Способ нагрева технологических сред

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для нагрева технологических сред в нефтегазовой и других отраслях промышленности. Способ включает многостадийный нагрев теплоносителя газами окисления, при этом на каждую стадию подают часть теплоносителя и часть топлива, на первой стадии газы окисления получают каталитическим окислением газотопливной смеси, полученной смешением нагретого воздуха и первой части топлива, а на каждой последующей стадии газы окисления получают каталитическим окислением газотопливной смеси, полученной смешением газов окисления предыдущей стадии и одной из остальных частей топлива. При этом воздух нагревают за счет охлаждения газов окисления последней стадии, которые затем выводят, а технологическую среду нагревают за счет охлаждения смеси нагретых частей теплоносителя. Подачу топлива и теплоносителя на каждую стадию регулируют в зависимости от максимальной и минимальной температур катализатора. Изобретение повышает коэффициент полезного действия, снижает энергозатраты и металлоемкость оборудования, а также расширяет ассортимент теплоносителей и нагреваемых сред. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Способ относится к методам косвенного нагрева с использованием беспламенного сжигания топлива и может быть использован для нагрева технологических сред в нефтегазовой и других отраслях промышленности, в том числе для нагрева сред, содержащих термолабильные компоненты, например, газоводонефтяных эмульсий при промысловой подготовке нефти.

Известно устройство для сжигания топлив и нагрева технологических сред и способ сжигания топлив [RU 2506495, МПК F23C 13/04, F24H 1/43, опубл. 10.02.2014 г.], который включает сжигание топлива в устройстве, состоящем, по меньшей мере, из двух теплообменных секций, каждая из которых имеет цилиндрическую обечайку, кольцевой зазор для ввода окислителя, примыкающий к обечайке, кольцевой коллектор-распределитель топлива, примыкающий к обечайке, расположенный с наружной или внутренней стороны обечайки, газоход топливной смеси, расположенный аксиально, заполненный насадкой, кольцевую смесительную камеру окислителя с топливом, расположенную между газоходом и обечайкой, газоход продуктов окисления, примыкающий к обечайке аппарата, а также блок каталитических теплообменных элементов, расположенный между газоходом топливной смеси и газоходом продуктов окисления, имеющий щелевые зазоры между теплообменными элементами для прохода топливной смеси и продуктов сгорания, заполненные гранулированным катализатором окисления топлива, и замкнутое внутреннее пространство теплообменных элементов для прохода нагреваемой среды, при этом блок каталитических теплообменных элементов оснащен патрубком и коллектором-распределителем нагреваемой технологической среды, а также коллектором и патрубком вывода нагретой технологической среды, кроме того, устройство оснащено пусковым устройством подогрева воздуха, а в качестве топлива используют газообразное или жидкое топливо, стехиометрическое количество воздуха подогревают продуктами сжигания в воздухоподогревателе, смешивают с первой порцией топлива в кольцевом смесителе и аксиальном газоходе топливной смеси, полученную топливную смесь сжигают в присутствии катализатора, размещенного в щелевых зазорах между теплообменными элементами, и одновременно отводят теплоту сгорания через поверхность теплообменных элементов, нагревая технологическую среду, проходящую во внутреннем пространстве теплообменных элементов, продукты сгорания (окисления) подают в следующую по ходу аппарата каталитическую теплообменную секцию, смешивают со следующей порцией топлива и повторяют цикл сжигания до полного исчерпания кислорода, при этом величину порции топлива, подаваемой в каждую из каталитических теплообменных секций, регулируют таким образом, чтобы максимальная температура слоя катализатора не превышала предела его температурной стабильности и температуры начала интенсивного образования окислов азота и оксида углерода, кроме того, минимальную температуру слоя катализатора поддерживают выше "температуры зажигания" топливной смеси, а воздух нагревают до температуры ниже температуры самовоспламенения топливной смеси.

Недостатками известного способа являются:

- разложение термолабильных компонентов нагреваемой технологической среды в продуктовом змеевике, контактирующем с продуктами окисления при высокой температуре, что приводит к образованию продуктов разложения, которые не только снижают качество нагреваемой технологической среды, но и могут отлагаться на теплообменных поверхностях продуктового змеевика с последующим ухудшением теплопередачи, локальным перегревом и прогаром стенок змеевика (при образовании твердых продуктов разложения, например, карбонатов щелочноземельных металлов при нагреве минерализованной воды или газоводонефтяных эмульсий);

- пониженная промышленная безопасность из-за возможности попадания нагреваемой технологической среды, при нарушении целостности продуктового змеевика, в каталитическое пространство, непосредственно соединенное с атмосферой, и последующего загрязнения атмосферы летучими компонентами технологической среды, их возгорания, взрыва и пр.

Наиболее близким к заявляемому является способ нагрева, описанный в патенте на полезную модель подогревателя нефти [RU 111257, МПК F22B 7/00, опубл. 10.12.2011 г.), включающий нагрев атмосферного воздуха газами окисления в рекуперативном теплообменнике (воздухонагревателе), смешение нагретого воздуха с газовым или жидким топливом с образованием топливной (газотопливной) смеси, которая затем разжигается пусковым устройством и окисляется в каталитическом нагревателе с образованием газов окисления, которые нагревают воду (теплоноситель) с образованием пароводяной смеси, затем охлаждаются воздухом в воздухонагревателе и выводятся в атмосферу. Пароводяной смесью нагревают нефть (технологическую среду), а воду в смеси с конденсатом водяного пара самотеком подают в каталитический нагреватель.

Недостатками известного способа являются:

- низкий коэффициент полезного действия из-за необходимости подачи большого избытка воздуха для поддержания температуры слоя катализатора ниже температуры его стабильности и ниже температуры начала интенсивного образования окислов азота и оксида углерода,

- большая площадь теплообменных поверхностей и металлоемкость воздухонагревателя, а также большие энергозатраты на циркуляцию, откачку большого объема газов окисления из-за необходимости подачи большого избытка воздуха,

- сложность способа, связанная с необходимостью непрерывного разжигания газотопливной смеси пусковым устройством,

- способ предусматривает использование в качестве теплоносителя только воды и предназначен для нагрева только нефти.

Задачами изобретения являются: повышение коэффициента полезного действия, снижение энергозатрат и металлоемкости оборудования, а также упрощение способа и расширение ассортимента теплоносителей и нагреваемых технологических сред.

При этом в качестве технического результата достигается:

- повышение коэффициента полезного действия, снижение энергозатрат и металлоемкости оборудования (площади теплообменных поверхностей и металлоемкости воздухонагревателя) за счет снижения или исключения подачи избытка воздуха путем осуществления многостадийного нагрева жидкого теплоносителя газами окисления газотопливной смеси, получаемой на первой стадии смешением воздуха и части топлива, а на последующих стадиях - смешением газов окисления предыдущей стадии с остальными частями топлива, разделенного на части по числу стадий нагрева,

- упрощение способа за счет исключения непрерывного разжигания газотопливной смеси пусковым устройством,

- расширение ассортимента нагреваемых технологических сред за счет возможности использования различных газообразных и жидких теплоносителей (например, гелий, даутерм, масла типа АМТ-300Т, другие высокотемпературные органические теплоносители).

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем нагрев воздуха газами окисления, смешение нагретого воздуха с топливом с образованием газотопливной смеси, которую окисляют в присутствии катализатора с образованием газов окисления, которыми нагревают теплоноситель, затем охлаждают воздухом и выводят, нагретый теплоноситель охлаждают технологической средой, нагревая последнюю, и возвращают на нагрев газами окисления, особенностью является то, что нагрев теплоносителя газами окисления осуществляют в несколько стадий, при этом на каждую стадию подают часть теплоносителя и часть топлива, на первой стадии газы окисления получают окислением газотопливной смеси, полученной смешением нагретого воздуха и первой части топлива, а на каждой последующей стадии газы окисления получают окислением газотопливной смеси, полученной смешением газов окисления предыдущей стадии и одной из остальных частей топлива.

Подачу топлива и теплоносителя на каждую стадию регулируют таким образом, чтобы максимальная температура катализатора не превышала предела его термостабильности и температуры начала интенсивного образования окислов азота и оксида углерода, а минимальная температура катализатора была не ниже "температуры зажигания" топливной смеси, при этом температуру газотопливной смеси поддерживают ниже температуры ее самовоспламенения.

Нагретый теплоноситель, представляющий собой парожидкостную смесь, целесообразно предварительно сепарировать и осуществлять нагрев технологической среды паровой частью нагретого теплоносителя.

Многостадийный нагрев теплоносителя газами окисления позволяет снизить или исключить подачу избыточного воздуха, за счет чего повысить тепловой коэффициент полезного действия нагревателя благодаря многократному уменьшению объема выводимых газов окисления, имеющих повышенную температуру, а также снизить энергозатраты на их откачку. Кроме того, за счет соответствующего снижения тепловой нагрузки воздухоподогревателя уменьшается площадь его теплообменных поверхностей и снижается металлоемкость оборудования.

При этом на каждой стадии (за исключением последней, при подаче стехиометрического количества воздуха) газы окисления получают путем каталитического окисления газотопливной смеси, "обедненной" по топливу и содержащей избыточное количество кислорода, что обеспечивает полноту окисления топлива и позволяет поддерживать оптимальную температуру катализатора. Указанную газотопливную смесь на каждой стадии получают смешением только части топлива с воздухом (на первой стадии) или с газами окисления предыдущей стадии (на остальных стадиях).

Исключение необходимости непрерывного разжигания газотопливной смеси пусковым устройством позволяет упростить способ путем поддержания температуры катализатора выше "температуры зажигания" топливной смеси.

Расширение ассортимента теплоносителей позволяет расширить ассортимент нагреваемых технологических сред за счет варьирования температуры и давления циркулирующего теплоносителя.

Нагрев теплоносителя до состояния парожидкостной смеси, его сепарация, нагрев технологической среды паровой частью теплоносителя обеспечивают нагрев технологической среды в изотермических условиях при контролируемой температуре конденсации пара. Высокие теплопередающие свойства насыщенного пара позволяют многократно снизить теплообменные поверхности и уменьшить металлоемкость оборудования. Кроме того, при этом гарантируется отсутствие перегрева каких-либо участков теплообменных поверхностей, что минимизирует возможность образования продуктов разложения, снижает опасность отложения твердых продуктов на внутренних поверхностях теплообменных элементов, что повышает промышленную безопасность.

Способ осуществляют следующим образом.

Воздух (I) нагревают в воздухонагревателе 1 и подают на первую ступень нагрева 2, где смешивают с частью топлива (II), образуя газотопливную смесь (на схеме не показано), которая окисляется в присутствии катализатора, образуя газы окисления, нагретые за счет тепла окисления части топлива. Нагретые газы окисления охлаждают частью теплоносителя (III) и подают (IV) на следующую стадию 3, на которую также поступает часть топлива (II), и далее процесс повторяется до исчерпания кислорода (условно показано 3 стадии). Газы окисления последней стадии (VI) охлаждают в воздухоподогревателе 1 и выводят (VII). Нагретые части теплоносителя объединяют в поток нагретого теплоносителя (VIII), который охлаждают в теплообменнике 5, нагревая технологическую среду (IX), и подают на нагрев. Нагретую технологическую среду (X) выводят.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить коэффициент полезного действия, снизить энергозатраты и металлоемкость оборудования, упростить способ, расширить ассортимент теплоносителей и нагреваемых технологических сред и может быть использовано в нефтегазовой и других отраслях промышленности.

1. Способ нагрева технологических сред, включающий нагрев воздуха газами окисления, смешение нагретого воздуха с топливом с образованием газотопливной смеси, которую окисляют в присутствии катализатора с образованием газов окисления, которыми нагревают теплоноситель, затем охлаждают воздухом и выводят, нагретый теплоноситель охлаждают технологической средой, нагревая последнюю, и возвращают на нагрев газами окисления, отличающийся тем, что нагрев теплоносителя газами окисления осуществляют в несколько стадий, при этом на каждую стадию подают часть теплоносителя и часть топлива, на первой стадии газы окисления получают окислением газотопливной смеси, полученной смешением нагретого воздуха и первой части топлива, а на каждой последующей стадии газы окисления получают окислением газотопливной смеси, полученной смешением газов окисления предыдущей стадии и одной из остальных частей топлива.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подачу топлива и теплоносителя на каждую стадию регулируют таким образом, чтобы максимальная температура катализатора не превышала предела его термостабильности и температуры начала интенсивного образования окислов азота и оксида углерода, а минимальная температура катализатора была не ниже "температуры зажигания" топливной смеси, при этом температуру газотопливной смеси поддерживают ниже температуры ее самовоспламенения.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагретый теплоноситель, представляющий собой парожидкостную смесь, предварительно сепарируют и осуществляют нагрев технологической среды паровой частью нагретого теплоносителя.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к устройству для производства горячих текучих сред, содержащему средства подачи или средства производства горячих газов и теплообменник-конденсатор.

Изобретение относится к устройствам и способам сжигания топлив в теплогенерирующих установках и может быть использовано для нагрева газовых, жидких и суспензионных технологических сред за счет сжигания газообразного или жидкого испаряющегося топлива.

Изобретение относится к нагревательным приборам. .

Изобретение относится к энергетике. Клапанно-смесительное устройство котла пульсирующего горения содержит камеру сжигания газообразного топлива с цилиндрической полостью, закрытой торцовой стенкой с проходным отверстием с одной стороны и открытой - с другой, запальное устройство, установленное в полости камеры сжигания, устройства подвода топлива и воздуха, снабженные ресиверами с обратными клапанами, смесительное устройство с дозирующими отверстиями, сообщающееся с камерой сжигания через проходное отверстие в торцовой стенке, дефлектор изменения направления потоков газообразного топлива, установленный на расстоянии от закрытого торца камеры сжигания, определяющем размер кольцевого канала выхода газовоздушной смеси из смесительного устройства в камеру сжигания.
Изобретение относится к теплоэнергетике, к области сжигания ожиженного угольного топлива в топках паровых котлов и других теплогенерирующих установок. Способ сжигания жидкого угольного топлива включает подготовку твердого углеродсодержащего вещества в качестве дисперсной фазы в жидкой дисперсной среде к сжиганию, подачу топливной дисперсной системы в пневмомеханические форсунки, газовое вдувание и распыление ее на факелах в камере сгорания и съем тепловой нагрузки теплоносителем в виде нагретого водяного пара.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в системах отопления, в частности в водонагревателях или бойлерах; в системах утилизации, работающих на сжигании попутного газа, для исключения влияния вибраций, а также для компенсации температурных расширений.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в котлах пульсирующего горения. Топка пульсирующего горения содержит камеру сгорания с запальным устройством для розжига, ограниченную боковыми стенками, открытым торцом с одной стороны и закрытым торцом с другой стороны, смесительное устройство, сообщающееся с камерой сгорания посредством канала подачи топливно-воздушной смеси, трубопроводы подачи воздуха и топлива с дозирующими отверстиями и обратными клапанами, причем смесительное устройство размещено в продолжении трубопровода подачи воздуха путем сопряжения его с трубопроводом подачи топлива на уровне дозирующих отверстий, выполненных в продолжении трубопровода подачи воздуха.

Изобретение относится к области энергетики, в частности устройствам топок паровых котлов со встречной компоновкой газомазутных горелок. Топка для сжигания газомазутного топлива включает под, свод, стены и экраны, повторяющие внутреннюю поверхность топки, выполненной в виде двух обращенных друг к другу большими основаниями усеченных пирамид, и встроенные в стены встречно расположенные горелки.

Изобретение относится к способам и устройствам беспламенного сжигания топлив и может быть использовано для нагрева газовых, жидких и суспензионных технологических сред в теплоэнергетических установках промышленности, транспорта и коммунально-бытового хозяйства.

Изобретение относится к устройствам для сжигания жидких топлив и может быть использовано в полевых условиях, а также для обогрева различных помещений, двигателей автомобилей, теплиц и т.п.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к устройствам для сжигания твердых малореакционных топлив, например отработанных шин, или резиновых отходов с целью утилизации тепла, при содержании в их продуктах сгорания малой концентрации канцерогенных веществ.

Изобретение относится к области энергетики. Способ оптимизации условий горения в котле с псевдоожиженным слоем, где кислородсодержащий горючий газ подают на два или более уровней по высоте, первый из которых представляет собой первичный уровень (Р), расположенный на высоте днища печи, и второй представляет собой вторичный уровень (S), расположенный на высоте вблизи уровня (F) подачи топлива, причем над вторичным уровнем (S) могут быть обеспечены еще другие уровни (Т,…).

Изобретение относится к сжиганию в петлевом реакторе. Способ сжигания в петлевом реакторе по меньшей мере одного углеводородного сырья по меньшей мере в одной реакционной восстановительной зоне (i) и по меньшей мере в одной окислительной зоне (i+1), представляющих собой отдельные псевдоожиженные слои, в котором циркуляцию твердых частиц активной массы между каждой реакционной зоной или частью реакционных зон контролируют при помощи одного или нескольких немеханических клапанов, каждый из которых содержит по существу вертикальный участок канала, по существу горизонтальный участок канала и колено, соединяющее оба участка, с транспортировкой твердых частиц между двумя последовательными реакционными зонами посредством следующих операций: введение твердых частиц, поступающих из реакционной зоны (i) или (i+1) через верхний конец по существу вертикального участка канала упомянутого клапана; нагнетание контрольного газа с заданным аэрационным расходом на входе колена упомянутого клапана; контроль условий дифференциального давления на границах немеханического(их) клапана(ов) для регулирования расхода твердых частиц в по существу горизонтальном участке канала упомянутого клапана в зависимости от аэрационного расхода, питание последовательной реакционной зоны (i+1) или (i) петли твердыми частицами, выходящими из немеханического клапана или немеханических клапанов.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в процессе добычи жидких углеводородов, в частности для вынужденного бездымного сжигания жидких углеводородов, в том числе нефти, накапливаемой в период пробной эксплуатации и исследования нефтяных скважин непосредственно на промысле, а также на морских нефтяных платформах. Горизонтальная факельная установка для сжигания жидких углеводородов содержит трубопроводы подвода нефти и сжатого воздуха, поворотное устройство, которое выполнено в виде шарнира поворотного трубного и установлено с возможностью позиционирования оголовка факельной установки при изменении направления ветра, расположенные горизонтально и установленные параллельно друг другу, оснащенные оголовком факельные стволы подачи нефти и сжатого воздуха, дежурную горелку, закрепленную к факельным стволам, раму-основание, на которой смонтированы все элементы установки. Каждый из стволов подачи нефти и сжатого воздуха соединен с поворотным устройством, которое установлено с возможностью позиционирования оголовка по дуге 270°, при этом соотношение диаметра факельных стволов к их длине составляет не менее 1:25, кроме того, установка содержит защитный экран, установленный на факельных стволах установки. Изобретение позволяет достичь полного сжигания сырой нефти. 3 ил.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для нагрева участка трубопровода и жидкости в нем в полевых условиях, а также применимо для нагрева других протяженных объектов, таких как рельсы или балки. Устройство состоит из одной или двух отдельных секций: радиационной секции, где тепло генерируется путем каталитического сжигания газообразного топлива, и конвекционной секции, где горячие отходящие газы обеспечивают дополнительное нагрев. Радиационная секция содержит один или несколько нагревательных элементов, газораспределительную систему, систему подачи воздуха и систему запуска. Конвекционная секция представляет двухтрубную конструкцию типа «труба в трубе». Устройство имеет малый вес, широкий диапазон регулирования и высокую эффективность использования энергии, что может быть использовано при получении тепла в широком диапазоне по мощности, в широких температурных диапазонах на разных видах топлива и при создании модульных конструкций на его основе. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к области энергетического машиностроения, и позволяет обеспечить эффективность и экологичность сжигания жидкого и газообразного топлива. Устройство содержит корпус, канал рециркуляции, регулирующую заслонку и выхлопную трубу. В корпусе расположены камера сгорания, конвективный газоход и пучок дымогарных труб, охлаждаемые водяной рубашкой. Камера сгорания и конвективный газоход соединены между собой каналом рециркуляции и каналом прохода дымовых газов. Конвективный газоход совмещен с пучком дымогарных труб, на выходе из которых расположены газоход и выхлопная труба. Корпус соединен с крышкой, в которой выполнены отверстие для горелки и регулирующая заслонка, позволяющая изменять сечение для прохода дымовых газов в канале рециркуляции. В верхней части корпуса расположены патрубки, предназначенные для подвода и отвода воды. Технический результат - регулирование температуры горения и дальнобойности факела, снижение металлоемкости устройства. 4 ил.

Изобретение относится к области энергетики. Способ осуществления рассредоточенного горения включает следующие этапы: инжектируют топливо в печь вдоль оси инжектирования топлива из топливной форсунки, расположенной в узле горелки; инжектируют окислитель в печь из форсунки первичного окислителя, при этом топливная форсунка и форсунка первичного окислителя расположены концентрично относительно друг друга; сжигают топливо и первичный окислитель в печи; уменьшают количество окислителя, инжектируемого из форсунки первичного окислителя; инжектируют первую и вторую струи окислителя в печь из первой и второй динамических фурм, расположенных с противоположных сторон топливной форсунки в узле горелки; инжектируют первую и вторую струи рабочего тела под углами к первой и второй струям окислителя соответственно, так что первая и вторая струи вторичного окислителя направляются под углом от оси инжектирования топлива. Изобретение позволяет снизить NOx достичь рассредоточенного горения при использовании разных видов топлив с помощью простой и компактной горелки. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 табл., 17 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в теплогенерирующих установках, работающих на природном газе. Комплексное устройство для подготовки и сжигания газообразного топлива, включающее турбулентную горелку, помещенную в амбразуру топки, в которой коаксиально расположен конвертер, состоящий из цилиндрической капсулы, выполненной из жаропрочного металла, соединенной с наружного торца камеры смешения с газовым патрубком и присоединенным к нему коаксиально паровым патрубком, фронтальная часть капсулы помещена в зону факела, внутри капсулы коаксиально помещена труба, выполненная из жаропрочного металла, состоящая из зоны конвертированного газа, с наружного торца заглушенной коническим днищем и соединенной с каналом первичного воздуха тангенциальными эллиптическими патрубками выпуска конвертированного газа и зоны риформинга, где труба выполнена перфорированной и покрытой с наружной и внутренней сторон слоем никелевого катализатора на керамической основе, причем тангенциальные эллиптические патрубки выпуска конвертированного газа проходят через кольцевую камеру нагрева парогазовой смеси, расположенную между внутренней поверхностью капсулы и наружной поверхностью трубы, на входе в которую расположены лопатки завихрителя. Техническим результатом изобретения является увеличение экономической и экологической эффективности комплексного устройства для подготовки и сжигания газообразного топлива за счет упрощения его конструкции и компоновки конвертера в составе горелки. 4 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для нагрева технологических сред в нефтегазовой и других отраслях промышленности. Способ включает многостадийный нагрев теплоносителя газами окисления, при этом на каждую стадию подают часть теплоносителя и часть топлива, на первой стадии газы окисления получают каталитическим окислением газотопливной смеси, полученной смешением нагретого воздуха и первой части топлива, а на каждой последующей стадии газы окисления получают каталитическим окислением газотопливной смеси, полученной смешением газов окисления предыдущей стадии и одной из остальных частей топлива. При этом воздух нагревают за счет охлаждения газов окисления последней стадии, которые затем выводят, а технологическую среду нагревают за счет охлаждения смеси нагретых частей теплоносителя. Подачу топлива и теплоносителя на каждую стадию регулируют в зависимости от максимальной и минимальной температур катализатора. Изобретение повышает коэффициент полезного действия, снижает энергозатраты и металлоемкость оборудования, а также расширяет ассортимент теплоносителей и нагреваемых сред. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх