1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) B (11) 29337
(51) F23J 15/00 (2006.01)
F23J 15/02 (2006.01)
F23C 9/00 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
(21) 2013/1537.1
(22) 27.03.2013
(45) 15.12.2014, бюл. №12
(31) 201210100669.9
(32) 29.03.2012
(33) CN
(72) Вонг Деруи (CN); Янг Лиран (CN); Чанг
Тифенг (CN)
(73) ЧАЙНА ПЕТРОЛЕУМ ЭНД КЕМИКАЛ
КОРПОРЕЙШН (CN); ЛЮОЯНГ ПЕТРОКЕМИКАЛ
ИНЖИНИРИНГ КОРПОРЕЙШН/СИНОПЕК (CN)
(74) Русакова Нина Васильевна; Жукова Галина
Алексеевна; Ляджин Владимир Алексеевич
(56) WO 200233318 A1, 25.04.2002
EP 1992876 A2, 19.11.2008
US 7204966 B2, 17.04.2007
US 6848375 B2, 01.02.2005
(54) ПЛАМЕННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ И
СПОСОБ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
(57) Настоящее изобретение относится к
пламенным нагревателям, содержащим корпус
пламенного нагревателя с каналом ввода воздуха и
каналом вывода топочного газа, систему утилизации
тепла отходящего топочного газа, соединенную с
упомянутым корпусом пламенного нагревателя,
содержащую по крайней мере две теплообменные
камеры. Первый канал каждой из упомянутых
теплообменных камер может соединяться с каналом
вывода топочного газа или с каналом ввода воздуха,
а второй канал каждой из теплообменных камер
может соединяться с внешней атмосферой или с
дымоотводящим устройством. Когда первый канал
по крайней мере одной теплообменной камеры
соединен с упомянутым каналом вывода топочного
газа, а ее второй канал соединен с упомянутым
дымоотводящим устройством, первый канал по
крайней мере еще одной теплообменной камеры
соединен с упомянутым каналом ввода воздуха, а ее
второй канал соединен с наружной атмосферой.
Пламенный нагреватель по настоящему
изобретению может утилизировать тепло топочного
газа, выходящего из корпуса пламенного
нагревателя, увеличивая тем самым КПД
пламенного нагревателя.
(19)KZ(13)B(11)29337

2. 29337
2
Настоящее изобретение относится к
промышленному оборудованию для нагревания, в
частности, к пламенным нагревателям. Настоящее
изобретение относится также к способу
использования пламенного нагревателя.
Предпосылки изобретения.
Пламенные нагреватели являются
технологическим печами, широко используемыми в
области производства нефтепродуктов, в
нефтехимии, переработке природных газов и
металлургии. Пламенные нагреватели используют
газообразное или жидкое топливо, а материалы-
теплоносители в трубе внутри печи нагреваются
напрямую, пламенем, до достижения требуемой
температуры, необходимой для работы
подключаемого оборудования.
В настоящее время температура отходящего газа
пламенных нагревателей обычно высока, как
правило, в пределах диапазона 130-180°С, так что
тепловая эффективность (тепловой КПД) топлива
обычно находится в пределах 88-92%. По
сравнению с конденсационными газовыми котлами
пламенные нагреватели выбрасывают топочный газ,
содержащий большое количество
неиспользованного явного обменного тепла и
скрытого тепла, вызывая косвенный перерасход
топлива, повышая стоимость продукции и оказывая
негативное влияние на окружающую среду. Кроме
того, топочные газы, выбрасываемые из пламенных
нагревателей, содержат еще и пары воды, SO2 и т.д.
При выбрасывании топочного газа водяные пары
конденсируются и растворяют SO2, в результате
чего образуется сернистая кислота, серная кислота и
т.д., которые приводят к коррозии всего
оборудования пламенных нагревателей для
удаления топочного газа, а также к загрязнению
окружающей среды.
В работе "Analysis of Property of a New Type Heat
Exchanger with Ceramics Regenerator and High-
frequency Switch by Experiment"
["Экспериментальный анализ нового типа
теплообменника с керамическим регенератором с
высокочастотным переключением"] (Yan Liang,
Huazhong University of Science & Technology, Wuhan
430074, P.R.China, January,2007) раскрыт новый
керамический регенераторный теплообменник,
использующий технологию высокочастотной
коммутации, где была проведена экспериментальная
проверка эксплуатационных показателей по
теплообмену и стойкости. Эксперименты Yan'a
показали, что керамический регенеративный
подогреватель воздуха ячеистой структуры может
обмениваться теплом между двумя газообразными
средами так, чтобы эффективно утилизировать
тепло промышленных тепловых выбросов. Однако,
когда такой керамический регенеративный
теплообменник с высокочастотной коммутацией
применяется в пламенных нагревателях, где имеет
место переключение между разными
теплообменными камерами, давление в печи и
температура в печи пламенного нагревателя будут
флуктуировать. Более того, из-за влияния объема
теплообменной камеры ее остаточный топочный газ
может вернуться в пламенный нагреватель и
вызвать в нем срыв пламени, обусловленный
нехваткой кислорода. Эти проблемы налагают
жесткие ограничения на применение керамических
регенеративных теплообменников с высокой
частотой коммутации для пламенных нагревателей.
Краткое содержание изобретения.
Для разрешения проблем, с которыми
приходится сталкиваться в устройствах и способах
известного уровня техники, в настоящем
изобретении предлагается пламенный нагреватель,
имеющий относительно высокий тепловой КПД,
обеспечивающий стабильное давление в печи и
стабильный режим горения. Настоящее изобретение
дает также способ использования упомянутого
пламенного нагревателя.
Согласно первому аспекту настоящего
изобретения, предлагается пламенный нагреватель,
включающий корпус нагревателя с каналом для
ввода воздуха и каналом для вывода топочного газа
и систему утилизации тепла отходящего топочного
газа, сообщающуюся с упомянутым корпусом
пламенного нагревателя, включающим по крайней
мере две теплообменные камеры. Первый канал
каждой из теплообменных камер может сообщаться
с каналом вывода топочного газа или каналом ввода
воздуха, а второй канал каждой из теплообменных
камер может сообщаться с внешней атмосферой или
с дымоотводящим устройством, причем, когда
первый канал по крайней мере одной
теплообменной камеры сообщается с каналом
вывода топочного газа, а второй ее канал
сообщается с дымоотводящим устройством, первый
канал по крайней мере еще одной теплообменной
камеры сообщается с каналом ввода воздуха, а
второй ее канал сообщается с внешней атмосферой.
В пламенном нагревателе согласно настоящему
изобретению в любой момент времени по крайней
мере одна теплообменная камера находится в
состоянии отдачи тепла и по крайней мере еще одна
теплообменная камера находится в состоянии
поглощения тепла, при этом отбирается тепло
топочного газа, выходящего из пламенного
нагревателя, улучшая тем самым эффективность
пламенного нагревателя. Кроме того, пламенный
нагреватель по настоящему изобретению имеет
преимущества, заключающиеся в его малых
размерах, в большой продолжительности срока
службы и в простоте использования.
В одном из воплощений теплообменная камера
снабжена регенератором, который может
накапливать остаточное тепло топочного газа и
использовать его для нагрева поступающего
атмосферного воздуха, проходящего через
регенератор, отбирая при этом остаточное тепло
топочного газа. В одном частном воплощении
регенератор представляет собой керамику с сотовой
структурой и/или керамические шарики.
Упомянутые регенераторы инертны по отношению
к кислотосодержащим жидкостям,
конденсирующимся из топочного газа, что
устраняет проблему коррозии в точке росы
топочного газа.

3. 29337
3
В одном из воплощений между системой
утилизации тепла отходящего топочного газа и
каналом ввода воздуха дополнительно
устанавливается резервуар для смешивания газов, в
котором входной канал резервуара для смешивания
газов может подсоединяться к первому каналу
теплообменной камеры и выходной канал
резервуара для смешивания газов соединен с
каналом ввода воздуха. Таким образом, в момент,
когда теплообменные камеры только включены,
остаточный топочный газ в теплообменной камере
должен сначала войти в резервуар для смешивания
газов, смешаться в нем с воздухом с высоким
содержанием кислорода, а затем поступить в корпус
пламенного нагревателя. Такой способ обеспечивает
достаточное содержание кислорода в корпусе
пламенного нагревателя, в результате чего
устраняется срыв пламени, вызванный чрезмерно
низким содержанием кислорода в воздухе. В одном
предпочтительном воплощении объем резервуара
для смешивания газов в 6-7 раз больше, чем сумма
объемов теплообменных камер, соединенных с
резервуаром для смешивания газов, в результате
чего обеспечивается более чем 16,5% по объему
содержание кислорода в воздухе, поступающем в
корпус пламенного нагревателя из резервуара для
смешивания газов, гарантируя тем самым, что пламя
в корпусе пламенного нагревателя не будет гаснуть.
В другом воплощении предусмотрено, что в
резервуаре для смешивания газов установлена и
подсоединена к его входу по крайней мере одна
труба для распределения подаваемого воздуха.
Упомянутая труба для распределения подаваемого
воздуха используется в резервуаре для смешивания
газов для достижения быстрого смешивания
топочного газа с низким содержанием кислорода с
воздухом с высоким содержанием кислорода. В
одном частном воплощении труба для
распределения подаваемого воздуха представляет
собой полую трубу, установленную в резервуаре для
смешивания газов в продольном направлении, в
стенках которой вдоль оси сделано множество
сквозных отверстий, разделенных промежутками.
В одном из воплощений между каналом вывода
топочного газа и системой утилизации тепла
отходящего топочного газа установлена
воздуходувная машина, а между системой
утилизации тепла отходящего топочного газа и
каналом ввода воздуха установлена вторая
воздуходувная машина. Непрерывная работа первой
и второй воздуходувных машин может снизить или
даже исключить флуктуации потока газа или
воздуха, подаваемого в корпус пламенного
нагревателя, и/или давления, которые возникают во
время переключений между теплообменными
камерами, и, благодаря непрерывной работе,
снизить их влияние на пламенный нагреватель,
обеспечивая тем самым стабилизацию температуры
и давления в корпусе пламенного нагревателя.
В одном из воплощений между первой
воздуходувной машиной и системой утилизации
тепла отходящего топочного газа установлен
золоуловитель. Этот золоуловитель может удалять
пылеобразные частицы в топочном газе перед тем,
как топочный газ поступит в систему утилизации
тепла отходящего топочного газа с тем, чтобы
предотвратить забивание регенератора, что
продлевает срок службы пламенного нагревателя.
В одном из воплощений между корпусом
пламенного нагревателя и системой утилизации
тепла топочного газа устанавливается
теплообменник. Обмен тепла между топочным
газом, поступающим из корпуса пламенного
нагревателя, и воздухом, поступающим в корпус
пламенного нагревателя, выполняется с помощью
теплообменника, который еще больше повышает
эффективность утилизации тепла топочного газа,
повышая тем самым тепловой КПД пламенного
нагревателя.
В одном из воплощений нижний конец
теплообменной камеры содержит по крайней мере
один выход для отвода жидкости, который
используется для отвода жидкости,
сконденсированной из топочного газа, выходящего
из теплообменной камеры, устраняя тем самым
накопление жидкости в нижней ее части.
В одном из воплощений установлены две
теплообменные камеры. В другом воплощении
установлены также первый четырехходовой кран и
второй четырехходовой кран для обеспечения
переключения двух теплообменных камер, где
первый четырехходовой кран может сообщаться с
первыми каналами двух теплообменных камер, с
каналом вывода топочного газа и каналом ввода
воздуха, а второй четырехходовой кран может
сообщаться со вторыми каналами двух
теплообменных камер, дымоотводящим
устройством и внешней атмосферой. Пламенный
нагреватель прост, компактен и обеспечивает
быстрое переключение между разными
теплообменными камерами.
Согласно второму аспекту настоящего
изобретения, предлагается способ использования
пламенного нагревателя с двумя описанными выше
теплообменными камерами, включающий:
Шаг 1: в систему утилизации тепла отходящего
топочного газа подают топочный газ, поступающий
из корпуса пламенного нагревателя, и атмосферный
воздух,
Шаг 2: первый четырехходовой кран
устанавливают в положение, в котором первый
канал первой теплообменной камеры соединяется с
каналом вывода топочного газа, а первый канал
второй теплообменной камеры соединяется с
каналом ввода воздуха; в это же время второй
четырехходовой кран устанавливают в положение, в
котором второй канал первой теплообменной
камеры соединяется с дымоотводящим устройством,
а второй канал второй теплообменной камеры
соединяется с наружной атмосферой так, что первая
теплообменная камера находится в состоянии
получения тепла, а вторая теплообменная камера - в
состоянии отдачи тепла.
Шаг 3: по окончании соответственно процессов
получения тепла первой теплообменной камерой и
отдачи тепла второй теплообменной камерой,

4. 29337
4
первый четырехходовой кран переключают в
положение, в котором первый канал второй
теплообменной камеры соединяется с каналом
вывода топочного газа, а первый канал первой
теплообменной камеры соединяется с упомянутым
каналом ввода воздуха; в это же время второй
четырехходовой кран устанавливают в положение, в
котором второй канал второй теплообменной
камеры соединяется с дымоотводящим устройством,
а второй канал первой теплообменной камеры
соединяется с внешней атмосферой, так что вторая
теплообменная камера находится в состоянии
получения тепла, а первая теплообменная камера - в
состоянии отдачи тепла,
Шаг 2 и Шаг 3 повторяют.
В одном из воплощений перед Шагом 1
выполняют шаг подготовки: систему утилизации
тепла отходящего топочного газ приводят в рабочее
состояние. По отношению к настоящему
изобретению термин "рабочее состояние" означает
состояние, в котором система утилизации тепла
отходящего топочного газа уже может принимать
топочный газ, поступающий из корпуса пламенного
нагревателя, и воздух из внешней атмосферы.
В одном из воплощений минимальное
содержание кислорода в воздухе, поступающем в
корпус пламенного нагревателя, составляет 16,5%
по объему, что обеспечивает поддержание условий
незатухания пламени в корпусе пламенного
нагревателя, и пламенный нагреватель будет
работать непрерывно. В другом воплощении время
накопления тепла в системе утилизации тепла
отходящего топочного газа равно времени отдачи
тепла, что также дает возможность пламенному
нагревателю работать непрерывно. В одном из
воплощений флуктуации температуры воздуха,
поступающего в канал ввода воздуха в корпус
пламенного нагревателя, не превышают 0-5 °С, что
приводит к снижению флуктуаций температуры в
корпусе пламенного нагревателя.
В настоящем изобретении под терминами "вверх
по течению" и "вниз по течению" следует понимать,
что речь идет о направлении потока газа. Термин
"нижний конец теплообменной камеры " относится
к нижней области по ходу топочного газа в
теплообменной камере при работе пламенного
нагревателя.
По сравнению с известным уровнем техники
настоящее изобретение имеет преимущества,
заключающиеся в том, что чередующиеся стадии
получения и отдачи тепла в теплообменных камерах
пламенного нагревателя приводят к утилизации
тепла, содержащегося в выходящем из корпуса
пламенного нагревателя топочном газе.
Керамические регенераторы в теплообменных
камерах инертны по отношению к
кислотосодержащим жидкостям,
конденсирующимся из топочного газа, поэтому
проблема коррозии в точке росы топочного газа при
утилизации низкотемпературного топочного газа
устраняется, что приводит к еще большему
снижению температуры удаляемого из пламенного
нагревателя газа и улучшает тепловой КПД
пламенного нагревателя. Резервуар для смешивания
газов, дополнительно установленный между
теплообменной камерой и корпусом пламенного
нагревателя, может обеспечить должное содержание
кислорода в поступающем в корпус пламенного
нагревателя воздухе, исключая тем самым проблему
срыва пламени в корпусе пламенного нагревателя.
Кроме того, первая воздуходувная машина и вторая
воздуходувная машина могут снизить или даже
исключить флуктуации скорости потока топочного
газа или потока поступающего в корпус пламенного
нагревателя воздуха и/или флуктуации давления,
вызванные переходными процессами при
переключениях между теплообменными камерами,
и снизить их влияние на процесс горения в корпусе
пламенного нагревателя благодаря непрерывности
операций, обеспечивая тем самым стабилизацию
температуры и давления в пламенном нагревателе.
Кроме того, пламенный нагреватель по настоящему
изобретению имеет преимущества, заключающиеся
в его малых размерах, продолжительном сроке
службы и простоте использования.
Краткое описание фигур.
Настоящее изобретение будет описано более
детально на основе нижеследующих примеров со
ссылкой на прилагаемые фигуры, где
Фиг.1 представляет собой чертеж-схему первого
воплощения пламенного нагревателя согласно
настоящему изобретению;
Фиг.2 представляет собой чертеж-схему
пламенного нагревателя на Фиг.1 после
переключения теплообменных камер;
Фиг.3 представляет собой чертеж-схему второго
воплощения пламенного нагревателя по настоящему
изобретению;
Фиг.4 представляет собой чертеж-схему третьего
воплощения пламенного нагревателя по настоящему
изобретению.
На фигурах одни и те же компоненты
обозначены одними и теми же номерами ссылок.
Чертежи не отражают реального масштаба.
Детальное описание изобретения.
Настоящее изобретение будет далее описано со
ссылкой на сопровождающие фигуры.
На Фиг.1 представлен пламенный нагреватель
100 согласно настоящему изобретению, содержащий
корпус пламенного нагревателя 1 и систему
утилизации тепла отходящего топочного газа 9 (как
показано в пунктирной рамке на Фиг.1),
соединенную с корпусом пламенного нагревателя 1.
Система утилизации тепла отходящего топочного
газа 9 используется для извлечения тепла из
топочного газа, поступающего из корпуса
пламенного нагревателя 1, а затем использует его
для подогрева воздуха, поступающего в корпус
пламенного нагревателя 1, при этом тепловой КПД
пламенного нагревателя 100 увеличивается. Для
того, чтобы еще больше повысить тепловой КПД
пламенного нагревателя 100, между корпусом
пламенного нагревателя 1 и системой утилизации
тепла отходящего топочного газа 9 может быть
установлен теплообменник 3. Как показано на
Фиг.4, топочный газ, поступающий из корпуса

5. 29337
5
пламенного нагревателя 1, и подаваемый в него
воздух проходят через теплообменник 3 встречными
или поперечными потоками, чтобы достичь
теплового обмена между ними.
Как показано на Фиг.1, система утилизации
тепла отходящего топочного газа 9 включает две
теплообменные камеры 12 и 14, которые поочередно
накапливают тепло или отдают тепло, в которых
первый канал 30 или 30' каждой из теплообменных
камер 12 и 14 может быть отключен или соединен с
каналом вывода топочного газа 6 или каналом ввода
воздуха 2 корпуса пламенного нагревателя, тогда
как второй их канал 31 или 31' может быть
отключен или соединен с окружающей атмосферой
или дымоотводящим устройством 8. Для того,
чтобы накапливать или отдавать тепло,
теплообменные камеры 12 и 14 наполнены
регенератором 16 или 16', выполненным из
керамики с сотовой структурой или керамических
шариков. Использование керамического
регенератора 16 или 16' может устранить проблему
коррозии в точке росы топочного газа. Нижний
конец теплообменных камер 12 и 14 снабжены
соответственно выходами 20 или 20' для отвода
жидкости - конденсата, образующегося в них. В
одном из воплощений упомянутый конденсат
сначала поступает в резервуар для сбора конденсата
22 или 22', обрабатывается в нем до нейтрального
состояния и затем выбрасывается в систему очистки
сточных вод.
В воплощении, показанном на Фиг.1, первый
канал 30 теплообменной камеры 12 соединен с
каналом ввода воздуха 2 корпуса пламенного
нагревателя 1, а второй канал 31 теплообменной
камеры 12 соединен с внешней атмосферой. Первый
канал 30' теплообменной камеры 14 соединен с
каналом вывода топочного газа 6 корпуса
пламенного нагревателя 1, а второй канал 31'
теплообменной камеры 14 соединен с
дымоотводящим устройством 8. В таком состоянии
теплообменная камера 12 находится в режиме
отдачи тепла и нагревает воздух, поступающий в
корпус пламенного нагревателя 1, тогда как
теплообменная камера 14 находится в режиме
получения тепла. Когда время накопления тепла в
теплообменной камере 14 достигает установленного
значения, теплообменная камера 12 переключается в
режим получения тепла, а теплообменная камера 14
переключается в режим отдачи тепла. Подробно эта
процедура будет описана ниже. Нужно иметь в
виду, что система утилизации тепла отходящего
топочного газа 9 может содержать много
теплообменных камер, чтобы увеличить количество
обработанного топочного газа.
Первый четырехходовой кран 11 и второй
четырехходовой кран 13 используются в этом
воплощении, как показано на Фиг.1, для того, чтобы
обеспечить переключение между теплообменной
камерой 12 и теплообменной камерой 14. Первый
четырехходовой кран 11 соединен с первым каналом
30 теплообменной камеры 12, первым каналом 30'
теплообменной камеры 14, каналом вывода
топочного газа 6 корпуса пламенного нагревателя 1
и каналом ввода воздуха 2 корпуса пламенного
нагревателя 1. Второй четырехходовой кран 13
соединен со вторым каналом 31 теплообменной
камеры 12, вторым каналом 31' теплообменной
камеры 14, дымоотводящим устройством 8 и
каналом для забора воздуха 7. Переключение между
режимами отдачи тепла и получения тепла
теплообменной камеры 12 и теплообменной камеры
14 осуществляется одновременной установкой
первого четырехходового крана 11 и второго
четырехходового крана 13. В одном из воплощений
первый четырехходовой кран 11 и второй
четырехходовой кран 13 выполнены так, что
управление ими происходит одновременно, при
этом достигается одновременное переключение
между режимом отдачи тепла и режимом получения
тепла теплообменной камеры 12 и теплообменной
камеры 14 подходящим образом. Эти
четырехходовые краны хорошо известны
специалистам в данной области и далее, для
краткости, обсуждаться не будут.
Кроме того, между теплообменными камерами
12, 14 и каналом ввода воздуха 2 корпуса
пламенного нагревателя 1 установлен резервуар для
смешивания газов 15, где вход 32 резервуара для
смешивания газов 15 соединен с первым
четырехходовым краном 11, а выход 33 резервуара
для смешивания газов 15 соединен с каналом ввода
воздуха 2 корпуса пламенного нагревателя 1. При
работе четырехходового крана 11 обеспечивается
условие, что резервуар для смешивания газов 15
соединяется с теплообменной камерой только тогда,
когда она находится в режиме отдачи тепла. Во
время переключения между теплообменной камерой
12 и теплообменной камерой 14 остаточный
топочный газ в теплообменной камере сначала
поступает в резервуар для смешивания газов 15 и
затем смешивается в нем с воздухом с высоким
содержанием кислорода, при этом обеспечивается
высокое содержание кислорода в поступающем в
корпус пламенного нагревателя 1 воздухе, что
исключает срыв пламени в нем. В одном из
воплощений объем резервуара для смешивания
газов 15 в 6-10 раз больше объема теплообменной
камеры 12 или теплообменной камеры 14, так что
при этом обеспечивается содержание кислорода в
воздухе, поступающем в корпус пламенного
нагревателя 1, порядка 16,5% по объему, гарантируя
тем самым, что пламя в корпусе пламенного
нагревателя не будет гаснуть. Так как объем
резервуара для смешивания газов 15 сравнительно
большой, для достижения быстрого смешивания в
одном из воплощений в резервуаре для смешивания
газов 15 установлена и подсоединена ко входу 32 по
крайней мере одна труба для распределения
подаваемого воздуха 19. Как показано на Фиг.1,
труба для распределения подаваемого воздуха 19
представляет собой полую трубу, установленную в
резервуаре для смешивания газов 15 в продольном
направлении. В трубе по всей длине проделаны
сквозные отверстия так, чтобы топочный газ,
поступающий в резервуар для смешивания газов 15,
мог быстро и равномерно перемешиваться с

6. 29337
6
оставшимся в нем воздухом. Понятно, что для
улучшения степени турбулентности и еще большего
ускорения перемешивания воздуха в резервуаре для
смешивания газов 15 могут быть установлены
вихреформирующие лопатки, отклоняющие
пластины и другие приспособления.
Чтобы обеспечить должный напор потока
воздуха, как показано на Фиг.1, между корпусом
пламенного нагревателя 1 и системой утилизации
тепла отходящего топочного газа 9 устанавливают
первую воздуходувную машину 4 и вторую
воздуходувную машину 5. В одном из воплощений,
как показано на Фиг.1, первая воздуходувная
машина 4 работает как нагнетатель воздуха, а вторая
воздуходувная машина 5 - как вытяжной
вентилятор. В воплощении, как показано на Фиг.1,
вход первой воздуходувной машины 4 соединен с
каналом вывода топочного газа 6 корпуса
пламенного нагревателя 1, а выход первой
воздуходувной машины 4 соединен с первым
четырехходовым краном 11 для того, чтобы
подавать топочный газ в систему утилизации тепла
отходящего топочного газа 9. Вход второй
воздуходувной машины 5 соединен с выходом 33
резервуара для смешивания газов 15, а выход второй
воздуходувной машины 5 соединен с каналом ввода
воздуха 2 корпуса пламенного нагревателя 1 так,
чтобы подавать воздух в корпус пламенного
нагревателя 1. Непрерывная работа первой
воздуходувной машины 4 и второй воздуходувной
машины 5 может снизить или даже устранить
флуктуации давления и потока газа в корпусе
пламенного нагревателя 1, обусловленные
коммутацией первого четырехходового крана 11 и
второго четырехходового крана 13, т.е.
переключением между теплообменной камерой 12 и
теплообменной камерой 14, обеспечивая тем самым
стабилизацию температуры и давления в пламенном
нагревателе 100. Кроме того, первая воздуходувная
машина 4 установлена по течению газа выше
системы утилизации тепла отходящего топочного
газа 9, так что первая воздуходувная машина 4 не
будет подвергаться действию коррозии,
обусловленной точкой росы топочного газа.
Как показано на Фиг.3, в случае, когда в
топочном газе содержится большое количество
пылеобразных частиц, между первой воздуходувной
машиной 4 и первым четырехходовым краном 11
может быть установлен золоуловитель 10 для
предотвращения засорения теплообменных камер 12
и 14. В одном из воплощений золоуловитель 10
может удалять пыль, фильтруя через тканевый
фильтр, электростатический фильтр или через
плоский фильтр, промываемый водой. Кроме того,
золоуловитель 10 может играть роль буфера между
первым четырехходовым краном 11 и вторым
четырехходовым краном 13, снижая импульсную
ударную нагрузку на пламенный нагреватель 100,
вызванную флуктуациями потока воздуха и
давления во время их коммутаций.
Далее будет обсуждаться способ использования
пламенного нагревателя 100 согласно настоящему
изобретению со ссылкой на Фиг.1 и Фиг.2. С целью
упрощения принимается, что в настоящем
изобретении цикл накопления тепла в
теплообменной камере составляет 30 сек, цикл
отдачи тепла составляет 30 сек, а температура точки
росы топочного газа составляет 100°С.
Прежде всего, система утилизации тепла
отходящего топочного газа 9 приводится в рабочее
состояние. Как показано на Фиг.1, система
утилизации тепла 9 приводится в состояние, в
котором теплообменная камера 12 находится в
режиме отдачи тепла, а теплообменная камера 14
находится в режиме получения тепла. Топочный газ
с температурой около 200 °С поступает из корпуса
пламенного нагревателя 1 через канал вывода
топочного газа 6, проходит через воздуходувную
машину 4 и направляется с помощью первого
четырехходового крана 11 в теплообменную камеру
14, где остаточное тепло накапливается. После этого
топочный газ выходит через второй канал 31'
теплообменной камеры 14, направляется вторым
черырехходовым краном 13 в дымоотводящее
устройство 8 и оттуда сбрасывается в атмосферу.
Отдача тепла топочного газа в теплообменной
камере 14 может приводить к образованию
конденсата в нижней части теплообменной камеры
14, который удаляют через выход для отвода
жидкости 20'.
Атмосферный воздух, вводимый через канал
для забора воздуха 7, направляется вторым
четырехходовым краном 13 в теплообменную
камеру 12 через ее второй канал 31 и в ней
нагревается. Затем этот воздух выходит из
теплообменной камеры 12 и направляется с
помощью первого четырехходового крана 11 в
резервуар для смешивания газов 15, а затем
отправляется в корпус пламенного нагревателя 1
через его канал ввода воздуха 2.
После 30 сек работы режимы работы
теплообменной камеры 12 и теплообменной камеры
14 переключаются. На Фиг.2 показано состояние
через 0-3 сек. после переключения, т.е.
переключение первого четырехходового крана 11 и
второго четырехходового крана 13 только что
выполнено, в этот момент теплообменная камера 12
находится в режиме получения тепла, а
теплообменная камера 14 находится в режиме
отдачи тепла. Пути движения топочного газа и
воздуха не будут здесь повторяться с теми, которым
они соответствовали до переключения. Следует
отметить, что, когда воздух поступает в
теплообменную камеру 14, в которой имеется
остаточный топочный газ, он будет смешиваться с
остаточным топочным газом и затем выталкивать
его в резервуар для смешивания газов 15 и
смешиваться в нем с воздухом. Чтобы устранить
срыв пламени в корпусе пламенного нагревателя 1,
вызванного низким содержанием кислорода, в
перемешанном воздухе его должно быть минимум
16,5% по объему. Кроме того, флуктуация
температуры воздуха, впускаемого в резервуар для
смешивания газов 15, находится в пределах 0-10°С,
а флуктуация температуры воздуха, выходящего из
резервуара для смешивания газов 15, т.е. воздуха,

7. 29337
7
поступающего в канал для ввода воздуха 2 корпуса
пламенного нагревателя 1, находится в пределах 0-
5°С, снижая тем самым диапазон флуктуации
температуры воздуха в корпусе пламенного
нагревателя 1. В течение этого периода пламенный
нагреватель 100 находится в состоянии горения с
пониженным содержанием кислорода.
Через 5-7 сек. после переключения в
теплообменной камере 12 начинает появляться
жидкость-конденсат, которая будет удаляться через
выход для отвода жидкости 20 в дне теплообменной
камеры 12. Воздух, поступающий в корпус
пламенного нагревателя 1, уже не будет смешан с
топочным газом, так что пламенный нагреватель 100
будет находиться в режиме нормального горения.
Через 20-23 сек. после переключения
температура в теплообменной камере 12 постепенно
возрастает и конденсат больше не появляется, так
что пламенный нагреватель 100 также находится в
состоянии нормального горения.
Через 27-30 сек. после переключения (но перед
переключением теплообменной камеры 12 и
теплообменной камеры 14) температура в
теплообменной камере 12 постоянно увеличивается
и конденсат уже больше не появляется, так что
пламенный нагреватель 100 также находится в
режиме нормального горения.
После переключения описанные выше операции,
выполняемые в течение периода 0-30 сек. перед
переключением, повторяются.
В пламенном нагревателе 100, снабженном
золоуловителем 10, золоуловитель необходимо
регулярно очищать от накопленной пыли.
Хотя настоящее изобретение было рассмотрено
со ссылкой на предпочтительные воплощения, оно
распространяется и на выходящие за пределы
обсужденных частных воплощений другие его
воплощения и/или его использования и очевидные
его модификации, им эквивалентные. Рамки
раскрытого здесь изобретения не должны
ограничиваться раскрытыми частными
воплощениями, как они описаны выше, но
охватывают любое и все технические решения,
следующие из области охвата нижеследующей
формулы изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Пламенный нагреватель, включающий:
корпус пламенного нагревателя с каналом ввода
воздуха и каналом вывода топочного газа,
систему утилизации тепла отходящего топочного
газа, соединенную с упомянутым корпусом
пламенного нагревателя, включающую по крайней
мере две теплообменные камеры, в которой первый
канал каждой из упомянутых теплообменных камер
может быть соединен с упомянутым каналом
вывода топочного газа или каналом ввода воздуха, а
второй канал каждой из упомянутых
теплообменных камер может быть соединен с
внешней атмосферой или с дымоотводящим
устройством,
в которой, когда первый канал по крайней мере
одной теплообменной камеры соединен с
упомянутым каналом вывода топочного газа, а
второй ее канал соединен с упомянутым
дымоотводящим устройством, первый канал по
крайней мере еще одной теплообменной камеры
соединен с упомянутым каналом ввода воздуха, а
второй ее канал соединен с внешней атмосферой.
2. Пламенный нагреватель по п.1,
характеризующийся тем, что между упомянутой
системой утилизации тепла отходящего топочного
газа и упомянутым каналом ввода воздуха
устанавливают резервуар для смешивания газов, в
котором вход упомянутого резервуара для
смешивания газов может быть соединен с первым
каналом упомянутой теплообменной камеры, а
выход упомянутого резервуара для смешивания
газов может быть соединен с упомянутым каналом
ввода воздуха.
3. Пламенный нагреватель по п.2,
характеризующийся тем, что объем упомянутого
резервуара для смешивания газов в 6-10 раз больше
суммарного объема теплообменных камер,
соединенных с резервуаром для смешивания газов.
4. Пламенный нагреватель по п.2 или 3,
характеризующийся тем, что в резервуаре для
смешивания газов установлена и подсоединена к его
входу по крайней мере одна труба для
распределения подаваемого воздуха.
5. Пламенный нагреватель по п.4,
характеризующийся тем, что упомянутая труба для
распределения подаваемого воздуха представляет
собой полую трубу, установленную в упомянутом
резервуаре для смешивания газов в продольном
направлении, и в стенках упомянутой трубы вдоль
оси сделано множество сквозных отверстий,
разделенных промежутками.
6. Пламенный нагреватель по любому из п.п.1-5,
характеризующийся тем, что между упомянутым
каналом вывода топочного газа и системой
утилизации тепла отходящего топочного газа
установлена первая воздуходувная машина.
7. Пламенный нагреватель по любому из п.п.1-6,
характеризующийся тем, что между упомянутой
системой утилизации тепла отходящего топочного
газа и каналом ввода воздуха установлена вторая
воздуходувная машина.
8. Пламенный нагреватель по п.7,
характеризующийся тем, что между упомянутой
первой воздуходувной машиной и упомянутой
системой утилизации тепла отходящего топочного
газа установлен золоуловитель.
9. Пламенный нагреватель по любому из п.п.1-8,
характеризующийся тем, что между упомянутым
корпусом пламенного нагревателя и упомянутой
системой утилизации тепла отходящего топочного
газа установлен теплообменник, в котором
происходит теплообмен между топочным газом,
поступающим из упомянутого корпуса пламенного
нагревателя, и воздухом, поступающим в
упомянутый корпус пламенного нагревателя.
10. Пламенный нагреватель по любому из п.п.1-
9, характеризующийся тем, что в упомянутой

8. 29337
8
теплообменной камере ее нижний конец содержит
по крайней мере один выход для отвода жидкости.
11. Пламенный нагреватель по любому из п.п.1-
10, характеризующийся тем, что упомянутая
теплообменная камера содержит регенератор.
12. Пламенный нагреватель по п.11,
характеризующийся тем, что упомянутый
регенератор представляет собой керамику с сотовой
структурой и/или керамические шарики.
13. Пламенный нагреватель по любому из п.п.1-
12, характеризующийся тем, что содержит две
теплообменные камеры.
14. Пламенный нагреватель по п.13,
характеризующийся тем, что упомянутый
пламенный нагреватель дополнительно содержит
первый четырехходовой кран и второй
четырехходовой кран для переключения двух
упомянутых теплообменных камер, где упомянутый
первый четырехходовой кран может соединяться с
первыми каналами упомянутых двух
теплообменных камер, с упомянутым каналом
вывода топочного газа и с упомянутым каналом
ввода воздуха, а упомянутый второй
четырехходовой кран может соединяться со
вторыми каналами двух упомянутых
теплообменных камер, с упомянутым
дымоотводящим устройством и внешней
атмосферой.
15. Способ использования пламенного
нагревателя по п.14, включающий:
Шаг А: подача топочного газа, поступающего из
упомянутого корпуса пламенного нагревателя, и
атмосферного воздуха в упомянутую систему
утилизации тепла отходящего топочного газа,
Шаг В: установка упомянутого первого
четырехходового крана в положение, в котором
первый канал первой теплообменной камеры
соединяется с каналом вывода топочного газа, а
первый канал второй теплообменной камеры
соединяется с каналом ввода воздуха; в это же время
упомянутый второй четырехходовой кран
устанавливают в положение, в котором второй
канал первой теплообменной камеры соединяется с
упомянутым дымоотводящим устройством, а второй
канал второй теплообменной камеры соединяется с
внешней атмосферой, так что упомянутая первая
теплообменная камера находится в состоянии
получения тепла, а упомянутая вторая
теплообменная камера - в состоянии отдачи тепла,
Шаг С: по окончании соответственно процессов
получения тепла первой теплообменной камерой и
отдачи тепла второй теплообменной камерой
упомянутый первый четырехходовой кран
переключают в положение, в котором первый канал
второй теплообменной камеры соединяется с
каналом вывода топочного газа, а первый канал
первой теплообменной камеры соединяется с
упомянутым каналом ввода воздуха; в это же время
упомянутый второй четырехходовой кран
устанавливают в положение, в котором второй
канал второй теплообменной камеры соединяется с
упомянутым дымоотводящим устройством, а второй
канал первой теплообменной камеры соединяется с
внешней атмосферой, так что упомянутая вторая
теплообменная камера находится в состоянии
получения тепла, а упомянутая первая
теплообменная камера - в состоянии отдачи тепла,
повторение Шага В и Шага С.
16. Способ по п.15, характеризующийся тем, что
перед Шагом А выполняют шаг подготовки, на
котором упомянутую систему утилизации тепла
отходящего топочного газа приводят в рабочее
состояние.
17. Способ по п.15 или 16, характеризующийся
тем, что минимальное содержание кислорода в
воздухе, поступающем в упомянутый корпус
пламенного нагревателя, составляет 16,5% по
объему.
18. Способ по любому из п.п.15-17,
характеризующийся тем, что в упомянутой системе
утилизации тепла отходящего топочного газа время
накопления тепла равно времени отдачи тепла.
19. Способ по любому из п.п.15-18,
характеризующийся тем, что флуктуации
температуры воздуха, поступающего в упомянутый
канал ввода воздуха, находятся в пределах
диапазона 0-5°С.

9. 29337
9

10. 29337
10
Верстка А. Сарсекеева
Корректор Р. Шалабаев