрической стенкой корпуса 4, отводятся из теплогенератора через коллектор дымовых газов 5.

Осуществление изобретения

Устройство работает следующим образом.

В коллектор подачи 2 нагнетают нагреваемый ВОТ, из которого он сначала спускается по наружной спирали змеевика 11, а затем поднимается по внутренней спирали змеевика 12 после чего поступает в коллектор отбора 1. По мере движения по змеевику ВОТ нагревается за счет конвективного теплообмена с дымовыми газами, двигающимися по кольцевым газоходам 10, а также за счет первичного излучения от факела и вторичного излучения сменного отражателя 8.

Нагнетатель 15, являющийся частью горелочного блока 13, создает разрежение в воздушном коллекторе 14 и воздушной рубашке 6. В результате атмосферный воздух через перфорацию 7 в теплоизоляционном слое 3 затягивается в воздушный коллектор 14 и, нагреваясь от цилиндрической стенки корпуса 4 и основания корпуса 9, поступает через воздушный коллектор 14 и нагнетатель 15 в горелочный блок 13. По мере движения по воздушной рубашке 6 атмосферный воздух охлаждает контактные поверхности, снимая термические напряжения в них и сокращая теплопотери через теплоизоляционный слой 3.

Дымовые газы, образующиеся в камере сгорания теплогенератора, поступают в кольцевые газоходы 10 через участки внутренней спирали змеевика 12 и наружной спирали змеевика 11 с разреженным шагом, а затем в коллектор дымовых газов 5, через который отводятся на глубокую рекуперацию, либо в атмосферу. Движение дымовых газов по кольцевым газоходам 10 в три хода обеспечивает достаточное время их контакта с тепловоспринимающими поверхностями змеевика и корпуса.

Высокая энергетическая эффективность теплогенератора определяется полнотой использования теплоты продуктов сгорания и достигается тем, что у теплогенератора имеется воздушная рубашка для подогрева дутьевого воздуха для горелки с присосом через перфорированную нижнюю стенку, на дне камеры сгорания расположен сменный отражатель конической или сегментной формы. Высокий уровень рекуперации достигается в том числе за счет ряда конструктивных решений, обеспечивающих эффективную реализацию трехходовой схемы движения проуктов сгорания в теплогенераторе, а именно: внутренняя спираль змеевика имеет разреженный шаг в нижней своей части, наружная спираль змеевика имеет разреженный шаг в верхней своей части, охлажденные дымовые газы собирают в горизонтальном коллекторе, расположенном в нижней части теплогенератора. Модульность теплогенератора обеспечивается за счет подвода и отвода теплоносителя через горизонтальные коллекторы, расположенные над теплогенератором так, что к каждому коллектору может быть подключено более одного теплогенератора.

Claims (2)

1. Теплогенератор с тремя ходами дымовых газов, включающий вертикальный цилиндрический корпус с теплоизоляцией, двухходовой змеевик из гладких или продольно-оребренных труб и горелочный блок с факелом, направленным вертикально вниз, установленный на крышке цилиндрического корпуса, и теплоизоляцию, отличающийся тем, что он снабжен воздушной рубашкой, расположенной между теплоизоляционным слоем и цилиндрическим корпусом и предназначенной для подогрева дутьевого воздуха для горелки с присосом через перфорированную нижнюю стенку; на дне камеры сгорания расположен сменный отражатель конической или сегментной формы; внутренняя спираль змеевика имеет разреженный шаг в нижней своей части, наружная спираль змеевика имеет разреженный шаг в верхней своей части; в нижней части теплогенератора расположен горизонтальный коллектор для сбора охлажденных дымовых газов, а для подвода и отвода теплоносителя теплогенератор снабжен горизонтальными коллекторами, расположенными над ним.

2. Теплогенератор по п. 1, отличающийся тем, что к каждому коллектору может быть подключено более одного теплогенератора.