Рекуперативный подогреватель

Рекуперативный подогреватель

Реферат

 

Использование: в установках с утилизацией тепла, например, для подогрева выхлопных газов перед газовой турбиной, преимущественно, в производстве азотной кислоты. Сущность изобретения: в рекуперативном подогревателе, содержащем вертикально расположенные камеру сгорания, подключенную к дымоходу, сообщенному с трубопроводом отходящих газов, и размещенный в камере сгорания пучок труб радиантного нагрева, а также установленные в дымоходе пучки труб конвентивного нагрева, дымоход соединен с камерой сгорания горизонтальным участком, а трубопровод отходящих газов от турбины подключен к газоходу в рассечку между пучками конвективных труб с образованием камеры смещения. Кроме того, теплообменная поверхность одного пучка конвентивных труб составляет от 1,0 до 1,5 теплообменной поверхности другого пучка конвентивных труб, а в газоходе установлены дополнительные горелки. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в установках с утилизацией тепла, например для подогрева выхлопных газов перед газовой турбиной, преимущественно, в производстве азотной кислоты.

Известны рекуперативные подогреватели, которые содержат камеру сгорания с радиантными трубами и размещенные в газоходе змеевиковые теплообменники. В этих устройствах нагрев выхлопных газов происходит за счет тепла сжигания природного газа в камере сгорания и тепла отработанных-отходящих газов.

Однако несмотря на разнообразное конструктивное выполнение и компоновку теплообменных элементов известные рекуперативные подогреватели из-за размещения зоны смешения дымовых газов, образующихся в камере сгорания, с холодными отходящими газами турбины в газоходе после теплообменников характеризуются низкой эффективностью и повышенной металлоемкостью.

Наиболее близким к изобретению является рекуперативный подогреватель, содержащий вертикально расположенные камеру сгорания, газоход и трубопровод отходящих газов, в которых размещены последовательно включенные пучки труб радиантного и конвективного нагрева.

Данное устройство позволяет утилизировать тепло отходящих газов за счет расположения пучка труб конвективного нагрева в трубопроводе отходящих газов.

Недостатком известного подогревателя является малая интенсивность теплообмена и степень использования тепла пpодуктов сгорания дымовых газов в пучках труб конвективного нагрева из-за неравномерности распределения дымовых газов по сечению газохода и вывода их из газохода после смешения с отходящими газами, что обусловлено неоптимальным взаимным расположением теплообменных элементов.

Данное изобретение направлено на повышение тепловой эффективности, снижение металлоемкости и повышение эксплуатационной надежности рекуперативного подогревателя.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в рекуперативном подогревателе, содержащем вертикально расположенную камеру сгорания, подключенную к газоходу, сообщенному с трубопроводом отходящих газов турбины, и установленный в камере сгорания пучок труб радиантного нагрева, а также установленные в дымоходе пучки труб конвективного нагрева, трубопровод отходящих газов турбины подключен к дымоходу в рассечку между упомянутыми пучками труб конвективного нагрева.

Кроме того, теплообменная поверхность второго по ходу газа пучка труб конвективного нагрева составляет от 1,0 до 1,5 теплообменной поверхности его первого по ходу газа пучка труб, а в газоходе установлены дополнительные горелки.

Технический результат, который может быть получен от осуществления изобретения, заключается в повышении эффективности теплопередачи от греющих дымовых газов к нагреваемым выхлопным газам. Это обусловлено выравниванием температуры дымовых газов по сечению перед первым по ходу газа трубным пучком конвективного нагрева за счет наличия горизонтального участка и поворотов, повышением температуры газов, смывающих второй трубный пучок конвективного нагрева вследствие расположения перед ним камеры смешения отходящих газов с дымовыми, что приводит к общему повышению температуры выхлопных газов, которые после подогревателя могут быть направлены в газовую турбину или какую-либо другую теплоиспользующую установку, и снижению температуры выбрасываемых в атмосферу газов.

Кроме того, предложенное соотношение теплообменных поверхностей и наличие дополнительных горелок обеспечивает более равномерное распределение тепловых потоков по тракту газохода и регулирование температуры нагреваемого газа, поступающего на вход пучка труб конвективного нагрева.

При этом исключается локальный перегрев отдельных труб или их участков, что повышает эксплуатационную надежность и преждевременный выход из строя теплообменника в целом.

На фиг. 1-4 представлены различные схемы компоновки предложенного подогревателя.

Рекуперативный подогреватель содержит камеру 1 сгорания с горелками 2, трубопровод отходящих газов с горизонтальным участком 3 и вертикальным участком 4, который соединен с дымоходом 5.

В камере 1 сгорания установлен вертикальный пучок труб 6 конвективного нагрева. Пучок труб 7 конвективного нагрева может быть размещен как в вертикальном участке 4 трубопровода отходящих газов после горизонтального участка 3 (см. фиг. 1 2), так и в горизонтальном участке 3 (см. фиг. 3 и 4), а второй по ходу газов пучок труб 8 конвективного нагрева выполнен с теплообменной поверхностью, составляющей от 1,0 до 1,5 теплообменной поверхности пучка труб 7. К вертикальному участку 4 между пучками труб 7 и 8 подключен трубопровод 9 отходящих газов с образованием камеры 10 смешения, которая может иметь различное конструктивное выполнение (см. фиг. 1-4). Трубопровод отходящих газов снабжен дополнительными горелками 11, которые могут быть установлены как в горизонтальном участке 3, так и в вертикальном участке 4 в зависимости от компоновки теплообменных пучков труб, а камера 1 сгорания может быть выполнена как с подъемным (см. фиг. 1-3), так и с опускным движением дымовых газов. Пучок труб радиантного нагрева подключен к коллектору 12.

Рекуперативный теплообменник работает следующим образом.

Нагреваемые выхлопные газы поступают в пучок труб 8, где подогреваются продуктами смешения дымовых газов, образовавшихся в камере 1 сгорания от сжигания природного газа в горелках 2, с отходящими газами, поступающими по трубопроводу 9 от газовой турбины. В пучке труб 7 выхлопные газы нагреваются за счет тепла дымовых газов, проходящих по участкам 3 и 4 газохода, и затем поступают в пучок труб 6, где нагреваются непосредственно в камере 1 сгорания до рабочей температуры, которую можно регулировать с помощью дополнительных горелок 11. Нагретые выхлопные газы по коллектору 12 подаются в газовую турбину, а охлажденные продукты смешения дымовых и отходящих газов выбрасываются по дымоходу 5 в атмосферу. Между пучками труб 7 и 8 может быть включен реактор каталитической очистки.

Таким образом, предложенное техническое решение за счет наличия горизонтального участка 3 с поворотами, где происходит интенсивное перемешивание и выравнивание температуры дымовых газов после камеры 1 сгорания и размещения пучка труб 8 после камеры смешения 10, к которой подключен трубопровод 9 отходящих газов, в зоне достаточно высоких температур греющего газа в сочетании с заявленным соотношением теплообменных поверхностей позволяет повысить эффективность нагрева выхлопных газов в рекуперативном подогревателе, снизить температуру выбрасываемых в атмосферу отработанных газов и повысить тем самым эксплуатационную надежность и экологические характеристики теплообменника в целом.

Формула изобретения

1. РЕКУПЕРАТИВНЫЙ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ, содержащий вертикально расположенную камеру сгорания, подключенную к дымоходу, сообщенному с трубопроводом отходящих газов турбины, и установленный в камере сгорания пучок труб радиантного нагрева, а также установленные в дымоходе пучки труб конвективного нагрева, отличающийся тем, что трубопровод отходящих газов турбины подключен к дымоходу в рассечку между пучками труб конвективного нагрева.

2. Подогреватель по п.1, отличающийся тем, что теплообменная поверхность второго по ходу газов пучка труб конвективного нагрева составляет 1,0 1,5 теплообменной поверхности его первого по ходу газа пучка труб, а в дымоходе установлены дополнительные горелки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4