CN104456686A - 一种内燃化工反应供热机组及其供热方法 - Google Patents
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Abstract
一种内燃化工反应供热机组及其供热方法，包括提供火焰的火焰炉、反应容器、穿过反应容器内腔的火焰通道、烟道和引风机；引风机固定安装在烟道上，火焰炉与烟道通过火焰通道连通；火焰通道的数量为4—100之间的偶数，且均匀安装在反应容器上，单个火焰通道分布在同一个平面内，并且单个火焰通道上均设置有使单个火焰通道通闭的阀门；单个火焰通道的长度大于或等于反应容器的半径，且小于或等于反应容器直径的4倍；火焰通道的总体积不超过反应容器容积的10%；在引风机的作用下，火焰炉内的火焰进入火焰通道并对反应容器内的液体进行加热。本发明的内燃化工反应供热机组具有结构简单、能耗低，操作方便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种供热机组，尤其涉及一种内燃化工反应供热机组及其供热方法。
背景技术
化工企业的基本生产工艺过程，如溶浸、沉积、净化与蒸发浓缩等等，多需借助外部供热来实施，所用外热多为锅炉蒸汽。其普遍供热方法系将锅炉产出的蒸汽，经管道输往装设于反应容器中的盘管或夹套之类金属器件，由此类器件的外壁散热，而使容器内的反应物料得以升温加热，释热后的废蒸汽，回流锅炉再造蒸汽。如此周而复始，完成化工反应的加热过程。
在上述加热作业中，盘管、夹套之类器件，其作用就是“蒸汽通道”。由此，这一供热模式，可以概括表述为：锅炉蒸汽＋蒸汽通道=传统化工反应供热机组。
然而，上述现有的供热模式存在以下显著缺陷而导致供热效率低下。
一、锅炉蒸汽产生过程的效率缺失：
1、进入蒸汽的能量不足投放能量的50%：锅炉的正常燃烧作业，其燃烧火焰的温度一般达850℃，经造汽排出的余焰，其温度通常在450℃以上；在燃煤的条件下甚至超过500℃。其显热的散耗不低于50%。此部分的热损，一般化工企业难于利用，亦即用于造汽的能量，不足燃烧火焰能量的50%。
2、热能在蒸汽中所占能量份额低于50%：由锅炉燃烧火焰造出的蒸汽，系一种同时具有力能与热能的复合能源，其特点是：锅炉蒸汽提供的工作压力可达16㎏/cm2，因而力能系其强项；锅炉蒸汽提供的显热温度仅达200℃，因此热能为其短板，亦即在火焰有效转化的能量分配中，热能所占份额在转化火焰能量的50%以下。
经过以上两项损耗的叠加，可以说：锅炉造出蒸汽的热量可能还不足燃烧火焰投入热量的25%。
二、锅炉蒸汽使用过程的效率缺失：
化工反应往往需要在指定温度下（例如80℃），持续一定时间。投入蒸汽通道作加热用的蒸汽，一般最高显热温度不超过180℃。而释热后返回锅炉的余汽温度，往往不低于100℃，粗略地看，实际使用蒸汽的显热温度差，仅在180℃～100℃之间，具体地说，蒸汽的热力大体使用范围不足50%，由此可见：蒸汽使用效率亦相当低下。
综上，由以上一、二两项热损耗的叠加，锅炉蒸汽对化工反应加热应用的热效，具体数值可能还不足12.5%。考虑到在具体应用的升温阶段，受热物料的温度较低，蒸汽的热力使用范围应高于50%。因而加热应用的热效，最高也不会超过15%，此即现行化工反应供热机组效率低下的现实，此缺陷应予改变和克服。
发明内容
本发明提供一种全新设计的内燃化工反应供热机组，本内燃化工反应供热机组具有节能、减排以及结构简单、操作方便等优点。
为达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种内燃化工反应供热机组，包括提供火焰的火焰炉、反应容器、穿过反应容器内腔的火焰通道、烟道和引风机；所述引风机固定安装在烟道上，所述火焰炉与烟道通过火焰通道连通；引风机将火焰从火焰炉引入到火焰通道中，火焰通道的温度升高后，就对反应容器内的液体传递热量；由于火焰通道采用传热性能很好的金属或合金制作而成，故本供热机组对化工反应容器内的液体加热速度快，效率高。
所述火焰通道的数量为4—100之间的偶数，且均匀安装在反应容器上，单个所述火焰通道分布在同一个平面内，并且单个所述火焰通道上均设置有使单个所述火焰通道通闭的阀门；单个所述火焰通道的长度大于或等于反应容器的半径，且小于或等于反应容器直径的4倍；所述火焰通道的总体积不超过反应容器容积的10%，以保证反应容器的有效作业空间；
在所述引风机的作用下，火焰炉内的火焰进入火焰通道并对反应容器内的液体进行加热。
上述的内燃化工反应供热机组，优选的，所述火焰通道截面积的总和等于或接近引风机进风口截面积的尺寸，从而达到火焰与引风速率同步的目的。
上述的内燃化工反应供热机组，优选的，所述火焰通道的部分通道为弯曲状或平行布置以适用不同的反应容器。所述弯曲状的火焰通道自上而下在同一个平面内呈锯齿状设置，使得火焰在火焰通道的运行方向与引风机的引风方向一致，而不会出现滞气的死角，保证火焰运行的顺畅。
上述的内燃化工反应供热机组，优选的，所述火焰炉与火焰通道之间设置有火焰延伸区，使得进入每道火焰通道的火焰相同，从而均匀的对反应容器加热。火焰延伸区与火焰通道的进风口平行设置使得火焰的运行方向与鼓风机的引风方向一致。
上述的内燃化工反应供热机组，优选的，所述火焰延伸区和反应容器之间设置有倒U字形空气输送管，所述空气输送管的一端位于反应容器内、另一端经过火焰延伸区与鼓风机相连。
上述的内燃化工反应供热机组，优选的，所述火焰通道与烟道之间设置有尾焰聚集区，尾焰聚集区与火焰通道的出风口平行设置，所述阀门安装在火焰通道的出风口处；让每道火焰通道的尾焰集中，以利于引风机对火焰的牵引。
一种上述的内燃化工反应供热机组的供热方法，包括以下步骤：
1）打开引风机，对火焰炉内的燃料点火，并使燃料充分燃烧，火焰温度达到850℃以上；
2）将引风机功率调到适当大小，使火焰炉内的火焰进入到火焰通道中对火焰通道进行预热，并使火焰通道的出风口出现火焰；
3）测量火焰通道出风口火焰的显热温度；若显热温度达到预定温度则保持火焰炉内燃料的燃烧强度和火焰通道的有效几何尺寸不变，即可用于对反应容器内的液体加热；若显热温度低于预定温度则进入步骤4），若显热温度超过预定温度则进入步骤5）；
4）增强火焰炉内燃料的燃烧强度、增大火焰通道与反应容器内液体接触的有效总面积；返回步骤3）；
5）降低火焰炉内燃料的燃烧强度，减小火焰通道与反应容器内液体接触的有效总面积；返回步骤3）。
上述的内燃化工反应供热机组的供热方法，优选的，通过阀门控制所述火焰通道的通闭来选择不同长度的火焰通道，从而增大或减小火焰通道与反应容器内液体接触的有效总面积。
上述的内燃化工反应供热机组的供热方法，优选的，通过阀门控制所述火焰通道的通闭来选择不同管径的火焰通道，从而增大或减小火焰通道与反应容器内液体接触的有效总面积。
上述的内燃化工反应供热机组的供热方法，优选的，通过控制火焰炉内空气的量来改变燃料的燃烧强度；所述预定温度为100℃-150℃。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的热源，直接使用燃烧火焰，取代现行供热的蒸汽；并以相应的火焰通道，取代现行供热的蒸汽通道，如此本发明的供热模式，可用以下关系式表述：燃烧火焰＋火焰通道=本发明的供热机组。该机组的优势是有较高的供热效率，若提供的燃烧火焰为850℃，经过火焰通道的尾焰，其显热可控制到125℃以下，其供效率可达85%以上，高于现行供热的5倍以上，也就使得使用本发明的所宜选用的发力额度锅炉型级得到优化。例如某一化工容器，用传统加热模式，按原定制应配备的锅炉为10吨/小时型级，本发明的加热效率，较其高于5倍，为此只需使用2吨/小时的发力额度锅炉的燃料资源即符合使用。同时本发明在装置的组成上，去除了蒸汽锅炉使用的大量管件与水汽资源，与现用供热机组比较具有结构简单和操作易行的特性。
附图说明
图1为本发明实施例1中内燃化工反应供热机组结构示意图。
图2为本发明实施例2中内燃化工反应供热机组结构示意图。
图例说明
1、火焰炉；2、反应容器；21、容器壁；3、火焰通道；31、平行火焰通道；32、倾斜火焰通道；4、烟道；5、引风机；6、火焰延伸区；7、尾焰聚集区；8、空气输送管；9、鼓风机；10、空气预热管；11、空气搅拌管；12、阀门。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，一种内燃化工反应供热机组，用于对溶浸作业的化工反应容器2供热，本实施例的反应容器2采用碳钢材质制作而成，实用容积为4 m3。在本实施例中溶浸作业温度为80℃，并保温运行4小时。
本实施例的供热机组，包括提供火焰的火焰炉1、安装在化工反应容器2内的火焰通道3、烟道4和引风机5；引风机5安装固定在烟道4上，火焰炉1和烟道4通过火焰通道3连通。引风机5的进风口尺寸为Φ600mm，风压为3000KPa，风量为5000 m3/时，火焰通道3采用碳钢材质做成，共有4道，并联设置在反应容器2内，每道长5m，管径为Φ150mm。
在本实施例中，火焰通道3为在同一个平面内分布的Z字形火焰通道，在Z字形火焰通道的出风口处安装有控制Z字形火焰通道通闭的阀门12，阀门12的控制手柄安装在烟道4的炉壁上；Z字形火焰通道包括2个平行火焰通道31和1个倾斜火焰通道32，2个平行火焰通道31分别安装在反应容器2两侧的容器壁21上，平行火焰通道31与反应容器2垂直，倾斜火焰通道32的两端分别与2个平行火焰通道31连通。平行火焰通道31与倾斜火焰通道32的夹角为30°，在实际生产过程中，可根据实际的生产需要将平行火焰通道31与倾斜火焰通道32的夹角设置为其他角度。
本实施例中，在安装火焰通道3时，先在反应容器2两侧的容器壁21上开凿，开凿方向一律与反应容器2垂直，使得火焰的运行方向与引风机5的引风保持一致。
采用本实施例的内燃化工反应供热机组的供热方法包括以下步骤：
1）打开引风机5,对火焰炉1内的燃料点火，并使燃料充分燃烧，火焰温度达到850℃以上；
2）将引风机5功率调到适当大小，使火焰炉1内的火焰进入到火焰通道3中对火焰通道3进行预热，并使火焰通道3的出风口出现火焰；
3）测量火焰通道3出风口火焰的显热温度；若显热温度达到预定温度则保持火焰炉1内燃料的燃烧强度和火焰通道3的有效几何尺寸不变，即可用于对反应容器2内的液体加热；若显热温度低于预定温度则进入步骤4），若显热温度超过预定温度则进入步骤5）；
4）增强火焰炉1内燃料的燃烧强度、增大火焰通道3与反应容器2内液体接触的有效总面积；返回步骤3）；
5）降低火焰炉1内燃料的燃烧强度，减小火焰通道3与反应容器2内液体接触的有效总面积；返回步骤3）。
在本实施例中，通过阀门12控制单个火焰通道3的通闭来选择不同长度的火焰通道3，从而增大或减小火焰通道3与反应容器2内液体接触的有效总面积；或者通过阀门12控制单个火焰通道3的通闭来选择不同管径的火焰通道3，从而增大或减小火焰通道3与反应容器2内液体接触的有效总面积。
在本实施例中，通过改变火焰炉1内鼓风机9功率的大小来改变火焰炉1内空气的量，从而控制火焰炉1内燃料的燃烧强度。在本实施例中，尾焰的温度为100℃。在保温阶段关闭引风机5、进行自然通风燃烧或者降低引风机5的进风量，保持火焰炉1的工作，使反应容器2的温度保持在80℃。
本实施例的内燃化工反应供热机组，结构简单、供热效率高，对环境的影响低。采用本实施例的内燃化工反应供热机组与采用传统蒸汽供热机组的能耗如表1所示。由表1可以看出本实施例的供热效率是传统供热的5倍以上。
表1 ：本实施例的内燃化工反应供热机组与传统蒸汽供热机组的能耗对比表
实施例2
如图2所示，一种内燃化工反应供热机组，用于对蒸发浓缩作业的反应容器2供热，本实施例的反应容器2采用304型不锈钢制作而成，实用容积为14m3。本实施例中，蒸发浓缩作业的蒸发温度为105℃，保温时限为2小时。
本实施例的供热机组，包括提供火焰的火焰炉1、安装在化工反应容器2内的火焰通道3、烟道4和引风机5；引风机5安装固定在烟道4上，火焰炉1和烟道4通过火焰通道3连通。引风机5的进风口尺寸为Φ500mm，风压3000KPa，风量：8000m3/小时。火焰通道3采用304不锈钢材质做成，共有60道，并联设置在反应容器2内，每道长3m，管径为Φ80 mm。
在本实施例中，火焰通道3为平行火焰通道31，平行火焰通道31安装在反应容器2两侧的容器壁21上，使得平行火焰通道31与反应容器2垂直。在安装平行火焰通道31时，先在反应容器2两侧的容器壁21上开凿，开凿方向与反应容器2垂直，使得火焰的运行方向与引风机5的引风保持一致。
本实施例中，火焰炉1与火焰通道3之间设置有火焰延伸区6，火焰延伸区6与火焰通道3的进风口平行设置；使得进入每道火焰通道3的火焰相同，从而均匀的对反应容器2 加热。火焰通道3与烟道4之间设置有尾焰聚集区7，尾焰聚集区7与火焰通道3的出风口平行设置，在每根火焰通道3的出风口处安装有控制单根火焰通道3通闭的阀门12，阀门12的控制手柄安装在尾焰聚集区7的炉壁上；让每道火焰通道3的尾焰集中，以利于引风机5对火焰的牵引。
本实施例中，在火焰延伸区6和反应容器2之间设置有倒U字形空气输送管8；空气输送管8包括两部分；一部分是位于火焰延伸区6内由3支Φ120×L 2000 mm无缝碳三钢管串联制作而成的空气预热管10，另一部分是由不锈钢管制作而成的空气搅拌管11，空气搅拌管11插入反应容器2中心底部位置；空气预热管10和空气搅拌管11口径相同为Φ120mm，并且串联在一起。空气预热管10的进风口与鼓风机9相连，鼓风机9的分压为0.12MPa，风量为1000m3/时（可调），进、出风口径为Φ120mm。在鼓风机9启动时，鼓入的空气在空气预热管10内受到火焰的加热，进入反应容器2内，对反应容器2内的液体予以鼓气搅拌，加快液体的蒸发浓缩。
采用本实施例的内燃化工反应供热机组的供热方法包括以下步骤：
1）打开引风机5,对火焰炉1内的燃料点火，并使燃料充分燃烧，火焰温度达到850℃以上；
2）将引风机5功率调到适当大小，使火焰炉1内的火焰进入到火焰通道3中对火焰通道3进行预热，并使火焰通道3的出风口出现火焰；
3）测量火焰通道3出风口火焰的显热温度；若显热温度达到预定温度则保持火焰炉1内燃料的燃烧强度和火焰通道3的有效几何尺寸不变，即可用于对反应容器2内的液体加热；若显热温度低于预定温度则进入步骤4），若显热温度超过预定温度则进入步骤5）；
4）增强火焰炉1内燃料的燃烧强度、增大火焰通道3与反应容器2内液体接触的有效总面积；返回步骤3）；
5）降低火焰炉1内燃料的燃烧强度，减小火焰通道3与反应容器2内液体接触的有效总面积；返回步骤3）。
在本实施例中，通过阀门12控制单个火焰通道3的通闭来选择不同长度的火焰通道3，从而增大或减小火焰通道3与反应容器2内液体接触的有效总面积；或者通过阀门12控制单个火焰通道3的通闭来选择不同管径的火焰通道3，从而增大或减小火焰通道3与反应容器2内液体接触的有效总面积。
在本实施例中，通过改变火焰炉1内鼓风机9功率的大小来改变火焰炉1内空气的量，从而控制火焰炉1内燃料的燃烧强度。在本实施例中，尾焰的显热温度为120℃。在保温阶段关闭引风机5，保持火焰炉1的工作，使反应容器2的温度保持在105℃。
采用本实施例的内燃化工反应供热机组对50m3原液蒸发浓缩70%的作业量，与传统蒸汽供热机组相比的能耗如表2所示。
表2：本实施例的内燃化工反应供热机组与传统蒸汽供热机组的能耗对比表
Claims (10)
1.一种内燃化工反应供热机组，其特征在于：包括提供火焰的火焰炉（1）、反应容器（2）、穿过反应容器（2）内腔的火焰通道（3）、烟道（4）和引风机（5）；所述引风机（5）固定安装在烟道（4）上，所述火焰炉（1）与烟道（4）通过火焰通道（3）连通；所述火焰通道（3）的数量为4—100之间的偶数，且均匀安装在反应容器（2）上，单个所述火焰通道（3）分布在同一个平面内，并且单个所述火焰通道（3）上均设置有使单个所述火焰通道（3）通闭的阀门（12）；单个所述火焰通道（3）的长度大于或等于反应容器（2）的半径，且小于或等于反应容器（2）直径的4倍；所述火焰通道（3）的总体积不超过反应容器（2）容积的10%；在所述引风机（5）的作用下，火焰炉（1）内的火焰进入火焰通道（3）并对反应容器（2）内的液体进行加热。
2.根据权利要求1所述的内燃化工反应供热机组，其特征在于：所述火焰通道（3）截面积的总和等于或接近引风机（5）进风口截面积的尺寸。
3.根据权利要求1所述的内燃化工反应供热机组，其特征在于：所述火焰通道（3）的部分通道为弯曲状或平行布置；所述弯曲状的火焰通道（3）自上而下在同一个平面内呈锯齿状设置。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的内燃化工反应供热机组，其特征在于：所述火焰炉（1）与火焰通道（3）之间设置有火焰延伸区（6）；火焰延伸区（6）与火焰通道（3）的进风口平行设置。
5.根据权利要求4所述的内燃化工反应供热机组，其特征在于：所述火焰延伸区（6）和反应容器（2）之间设置有倒U字形空气输送管（8），所述空气输送管（8）的一端位于反应容器（2）内、另一端经过火焰延伸区（6）与鼓风机（9）相连。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的内燃化工反应供热机组，其特征在于：所述火焰通道（3）与烟道（4）之间设置有尾焰聚集区（7）；尾焰聚集区（7）与火焰通道（3）的出风口平行设置；所述阀门（12）安装在火焰通道（3）的出风口处。
7.一种如权利要求1所述的内燃化工反应供热机组的供热方法，其特征在于，包括以下步骤：1）打开引风机（5），对火焰炉（1）内的燃料点火，并使燃料充分燃烧，火焰温度达到850℃以上；
2）将引风机（5）功率调到适当大小，使火焰炉（1）内的火焰进入到火焰通道（3）中对火焰通道（3）进行预热，并使火焰通道（3）的出风口出现火焰；
3）测量火焰通道（3）出风口火焰的显热温度；若显热温度达到预定温度则保持火焰炉（1）内燃料的燃烧强度和火焰通道（3）的有效几何尺寸不变，即可用于对反应容器（2）内的液体加热；若显热温度低于预定温度则进入步骤4），若显热温度超过预定温度则进入步骤5）；
4）增强火焰炉（1）内燃料的燃烧强度、增大火焰通道（3）与反应容器（2）内液体接触的有效总面积；返回步骤3）；
5）降低火焰炉（1）内燃料的燃烧强度，减小火焰通道（3）与反应容器（2）内液体接触的有效总面积；返回步骤3）。
8.根据权利要求7所述的供热方法，其特征在于：通过阀门（12）控制所述火焰通道（3）的通闭来选择不同长度的火焰通道（3），从而增大或减小火焰通道（3）与反应容器（2）内液体接触的有效总面积。
9.根据权利要求7所述的供热方法，其特征在于：通过阀门（12）控制所述火焰通道（3）的通闭来选择不同管径的火焰通道（3），从而增大或减小火焰通道（3）与反应容器（2）内液体接触的有效总面积。
10.根据权利要求7所述的供热方法，其特征在于：通过控制火焰炉（1）内空气的量来改变燃料的燃烧强度；所述预定温度为100℃-150℃。
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2014
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Patent Citations (5)
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