Быстродействующий парогенератор

 

Изобретение относится к области генерирования пара и может быть использовано при производстве подвижных парогенераторов для утилизации тепловой энергии попутного нефтяного газа, непригодного к транспорту. Парогенератор содержит цилиндрическую трубчатую печь из нескольких винтовых змеевиков, коллектора подвода питательной воды с экономайзером и отвода перегретой воды, теплозащитный экран с отводом продуктов сгорания, вихревой эжектор на входе в печь с тангенциальным подводом газа и осевым подводом воздуха из атмосферы, снабженный раскруточным диффузором с выходом в виде кольцевой горелки с направляющим аппаратом, размещенной на его периферии. Такое выполнение парогенератора позволяет за счет дополнительного подсоса воздуха поддерживать допустимую температуру (не более 1100^oС) и защищать элементы парогенератора от воздействий соединений серы. 1 ил.

Изобретение относится к области генерирования пара и может быть использовано при производстве подвижных быстродействующих парогенераторов для обеспечения нужд нефтегазодобывающих управлений при утилизации тепловой энергии попутного нефтяного газа, непригодного к транспорту.

Известна факельная энергетическая установка на попутном газе, содержащая газовый коллектор с соединенной с ним группой газовых труб, установленных вертикально, каждая из которых содержит сопло в виде конфузора на выходе и смесительную камеру, сообщенную с атмосферой, трубы соединены в ферму с растяжками и снабжены стабилизатором в виде завихрителя, являющимся общим для всех труб и содержащим на выходе запальное устройство, тепловой экран с отбойным козырьком и трубами, размещенными внутри экрана, наклоненными к центру и соединенными с водяным и паровым коллекторами, подключенными по свежему пару к турбине, а по отработанному пару к конденсатору с накопителем воды и насосом (см. патент RU 2180720 С1, кл. 7 F 23 D 14/62, F 22 B 33/18, F 01 K 13/00, F 22 В 7/00, Бюл. 8, 20.03.02).

За счет предварительного смешения попутного газа с воздухом в эжекторах установки достигается эффективное бессажевое его сжигание, но она имеет больше массу и габариты и ограничения по мощности, обусловленные большой протяженностью камер смешения струйных эжекторов и небольшими запасами по конвективной поверхности нагрева парового коллектора и прямолинейных труб. При существующих расходах сбросного газа мощность энергоустановок, утилизирующих его тепловую энергию, может достигать 20 МВт и более, что эта установка обеспечить не может.

Известен вихревой эжектор, содержащий цилиндрическую камеру смешения с тангенциальным подводом эжектирующего газа, соосный подвод эжектируемого воздуха в ядро вихря и щелевой диффузор с улиткой, позволяющий существенно сократить габариты эжектора (см. авт. св. СССР 88775, кл. F 04 F 5/42, заявка 390926 от 25.10.46).

Недостатком известного вихревого эжектора является невозможность организации процессов горения газовой смеси в замкнутом объеме щелевого диффузора и улитки вследствие их "запирания" продуктами сгорания.

Известны способ и устройство для интенсификации процессов сжигания топлива, содержащее камеру сгорания, форкамеру с лопаточным завихрителем на ее периферии с раздельной подачей воздуха и топлива в них и газоход в виде раскруточного диффузора (см. заявку РФ на изобретение 92014434/06, кл. F 23 B 1/36, F 23 C 5/24, 5/32, 6/04, 11/02, Бюл. 8, 1995).

Недостатками известных способа и устройства являются необходимость защиты от тепловых напряжений камеры сгорания, форкамеры с завихрителем и раскруточного диффузора, сложность, большие масса и габариты, обусловленные раздельностью их конструктивного исполнения и подачи воздуха и топлива в них.

Известна цилиндрическая трубчатая печь для нагрева жидкостей и газов, содержащая поверхность нагрева из нескольких последовательно соединенных трубчатых змеевиков с шагом между витками труб, равным диаметру трубы и более, горелку для сжигания мазута или газа (см. заявку РФ на изобретение 92014598/06, кл. F 22 В 21/26, F 27 В 5/00, Бюл. 3, 1995).

Недостатками известной печи являются несовершенство процессов сгорания, приводящее к необходимости последовательного соединения змеевиков с соблюдением размеров шага между витками и снижению производительности печи, недостаточная надежность, вызванная возможностью прогара змеевиков при их прямом взаимодействии с огнем, особенно при наличии в горючем соединений серы.

Сущность изобретения в том, что быстродействующий парогенератор, содержащий цилиндрическую трубчатую печь из нескольких винтовых трубчатых змеевиков, экономайзер, коллекторы подвода питательной воды и отвода перегретой воды, теплозащитный экран с отводом продуктов сгорания и вихревой эжектор на входе в печь с тангенциальным подводом газа и осевым подводом воздуха из атмосферы, снабженный раскруточным диффузором и горелкой, имеет экономайзер, выполненный в виде трубы, размещенной в приосевой области печи соосно с ней, труба со стороны вихревого эжектора подключена к трубопроводу питательной воды, а на выходе из печи к коллектору подвода питательной воды к змеевикам; выход из раскруточного диффузора выполнен в виде кольцевой горелки с направляющим аппаратом, размещенной на его периферии.

На чертеже приведена схема быстродействующего парогенератора, вид сбоку, разрез.

Парогенератор содержит основание 1, на котором установлен вихревой эжектор 2, снабженный трубопроводом для подвода нефтяного газа 3 и раскруточным диффузором 4. На выходе диффузора 4 установлена кольцевая горелка 5 с радиальными ребрами, выполняющими роль направляющего аппарата и огнепреградительной решетки. Соосно с кольцевой горелкой 5 на основании 1 размещен экономайзер 6 с цилиндрической трубчатой печью 7 и теплозащитным экраном 8, содержащим отвод продуктов сгорания (позицией не показан). Трубчатая печь 7 снабжена коллектором питательной воды 9, соединенной с экономайзером 6, и коллектором отвода перегретой воды 10, а экономайзер 6 соединен с трубопроводом питательной воды 11, размещенным внутри основания 1. Теплозащитный экран 8 по отношению к цилиндрической печи 7 и горелке 5 установлен с кольцевым зазором и имеет открытый вход с запальным устройством (не показано).

При работе парогенератора трубчатую печь 7 через трубопровод 11, экономайзер 6 и коллектор 9 подключают к системе подготовки питательной воды. Нефтяной газ через трубопровод 3 подают в вихревой эжектор 2 и подключают запальное устройство. При формировании вихря воздух через осевой подвод поступает в эжектор 2 и раскруточный диффузор 4, перемешиваясь с газом. Образовавшаяся газовая смесь под давлением истекает во внутренний объем теплозащитного экрана 8, дополнительно эжектируя воздух из окружающей среды через кольцевой зазор между горелкой 5. После воспламенения газовой смеси продукты сгорания, омывая экономайзер 6 и змеевики 7 через отвод теплозащитного экрана 8, истекают в атмосферу. Дополнительный подсос воздуха при этом способствует поддержанию допустимой температуры продуктов сгорания (не более 1100^oС) и защите элементов конструкции парогенератора от воздействия соединений серы. По мере нагрева питательной воды давление в змеевиках трубчатой печи 7 будет возрастать. При достижении расчетного значения перегретую воду через коллектор 10 подают потребителю.

Формула изобретения

Быстродействующий парогенератор, содержащий цилиндрическую трубчатую печь из нескольких винтовых трубчатых змеевиков, экономайзер, коллекторы подвода питательной воды и отвода перегретой воды, теплозащитный экран с отводом продуктов сгорания и вихревой эжектор на входе в печь с тангенциальным подводом газа и осевым подводом воздуха из атмосферы, снабженный раскруточным диффузором и горелкой, отличающийся тем, что экономайзер выполнен в виде трубы, размещенной в приосевой области печи соосно с ней, которая со стороны вихревого эжектора подключена к трубопроводу питательной воды, а на выходе из печи к коллектору подвода питательной воды к змеевикам; выход из раскруточного диффузора выполнен в виде кольцевой горелки с направляющим аппаратом, размещенной на его периферии.

РИСУНКИ

Рисунок 1