CN1102214C - 电热水浴式戊烷气化装置 - Google Patents

Abstract

一种电热水浴式戊烷气化装置，其特征在于：包括冷沸腾机构、三维电热水浴式热交换机构、燃油自动补给机构，三维电热水浴式热交换机构和冷沸腾机构设于燃油罐内，燃油自动补给机构中的检测器件也设于燃油罐内。本发明的高效节能、轻便灵活、成本较低、占地少、控制方便、适用范围广。

Description

电热水浴式戊烷气化装置

本发明涉及一种装置，特别是一种电热水浴式戊烷气化装置。

人类长期以来，传统的民用燃料都是固体燃料(煤、柴)不单炊事劳作繁重、且对环境严重污染而又浪费资源，破坏生态平衡。在国外，首先是美国开发了石油液化气的使用，其它国家亦有采用人工煤气或天然气作为民用燃料。但是，天然气的储量有限，且分布不均，而且在常温下难于加压液化，热值也仅为液化石油气的1/3左右。因此难于普遍推广。而人工煤气则投资昂贵，气体毒性较大，制气过程对环境污染也大，因此煤气逐渐被淘汰。

最初使用液化石油气(LPG)都是以钢瓶为容器，然而瓶装液化石油气既不方便又不安全，于是出现了人造管道石油气。方法是将液化石油气减压后送入电热式或电热水浴式的气化器，经管道、调压器至灶具。

我国液化石油气仅占石油馏分3～5％，年产量约为350万吨，而全国瓶装液化石油气年耗量为600多万吨，差额要从国外进口。而戊烷(C5)馏分作为天然气、液化石油气气源的补充，来源较为丰富，而且这种燃料具有高热值(1200kccl/kg)，无毒性，无污染，价格低，常温常压下为液态。蒸气压低(0℃时仅为25.38Kpa，50℃时0.15MPa)，贮运简易等优点。目前，全国C5馏分的总产量约200万吨，除极少量作为化工溶剂外，大部分被炼油厂在烟筒中烧掉。全国这样烟筒有200多支。若全部替代液化石油气供民用，可解决4000万人口的用气。燃料年税利3亿元人民币，节约能源180万吨煤/年，减少毁林2700万亩/年，大大缓解城乡居民用气的供求矛盾，有利于环境保护和社会文明进步。

采用戊烷(C5)液化气混合空气的制造技术简单，自实施市场经济以来，因油源供应比较有保障，再加上它不易爆，无毒，无污染，价廉，清洁，贮运方便的优点，因此，这种人造天然气而优于天然气的能源，受到各方面的关注。特别是各省市出于环境保护的需要，对餐饮，陶瓷，冶金，发电等行业，限期停止使用柴油，而使用LPG的照明玻璃，染整行业，也因为LPG热低、价格高而寻求新的代用能源。戊烷燃气便成为首选。

现有技术中，LPG减压和电加热气化方法不适用于戊烷气化，戊烷在常温常压下为液态，减压气化作用不大，LPG在-0.5℃时，则为气态，而0.8MPa时才成为液态。

电加热方法，不仅用电量大，增加设备投资，经营成本也大。特别是在高温强制蒸发气化时，戊烷中的重质成份，在其浓度与管道输送压力与LPG相同的情况下，极容易结露液化，既不能满足使用火力稳定的要求，还会引发火灾事故。而现有戊烷管道液化气装置虽然解决了对爆炸极限，产气率，重新液化等方面的技术难题，但其投资大、占地面积大，受环境温度影响大，建设周期长，燃气浓度单一，不能满足供气区内不同用户对燃气热值的要求。例如，民居用气热值在20～50MJ/m3为宜，而酒楼，染整业用气热值则为50～80MJ/m3。照明行业中石英玻璃的溶化，则须要热值大于104MJ/m3。

本发明的目的在于提供一种安全高效，轻便灵活，成本较低，占地少，控制方便，适用范围广的电热水浴式戊烷气化装置。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：本发明包括冷沸腾机构、三维电热水浴式热交换机构、燃油自动补给机构，三维电热水浴式热交换机构和冷沸腾机构设于燃油罐内，燃油自动补给机构中的检测器件也设于燃油罐内。

本发明的目的还可以通过以下措施来达到：燃油罐通过油管、油泵与贮油罐联接，并通过油管、阀门与燃油瓶联接。冷沸腾机构中的蒸发管装于燃油罐的底部，蒸发管的两侧分管的端部安装了带有无数小孔的喷头，空压机通过分水器、调压阀、电磁阀、阀门、止回阀与蒸发管连通，在蒸发器的上方设有三维电热水浴式热交换机构中的工字型冷水箱，水箱的下部装有电加热管，并通过三维筋管与水箱上部连通，燃油管的上方通过阀门、调压阀、输气管与灶具连通。燃油自动补给机构中控制液位高低的水银开关、浮球、吊链都装于燃油罐内。燃油罐的上方还连接有安全阀、压力继电器、压力控制元件、声光灯箱。在燃油罐底部的排污口通过阀门与真空瓶相通。燃油罐还分别与油温控制元件及水温控制元件相接。

图1为本发明的控制原理示意图。

本发明下面将结合附图(实施例)作进一步详述：

如图1所示，1为空压机、2为分水器、3为调压阀、4为流量计、5为电磁阀、6为电控柜、7为微处理器、8为阀门、9为止回阀、10为燃油罐、11为蒸发管、12为阀门、14为油管、13为油温控制元件、15为贮油罐、16为过滤器、17为油泵、18为油管、19、20为燃油瓶、21为真空瓶、22为阀门、23为油标尺、24为阀门、25为电加热器、26为水箱、27为吊链、28为浮球、29为水银开关、30为阀门、31为调压阀、32为流量计、33为气管、34为自动灭火装置、35为灶具、36为超压声光灯箱、37为压力继电器、38为压力控制元件、39为安全阀、40为水温控制元件、41为进水口、42为阀门、43为电磁阀、44为调压阀、45为油管、46为供油声光灯箱、47为压力控制元件、48、49、50为阀门、51为三维筋管。

冷沸腾机构中燃油罐10为密闭的常压金属容器，通过油管18、45、油泵17与贮油罐15联接；也可以通过油管45、阀门49、50与燃油瓶19、20接通。燃油罐10底部还设有一蒸发管11，管的两侧分管端部安装了带有无数小孔的特制金属喷头。空压机1通过分水器2、调压阀3、电磁阀5、止回阀9而进入蒸发管11。在蒸发管11的上方，还设置了工字型冷水箱26，水箱的下部装有一组水平放置的电加热管25，被加热的冷水在三维筋管51内向上流动回到水箱上部，并把热量传给周围的燃油。混合了空气的燃气在燃油罐10的上方通过调压阀31，输气管33送到灶具35。燃油罐10内还装了控制液位高低的水银开关29，罐外侧设置了可供观察液位高低的油标尺，当液位低于规定值时，水银开关29臂杆的一头金属浮球28便落在吊链27下止点上，臂杆的两端的平衡重块便失去平衡而接通了水银开关29的电路，使供油泵17、电磁阀43起动，贮油罐15或燃油瓶组19、20向燃油罐内供油。而当浮球28被液位升高而浮升到吊链27的上止点时，由于浮球28的浮力作用，使臂杆向相反方向倾斜，水银开关电路断开，油泵17、电磁阀43停止供油。每次供油量多少，由吊链27上下止点预先设定，一般等于单个燃油瓶19、20的贮油量，在本发明中，单个燃油瓶采用50Kg，LPG钢瓶，灌装30Kg液态戊烷后，再加入气压至0.6Mpa，根据气态方程，全部液体供向燃油罐后，剩余气压还有0.13～0.15Mpa，此时，由压力控制元件47、供油声光灯箱46，发出更换燃油瓶的提示。

燃油罐10正常工作压力为0.06～0.1Mpa，它由压力控制元件38及空气进给电磁阀5控制。当燃油罐10超压时，压力继电器37、超压声光灯箱36立刻发出超压警告，并且安全阀39自动卸压。在燃油罐10发生严重泄漏或需要清除罐底残液时，可以通过与燃油罐10排污口阀门12、22相连的油管14、真空瓶21迅速自动抽吸。

液态戊烷其沸点为36.2℃，在常温常压下为液态，不能依靠环境温度使其气化。现有技术是采用水介质电加热的形式使其沸腾气，但是这种方式化极易重新液化，而且成本高、不安全。本发明采用低温沸腾和介质加热方式，并且在水箱26上、下部份用三维筋管51使其联通，三维筋管51产生的涡流可使其热交换能力提高3～5倍。其作用原理如下：压缩空气进入蒸发管11的喷头，它喷出形成无数微小的气泡，气泡在其内部气压及浮力作用脱离喷头，在戊烷油液中向上升起，作用于球形泡外界的液体压力为P＝Cγh，Cr为戊烷比重，h是气泡至液体自由表面深度，h不断减少，并且受到三维筋管51传热的作用，气泡内的空气分子内能不断增加，气泡内压克服气泡外壁的压力，不断扩大而形成真空度，并增大了与C5的接触面积，C5便向气泡内蒸发与空气混合至饱和浓度的可燃气，并不断升温而加浓，上升至燃油的自由表面时，气泡内外压力失去平衡而破裂，释放出泡内混合气体。同时，由于气泡与三维筋管51热交换作用产生强烈的热涡搅动，戊烷加强液体内外蒸发，通过燃油罐10金属壁吸收大量环境热量，而使容器壁可能产生厚厚的强霜，本发明采用小功率的电加热器的目的之一是使燃油罐10壁保持一定温度防止结霜。实践证明，燃油在-5℃时，仍有优良的吸收环境热量而气化能力。

埋在地下的贮油罐15是一个密闭的常温常压金属容器，加油泵17根据液位控制水银开关29的电信号，通过联接管18、44、电磁阀43，定量地把液态戊烷C5输入到燃油罐10中，或通过联接管44、电磁阀43把戊烷C5从燃油瓶19、20输入到燃油罐10中。由空压机的压缩空气经过分水器2，调压器3、流量计4、电磁阀5，阀门8，止回阀9进入蒸发管11，通过蒸发管11的分支管端部喷头，产生许多均匀细小的气泡，加速燃油罐10的液态C5沸腾和蒸发。数目较小而且均匀分散的戊烷气体分子由于张力效应形成微小球状，被数倍于自己的具有强大内能的空气分子携带在输气管道中运动，就像空芯玻璃球在河水中飘流一样。它们之间不容易互相碰撞变成较大的分子团而液化，即使有个别戊烷分子团由于分子附壁作用而产生结霜，也由于受热空气流的推动作用，重新迅速蒸发，通过油温控制元件13和水温控制元件40的监控，电控箱6自动调节加热器25的通断及功率大小，使水箱26的热水处于设定的温度。由于液体的沸点还取决于液体上方空间的压力，压力降低，沸点随之降低，压力升高，沸点随之升高。本发明还设置了压力控制元件37、38，分别监控燃油罐10和空压机1的压力。通过电磁阀5和安全阀39对燃油罐10的压力进行控制。

空压机1的压力可以在0.1～0.4Mpa，而燃油罐的压力则在0.06～0.1Mpa之间。水温可在40～60℃，而燃油温度则在25℃左右。液位高低差是150～200mm。

戊烷与空气混合后的爆炸极限下限为1.4％，上限为8.3％，通过流量计4、32可以计算出燃气的安全浓度，通过电控箱6中的微处理器7中设定的数值，由调压阀3增加或减少压力从而改变进入燃油罐的空气量。或由电控箱6提高电加热器25的功率，使燃气浓度远离爆炸带。例如，常用管道燃气浓度15％～34.5％，热值23.5～54MJ/m3时，即每一个体积戊烷气加入5.7～2倍的空气，使燃气浓度远离其爆炸上限8.3％的10～30倍，十分安全。事实上爆炸威力最大的浓度与爆炸下限1.4％接近，对C₃H₈为4％，C₄H₁₀为3.13％，C₅H₁₂为2.35％。

对于工业及餐饮业，由于输送距离短，而且多数管网在室内，又配备了强制送风或配氧装置，因此适当提高燃气输配浓度及压力，既能远离爆炸极限，提高了安全性，又能产生瞬时升高温，适应用户特殊要求。

本发明对生活小区家用燃气浓度为20～30％，灶前压力4～5Kpa。而对工业与餐饮业，燃气浓度为30～50％之间，燃具前压力可高达60～70Kpa。

上述各种数据的配比，可以通过流量。压力温度控制元件的信号输入电控柜中的微处理器7中，达到全自动和高效节能的目的。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、性能优越，对环境温度，管网大小，燃气浓度适应性广。特别适应分散民用小区和严寒地区的工业用户。

2、体积小，结构合理，调节方便，占地面积少，一般10～15平方米即可。

3、采用冷沸腾气化技术，低负荷时无须电加热，也能正常气化，配合三维筋管热交换技术，可节约电热功率40～50％。

4、具有瓶组和贮油罐双重供油功能，并设有换瓶呼叫，燃料罐超压警示。

5、投资少，经济效益高，建立一个日用燃煤2.5吨的气源站，仅须10万元，建设周期5～10天，年节约费用28万多元。

6、社会效益好，本系统产生的燃气热值高、无毒、无烟、无味、无污染，不易爆炸，节约能源。

7、操作简单，实行半自动和全自动监控，易于为用户接受。

Claims (7)

1、一种电热水浴式戊烷气化装置，其特征在于：包括冷沸腾机构、三维电热水浴式热交换机构、燃油自动补给机构，三维电热水浴式热交换机构和冷沸腾机构设于燃油罐(10)内，燃油自动补给机构中的检测器件也设于燃油罐(10)内。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：燃油罐(10)通过油管(18)、(45)、油泵(17)与贮油罐(15)联接，并通过油管(45)、阀门(49)、(50)与燃油瓶(19)、(20)联接。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：冷沸腾机构机构中的蒸发管(11)装于燃油罐(10)的底部，蒸发管(11)两侧分管的端部安装了带有无数小孔的喷头，空压机(1)通过分水器(2)、调压阀(3)、电磁阀(5)、阀门(8)、止回阀(9)与蒸发管(11)连通，在蒸发器(11)的上方设有三维电热水浴式热交换机构中的工字型冷水箱(26)，水箱(26)的下部装有电加热管(25)，并通过三维筋管(51)与水箱上部连通，燃油罐(10)的上方通过阀门(30)、调压阀(31)、输气管(33)与灶具(35)连通。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：燃油自动补给机构中控制液位高低的水银开关(29)、浮球(28)、吊链(27)都装于燃油罐(10)内。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：燃油罐(10)的上方还连接有安全阀(39)、压力继电器(37)、压力控制元件(38)、声光灯箱(36)。

6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在燃油罐(10)底部的排污口通过阀门(12)、(22)与真空瓶(21)相通。

7、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：燃油罐(10)还分别与油温控制元件(14)及水温控制元件(40)相接。

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