CN109357391A - 一种制热器及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制热器，由甲醇供料装置、空气泵、甲醇气化槽、催化槽和尾气处理装置组成，甲醇气化槽上设有两个输入口和输出口，两个输入口分别与空气泵以及甲醇供料装置相连；催化槽依次由进气仓室、水/油槽和尾气仓室组成，水/油槽的内部固定有催化反应管，水/油槽的侧面分别设有水/油输入口和水/油输出口；甲醇气化槽的输出口与进气仓室连接，尾气仓室的出口端连有铜管Ⅰ，铜管Ⅰ上设有三通，尾气处理装置与三通相连接；本发明以甲醇为燃料，使其与空气在催化剂的作用下做无火焰燃烧，无明火、环保、燃烧效率高、可长时间使用，并可应用于工业化生产、日常生活等方面。
Description
技术领域
本发明属于制热设备技术领域，具体涉及一种由甲醇催化燃烧产生热量以提供热源的制热器及其操作方法。
背景技术
传统的制热设备主要以燃煤为原料为主，通过燃煤的氧化燃烧来提供热量，但该过程需要消耗大量的一次性能源，燃料不充分，并排放大量的污染物。随着城市生活水平的提高，为了改善城市空气质量，使用清洁能源已经成为一种趋势。
因此，本领域的技术人员研制出了碳化氢系燃料制热器，即以石油液化气、丁烷气或煤油等燃料氧化燃烧加热（即火焰燃烧），与燃煤相比，该制热器具有热值高、排放污染物少、应用广泛等优点，但该制热器燃烧时有明火，易引起火灾，且应用此种燃料的加热系统结构较复杂，体积大，无法移动使用；另外燃烧过程中产生的水易稀释燃料，效率较低；虽然天然气的主要成分是甲烷，基本不含硫，但其燃烧时会产生大量二氧化碳与烟雾，当燃烧不充分时，易生成CO等有毒气体。
随着社会的发展与进步，世界能源消费的增长与资源匮乏之间的矛盾日趋尖锐。因此，传统能源利用技术的革新成为备受关注的焦点问题。催化燃烧作为传统能源的新型利用技术，已经引起学术界和工业界的普遍重视。
与火焰燃烧相比，催化燃烧主要具有以下优点：起燃温度低，容易实现稳定燃烧，无火焰燃烧，危险性低，有利于提高燃烧效率，降低污染物的排放；可在较大的燃气比范围内使用，正是由于具备上述优点，催化燃烧即是一种能耗低、效率高、环境友好的有机废弃物治理技术，也是能源利用的最佳途径之一。
作为一种低碳化合物，甲醇是一种高效的液体燃料，同时也是许多工业废气的重要组成部分，有效利用甲醇对能源利用和环境保护都具有重大意义。催化燃烧是高效利用甲醇的方法之一，它可以通过催化作用降低甲醇的起燃温度，提高甲醇燃烧的利用率，减少大气污染物的生成。
朱淼、王晓红等人开展了Al2O3负载Pt催化剂的合成以及甲醇低温催化燃烧性能研究，在合成Al2O3负载Pt催化剂后，搭建了甲醇催化燃烧简易装置，来评价催化剂的活性，该装置由空气Ⅰ、空气Ⅱ、气路控制柜、鼓泡器、混气装置、长方体反应器、色谱仪七个部分构成，从空气Ⅰ、空气Ⅱ流出的空气与鼓泡器流出的甲醇气体，经混气装置混合后，进入长方体反应器中进行催化燃烧反应，在催化活性评价时，将催化剂置于长方体形反应器中(适合用作片状催化剂的反应装置)。向反应器内通入甲醇和空气的混合气体，混合气体流量为3 mL/min，从反应器出来的气体用装有FID检测器锐敏GC-2060气相色谱仪进行在线分析，测定反应前后甲醇峰面积的变化，以评价催化剂的活性。该简易装置只是为了研究所合成的Al2O3负载Pt催化剂的活性，并未将甲醇催化燃烧反应生成的热量加以应用，只适用于实验室内的实验研究，无法应用在工业化生产、日常生活等方面。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种制热器，以甲醇为燃料，使其与空气在催化剂的作用下做无火焰燃烧，无明火、环保、燃烧效率高、可长时间使用，并可应用于工业化生产、日常生活等方面。
本发明提供的技术方案如下：
一种制热器，由甲醇供料装置、空气泵、甲醇气化槽、催化槽和尾气处理装置组成，甲醇气化槽上设有两个输入口以及一个或若干个输出口，两个输入口分别与空气泵以及甲醇供料装置相连；催化槽依次由进气仓室、水/油槽和尾气仓室组成，水/油槽的内部固定有若干个催化反应管，催化反应管的两端分别与进气仓室、尾气仓室连通，催化反应管中填充有催化剂，水/油槽的侧面分别设有水/油输入口和水/油输出口；甲醇气化槽的输出口与进气仓室连接，尾气仓室的出口端连有一个或若干个铜管Ⅰ，铜管Ⅰ上沿尾气仓室的出口端向其末端的方向依次设有阀门Ⅲ、三通和阀门Ⅰ，尾气处理装置与所述三通相连接。
优选地，进气仓室的末端面的中心处设有与甲醇气化槽输出口相同数量的孔状结构，输出口与孔状结构之间分别通过铜管连接，每条铜管上设有阀门Ⅱ，进气仓室内部的孔状结构处设有导流板。
更优选地，尾气处理装置由一个或若干个尾气管、分配管Ⅰ、两个三通阀门、两个分配管Ⅱ和若干个气泡石组成，尾气管的数量与设置在尾气仓室出口端的铜管Ⅰ数量相同，其一端与三通连接，另一端设置在分配管Ⅰ的侧面，分配管Ⅰ的两末端分别连有三通阀门，三通阀门上设有阀门开关，三通阀门的其中一端分别通过管路与分配管Ⅱ相连接，分配管Ⅱ的两末端呈封闭状态，其侧面通过管路与气泡石连接，两个分配管Ⅱ侧面连接的管路数量相同。
优选地，甲醇气化槽上与空气泵连接的输入口设置在甲醇气化槽的侧面靠近底部的位置。
优选地，甲醇气化槽上的输出口的数量与尾气仓室的出口端的铜管Ⅰ的数量相同。
本发明还公开了一种用于操作上述制热器的方法，包括以下步骤：
（1）制热器启动：打开空气泵、甲醇供料装置、阀门Ⅲ和阀门Ⅱ，关闭阀门Ⅰ，将三通阀门上的阀门开关拨向A位置，将气泡石浸于水中；此时，甲醇和空气在甲醇气化槽内混合后，流向进气仓室，进入催化反应管中发生催化燃烧反应，反应结束产生的尾气，进入尾气处理装置，经气泡石处理后，尾气中的有机溶剂部分溶于水中，不溶于水的CO2部分挥发至空气中；
（2）向水/油输入口通入水/油，测定水/油输出口流出的水/油的温度，当温度达到70℃时，将三通阀门上的阀门开关拨向B位置，并打开阀门Ⅰ；
（3）制热器停止：关闭空气泵、甲醇供料装置和阀门Ⅱ，当制热器排出尾气的温度降至常温时，关闭阀门Ⅰ，并将空气泵和三通阀门上与外部大气相通的一端连接，打开空气泵，5~10min后，关闭空气泵，同时关闭阀门Ⅲ。
优选地，当阀门开关拨向A位置时，气泡石所在的位置即为尾气处理装置的出口；当阀门开关拨向B位置时，与外侧大气相通的一端即为尾气处理装置的出口。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
（1）本发明在进气仓室内部的孔状结构处设有导流板，导流板的数量有一个或若干个，甲醇和空气在甲醇气化槽中混合后，经过导流板，被导流成漩涡状，使得甲醇和空气混合更均匀，并且混合后的气体能够均匀的进入各个催化反应管中；
（2）本发明中的甲醇气化槽上与空气泵连接的输入口设置在甲醇气化槽的底部，甲醇气化槽中的甲醇液体在常温下会自然挥发，当从甲醇气化槽的底部通过空气后，空气从甲醇液体中经过，并产生气泡，由此也加速了甲醇气体的挥发速度；
（3）本发明设有尾气处理装置，当制热器刚刚启动，水/油输出口流出的水/油的温度未达到70℃时，经检测，催化反应产生的尾气中含有甲醇、甲酸等物质，为甲醇催化反应不完全所至，此时，只需关闭阀门Ⅰ，将三通阀门上的阀门开关拨向A位置，并将气泡石浸于水中，催化反应产生的尾气，经分配管Ⅰ分成两路，再经过分配管Ⅱ分成若干个小型气体管道，经气泡石的细分化，甲醇、甲酸等有机物快速溶于水中，而不溶于水的CO2挥发至空气中，不污染空气；
（4）本发明中的制热器关闭后，可关闭甲醇供料装置、阀门Ⅱ和阀门Ⅰ，断开空气泵与甲醇气化槽，并将空气泵和三通阀门上与阀门开关B位置相通的一端连接，利用空气泵，将整个制热器内部的水蒸气、CO 2等气体全部抽除，并使制热器的内部呈真空状态，方便储存，催化剂不受潮，可延长催化剂的使用寿命。
（5）本发明中进气仓室和尾气仓室所连接的铜管数量相同，保证催化槽内部的压力是为常压，避免了制热器在常压下承受高压负载的风险。
附图说明
图1为本发明的各模块的爆炸式位置结构示意图
图2为本发明中催化槽的结构示意图
图3为本发明中催化槽的内部结构示意图
图4为本发明中尾气管、分配管Ⅰ和三通阀门的位置结构示意图
图5为本发明中分配管Ⅱ和气泡石的位置结构示意图
图6为本发明中甲醇气化槽的结构示意图
图7为本发明中阀门Ⅲ、三通和阀门Ⅰ三者的位置结构示意图
图8为本发明中阀门开关的A位置和B位置的结构示意图
其中：1. 甲醇供料装置 2.空气泵 3.甲醇气化槽 4.催化槽 5.尾气处理装置 6.输入口A 7.输入口B 8.输出口 9.进气仓室 10.水/油槽 11.尾气仓室12.催化反应管 13.水/油输入口 14. 水/油输出口 15.孔状结构 16. 铜管Ⅱ 17. 阀门Ⅱ 18.导流板 19.铜管Ⅰ20.阀门Ⅲ 21.三通 22.阀门Ⅰ 23.尾气管 24.分配管Ⅰ25.三通阀门 26.分配管Ⅱ 27.气泡石 28.阀门开关 29.液位显示器。
具体实施方式
现结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明公开了一种制热器，由甲醇供料装置1、空气泵2、甲醇气化槽3、催化槽4和尾气处理装置5五大模块组成，甲醇气化槽3上设有输入口A6、输入口B7以及四个输出口8，输入口A6与空气泵2连接，输入口B7与甲醇供料装置1相连，输入口A6设置在甲醇气化槽3的侧面靠底部的位置。
催化槽4依次由进气仓室9、水/油槽10和尾气仓室11组成，水/油槽10的内部固定有若干个并列排布的催化反应管12，催化反应管12的两端分别与进气仓室9、尾气仓室11连通，催化反应管12中填充有颗粒状催化剂，催化反应管12内的催化剂两端分别固定有钢丝球（图中未标出），以防止催化剂从催化反应管12内漏出，水/油槽10的侧面分别设有一个水/油输入口13和一个水/油输出口14，以供水/油从水/油槽10的内部进出；进气仓室9末端面的中心处设有四个孔状结构15，输出口8与孔状结构15之间分别通过铜管Ⅱ16连接，四个铜管Ⅱ16之间并列设置，每个铜管Ⅱ16上设有阀门Ⅱ17，在进气仓室9内部的孔状结构15处还设有导流板18，可使得甲醇和空气的混合气经过导流板18时，被导流成漩涡状，甲醇和空气混合更均匀，并且混合后的气体能够均匀的进入各个催化反应管12中；尾气仓室11的出口端连有四个铜管Ⅰ19，铜管Ⅰ19上沿尾气仓室11的出口端向其末端的方向依次设有阀门Ⅲ20、三通21和阀门Ⅰ22。
尾气处理装置5由四个尾气管23、一个分配管Ⅰ24、两个三通阀门25、两个分配管Ⅱ26和十二个气泡石27组成，尾气管23的一端与三通21连接，另一端设置在分配管Ⅰ24的侧面，分配管Ⅰ24的两末端分别连有一个三通阀门25，三通阀门25上设有阀门开关28，三通阀门25的其中一端分别通过管路与分配管Ⅱ26相连接，分配管Ⅱ26的两末端呈封闭状态，其侧面分别通过六条并列排布的管路与六个气泡石27连接；三通阀门25上的阀门开关28有A位置和B位置，当阀门开关28位于A位置时，分配管Ⅰ24与分配管Ⅱ26相通，当三通开光28位于B位置时，分配管Ⅰ24与位于其外侧的大气相通。
在实际操作该制热器时，包括以下步骤：
（1）制热器启动：打开空气泵2、甲醇供料装置1、阀门Ⅲ20和阀门Ⅱ17，关闭阀门Ⅰ22，将三通阀门25上的阀门开关28拨向A位置，并将气泡石27浸于水中；制热器开始启动，空气由空气泵2被泵入甲醇气化槽3中，甲醇从甲醇供料装置1进入甲醇气化槽3，甲醇气化槽3上设有液位显示器29，当甲醇达到指定高度时，停止向甲醇气化槽3中输送甲醇液体，甲醇在甲醇气化槽3中自然挥发，另外，输入口A6设置在甲醇气化槽3的侧面靠底部的位置，空气在进入甲醇气化槽3上的入口处被甲醇液体覆盖，所以，空气会从甲醇液体中经过并进入甲醇气化槽3中，同时产生大量的气泡，由此也加速了甲醇气体的挥发速度，甲醇和空气在甲醇气化槽3内混合后，流向进气仓室9，在经过导流板18时，被导流成漩涡状，使得甲醇和空气混合更均匀，并且混合后的气体能够均匀的进入各个催化反应管12中进行催化燃烧反应；因制热器在刚启动时，其催化反应不完全，而催化反应产生的尾气中，大多含有甲醇、甲酸等物质，此时的尾气将进入尾气处理装置5，到达气泡石27处，经气泡石27的细分化处理，甲醇、甲酸等有机物快速溶于水中，而不溶于水的CO2挥发至空气中，以达到不污染空气的效果；
（2）向水/油输入口13通入水/油，并测定水/油输出口14流出的水/油的温度，当温度达到70℃时，表示催化反应管12中的催化剂已完全运行起来，催化反应完成，其产生的尾气成分为CO2和水蒸气，此时，将三通阀门25上的阀门开关28拨向B位置，并打开阀门Ⅰ22，通过三通阀门25以及铜管Ⅰ19向大气中排出尾气；
（3）制热器停止：关闭甲醇供料装置1和阀门Ⅱ17，断开空气泵2与甲醇气化槽3，并停止向水/油输入口13通入水/油；当制热器排出尾气的温度降至常温时，关闭阀门Ⅰ22，并将空气泵2和三通阀门25上与外部大气相通的一端连接，5~10min后，关闭空气泵2，并关闭阀门Ⅲ20；利用空气泵2，将整个制热器内部的水蒸气、CO 2等气体全部抽除，并使制热器的内部呈真空状态，方便储存，催化剂不受潮，可延长催化剂的使用寿命。
Claims (7)
1.一种制热器，其特征在于：由甲醇供料装置、空气泵、甲醇气化槽、催化槽和尾气处理装置组成，甲醇气化槽上设有两个输入口以及一个或若干个输出口，两个输入口分别与空气泵以及甲醇供料装置相连；催化槽依次由进气仓室、水/油槽和尾气仓室组成，水/油槽的内部固定有若干个催化反应管，催化反应管的两端分别与进气仓室、尾气仓室连通，催化反应管中填充有催化剂，水/油槽的侧面分别设有水/油输入口和水/油输出口；甲醇气化槽的输出口与进气仓室连接，尾气仓室的出口端连有一个或若干个铜管Ⅰ，铜管Ⅰ上沿尾气仓室的出口端向其末端的方向依次设有阀门Ⅲ、三通和阀门Ⅰ，尾气处理装置与所述三通相连接。
2.根据权利要求1所述的一种制热器，其特征在于：进气仓室的末端面的中心处设有与甲醇气化槽输出口相同数量的孔状结构，输出口与孔状结构之间分别通过铜管连接，每条铜管上设有阀门Ⅱ，进气仓室内部的孔状结构处设有导流板。
3.根据权利要求2所述的一种制热器，其特征在于：尾气处理装置由一个或若干个尾气管、分配管Ⅰ、两个三通阀门、两个分配管Ⅱ和若干个气泡石组成，尾气管的数量与设置在尾气仓室出口端的铜管Ⅰ数量相同，其一端与三通连接，另一端设置在分配管Ⅰ的侧面，分配管Ⅰ的两末端分别连有三通阀门，三通阀门上设有阀门开关，三通阀门的其中一端分别通过管路与分配管Ⅱ相连接，分配管Ⅱ的两末端呈封闭状态，其侧面通过管路与气泡石连接，两个分配管Ⅱ侧面连接的管路数量相同。
4.根据权利要求1所述的一种制热器，其特征在于：甲醇气化槽上与空气泵连接的输入口设置在甲醇气化槽的侧面靠近底部的位置。
5.根据权利要求1所述的一种制热器，其特征在于：甲醇气化槽上的输出口的数量与尾气仓室的出口端的铜管Ⅰ的数量相同。
6.一种用于操作权利要求1至5任一项所述的制热器的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）制热器启动：打开空气泵、甲醇供料装置、阀门Ⅲ和阀门Ⅱ，关闭阀门Ⅰ，将三通阀门上的阀门开关拨向A位置，将气泡石浸于水中；此时，甲醇和空气在甲醇气化槽内混合后，流向进气仓室，进入催化反应管中发生催化燃烧反应，反应结束产生的尾气，进入尾气处理装置，经气泡石处理后，尾气中的有机溶剂部分溶于水中，不溶于水的CO2部分挥发至空气中；
（2）向水/油输入口通入水/油，测定水/油输出口流出的水/油的温度，当温度达到70℃时，将三通阀门上的阀门开关拨向B位置，并打开阀门Ⅰ；
（3）制热器停止：关闭空气泵、甲醇供料装置和阀门Ⅱ，当制热器排出尾气的温度降至常温时，关闭阀门Ⅰ，并将空气泵和三通阀门上与外部大气相通的一端连接，打开空气泵，5~10min后，关闭空气泵，同时关闭阀门Ⅲ。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：当阀门开关拨向A位置时，气泡石所在的位置即为尾气处理装置的出口；当阀门开关拨向B位置时，与外侧大气相通的一端即为尾气处理装置的出口。
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