CN109579534A - 一种基于热交换的无焰燃烧炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于热交换的无焰燃烧炉，包括：包括外壳、保温层以及炉胆；炉胆分为上层反应区和下层反应区，上层反应区和下层反应区之间设置有隔离层；炉胆内还设置有多个贯穿上层反应区和下层反应区的换热管，下层反应区设置有盘绕再换热管底部的无焰反应管，下层反应区的侧面设置有燃料混合区，燃料混合区的前端设置有燃料入口管和空气入口管，燃料混合区的后端与无焰反应管相连，燃料混合区和无焰反应管之间设置有流量控制阀；上层反应区的顶部设置有天然气出口阀，上层反应区的侧面设置有天然气进口阀。本发明采用上层反应区和下层反应区，通过介质传导热量实现天然气加热，其避免天然气与无焰反应管直接接触，增强了使用的安全性。

Description

一种基于热交换的无焰燃烧炉

技术领域

本发明涉及无焰燃烧装置领域，特别是一种基于热交换的无焰燃烧炉。

背景技术

目前工业加热装置大多都是以燃料燃烧的方法获得热量，燃烧是利用火焰的温度来加热，而目前工业燃烧使用的燃料包括天然气、燃油和煤炭，但无论是天然气，还是燃油、煤炭燃烧，都会产生许多不利于环境的物质，如硫氧化合物、氮氧化合物等，大量排放不仅会影响空气品质，还会造成温室效应，给周围环境带来极大压力。

无焰燃烧常用的是甲醇与触媒接触，快速反应并产生大量热量的过程，而针对无焰燃烧的加热装置，其对无焰燃烧瞬间爆发大量热量不易掌控，尤其是针对天然气的加热反应，其既不能直接接触火焰，又需要精确控制加热温度，对温度敏感性高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于热交换的无焰燃烧炉，解决了传统无焰燃烧无法实现缓慢加热的过程，尤其是针对天然气加热过程，需要对温度精确控制的要求，本申请采用上层反应区和下层反应区，通过介质传导热量实现天然气加热，其避免天然气与无焰反应管直接接触，增强了使用的安全性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于热交换的无焰燃烧炉，包括：

炉体，炉体包括外壳、保温层以及被外壳和保温层包围在内的炉胆；所述炉胆由上至下分为上层反应区和下层反应区，上层反应区和下层反应区之间设置有隔离层；炉胆内还设置有多个贯穿上层反应区和下层反应区的换热管，下层反应区设置有盘绕再换热管底部的无焰反应管，下层反应区的侧面设置有燃料混合区，燃料混合区的前端设置有燃料入口管和空气入口管，燃料混合区的后端与无焰反应管相连，燃料混合区和无焰反应管之间设置有流量控制阀，下层反应区的侧面还设置有无焰反应管的出口端；上层反应区的顶部设置有天然气出口阀，上层反应区的侧面设置有天然气进口阀。

需要说明的是，本申请将炉胆分为上层反应区和下层反应区，上层反应区为天然气的加热区域，而下层反应区为无焰燃烧管的区域，无焰燃烧管燃烧工作时，会向周围辐射大量的热，而换热管吸收无焰燃烧管的热量，并在上层反应区直接对天然气进行加热。这种热交换的加热方式，既避免了天然气接触到明火，又能避免无焰燃烧瞬间高温对天然气造成影响，安全可靠，换热效果佳。

进一步的，本申请中所使用的燃料包括甲醇、乙醇、煤粉或煤气等，其无焰燃烧即在密闭管内与空气均匀混合，通过触媒发生无焰燃烧并释放出大量的辐射式热量的过程。

优选的，上层反应区为漏斗状结构，该漏斗状的结构有利于天然气的装载，也便于天然气进入上层反应区和送出上层反应区。

优选的，上层反应区和下层反应区内还填充有换热介质，换热管的下部设置有十字形吸热片，换热管的上部设置有散热鳍片，有利于换热管的热交换反应。

优选的，分隔层中间设置有惰性材料层，避免分隔层与加热物质产生反应。

优选的，上层反应区和下层反应区内分别设置有温度传感器，该温度传感器能实时采集上层反应区和下层反应区的实时温度，有利于掌握热交换的速度以及温度变化速率。

优选的，炉胆由上至下分为上层反应区和下层反应区，下层反应区内设置有换热管，换热管外盘绕有无焰反应管；换热管贯穿下层反应区的左右两端，并通过设于保温层内的循环管道与上层反应区的介质出口以及介质入口相连，上层反应区内并排设置有多个天然气反应管道。

优选的，上层反应区侧面设置有介质添加口和介质排出口。

优选的，天然气反应管道上设置有吸热片，有利于吸收周围的热量。

优选的，炉胆上端还设置有气压检测阀。

本发明的有益效果为：

(1)将炉胆分为上层反应区和下层反应区，将无焰反应管和需要加热的天然气分隔成两部分，避免了天然气直接接触无焰反应管，同时通过换热管进行热交换传递热量，使得天然气的热量缓慢受控，避免瞬间高温对天然气反应造成影响；

(2)燃料混合区和无焰反应管之间设置有流量控制阀，能通过流量控制阀调节控制甲醇流量，以调节和控制无焰反应的强度和热交换反应的温度升高速率；

(3)在上层反应区和下层反应区分别设置有温度传感器，能通过温度传感器实时采集两层反应区的实时温度，以掌握不同位置的温度信息以及热传递速率和范围。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例3的结构示意图；

图4为本发明实施例5的结构示意图；

图中，101-外壳，102-保温层，103-炉胆，104-下层反应区，105-上层反应区，106-天然气出口阀，107-天然气进口阀，108-燃料入口管，109-空气入口管，110-流量控制阀，111-燃料混合区，112-无焰反应管，113-隔离层，114-换热管，115-温度传感器，116-十字形散热片，117-天然气反应管道，118-介质出口，119-介质入口。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

实施例1：

一种基于热交换的无焰燃烧炉，请参阅附图1所示，包括：

炉体，炉体包括外壳101、保温层102以及被外壳101和保温层102包围在内的炉胆103；所述炉胆103由上至下分为上层反应区105和下层反应区104，上层反应区105和下层反应区104之间设置有隔离层113；炉胆103内还设置有多个贯穿上层反应区105和下层反应区104的换热管114，下层反应区104设置有盘绕再换热管114底部的无焰反应管112，下层反应区104的侧面设置有燃料混合区111，燃料混合区111的前端设置有燃料入口管108和空气入口管109，燃料混合区111的后端与无焰反应管112相连，燃料混合区111和无焰反应管112之间设置有流量控制阀110，下层反应区104的侧面还设置有无焰反应管112的出口端；上层反应区105的顶部设置有天然气出口阀106，上层反应区105的侧面设置有天然气进口阀107。

需要说明的是，本申请将炉胆103分为上层反应区105和下层反应区104，上层反应区105为天然气的加热区域，而下层反应区104为无焰燃烧管112的区域，无焰燃烧管112燃烧工作时，会向周围辐射大量的热，而换热管114吸收无焰燃烧管112的热量，并在上层反应区105直接对天然气进行加热。这种热交换的加热方式，既避免了天然气接触到明火，又能避免无焰燃烧瞬间高温对天然气造成影响，安全可靠，换热效果佳。

本实施例中所使用的燃料包括甲醇、乙醇、煤粉或煤气等，其无焰燃烧即在密闭管内与空气均匀混合，通过触媒发生无焰燃烧并释放出大量的辐射式热量的过程。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上，请参阅附图2所示，上层反应区105为漏斗状结构。

由于天然气在开采、运输及应用过程中，多种原因需要对天然气进行加热，因为天然气中含有水合物，在集输和长途输送过程中，为了防止天然气温度过低而导致水合物析出凝结成固体，因此，在输送之前，需要对天然气进行加热。在天然气应用过程中，由于需要对其减压，避免天然气温降过大，也需要加热。

传统的天然气加热是通过管道的形式，直接对天然气管道进行加热，而天然气管道受热将热量传递给内部的天然气，这种加热方式只是针对天然气管道的一个侧面，使得天然气受热不均匀。

本实施例将天然气直接输送到上层反应区105，由于上层反应区105内是密闭的空间结构，上层反应区105内布置有多根换热管114，换热管114产生的热量直接辐射传递给天然气，天然气受热后被送出上层反应区105，整个过程简单方便，安全可靠。

本实施例采用漏斗状结构，有利于收集天然气中的杂质，由于天然气减压吸收热量后从天然气出口阀106出去，而天然气中的部分固体杂质如泥沙、硫化亚铁和二氧化硅颗粒物，还有液体杂质如水、油和重烃等会沉降在漏斗状的底部，便于后期排放杂质。

实施例3：

本实施例在实施例1的基础上，请参阅附图3所示，上层反应区105和下层反应区104内还填充有换热介质，换热管114的下部设置有十字形吸热片116，换热管114的上部设置有散热鳍片，有利于换热管的热交换反应。

实施例4：

本实施例在实施例1的基础上，请参阅附图1所示，上层反应区105和下层反应区104内分别设置有温度传感器115，该温度传感器115能实时采集上层反应区105和下层反应区104的实时温度，有利于掌握热交换的速度以及温度变化速率。

实施例5：

一种基于热交换的无焰燃烧炉，请参阅附图4所示，包括：

炉体，炉体包括外壳101、保温层102以及被外壳101和保温层102包围在内的炉胆103；炉胆103由上至下分为上层反应区105和下层反应区104，下层反应区104内设置有换热管112，换热管114外盘绕有无焰反应管112；换热管114贯穿下层反应区104的左右两端，并通过设于保温层102内的循环管道与上层反应区105的介质出口118以及介质入口119相连，上层反应区105内并排设置有多个天然气反应管道117。下层反应区104的侧面设置有燃料混合区111，燃料混合区111的前端设置有燃料入口管108和空气入口管109，燃料混合区111的后端与无焰反应管112相连，燃料混合区111和无焰反应管112之间设置有流量控制阀。

本实施例通过换热管114吸收无焰反应管112产生的热量，换热管114内的介质吸收热量后，直接送到上层反应区105，并与天然气反应管道117相接触，由于介质将天然气反应管道包裹在内，能对天然气反应管道117进行均匀辐射传递热量，避免天然气加热不均匀的问题。

本实施例通过介质传递热量，与实施例1中通过换热管114传递热量不同，本实施例的介质由于是流动的液体，能携带和均匀传递热量，也避免了天然气的释放和收集，直接对天然气管道加热，增强了安全性。

需要进一步说明的是，本发明将炉胆103分为上层反应区105和下层反应区104，将无焰反应管112和需要加热的天然气分隔成两部分，避免了天然气直接接触无焰反应管112，同时通过换热管114进行热交换传递热量，使得天然气的热量缓慢受控，避免瞬间高温对天然气反应造成影响；燃料混合区111和无焰反应管112之间设置有流量控制阀110，能通过流量控制阀110调节控制甲醇流量，以调节和控制无焰反应的强度和热交换反应的温度升高速率；在上层反应区105和下层反应区104分别设置有温度传感器115，能通过温度传感器115实时采集两层反应区的实时温度，以掌握不同位置的温度信息以及热传递速率和范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于热交换的无焰燃烧炉，其特征在于，包括：

炉体，炉体包括外壳、保温层以及被外壳和保温层包围在内的炉胆；所述炉胆由上至下分为上层反应区和下层反应区，上层反应区和下层反应区之间设置有隔离层；炉胆内还设置有多个贯穿上层反应区和下层反应区的换热管，下层反应区设置有盘绕再换热管底部的无焰反应管，下层反应区的侧面设置有燃料混合区，燃料混合区的前端设置有燃料入口管和空气入口管，燃料混合区的后端与无焰反应管相连，燃料混合区和无焰反应管之间设置有流量控制阀，下层反应区的侧面还设置有无焰反应管的出口端；上层反应区的顶部设置有天然气出口阀，上层反应区的侧面设置有天然气进口阀。

2.根据权利要求1所述一种基于热交换的无焰燃烧炉，其特征在于，上层反应区为漏斗状结构。

3.根据权利要求1所述一种基于热交换的无焰燃烧炉，其特征在于，上层反应区和下层反应区内还填充有换热介质，换热管的下部设置有十字形吸热片，换热管的上部设置有散热鳍片。

4.根据权利要求1所述一种基于热交换的无焰燃烧炉，其特征在于，分隔层中间设置有惰性材料层。

5.根据权利要求1或3所述一种基于热交换的无焰燃烧炉，其特征在于，上层反应区和下层反应区内分别设置有温度传感器。

6.根据权利要求1所述一种基于热交换的无焰燃烧炉，其特征在于，炉胆由上至下分为上层反应区和下层反应区，下层反应区内设置有换热管，换热管外盘绕有无焰反应管；换热管贯穿下层反应区的左右两端，并通过设于保温层内的循环管道与上层反应区的介质出口以及介质入口相连，上层反应区内并排设置有多个天然气反应管道。

7.根据权利要求6所述一种基于热交换的无焰燃烧炉，其特征在于，上层反应区侧面设置有介质添加口和介质排出口。

8.根据权利要求6所述一种基于热交换的无焰燃烧炉，其特征在于，天然气反应管道上设置有吸热片。

9.根据权利要求6所述一种基于热交换的无焰燃烧炉，其特征在于，炉胆上端还设置有气压检测阀。