Подогреватель газа

 

Сущность изобретения: подогреватель включает радиантную и конвективную камеры и перевальную стенку, причем последняя выполнена из жаростойкого материала с высокой излучательной способностью и расположена в зазоре между соседними вертикальными рядами труб радиантного и конвективного змеевика, причем толщина перевальной стенки не превышает 0,1 диаметра труб змеевика, его внутренняя оболочка выполнена из тонкостенного жаростойкого материала с высокой излучательной способностью, а зазор между внутренней оболочкой и наружной обшивкой подогревателя заполнен легковесным теплоизоляционным материалом. Соединение перевальной стенки с внутренней оболочкой подогревателя осуществляется посредством затвора, заполненного жаростойким уплотнителем. На стене радиантной камеры размещены излучающие горелки с перфорированным металлическим излучателем. Подовая часть оболочки снабжена средством для отвода конденсата водяных паров. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к теплотехническому оборудованию, в частности к трубчатым печам для нагрева газовых, газожидкостных и жидких технологических сред. Преимущественной областью использования изобретения является нагрев газовых сред с низкой начальной температурой.

Известна трубчатая печь, содержащая радиантную и конвективную камеры, внутри которых расположены тепловоспринимающие поверхности, состоящие из трубных змеевиков (а.с. СССР N 174307, кл. F 27 B 5/00, 27.08.65). В радиантной камере печи размещены горелки, которые обеспечивают лучистый обогрев тепловоспринимающих поверхностей радиантной камеры.

Недостатками известной конструкции являются значительная материалоемкость (на единицу теплопроизводительности), нетехнологичность изготовления и монтажа и большая тепловая инерционность, обусловленные применением фасонных огнеупоров в футеровке печи. Отсутствуют также технические решения по отводу конденсата водяных паров (образующегося при низкотемпературном нагреве) с подовой поверхности трубчатой печи.

Известна также трубчатая печь (Трубчатые печи. Каталог. М. ЦИНТИхимнефтемаш, 1973, с. 19), имеющая радиантную и конвективную камеры, разделенные вертикальной перевальной стенкой, выполненной из шамотного кирпича. Трубчатая печь оснащена излучающими (беспламенными панельными) горелками, размещенными на фронтальной стенке печи, и трубчатым змеевиком, выполненным в виде экранов. Вблизи перевальной стенки установлен настенный трубный экран, плоскость которого параллельна перевальной стенке. Кроме того, подовый и сводовый трубные экраны, часть труб сводового экрана расположены над конвективной камерой. В конвективной камере размещена конвективная секция змеевика печи.

Недостатками известной конструкции являются значительная материалоемкость, нетехнологичность изготовления и монтажа и большая тепловая инерционность вследствие наличия кладки из традиционных огнеупоров и выполнения перевальной стенки из жаропрочного кирпича. Причем толщина перевальной стенки составляет не менее 3 диаметров труб змеевика. Отсутствуют также технические средства, позволяющие отводить конденсат из топки в случае низкотемпературного нагрева сырья (с низкой начальной температурой).

Наиболее близкой к предлагаемой является трубчатая печь [1] имеющая радиантную и конвективную камеры, разделенные газоплотным экраном, между трубами которого размещены гофрированные (для компенсации температурных деформаций) мембраны. Трубчатая печь оснащена излучающими беспламенными панельными горелками, размещенными на фронтальной стенке печи. Благодаря применению газоплотного экрана в качестве перевальной стенки уменьшена материалоемкость и тепловая инерционность трубчатой печи. Но применение футеровки из традиционных штучных огнеупоров и излучающих горелок с керамической насадкой обусловливает значительную материалоемкость, большую тепловую инерционность, нетехнологичность изготовления и монтажа трубчатой печи. Отсутствие технических средств по отводу конденсата из внутритопочного пространства не позволяет осуществлять в трубчатой печи нагрев сырья с низкой начальной температурой.

Цель изобретения уменьшение материалоемкости, тепловой инерционности, трудоемкости изготовления и монтажа подогревателя газа, обеспечение возможности низкотемпературного нагрева сырья.

Цель достигается тем, что в предлагаемом подогревателе газа радиантная и конвективная камеры разделены перевальной стенкой, выполненной из жаростойкого материала с высокой излучательной способностью. Перевальная стенка расположена в зазоре между соседними вертикальными рядами труб радиантного и конвективного змеевика, причем толщина перевальной стенки не превышает 0,1 диаметра труб змеевика. Внутренняя оболочка подогревателя выполнена из тонкостенного жаростойкого материала с высокой излучательной способностью, а зазор между внутренней оболочкой и наружной обшивкой подогревателя заполнен легковесным теплоизоляционным материалом. Соединение перевальной стенки с внутренней оболочкой подогревателя осуществляется посредством щелевого зазора, заполненного жаростойким уплотнителем. Подогреватель газа оборудован малогабаритными, с небольшой удельной материалоемкостью излучающими горелками с перфорированным металлическим излучателем. Для обеспечения возможности низкотемпературного нагрева сырья подовая часть оболочки подогревателя снабжена средствами для отвода конденсата водяных паров.

На фиг.1 изображен подогреватель газа, поперечный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 узел I на фиг.1; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.1.

Подогреватель газа содержит перевальную стенку 1, расположенную в зазоре между соседними вертикальными рядами труб радиантного 2 и конвективного 3 змеевиков. Перевальная стенка размещена в затворе 4, заполненном жаростойким уплотнителем 5 (фиг.2). Фронтальная стенка 6 радиантной камеры, противолежащая перевальной стенке 1, скомпонована из панельных газовых горелок с металлическим излучателем 7. Внутренняя оболочка 9 подогревателя газа выполнена из тонкостенного жаростойкого материала 8 с высокой излучательной способностью. Зазор между внутренней оболочкой 9 и обшивкой подогревателя заполнен легковесным теплоизоляционным материалом 10.

Подовая часть подогревателя газа оборудована поддоном 11, имеющего уклон в сторону сливного патрубка 12 для сбора конденсирующихся на трубах змеевиков 2 и 3 водяных паров из продуктов сгорания (при низкотемпературном нагреве сырья). Отвод конденсата из пониженной части поддона осуществляется через патрубок 12.

Подогреватель газа работает следующим образом.

Нагреваемое сырье, преимущественно газовое сырье с низкой начальной температурой, поступает в змеевики подогревателя. При низкотемпературном нагреве сырья и вследствие его низкой начальной температуры температура стенок труб змеевика ниже точки росы. И на трубах змеевика происходит конденсация водяных паров из дымовых газов. Конденсат стекает по трубам в поддон 11 и удаляется из него через патрубок 12. Наличие средств для сбора и отвода конденсата позволяет эффективно осуществлять низкотемпературный нагрев сырья с низкой начальной температурой (отсутствие таких технических средств у прототипа приводило к накоплению конденсата на поду, образованию ледяной пробки и к потере работоспособности трубчатой печи вследствие забивания конвективной камеры льдом).

Обогрев труб радиантного змеевика подогревателя газа осуществляется в основном тепловым излучением излучающей перфорированной поверхности газовых горелок с металлическим излучателем, а также собственным и отраженным излучением внутренней оболочки 9. Благодаря небольшой толщине и массе оболочки 9 резко снижается тепловая инерционность подогревателя. Кроме того, радиантные трубы обогреваются потоком дымовых газов, выходящим из горелок. Тыльные стороны радиантных труб обогреваются собственным тепловым излучением перевальной стенки, расположенной в зазоре между соседними вертикальными рядами труб радиантного и конвективного змеевиков, так как кроме выполнения функций разделения радиантной и конвективной камер для организации в них упорядоченного движения дымовых газов, выходящих из излучающих горелок, перевальная стенка является дополнительным вторичным излучателем, омываемым потоком дымовых газов. Вследствие небольшой толщины перевальной стенки и малого градиента температур по ее толщине перевальная стенка в предложенном подогревателе является эффективным излучателем, осуществляющим лучистый обогрев труб конвективного змеевика, благодаря ее небольшой массе резко снижается тепловая инерционность подогревателя. Основной нагрев конвективных труб осуществляется потоком дымовых газов, проходящих конвективную камеру сверху вниз. При этом направление потока дымовых газов совпадает с направлением силы тяжести, способствуя стеканию конденсата с труб конвективного змеевика. Затем поток дымовых газов из нижней части конвективной камеры, совершив поворот на 180^о, поступает в дымовую трубу. Такая компоновка способствует лучшей сепарации капельной влаги из дымовых газов.

В предложенном подогревателе газа использование излучающих газовых горелок с перфорированным металлическим излучателем позволяет, по сравнению с аналогами и прототипом, снизить ориентировочно на 5% удельную материалоемкость конструкции, а также резко снизить трудозатраты на изготовление и монтаж, так как горелки и излучающая стенка подогревателя целиком изготавливаются на заводе-изготовителе.

Использование тонкостенной (толщиной не более 0,1 диаметра труб змеевика) перевальной стенки из жаростойкого материала с высокой излучательной способностью позволяет резко сократить ширину (за счет размещения стенки в зазоре между соседними рядами труб) подогревателя газа и на 15% уменьшить его материалоемкость. Этот элемент также изготавливается на заводе-изготовителе.

Выполнение футеровки подогревателя двухслойной из тонкостенной внутренней оболочки из жаростойкого материала и слоя легковесного теплоизоляционного материала, заполняющего зазор между внутренней оболочкой и обшивкой, позволяет изготавливать ограждения подогревателя в заводских условиях и исключить футеровочные работы на месте монтажа и эксплуатации.

Указанные конструктивные отличия предложенной конструкции подогревателя газа позволяют не менее чем на 20% снизить удельную материалоемкость конструкции и уменьшить трудоемкость ее изготовления за счет исключения футеровочных работ на месте монтажа и изготовления всего подогревателя полностью в заводских условиях. Значительное уменьшение массы и, как следствие, тепловой инерционности внутренних ограждений подогревателя исключает перегрев труб змеевиков при остановке подогревателя вследствие прекращения подачи сырья.

Благодаря наличию предложенных средств для сбора и отвода конденсата (водяных паров из дымовых газов) обеспечивается возможность низкотемпературного нагрева сырья с низкой начальной температурой.

Таким образом, предложенная конструкция подогревателя газа обладает меньшей материалоемкостью, тепловой инерционностью, позволяет уменьшить трудоемкость изготовления и монтажа, а также обеспечивает возможность низкотемпературного нагрева сырья с низкой начальной температурой, снижая приведенные затраты на нагрев низкотемпературного сырья.

Формула изобретения

1. Подогреватель газа, содержащий радиантную и конвективную камеры, разделенные вертикальной перевальной стенкой, трубчатые змеевики, излучающие горелки, отличающийся тем, что трубчатые змеевики размещены вертикальными рядами в радиантной и конвективной камерах, перевальная стенка установлена в зазоре между соседними вертикальными рядами труб радиантной и конвективной камер и выполнена из жаростойкого материала с высокой излучающей способностью, толщина перевальной стенки не превышает 0,1 диаметра труб змеевика стенки подогревателя выполнены из внутренней и наружной оболочек, установленных с зазором, заполненным легковесным теплоизоляционным материалом, причем внутренняя оболочка выполнена тонкостенной из жаростойкого материала.

2. Подогреватель газа по п.1, отличающийся тем, что соединение перевальной стенки с внутренней оболочкой подогревателя осуществляется посредством затвора, заполненного жаростойким уплотнителем.

3. Подогреватель газа по п.1, отличающийся тем, что изучающие горелки размещены на стене радиальной камеры, противоположной перевальной стенке и выполнены с металлическими перфорированными излучателями.

4. Подогреватель газа по п.1, отличающийся тем, что он снабжен средствами для отвода конденсата, размещенными в донной его части.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4