Теплогенератор
Изобретение относится к водонагревателям, имеющим средства получения тепла, в которых воздух отделен от нагревающей среды с помощью труб. Технической задачей изобретения, совпадающей с положительным результатом от его применения, является повышение эффективности нагрева теплоносителя, циркулирующего в радиаторе теплогенератора. Теплогенератор содержит корпус, состоящий из соединенных между собой фланцевыми соединениями топочной частью со служебным люком обслуживания и приточными отверстиями, внутри которой установлено горелочное устройство, теплообменным устройством, закрепленным на цилиндрическом корпусе, и дымовой трубой с дефлектором. Теплообменное устройство выполнено в виде многогранного радиатора с вертикальными ребрами для обеспечения тока теплоносителя в радиаторе преимущественно в вертикальном направлении; радиатор снабжен кожухом, при этом ниже и выше радиатора в корпусе теплообменного устройства установлены поворотные заслонки для изменения направления движения дыма, размещенные ниже и выше радиатора; кожух теплообменного устройства изготовлен из теплоизоляционного материала и заполнен промежуточным теплоносителем. К радиатору подведены подводящий и отводящий трубопроводы, соединенные с радиатором посредством фланцевых соединений, при этом упомянутые трубопроводы снабжены штуцерами для установки в них термометров, регистрирующих температуру теплоносителя на входе и на выходе из теплообменного устройства. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к водонагревателям, имеющим средства получения тепла, в которых в которых воздух отделен от нагревающей среды с помощью труб, и может использоваться в нефтегазовой промышленности для отопления помещений в зимний сезон, в том числе производственных цехов, складских комплексов и других промышленных помещений большого размера.
Из уровня техники известен теплогенератор (RU 2591759 C1, МПК F24H 1/00, опубл. 20.07.2016), содержащий металлические корпус с воздухозаборниками и смотровым отверстием, хотя бы один змеевик для теплоносителя, хотя бы один кожух змеевика, а также установленное в корпусе соосно горелочное устройство, содержащее один канал подачи топлива и оголовок, выполненный с возможностью подключения к регулируемым системе подачи топлива, горелочному устройству и системе подачи теплоносителя в змеевик.
Недостатком известного технического решения является низкая эффективность теплогенератора, вследствие размещения змеевика, по которому поступает нагреваемая текучая среда, с наружной части корпуса, что снижает коэффициент полезного использования теплоты дымовых газов.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению и выбранным в качестве прототипа признан теплогенератор универсальный (RU 2615301 C2, МПК F24H 1/06, F24H 1/14, F24H 3/08, F23L 15/04, опубл. 04.04.2017). Теплогенератор по независимому пункту формулы изобретения содержит металлический корпус, установленное в нем с открытым радиальным зазором устройство горелочное с хотя бы одним каналом подачи топлива, а также хотя бы один трубопровод для теплоносителя, и выполненный с возможностью подключения к системе подачи топлива в горелочное устройство и системе подачи и отвода теплоносителя в трубопровод, при этом горелочное устройство теплогенератора является устройством диффузионно-инжекционного типа.
Недостатком универсального теплогенератора является его низкая технологичность, связанная с тем, что теплогенератор выполнен мобильным, что снижает его надежность. Кроме того конструкция трубопровода теплогенератора не обеспечивает полное использование тепла дымовых газов.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эффективности нагрева теплоносителя, циркулирующего в радиаторе теплогенератора.
Указанная задача решена тем, что теплогенератор содержит корпус, состоящий из соединенных между собой фланцевыми соединениями топочной частью со служебным люком обслуживания и приточными отверстиями, внутри которой установлено горелочное устройство, теплообменным устройством, закрепленным на цилиндрическом корпусе, и дымовой трубой с дефлектором. При этом теплообменное устройство выполнено в виде многогранного радиатора с вертикальными ребрами для обеспечения тока теплоносителя в радиаторе преимущественно в вертикальном направлении; радиатор снабжен кожухом, при этом ниже и выше радиатора в корпусе теплообменного устройства установлены поворотные заслонки для изменения направления движения дыма, размещенные ниже и выше радиатора; кожух теплообменного устройства изготовлен из теплоизоляционного материала и заполнен промежуточным теплоносителем. К радиатору подведены подводящий и отводящий трубопроводы, соединенные с радиатором посредством фланцевых соединений, при этом упомянутые трубопроводы снабжены штуцерами для установки в них термометров, регистрирующих температуру теплоносителя на входе и на выходе из теплообменного устройства.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков теплогенератора, является повышение эффективности теплопередачи от сжигаемого попутного нефтяного газа теплоносителю, циркулирующему в многогранном радиаторе теплогенератора, за счет соединения нижнего и верхнего кольцевых каналов радиатора вертикальными ребрами и применением поворотных заслонок, размещенных ниже и выше радиатора, позволяющих изменять направление движения дыма от горелки, что повышает тепловую эффективность устройства. Дополнительным техническим результатом является возможность автоматизации работы теплогенератора, за счет возможности применения в его конструкции термометров, позволяющих контролировать температуру циркулирующей теплоносителя в радиаторе, а также системы автоматического поджига и контроля горения факела горелки и узла автоматического регулирования подачи топочного газа.
Изобретение поясняется чертежом, где на фигуре представлен внешний вид теплогенератора спереди.
Теплогенератор устроен следующим образом.
Его основой является корпус, установленный на трех опорах 1, состоящий из соединенных между собой фланцевыми соединениями топочной частью 2 со служебным люком обслуживания 3 и приточными отверстиями 4, внутри которой установлено горелочное устройство 5, теплообменным устройством 6, закрепленным на цилиндрическом корпусе 7, и дымовой трубой 8 с дефлектором 9 (газо-дымным рассекателем). При этом теплообменное устройство 6 выполнено в виде многогранного радиатора 10 с вертикальными ребрами 11 для обеспечения тока теплоносителя в радиаторе 10 преимущественно в вертикальном направлении. Радиатор 10 снабжен кожухом 12, при этом ниже и выше радиатора в корпусе 7 теплообменного устройства 6 установлены поворотные заслонки 13 для изменения направления движения дыма, размещенные ниже и выше радиатора. Кожух 12 теплообменного устройства 6 изготовлен, предпочтительно, из теплоизоляционного материала, при этом упомянутый кожух заполнен промежуточным теплоносителем. К радиатору 10 подведены подводящий 14 и отводящий 15 трубопроводы, соединенные с радиатором 10 посредством фланцевых соединений. Подводящий и отводящий трубопроводы 14 и 15 снабжены штуцерами 16 для установки в них термометров, регистрирующих температуру теплоносителя на входе и на выходе из теплообменного устройства 5.
В качестве теплоизоляционного материала кожуха 12 может применяться тонколистовая сталь, а в качестве промежуточного теплоносителя может применяться песок мелкой фракции.
Дополнительно в дымовой трубе 8 на расстоянии от 200 мм от нижней части трубы может быть установлен термометр 17 дымовых газов, а горелочное устройство 5 может быть снабжено системой автоматического розжига и контроля горения факела горелки (на фигурах условно не показаны), при этом упомянутая система может включать в себя узел автоматического пьезоэлектрического розжига, газовый детектор, а также электромеханический регулятор подачи топочного газа.
В случае применения в конструкции теплогенератора упомянутых элементов автоматики термометры, устанавливаемые в штуцеры 16, и термометр 17 дымовых газов могут представлять собой резистивные датчики температуры, а газовый детектор - датчик углеводородных газов, например модели MQ-9(Датчик газа MQ9 (угарный газ, углеводородные газы) // 3DiY. URL: https://3d-diy.ru/product/datchik-gaza-mq-9 (дата обращения: 24.02.2022). Выходы упомянутых датчиков могут быть подключены к измерительным входам промышленного логического контроллера, например модели Delta DVP-ES2/EX2(Программируемые контроллеры. Контроллеры малого класса // DELTA. URL: https://deltronics.ru/catatog/programmiruemyie-kontrolleryi/ (дата обращения: 24.02.2022), а силовые выходы последнего могут быть подключены к узлу автоматического пьезоэлектрического розжига и электромеханическому регулятору подачи топочного газа, в качестве которого может быть применен регулятор модели РРГ-10 DN 4(Регулятор расхода газа РРГ-10 DN 4 до 1800 л/ч // Элточприбор. URL: https://eltochpribor.ru/elementnaya-baza/regulyatory-etektronnye-massovogo-raskhoda-gaza-modeley-rrg-20-rrg-18-rrg-15-rrg-12-rrg-10/regutyator-raskhoda-gaza-rrg-10-dn-4-mm-do-1800-1-ch/ (дата обращения: 24.02.2022), устанавливаемый на патрубке линии подачи попутного нефтяного газа в горелочное устройство 5.
Теплогенератор используют следующим образом.
Первоначально устройство доставляют в разобранном виде на промышленную площадку, далее на предварительно подготовленной поверхности надежно закрепляют топочную часть 2 с помощью трех опор 1, внутрь топочной части 2 устанавливают горелочную часть 5, на верхнем торце топочной части 2 фланцевым соединением закрепляют цилиндрический корпус 7 с теплообменным устройством 6, а на верхнем торце корпуса 7 фланцевым соединением закрепляют дымовую трубу 8 с дефлектором 9. Далее к горелочному устройству 5 подключают линию подачи попутного нефтяного газа, подводящий 14 и отводящий 15 трубопроводы подключают к системе циркуляции теплоносителя, например воды. В штуцеры 16 устанавливают термометры, при необходимости, устанавливают термометр 17 дымовых газов. В случае использования средств автоматики для управления котлом упомянутые термометры, представляющие собой датчики температуры, а также газовый детектор горелочного устройства 5 подключают к измерительным входам промышленного логического контроллера, монтируемого на корпусе теплогенератора, а силовые выходы контроллера подключают к узлу пьезоэлектрического розжига и электромеханическому регулятору подачи топочного газа. После выполненных операций теплогенератор готов к работе.
При работе теплогенератора в ручном режиме первоначально обеспечивают непрерывную подачу теплоносителя в радиатор 10, затем открывают служебный люк обслуживания 3, подают в горелочное устройство 5 ограниченный объем топочного газа на малое горение и осуществляют его розжиг. После прогрева теплогенератора на малом горении факела горелки в течение 5 мин осуществляют перевод горелки на большое горение путем полной подачи топливного газа в горелку, затем закрывают служебный люк обслуживания 3.
При горении факела дымовые газы, смешиваясь с воздухом, поступающим из приточных отверстий 4, поднимаясь вверх по корпусу теплообменного устройства 6, нагревают радиатор 10 и его вертикальные ребра 11, при этом кожух 12, заполненный промежуточным теплоносителем, предотвращает потерю тепла, обеспечивает нагрев теплоносителя в радиаторе и его циркуляцию за счет конвекции из нижней части радиатора 10 в его верхнюю часть. При движении дымовых газов в корпусе 7 поворотные заслонки 13, размещенные ниже и выше радиатора 10, обеспечивают изменение направления движения дыма, предотвращая его ламинарное течение, обеспечивая перемешивание дымовых газов и лучшую передачу тепла от них теплоносителю. Температуру теплоносителя на входе и выходе радиатора контролируют с помощью термометров, а величину факела горелочного устройства 5 определяют визуально, открывая при необходимости служебный люк обслуживания 3.
При использовании в составе теплогенератора средств автоматики управление его работой может осуществляться в автоматическом режиме на основе управляющей программы, хранящейся во FLASH-памяти программ промышленного контроллера. В этом случае розжиг топочного газа и плавное регулирование его подачи в горелку осуществляется с помощью команд, подаваемых на силовые выходы контроллера, подключенные, соответственно, узлу пьезоэлектрического розжига и электромеханическому регулятору подачи топочного газа. Контроль температуры теплоносителя производится путем опроса датчиков температуры, установленных в штуцеры 16, а контроль горения факела и температуры дымовых газов осуществляется путем опроса датчика углеводородных газов и термометра 17 (датчика температуры дымовых газов). Опрос упомянутых датчиков осуществляется путем анализа состояния измерительных входов контроллера, которые могут представлять собой линии аналого-цифрового преобразователя.
Таким образом, рассмотренный в настоящей заявке теплогенератор, является промышленно применимым устройством, обеспечивающим эффективный нагрев теплоносителя, например воды, который может быть использован для отопления промышленных зданий и сооружений в зимний период. Отсутствие в конструкции теплогенератора узлов, требующих для своей работы силовых электрических линий, делает возможным его использование, в том числе, на удаленных от сетей коммунальных ресурсов площадках нефтегазовых скважин и других объектов нефтегазодобывающей промышленности.
1. Теплогенератор, содержащий корпус, состоящий из соединенных между собой фланцевыми соединениями топочной части со служебным люком обслуживания и приточными отверстиями, внутри которой установлено горелочное устройство, теплообменным устройством, закрепленным на цилиндрическом корпусе, и дымовой трубой с дефлектором, отличающийся тем, что теплообменное устройство выполнено в виде многогранного радиатора с вертикальными ребрами для обеспечения тока теплоносителя в радиаторе преимущественно в вертикальном направлении; радиатор снабжен кожухом, при этом ниже и выше радиатора в корпусе теплообменного устройства установлены поворотные заслонки для изменения направления движения дыма, размещенные ниже и выше радиатора; кожух теплообменного устройства изготовлен из теплоизоляционного материала и заполнен промежуточным теплоносителем; к радиатору подведены подводящий и отводящий трубопроводы, соединенные с радиатором посредством фланцевых соединений, при этом упомянутые трубопроводы снабжены штуцерами для установки в них датчиков температуры, регистрирующих температуру теплоносителя на входе и на выходе из теплообменного устройства.
2. Теплогенератор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве теплоизоляционного материала кожуха применена тонколистовая сталь, а в качестве промежуточного теплоносителя использован песок мелкой фракции.
3. Теплогенератор по п. 1, отличающийся тем, что в дымовой трубе установлен термометр дымовых газов, горелочное устройство снабжено системой автоматического розжига и контроля горения факела горелки, при этом упомянутая система включает в себя узел автоматического пьезоэлектрического розжига, газовый детектор, а также электромеханический регулятор подачи топочного газа.
4. Теплогенератор по п. 3, отличающийся тем, что термометры, устанавливаемые в штуцеры, и термометр дымовых газов представляют собой резистивные датчики температуры, а газовый детектор - датчик углеводородных газов.
5. Теплогенератор по п. 4, отличающийся тем, что выходы датчиков подключены к измерительным входам промышленного логического контроллера, а силовые выходы последнего подключены к узлу автоматического пьезоэлектрического розжига и электромеханическому регулятору подачи топочного газа.
