CN113786786A - 一种轻烃燃料气化用反应釜 - Google Patents

一种轻烃燃料气化用反应釜 Download PDF

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Abstract

本发明涉及新能源技术领域，公开了一种轻烃燃料气化用反应釜，包括罐体和设置在所述罐体内的热交换器、涡流发生器及超声波加热器，所述罐体的顶部设有出气口，所述罐体上设有进液口，所述涡流发生器及所述超声波加热器均设置在所述罐体的底部，且所述涡流发生器支撑于所述超声波加热器上，所述热交换器由螺旋状换热管构成，其进口与出口分别穿透至所述罐体的外部，且所述进口的中心与所述出口的中心之间的间距为h，所述罐体之间的高度为H，h＝0.47‑0.6H，所述热交换器与所述罐体的内壁之间的间距为35‑45毫米。本发明提供的轻烃燃料气化用反应釜，能有效提高气化速率，保证气化效果。

Description

一种轻烃燃料气化用反应釜
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，特别是涉及一种轻烃燃料气化用反应釜。
背景技术
轻烃燃气由于其自身的优点被广泛周到重视，然而由于其在常规状态为液态，使用时需要先将轻烃燃料气化，才能使其获得充分利用。反应釜作为其气化过程的重要设备，其使用效果直接关系到燃料的气化效果。然而目前的反应釜由于换热器的原因，经常会由于接触面积不够导致换热效率不佳的现象，其不仅会影响气化效果，还会导致被气化的气体分子在上升过程中因温度下降而液化的情况，进一步降低了气化效果。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种轻烃燃料气化用反应釜，提高气化速率，保证气化效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种轻烃燃料气化用反应釜，包括罐体和设置在所述罐体内的热交换器、涡流发生器及超声波加热器，所述罐体的顶部设有出气口，所述罐体上设有进液口，所述涡流发生器及所述超声波加热器均设置在所述罐体的底部，且所述涡流发生器支撑于所述超声波加热器上，所述热交换器由螺旋状换热管构成，其进口与出口分别穿透至所述罐体的外部，且所述进口的中心与所述出口的中心之间的间距为h，所述罐体之间的高度为H，h＝0.47-0.6H，所述热交换器与所述罐体的内壁之间的间距为35-45毫米。
优选地，所述热交换器的外径为D，每圈所述螺旋管均相平行，且倾斜设置，其倾斜角为r，相邻两圈所述换热管外壁之间的间距为d，其中：
Figure RE-GDA0003323367330000021
或d＝0.005-0.006H。
优选地，所述涡流发生器包括同心设置的三个涡流管，三个所述涡流管上均设有若干倾斜设置的出气口，三个所述涡流管之间通过连接管相连通，所述连接管上连接有用于连接鼓气装置的进气管。
优选地，三个所述涡流管分别为由内向外设置的第一涡流管、第二涡流管和第三涡流管，所述第一涡流管上设有第一出气口，所述第二涡流管上设有第二出气口，所述第三涡流管上设有第三出气口，所述第一出气口、所述第二出气口及所述第三出气口的角度均不同。
优选地，所述第一出气口沿逆时针的所述第一涡流管的中心线切线方向布置，且其与水平线之间的夹角为10-20度；所述第二出气口沿顺时针的所述第二涡流管的中心线切线方向布置，且其与水平线之间的夹角为25-35度；所述第三出气口沿逆时针的所述第三涡流管的中心线切线方向布置，且其与水平线之间的夹角为3-8度。
优选地，所述罐体的内部设有导向板，所述导向板为向上凸设的弧形，所述导向板上均布有若干蜂窝孔。
优选地，所述导向板的面积为S，所述蜂窝孔的面积为s， S＝140-160s。
优选地，所述罐体的内壁设有固定板，所述导向板的底面贴合有消泡器，所述消泡器支撑于所述固定板上。
优选地，包括液位计，所述液位计通过管道与所述罐体的内部相连通。
优选地，所述罐体的上端设有温度计、压力计和安全阀，所述温度计、所述压力计和所述安全阀均与所述罐体的内部相连通。
本发明实施例的一种轻烃燃料气化用反应釜，其与现有技术相比，有益效果在于：通过将热交换器的高度设置成0.47-0.6的罐体的高度，即可以保证罐体内各装置的布置，也可以充分保证换热管的总长度，从而保证换热接触面积，提高气化效果，也避免了气体分子在上升过程中因温度下降而液化的情况，保证了气化效果。同时，通过在罐体的底部设置涡流发生器及超声波加热器，超声波的高频震荡与涡流涡动，使得液体在震荡过程不断气化，并通过涡流作用快速形成气液分离，可进一步提高气化速度，保证气化效果。另外，热交换器与罐体的内壁之间的间距设置为35-45毫米，既能充分保证热交换器的直径，也能保证气体顺畅上升。本发明结构简单，使用效果好，易于推广使用。
附图说明
图1为本发明的轻烃燃料气化用反应釜的结构示意图。
图2为换热器的高度与燃料气化率的比例关系。
图3为本发明的轻烃燃料气化用反应釜的热交换器的结构示意图。
图4为本发明的轻烃燃料气化用反应釜的物流发生器的结构示意图。
图5为本发明的轻烃燃料气化用反应釜的导向板的结构示意图。
其中：1-罐体，2-热交换器，21-进口，22-出口，3-涡流发生器， 31-第一涡流管，32-第二涡流管，33-第三涡流管，34-第一出气口，35-第二出气口，36-第三出气口，37-连接管，38-进气管，4-超声波加热器，5-导向板，51-蜂窝孔，6-固定板，7-消泡器，8-液位计，9-温度计，a-压力计，b-安全阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1-2所示，本发明实施例优选实施例的一种轻烃燃料气化用反应釜，包括罐体1和设置在所述罐体1内的热交换器2、涡流发生器3及超声波加热器4，所述罐体1的顶部设有出气口，所述罐体1 上设有进液口，所述涡流发生器3及所述超声波加热器4均设置在所述罐体1的底部，且所述涡流发生器3支撑于所述超声波加热器4上，所述热交换器2由螺旋状换热管构成，其进口21与出口22分别穿透至所述罐体1的外部，且所述进口21的中心与所述出口22的中心之间的间距为h，所述罐体1之间的高度为H，h＝0.47-0.6H，如0.5H， 0.56H等。所述热交换器2与所述罐体1的内壁之间的间距为35-45 毫米，如37毫米，41毫米等，优选40毫米。
基于上述技术特征的轻烃燃料气化用反应釜，通过将热交换器2 的高度设置成0.47-0.6的罐体1的高度，即可以保证罐体1内各装置的布置，也可以充分保证换热管的总长度，从而保证换热接触面积，提高气化效果，也避免了气体分子在上升过程中因温度下降而液化的情况，保证了气化效果。同时，通过在罐体1的底部设置涡流发生器 3及超声波加热器4，超声波的高频震荡与涡流涡动，使得液体在震荡过程不断气化，并通过涡流作用快速形成气液分离，可进一步提高气化速度，保证气化效果。另外，热交换器2与罐体1的内壁之间的间距设置为35-45毫米，既能充分保证热交换器的直径，也能保证气体顺畅上升。本发明结构简单，使用效果好，易于推广使用。
请参阅附图3，该实验的所述罐体1的高度为1.5米，所述热交换器2的外径为700，从附图3可知，当所述热交换器2的高度达到 800毫米后再增加高度，气化的气体分子均不会再次液化。不过在实际生产中，所述热交换器2也不能无限高度，还需考虑所述罐体1内其他部件的安装。经过大量实验表明，在满足h＝0.47-0.6H的前提下，当所述热交换器2的外径为D，每圈所述螺旋管均相平行，且倾斜设置，其倾斜角为r，相邻两圈所述换热管外壁之间的间距为d，则其中：
Figure RE-GDA0003323367330000041
或d＝0.005-0.006H或d＝0.005-0.006H时，优选
Figure RE-GDA0003323367330000042
所述热交换器2即能保证气化效率，也能充分利用所述罐体1的内部空间。其中，所述d的取值范围为7-12毫米，如8 毫米、10毫米等。所述r的取值范围为1-5度，如2度、3度、4度等。本实施例中，d优选8.4毫米，换热管总圈数为26圈。
本实施例中，所述涡流发生器3包括同心设置的三个涡流管，三个所述涡流管上均设有若干倾斜设置的出气口，所述出气口朝上设置，所述涡流发生器3朝下发射，实现共同作用。三个所述涡流管之间通过连接管37相连通，所述连接管37上连接有用于连接鼓气装置的进气管38，所述进气管38优选两个，分别连接在所述连接管37的两端。工作时鼓气装置向所述连接管37输送气体，所述连接管37内的气体被输送到三个所述涡流管内，并从所述出气口排出，由于所述涡流管上的出气口为倾斜设置，从三个所述涡流管出来的气体方向均不同，从而产生不同方向的旋流，可加速燃料受热气化。通过实验验证，将所述出气口设置成倾斜，并采用多个涡流管，相比于单个涡流管，且采用垂直的出气口的方式，本方案可使燃料气化的速率提高18％ -32％。
请参阅附图4，本实施例中，三个所述涡流管分别为由内向外设置的第一涡流管31、第二涡流管32和第三涡流管33，所述第一涡流管31上设有第一出气口34，所述第二涡流管32上设有第二出气口 35，所述第三涡流管33上设有第三出气口36，所述第一出气口34、所述第二出气口35及所述第三出气口36的角度均不同。其中，通过大量的实验表明，所述第一出气口34沿逆时针的所述第一涡流管31 的中心线切线方向布置，且其与水平线之间的夹角为10-20度，优选 15度；所述第二出气口35沿顺时针的所述第二涡流管32的中心线切线方向布置，且其与水平线之间的夹角为25-35度，优选30度；所述第三出气口36沿逆时针的所述第三涡流管33的中心线切线方向布置，且其与水平线之间的夹角为3-8度(优选5度)时，气化效果最佳。所述第一出气口34、所述第二出气口35及所述第三出气口36 均为均布，直径相同，大小为0.8-1.2毫米，优选1毫米。具体数量可以根据实际情况决定，不过其可以采用倍数关系进行设置，例如所述第一出气口34设置24个所述第二出气口35为12个，所述第三出气口36为6个。
请参阅附图5，本实施例中，所述罐体1的内部设有导向板5，所述导向板5为向上凸设的弧形，所述导向板5上均布有若干蜂窝孔 51。所述蜂窝孔51的数量根据所述导向板5的面积确定，具体地，当所述导向板5的面积为S，所述蜂窝孔51的面积为s，S＝140-160s，优选150s。由于相同横截面积的流道，蜂窝状导气孔与圆形导气孔相比较，蜂窝孔通流面积更大，可以有效通过更多的气体，一定气体经过同样横截面，通流流量越大，压降越小，同等情况下，在同样横截面开等径孔，蜂窝孔明显可排列数量更多，通流面积更大。且在孔与孔的相临区域不产生扰流，使气流通行效率增加，因此，通过采用蜂窝状的导气孔，可最大限度提升通流面积，在蜂窝孔51内所有形态的流体，通过适当的压力被整流，形成稳定的气体。同时，由于所述导向板5存在一定弧度，使得气体中的液态分子因质量大小的问题，可以快速分离，并沿着带弧度的分离面，迅速沿着半径方向圆周运动，并沿着罐壁回流至所述罐体1内，降低飘逸损失。
另外，为进一步保证气体的纯度，所述罐体1的内壁设有固定板 6，所述导向板5的底面贴合有消泡器7，所述消泡器7支撑于所述固定板6上，所述消泡器7与所述导向板5的弧度相同，共同组成高效气液分离装置。被气化的轻烃气体为最初为紊流状气流，经过所述消泡器7将气流中产生的气泡和携带的液体分离，保证了进入用户的气体的纯度，然后再经过所述导向板5的所述蜂窝孔51后将形成均匀上升流，压力稳定。
本实施例中，所述轻烃燃料气化用反应釜还包括液位计8，所述液位计8通过管道与所述罐体1的内部相连通，通过设置所述液位计8，可有效监控所述罐体1内的液面高度。同时，所述罐体1的上端设有温度计9、压力计a和安全阀b，所述温度计9、所述压力计a 和所述安全阀b均与所述罐体1的内部相连通。轻烃气化系统是定量轻烃原料、定量供热和定量鼓风共同作用，系统能保证每次进入反应釜定量的轻烃原料能充分气化。所述压力计a的作用是检测反应釜压力变化，由于轻烃气化系统中反应釜压力不仅是由于鼓风系统产生，轻烃原料由液体变成气体也会导致反应釜压力上升，为了保证恒定热值的轻烃燃气产生必须控制好反应釜压力，所以通过设置所述压力计 a，可有效监控所述罐体1内的压力，提高安全系数。所述温度计9 用于检测的是轻烃油气(系统最终产物)的温度而不是轻烃原料的温度，根据所述温度计9的数据判断轻烃油气输送至用户管道后，不会因为温度过低使轻烃油气液化。从而可以保证出去的轻烃油气尽可能燃烧的时候皆为油气，提升系统供热量。同时，通过设置所述安全阀 b，当所述罐体1里面的压力过高时，系统控制所述安全阀b打开，保证所述罐体1里面的压力在正常范围内，保证了安全。
另外，所述罐体1的底部还设有排放口，当发生事故或需要检修时，可以通过所述排放口将所述反应釜里面的液体燃料排出，保证安全。还可以设置底座，所述罐体设置在所述底座上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轻烃燃料气化用反应釜，其特征在于：包括罐体和设置在所述罐体内的热交换器、涡流发生器及超声波加热器，所述罐体的顶部设有出气口，所述罐体上设有进液口，所述涡流发生器及所述超声波加热器均设置在所述罐体的底部，且所述涡流发生器支撑于所述超声波加热器上，所述热交换器由螺旋状换热管构成，其进口与出口分别穿透至所述罐体的外部，且所述进口的中心与所述出口的中心之间的间距为h，所述罐体之间的高度为H，h＝0.47-0.6H，所述热交换器与所述罐体的内壁之间的间距为35-45毫米。
2.如权利要求1所述的轻烃燃料气化用反应釜，其特征在于：所述热交换器的外径为D，每圈所述螺旋管均相平行，且倾斜设置，其倾斜角为r，相邻两圈所述换热管外壁之间的间距为d，其中：
Figure FDA0003133331630000011
或d＝0.005-0.006H。
3.如权利要求1所述的轻烃燃料气化用反应釜，其特征在于：所述涡流发生器包括同心设置的三个涡流管，三个所述涡流管上均设有若干倾斜设置的出气口，三个所述涡流管之间通过连接管相连通，所述连接管上连接有用于连接鼓气装置的进气管。
4.如权利要求3所述的轻烃燃料气化用反应釜，其特征在于：三个所述涡流管分别为由内向外设置的第一涡流管、第二涡流管和第三涡流管，所述第一涡流管上设有第一出气口，所述第二涡流管上设有第二出气口，所述第三涡流管上设有第三出气口，所述第一出气口、所述第二出气口及所述第三出气口的角度均不同。
5.如权利要求4所述的轻烃燃料气化用反应釜，其特征在于：所述第一出气口沿逆时针的所述第一涡流管的中心线切线方向布置，且其与水平线之间的夹角为10-20度；所述第二出气口沿顺时针的所述第二涡流管的中心线切线方向布置，且其与水平线之间的夹角为25-35度；所述第三出气口沿逆时针的所述第三涡流管的中心线切线方向布置，且其与水平线之间的夹角为3-8度。
6.如权利要求1-5任一项所述的轻烃燃料气化用反应釜，其特征在于：所述罐体的内部设有导向板，所述导向板为向上凸设的弧形，所述导向板上均布有若干蜂窝孔。
7.如权利要求7所述的轻烃燃料气化用反应釜，其特征在于：所述导向板的面积为S，所述蜂窝孔的面积为s，S＝140-160s。
8.如权利要求7所述的轻烃燃料气化用反应釜，其特征在于：所述罐体的内壁设有固定板，所述导向板的底面贴合有消泡器，所述消泡器支撑于所述固定板上。
9.如权利要求1-5任一项所述的轻烃燃料气化用反应釜，其特征在于：包括液位计，所述液位计通过管道与所述罐体的内部相连通。
10.如权利要求1-5任一项所述的轻烃燃料气化用反应釜，其特征在于：所述罐体的上端设有温度计、压力计和安全阀，所述温度计、所述压力计和所述安全阀均与所述罐体的内部相连通。
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