CN205079235U - 一种高温气体发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高温气体发生器，涉及高温反应设备领域，能够解决现有技术中采用氢气和氧气在燃烧腔内混合燃烧时，存在对燃烧腔的材质以及安装设备空间尺寸的要求较高的问题。该高温气体发生器包括第一气体管道、第二气体管道以及稳流管道；第一气体管道中的可燃气体与第二气体管道中的助燃气体在稳流管道中相遇，并产生具有预设高度的火焰；稳流管道的长度小于或等于火焰的预设高度；所述稳流管道内壁的横截面面积处处相等，或者沿气体流出方向，所述稳流管道内壁的横截面面积逐渐增大。

Description

一种高温气体发生器

技术领域

本实用新型涉及高温反应设备领域，尤其涉及一种高温气体发生器。

背景技术

高温气体发生器是一种能够产生高温气体的装置，常运用于高温气体的化学反应装置中。例如在煤的加氢气化工艺中，就需要该高温气体发生器能够产生超过1000℃的高温氢气，并以非常高的速度喷入气化炉中，以与煤粉快速发生混合反应。

为了使得气体发生器能够产生高温氢气，可以采用电加热的方式对氢气进行加热。然而采用电加热的方式，升温能力有限，负荷能力较小。为了解决上述问题，现有技术中提供了一种采用内混燃烧模式加热气体的方式，即在气体发生器内部设置燃烧腔，以使得部分氢气与助燃气体在该燃烧腔内燃烧，以对其余的氢气进行加热。

然而，在采用上述内混燃烧模式时，由于气体在燃烧腔内燃烧，火焰温度较高，对该燃烧腔的材质要求较高。此外随着火焰高度的增加，该燃烧腔的结构尺寸也需要增大。因此安装设备的空间尺寸的要求也较高。从而增加了制备和安装该高温气体发生器的成本。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种高温气体发生器，能够解决现有技术中采用氢气和氧气在燃烧腔内混合燃烧时，存在对燃烧腔的材质以及安装设备空间尺寸的要求较高的问题。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

本实用新型提供一种高温气体发生器，包括第一气体管道、第二气体管道以及稳流管道；所述第一气体管道中的可燃气体与所述第二气体管道中的助燃气体在所述稳流管道中相遇，并产生具有预设高度的火焰；其中，所述稳流管道的长度小于或等于所述火焰的预设高度；所述稳流管道内壁的横截面面积处处相等，或者沿气体流出方向，所述稳流管道内壁的横截面面积逐渐增大。

优选的，所述稳流管道的长度小于或等于所述火焰的预设高度的二分之一。

优选的，还包括与所述第一气体管道相连通的预热处理装置，用于向所述第一气体管道提供预热温度达到燃点的可燃气体。

优选的，还包括设置于所述稳流管道进气口的点火器。

优选的，所述第一气体管道出气口和所述第二气体管道出气口为缩口；所述稳流管道进气口为扩口。

优选的，所述稳流管道进气口与所述第一气体管道的出气口位置相对应，且横截面形状相同；所述稳流管道内壁的任一横截面面积小于等于两倍的所述第一气体管道的出气口面积。

优选的，所述第一气体管道的出气口和所述第二气体管道的出气口平齐。

优选的，还包括设置于所述第二气体管道进气口的保温管道，所述保温管道的内壁与外壁之间填充有保温材料；所述保温管道与所述第二气体管道相连通。

优选的，所述预热处理装置通过供气通道与第一气体管道相连接。

优选的，所述第一气体管道与所述第二气体管道之间设置有环形分布器；所述环形分布器的内壁与所述第二气体管道的外壁密封，所述环形分布器的外壁与所述第一气体管道的内壁密封。

优选的，所述环形分布器的内壁和外壁之间具有多个间隔设置，且均匀分布的旋流叶片；沿所述环形分布器的轴向方向，所述旋流叶片与所述环形分布器的轴向方向之间具有旋流角。

优选的，所述旋流角为0°～45°。

本实用新型提供一种高温气体发生器，包括第一气体管道、第二气体管道以及稳流管道。其中，稳流管道的长度小于或等于预设高度，所述稳流管道内壁的横截面面积处处相等，或者沿气体流出方向，所述稳流管道内壁的横截面面积逐渐增大。

这样一来，一方面，由于稳流管道内壁的横截面面积处处相等，或者沿气体流出方向，稳流管道内壁的横截面面积逐渐增大，因此可燃气体和助燃气体相遇产生的火焰可以穿过该稳流管道的出气口。在此基础上，由于稳流管道的长度小于或等于火焰预设高度，因此火焰可以穿过该稳流管道的出气口，并在稳流管道外燃烧，从而能够降低燃烧时产生的高温对稳流管道的影响，以降低对制备稳流管道材料的要求。另一方面，即使增加可燃气体和助燃气体的通气量，使得火焰的预设高度有所增加，由于稳流管道的长度小于等于预设高度，因此稳流管道长度无需大幅度增加，所以降低了对安装设备空间尺寸的要求。综上所述，本实用新型提供的高温气体发生器既可以降低对稳流管道的材质要求，又可以降低对安装设备空间尺寸的要求，从而能够减小生产加工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种高温气体发生器的结构示意图；

图2a为图1中稳流管道沿P-P’剖切得到的一种结构示意图；

图2b为图1中稳流管道沿P-P’剖切得到的另一种结构示意图；

图3为在图1中设置有预热处理装置的高温气体发生器的结构示意图；

图4为在图1中设置有点火器的高温气体发生器的结构示意图；

图5为在图3中设置有保温管道的高温气体发生器的结构示意图；

图6a为图5中环形分布器的结构示意图；

图6b为图6a中沿O-O’剖切得到的截面图。

附图标记：

10-第一气体管道；101-供气通道；20-第二气体管道；30-稳流管道；40-预设处理装置；50-点火器；60-保温管道；61-保温材料；70-环形分布器；701-旋流叶片；A-高温气体发生器喷射高温气体的方向；B-稳流管道的进气口位置；H-火焰的预设高度；L-稳流管道的长度。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种高温气体发生器，如图1所示，可以包括第一气体管道10、第二气体管道20以及稳流管道30。

其中，第二气体管道20位于第一气体管道10内，且第二气体管道20的外壁与第一气体管道10的内壁之间具有间隙，用于容纳可燃气体。

此外，第一气体管道10的出气口和第二气体管道20的出气口处设置有上述稳流管道30。在此基础上，第一气体管道10中的可燃气体与第二气体管道20中的助燃气体在稳流管道30中相遇，并产生具有预设高度H的火焰。

其中，稳流管道30的长度L小于或等于上述火焰的预设高度H，该稳流管道30内壁的横截面面积处处相等，或者沿气体流出方向(图1中的A方向，该高温气体发生器喷射高温气体的方向)该稳流管道30内壁的横截面面积逐渐增大。

需要说明的是，第一、上述可燃气体可以是氢气、甲烷等气体，而上述助燃气体可以是空气或氧气。本实用新型对上述可燃气体和助燃气体具体采用哪一种并不做限定。以下实施例为了方便说明，均是以可燃气体为氢气，而助燃气体为氧气为例进行的说明。

在此基础上，该高温气体发生器加热可燃气体的原理为，第二气体管道20通入的助燃气体，例如氧气，可以与第一气体管道10通入的部分可燃气体，例如氢气燃烧，使得一部分氢气被消耗用于产生高温。所产生的高温用于加热未被消耗的剩余氢气。从而可以得到温度较高的氢气。

第二、上述火焰的预设高度H是指，当向第一气体管道10通入的可燃气体以及向第二气体管道20通入的助燃气体的量一定时，可燃气体与助燃气体燃烧所产生的火焰的高度也一定，即为上述预设高度H。而在使用上述高温气体发生器时，本领域技术人员可以根据需要对可燃气体和助燃气体的通入量进行设定，从而可以得到确定的火焰预设高度H，而稳流管道30的长度L只要小于或等于火焰的预设高度H即可。

第三、本实用新型对稳流管道30内壁横截面以及外壁的形状不做限定，可以如图2a所示为矩形或者如图2b所示为圆形等。

本实用新型提供一种高温气体发生器，包括第一气体管道、第二气体管道以及稳流管道。其中，稳流管道的长度小于或等于预设高度，稳流管道内壁的横截面面积处处相等，或者沿气体流出方向该稳流管道内壁的横截面面积逐渐增大。

这样一来，一方面，由于稳流管道内壁的横截面面积处处相等，或者沿气体流出方向该稳流管道内壁的横截面面积逐渐增大，因此可燃气体和助燃气体相遇产生的火焰可以穿过该稳流管道的出气口。在此基础上，由于稳流管道的长度小于或等于火焰预设高度，因此火焰可以穿过该稳流管道的出气口，并在稳流管道外燃烧，从而能够降低燃烧时产生的高温对稳流管道的影响，以降低对制备稳流管道材料的要求。另一方面，即使增加可燃气体和助燃气体的通气量，使得火焰的预设高度有所增加，由于稳流管道的长度小于等于预设高度，因此稳流管道长度无需大幅度增加，所以降低了对安装设备空间尺寸的要求。综上所述，本实用新型提供的高温气体发生器既可以降低对稳流管道的材质要求，又可以降低对安装设备空间尺寸的要求，从而能够减小生产加工成本。

在此基础上优选的，稳流管道30的长度小于或等于火焰预设高度H的二分之一。这样一来大部分火焰可以穿过该稳流管道的出气口，并在稳流管道外燃烧，从而能够降低燃烧时产生的高温对稳流管道的影响，以进一步降低对制备稳流管道材料的要求。

以下通过具体的实施例对如何使得可燃气体和助燃气体进行燃烧进行详细的举例说明。

实施例一

本实施例中，通入第一气体管道10的可燃气体已经过预加热处理。

具体的，该高温气体发生器，如图3所示，还包括与第一气体管道10相连通的预热处理装置40，例如可以在第一气体管道10的侧壁上开一通孔，并增加供气通道101。使得该预热处理装置40通过供气通道101与第一气体管道10相连接。这样一来，预热处理装置40可以通过供气通道101向第一气体管道10提供预热温度达到燃点的可燃气体。例如可以通过预热装置40向第一气体管道10提供温度为500℃～600℃的氢气。

这样一来，由于第一气体管道10中的氢气已经达到燃点，所以只要氢气在第一气体管道10的出气口与第二气体管道20的出气口处的氧气相遇，就会在氧气的助燃作用下，在稳流管道30的进气口处发生燃烧。燃烧所产生的热量能够对未发生燃烧消耗的氢气进一步加热，从而可以得到温度高达1000℃的氢气，以满足化学反应装置的要求。

需要说明的是，上述预设处理装置40可以采用电加热的方式将氢气加热至燃点或燃点以上。由于可燃气体的燃点温度相对于最终从该高温气体发生器喷射出的气体的温度而言较小，因此在上述电加热的过程中，功耗并不大。

实施例二

本实施例中的第一气体管道10中的氢气处于常温状态。在此情况下，该高温气体发生器，如图4所示，还包括设置于稳流管道30的进气口(图4中的B处，也是第一气体管道10和第二气体管道20的出气口处)的点火器50。这样一来，当氢气在第一气体管道10的出气口与第二气体管道20的出气口处的氧气相遇时，上述点火器50执行点火动作，可以使得氧气和氢气在稳流管道30的进气口处发生燃烧。燃烧所产生的热量能够对未发生燃烧消耗的氢气加热，使其温度高达1000℃，以满足化学反应装置的要求。

综上所述，实施例一相对于实施例二而言，由于第一气体管道10中的氢气通过预加热处理，因此在燃烧加热的过程中，未燃烧消耗的氢气升温速度快。而实施例二中需要将常温的氢气加热至1000℃，所以未燃烧消耗的氢气升温速度慢。但是实施例一中需要增加预热处理装置40以实现对氢气的预加热，且相对于实施例二中采用只执行点火动作的点火器50而言，采用预热处理装置40对氢气进行预加热的功耗较大。因此实施例一与实施例二各有利弊，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

以下对实施例一和实施例二中各个部件的共有结构进行详细的说明。

优选的，如图3所示，该第一气体管道10出气口和第二气体管道20出气口为缩口，即沿着第一气体管道10和第二气体管道20气体留出的方向，第一气体管道10出气口和第二气体管道20横截面的面积逐渐减小。这样一来，可以对将第一气体管道10喷出的氢气与第二气体管道20喷出的氧气进行聚集，有利于两种气体的混合，从而提高了燃烧效率。

此外，稳流管道30进气口为扩口，即沿着稳流管道30气体留出的方向，该稳流管道30横截面的面积逐渐增大，从而利于提升被加热的氢气的喷出速度。其中，对于稳流管道30而言，优选的，如图3所示的，上述扩口的夹角α在60°～120°之间，从而可以在方便加工成型的同时利于提升被加热的氢气的喷出速度。

在此基础上，稳流管道30进气口与第一气体管道10的出气口位置相对应，且横截形状相同，从而提高了第一气体管道10内的氢气向稳流管道30进行传输的效率。

此外，稳流管道30内壁的任一横截面面积小于等于两倍的第一气体管道10的出气口面积。在此情况下，一方面可以使得第一气体管道10提供的氢气能够快速从稳流管道30中喷出，从而能够保证该高温气体发生器燃烧射流速度。另一方面，由于第一气体管道10提供的氢气的喷射速度得到了提升，所以会有较多的氢气能够聚集于呈倒锥形的稳流管道30进气口处，形成气体层。由于从第一气体管道10出气口中喷出的氢气的温度较低，因此上述气体层的温度较低，所以可以对整流罩进行降温，避免其被烧毁。这样一来，可以采用普通的不锈钢材料制备上述稳流管道30，以节约成本。

进一步的，优选的第一气体管道10的出气口和第二气体管道20的出气口平齐。这样一来，可以提升由氢气和氧气燃烧产生的火焰的刚性，避免火焰由于刚性差出现左右摆动的现象，从而降低喷射高温气体的效果。

此外，在上述燃烧加热氢气的过程中，由于温度较高，会使得第二气体管道20中的氧气被加热，加热后的氧气容易与构成第二气体管道20的材料发生氧化反应，从而降低设备的使用寿命以及安全性能。

为了解决上述问题，本实用新型提供的高温气体发生器，如图5所示，还包括可以设置于第二气体管道20进气口的保温管道60。该保温管道60与第二气体管道20相连通，以向第二气体管道20提供常温的助燃气体(例如氧气)。由于该保温管道60的内壁与外壁之间填充有保温材料61，从而保持保温管道60内的氧气处于常温状态，防止高温状态下，第二气体管道20出线温度超标，确保了设备的安全运行。

进一步的，为了使得第一气体管道10中的氢气能够均匀的从第一气体管道10的出气口喷射至稳流管道30，如图5所示，可以在第一气体管道10与第二气体管道20之间设置有环形分布器70。该环形分布器70的内壁与第二气体管道20的外壁密封，环形分布器70的外壁与第一气体管道10的内壁密封。

其中，如图6a所示，该环形分布器70的内壁和外壁之间具有多个间隔设置且均匀分布的旋流叶片701。其中，上述多个间隔设置的旋流叶片701，是指环形分布器70的内壁和外壁之间具有至少两个间隔设置的旋流叶片701。

此外，如图6b所示，沿该环形分布器70的轴向方向(O’-O)，该旋流叶片701与环形分布器70的轴向方向之间具有旋流角β。这样一来，一方面，由于旋流叶片701均匀分布，因此相邻两个旋流叶片701之间的间隙页均匀分布于环形分布器70的内壁和外壁之间，以对第一气体管道10的出气口喷出的氢气进行均匀分配，使得上述氢气能够与第二气体管道20喷出的氧气均匀接触，从而提高了气体混合的均匀性，增加燃烧火焰的刚度。另一方面，由于该环形分布器70的内壁与第二气体管道20相接触，环形分布器70的外壁与第一气体管道10相接触。因此能够对第二气体管道20进行定位，有利于第二气体管道20与第一气体管道10同轴设置。

进一步的，当上述旋流角β大于45°时，会增加第一气体管道10的出气口喷出氢气的阻力，不利于气体的传输，因此优选的该旋流角β为0°～45°。并且，在上述角度范围内，角度旋流角β越大，火焰越短，燃烧越剧烈，被加热的氢气从稳流管道30中喷出的速度越快。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种高温气体发生器，其特征在于，包括第一气体管道、第二气体管道以及稳流管道；所述第一气体管道中的可燃气体与所述第二气体管道中的助燃气体在所述稳流管道中相遇，并产生具有预设高度的火焰；

其中，所述稳流管道的长度小于或等于所述火焰的预设高度；

所述稳流管道内壁的横截面面积处处相等，或者沿气体流出方向，所述稳流管道内壁的横截面面积逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的高温气体发生器，其特征在于，所述稳流管道的长度小于或等于所述火焰的预设高度的二分之一。

3.根据权利要求1所述的高温气体发生器，其特征在于，还包括与所述第一气体管道相连通的预热处理装置，用于向所述第一气体管道提供预热温度达到燃点的可燃气体。

4.根据权利要求1所述的高温气体发生器，其特征在于，还包括设置于所述稳流管道进气口的点火器。

5.根据权利要求1所述的高温气体发生器，其特征在于，

所述第一气体管道出气口和所述第二气体管道出气口为缩口；

所述稳流管道进气口为扩口。

6.根据权利要求5所述的高温气体发生器，其特征在于，所述稳流管道进气口与所述第一气体管道的出气口位置相对应，且横截面形状相同；

所述稳流管道内壁的任一横截面面积小于等于两倍的所述第一气体管道的出气口面积。

7.根据权利要求1所述的高温气体发生器，其特征在于，所述第一气体管道的出气口和所述第二气体管道的出气口平齐。

8.根据权利要求1所述的高温气体发生器，其特征在于，还包括设置于所述第二气体管道进气口的保温管道，所述保温管道的内壁与外壁之间填充有保温材料；所述保温管道与所述第二气体管道相连通。

9.根据权利要求3所述的高温气体发生器，其特征在于，所述预热处理装置通过供气通道与第一气体管道相连接。

10.根据权利要求1所述的高温气体发生器，其特征在于，所述第一气体管道与所述第二气体管道之间设置有环形分布器；所述环形分布器的内壁与所述第二气体管道的外壁密封，所述环形分布器的外壁与所述第一气体管道的内壁密封。

11.根据权利要求10所述的高温气体发生器，其特征在于，所述环形分布器的内壁和外壁之间具有多个间隔设置，且均匀分布的旋流叶片；沿所述环形分布器的轴向方向，所述旋流叶片与所述环形分布器的轴向方向之间具有旋流角。

12.根据权利要求11所述的高温气体发生器，其特征在于，所述旋流角为0°～45°。