CN104832922A - 一种蓄热式气体加热装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于蓄热式换热和加热领域，涉及一种气体的蓄热式加热装置。该装置包括两个隔断式多孔陶瓷蓄热室、一个低温四通换向阀和一个高温三通换向阀。高温烟气加热隔断式多孔陶瓷蓄热体，经过烟气和多孔陶瓷的高效换热，烟气中的热量充分地传递给多孔陶瓷；低温气体通过和烟气流通的相反方向进入多孔陶瓷蓄热室，充分和多孔陶瓷接触，并被加热至高温。本发明的效果和益处是高效加热气体物料，整个系统简单紧凑，操作灵活，检修和维护方便，可满足石油、化工、冶金、机械等领域中对气体物料高温、高效加热的需要。

Description

一种蓄热式气体加热装置及方法
技术领域
本发明属于蓄热式换热和加热领域，涉及一种燃气和空气的蓄热式加热装置及方法，可广泛应用于各类气体物料的高温、高效加热领域。
背景技术
蓄热式加热技术于19世纪就开始用于玻璃熔炉、高炉热风炉等规模大且温度高的炉子，由于这种技术最大程度上利用了高温烟气的显热，经过加热后的空气和燃气可显著地提高理论燃烧温度和燃烧效率，并且拓展了可用燃料的热值范围，低热值燃料也可以用于高温工业窑炉。另外，预热后的燃气和空气将形成与传统燃烧方式迥然不同的新型燃烧类型，改善了炉膛的温度分布，创造出炉内优良的均匀温度场分布，甚至可以避免大量氮氧化物NOx的生成，产生了显著的经济效益和社会效益。
目前这项技术仍存在设计和操作方面的理论问题，比如：蓄热炉和燃烧室仍未适应其要求，日常维护比较麻烦，而且加热效率较低，因此限制了这种技术的推广。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种结构紧凑、高效加热的蓄热式气体加热装置。
本发明的技术方案是：
一种蓄热式气体加热装置，其特征在于，该蓄热式气体加热装置包括隔断式多孔陶瓷蓄热室、四通低温换向阀和三通高温换向阀；隔断式多孔陶瓷蓄热室A的上方与燃烧喷嘴1相连，下方与四通低温换向阀相连；隔断式多孔陶瓷蓄热室B上方与燃烧喷嘴2相连，下方与四通低温换向阀相连；燃气和空气经过混合腔室1和混合腔室2分别与燃烧喷嘴1和燃烧喷嘴2相连；四通低温换向阀与待加热气体入口和烟气出口相连；隔断式多孔陶瓷蓄热室A和隔断式多孔陶瓷蓄热室B的上方通过三通高温换向阀相通。
所述的隔断式多孔陶瓷蓄热室中填充若干多孔陶瓷模块，彼此之间由空气隔断，且相互串联；隔断式多孔陶瓷蓄热室上部预留部分空间，用于燃气的燃烧反应。蓄热室上部预留部分空间，用于燃气的燃烧反应。由于陶瓷模块之间传热受阻，因此蓄热室的入口和出口温差很大，燃烧烟气出口温度可降至很低，待加热气体可被加热至很高温度，能量传递效率和利用效率很高。
所述的多孔陶瓷模块采用蜂窝陶瓷或泡沫陶瓷，单位体积的传热面积为500～1500m2/m3。
所述的四通低温换向阀和三通高温换向阀按照设定的时间周期性改变方向，高温烟气和待加热气体周期性反向通过两个隔断式多孔陶瓷蓄热室，以多孔陶瓷模块为中间媒介，完成热量从高温烟气到待预热气体的传递过程。
用所述的蓄热式气体加热装置的方法，燃气和空气在混合腔室1中混合，由燃烧喷嘴1导入隔断式多孔陶瓷蓄热室A，并在隔断式多孔陶瓷蓄热室A上部空间充分燃烧，燃烧后产生的高温烟气进入隔断式陶瓷孔道内，与多孔陶瓷进行充分热量交换，其温度降至200℃以下，由下方排出隔断式多孔陶瓷蓄热室A，经过四通低温换向阀排入大气；与此同时，待加热的冷气体通过四通低温换向阀进入另一侧已经在上一个换向周期内被高温烟气预热的隔断式多孔陶瓷蓄热室B，冷空气被加热到1000℃以上，从上方排出隔断式多孔陶瓷蓄热室B后，经三通高温换向阀排出，完成加热过程；在后半周期中，改变四通低温换向阀和三通高温换向阀的方向，改变两个隔断式多孔陶瓷蓄热室的功用，前半周期通燃气和空气的隔断式多孔陶瓷蓄热室A改通冷气体，前半周期通冷气体的隔断式多孔陶瓷蓄热室B改通高温燃烧烟气；如此反复，连续加热冷气体，产生流量稳定的高温气体。
所述的蓄热式气体加热装置用于加热的气体包括煤气、天然气、液化石油气、甲烷、氢气、空气或氧气。
这种新型高效的蓄热式加热技术的主要优点有：(1)热效率大幅度提高，排烟温度可以控制在150℃以下，热量利用率达90％以上；(2)待加热气体的预热温度大幅度提高，可以预热至1000℃以上；(3)这种加热炉不同于传统烧嘴加热炉，不必在炉前操作，可实现远程自动化控制，减少劳动强度。
附图说明
图1是蓄热式气体加热装置前半周期工作流程图。
图2是蓄热式气体加热装置后半周期工作流程图。
图中：A隔断式多孔陶瓷蓄热室A；B隔断式多孔陶瓷蓄热室B；V1三通高温换向阀；V2四通低温换向阀；M1燃烧喷嘴1；M2燃烧喷嘴2；R1混合腔室1；R2混合腔室2。
具体实施方式
下面通过实施例和附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
在此需要说明的是，对于这些实施例的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
图1是蓄热式气体加热装置前半周期工作流程图，左侧燃气和空气从喷嘴M1喷入燃烧室并燃烧，产生的高温烟气进入蓄热室A，并加热蓄热室。由于蓄热室中的陶瓷蓄热体由相同陶瓷模块隔断堆叠串联而成，彼此传热受阻，因此蓄热室入口和出口温差极大，烟气温度快速下降至200℃以下，最后经过四通换向阀V2排出系统；与此同时，待加热的气体经过四通换向阀反向进入右侧蓄热室，在蓄热室中完成加热过程。由于蓄热室温差极大，出口温度极高，因此待加热气体温度上升至1000℃以上，最后经过三通换向阀V1排出系统，完成加热过程。
图2是蓄热式气体加热装置后半周期工作流程图，两个换向阀同时改变方向，此时的蓄热室A通待加热气体，蓄热室B通高温烟气。右侧燃气和空气从喷嘴M2喷入燃烧室并燃烧，产生的高温烟气进入蓄热室B，并加热蓄热室，烟气温度下降至200℃以下后，经过四通换向阀V2排出系统；与此同时，待加热的气体经过四通换向阀反向进入左侧蓄热室，在蓄热室加热至1000℃以上，最后经过三通换向阀V1排出系统，完成加热过程。
利用换向阀周期性改变烟气和气流的流通方向，可连续高效地加热冷气体，产生流量稳定的高温气体。

Claims (8)

1.一种蓄热式气体加热装置，其特征在于，该蓄热式气体加热装置包括隔断式多孔陶瓷蓄热室、四通低温换向阀和三通高温换向阀；隔断式多孔陶瓷蓄热室A的上方与燃烧喷嘴1相连，下方与四通低温换向阀相连；隔断式多孔陶瓷蓄热室B上方与燃烧喷嘴2相连，下方与四通低温换向阀相连；燃气和空气经过混合腔室1和混合腔室2分别与燃烧喷嘴1和燃烧喷嘴2相连；四通低温换向阀与待加热气体入口和烟气出口相连；隔断式多孔陶瓷蓄热室A和隔断式多孔陶瓷蓄热室B的上方通过三通高温换向阀相通。
2.根据权利要求1所述的蓄热式气体加热装置，其特征在于，所述的隔断式多孔陶瓷蓄热室中填充若干多孔陶瓷模块，彼此之间由空气隔断，且相互串联；隔断式多孔陶瓷蓄热室上部预留部分空间，用于燃气的燃烧反应。
3.根据权利要求2所述的蓄热式气体加热装置，其特征在于，所述的多孔陶瓷模块采用蜂窝陶瓷或泡沫陶瓷，单位体积的传热面积为500～1500m2/m3。
4.根据权利要求2或3所述的蓄热式气体加热装置，其特征在于，所述的四通低温换向阀和三通高温换向阀按照设定的时间周期性改变方向，高温烟气和待加热气体周期性反向通过两个隔断式多孔陶瓷蓄热室，以多孔陶瓷模块为中间媒介，完成热量从高温烟气到待预热气体的传递过程。
5.用权利要求1-3任一所述的蓄热式气体加热装置的方法，其特征在于，燃气和空气在混合腔室1中混合，由燃烧喷嘴1导入隔断式多孔陶瓷蓄热室A，并在隔断式多孔陶瓷蓄热室A上部空间充分燃烧，燃烧后产生的高温烟气进入隔断式陶瓷孔道内，与多孔陶瓷进行充分热量交换，其温度降至200℃以下，由下方排出隔断式多孔陶瓷蓄热室A，经过四通低温换向阀排入大气；与此同时，待加热的冷气体通过四通低温换向阀进入另一侧已经在上一个换向周期内被高温烟气预热的隔断式多孔陶瓷蓄热室B，冷空气被加热到1000℃以上，从上方排出隔断式多孔陶瓷蓄热室B后，经三通高温换向阀排出，完成加热过程；在后半周期中，改变四通低温换向阀和三通高温换向阀的方向，改变两个隔断式多孔陶瓷蓄热室的功用，前半周期通燃气和空气的隔断式多孔陶瓷蓄热室A改通冷气体，前半周期通冷气体的隔断式多孔陶瓷蓄热室B改通高温燃烧烟气；如此反复，连续加热冷气体，产生流量稳定的高温气体。
6.用权利要求4任一所述的蓄热式气体加热装置的方法，其特征在于，燃气和空气在混合腔室1中混合，由燃烧喷嘴1导入隔断式多孔陶瓷蓄热室A，并在隔断式多孔陶瓷蓄热室A上部空间充分燃烧，燃烧后产生的高温烟气进入隔断式陶瓷孔道内，与多孔陶瓷进行充分热量交换，其温度降至200℃以下，由下方排出隔断式多孔陶瓷蓄热室A，经过四通低温换向阀排入大气；与此同时，待加热的冷气体通过四通低温换向阀进入另一侧已经在上一个换向周期内被高温烟气预热的隔断式多孔陶瓷蓄热室B，冷空气被加热到1000℃以上，从上方排出隔断式多孔陶瓷蓄热室B后，经三通高温换向阀排出，完成加热过程；在后半周期中，改变四通低温换向阀和三通高温换向阀的方向，改变两个隔断式多孔陶瓷蓄热室的功用，前半周期通燃气和空气的隔断式多孔陶瓷蓄热室A改通冷气体，前半周期通冷气体的隔断式多孔陶瓷蓄热室B改通高温燃烧烟气；如此反复，连续加热冷气体，产生流量稳定的高温气体。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的蓄热式气体加热装置用于加热的气体包括煤气、天然气、液化石油气、甲烷、氢气、空气或氧气。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的蓄热式气体加热装置用于加热的气体包括煤气、天然气、液化石油气、甲烷、氢气、空气或氧气。
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