CN2506874Y - 高效环保管式炉 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种高效环保管式炉,包括:炉体、设在炉体内壁上的耐火炉衬、由耐火炉衬所围成的空间构成炉膛、设在所述的炉膛内的用于加热介质的炉管,在炉体壁上并穿过耐火炉衬设有至少一对用于向炉膛喷射燃料的燃料喷嘴,在与燃料喷嘴相邻处的炉体壁设有至少一对排烟、送风管道,所述的排烟、送风管道内设有蓄热体,所述的一对排烟、送风管道通过四通换向阀交叉相连。该管式炉采用的是高温蓄热式贫氧燃烧技术,这种技术能够最大限度地回收烟气的显热,能将空气或燃料气预热几乎接近炉膛内烟气的温度,使炉膛内燃料充分、均匀燃烧。

Description

高效环保管式炉
技术领域
本实用新型涉及一种管式炉，尤其涉及一种高效环保管式炉。
背景技术
传统式管式炉为纯辐射炉，其具有两个难以解决的问题：一个是效率低；另一个是燃烧时易产生氧化氮，污染空气。众所周知，燃料从燃烧器喷出后火焰呈火炬状，炉膛内存在局部高温区，炉管受热存在向火面和背火面，向火面温度较高，背火面温度较低，加上炉膛温度场不均匀，导致炉管受热无论是周向还是轴向都极不均匀，因此，炉管表面热强度较低，炉管得不到充分利用。由于其高温烟气得不到利用，因此炉子热效率很低，一般热效率只有50％左右。
大家知道，加热炉热效率的高低取决于排烟温度的高低，排烟温度越低，热效率越高，为了尽可能地提高热效率，先后采用了不同形式的减少排烟余热损失的方法，增加了对流室，发展成为辐射——对流型管式炉，这种管式炉的热效率也只有75％左右。如图1所示的一种管式炉，其包括辐射室100、燃烧器101、烟囱102等，为了提高热效率在辐射室上面设有对流室103，使介质先经过设在对流室103内的对流盘管107再进入辐射室100内的辐射盘管105进行加热，为了使烟气的热量再利用，增加了空气预热器106，用鼓风机吸入空气进入空气预热器内，烟囱上设有挡板104，使烟气在排出前，先进入空气预热器内，对空气进行预热后再排出。由于受到种种因素的限制以至无法实现较低的排烟温度，通常在200℃左右。到目前为止，这种传统的管式炉的热效率最高也只有90％左右，其主要原因是：烟气中通常含有SO2和SO3，当温度降到酸露点以下时会产生硫酸，对设备造成严重的酸露点腐蚀。多年来，传统管式炉的技术发展均是在工艺装置流程上寻找冷源，使其与管式炉的排烟进一步换热，以降低排烟温度，这样做的结果是管式炉的结构变得愈来愈庞大，投资愈来愈高，而对于那些没有冷源的炉子，则不可能有较高的热效率。
传统式管式炉的另一个主要问题是燃烧时产生NOx物，众所周知，烟气中NOx的生成量取决于燃烧时燃料周围助燃空气的多少和温度的高低。对于传统的管式炉，由于其传统的燃烧方式决定了周围必须有过量的助燃空气才能完成燃烧过程，这种燃烧叫做富氧燃烧。又由于为了提高热效率，加热炉的烟气要进一步与空气换热，使助燃空气温度提高。对于这种传统的燃烧方式，助燃空气越多，温度越高，烟气中NOx的生成量也就越多，而传统的管式炉无法改变这种状况，这是由其燃烧方式所决定的。随着社会的发展和技术的进步，人们愈来愈重视我们赖以生存的环境。因此，越来越需要一种高效、低NOx物产生的管式炉。
发明的内容
本实用新型的目的在于提供一种高效环保管式炉，该高效环保管式炉采用的是高温蓄热式贫氧燃烧技术，这种技术能够最大限度地回收烟气的显热，能将空气或燃料气预热至几乎接近炉膛内烟气的温度，使炉膛内燃料充分、均匀燃烧。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种高效环保管式炉，包括：炉体、设在炉体内壁上的耐火炉衬、由耐火炉衬所围成的空间构成炉膛、设在所述的炉膛内的用于加热介质的炉管，在炉体壁上并穿过耐火炉衬设有至少一对用于向炉膛喷射燃料的燃料喷嘴，在与燃料喷嘴相邻处的炉体壁设有至少一对排烟、送风管道，所述的排烟、送风管道内设有蓄热体，所述的一对排烟、送风管道通过四通换向阀交叉相连。
所述的炉膛内至少设有一个耐火隔墙将炉膛分隔成至少两个炉膛，且每个炉膛分别设有至少一对燃料喷嘴和至少一对排烟、送风管道，所述的排烟、送风管道内设有蓄热体，所述的一对排烟、送风管道通过四通换向阀交叉相连。
所述的耐火隔墙可以为自炉体底面延伸至炉体上面的全封闭式的耐火隔墙’，或者是半封闭式的隔墙其中的一种。
在所述的炉体上设有辅助喷嘴为好。
所述的燃料喷嘴外接有燃料管道，在所述的燃料管道内设有蓄热体，且所述的一对燃料管道的中间通过所述的四通换向阀连接。
所述的蓄热体为陶瓷所制成的、形状呈蜂窝网状的柱状结构或者形状呈多数散置的小球状中的一种。
所述的炉体的形状为圆柱形、长方体、正方体或多棱柱状其中的一种。
所述的炉管的排列分布形式为：呈直线状来回盘绕状或呈圆盘状层叠盘绕中的一种。
由于采用上述结构，通过设在炉体壁上的至少一对燃料喷嘴，向炉体内喷射燃料，通过一个排烟、送风管道向炉体内送进助燃空气，空气经过管道内设的蓄热体从而被加热，通过另一个设在炉体壁上的排烟、送风管道排出烟气，烟气经过管道内设的蓄热体时，将热量储存在蓄热体内后排出。通过转换四通换向阀方向，交替使用成对地设在炉体上的蓄热体、排烟、送风管道，一个用于送风，另一个用于排烟，一侧蓄热体储存热量，另一侧释放热量给空气加热，从而使进入炉体内的空气的温度远远高于燃料的自燃点，燃料进入炉体内不需要多余的氧气即可以充分均匀地燃烧。对于质量差的燃料，也可以采用交叉预热的方式对燃料进行预热后再送入炉内燃烧。
本实用新型的高效环保管式炉属于纯辐射炉，其炉体的几何形状不局限于圆柱形、长方体状、正方体状、棱柱状等，也可以根据需要制成其它形状。可根据需要将其分成一个或多个炉膛，炉管则根据不同的工艺要求以不同的方式排列在炉膛内。
因此本实用新型具有以下有益效果：
1.均匀地给炉管提供热量，使炉管表面热强度大大提高
本高效环保管式炉采用的是高温蓄热式贫氧燃烧技术，这种技术能够最大限度地回收烟气的显热，能将空气或燃料气预热到前所未有的高温，甚至几乎接近炉膛内烟气的温度，燃烧的组织已经完全不同于传统的预混或扩散燃烧。由于组织燃烧的方式完全改变并且燃烧的环境温度已超过燃料的自燃点，因此空气和燃料可以相互独立地喷入炉膛，这种特殊的燃烧方式将炉膛整体作为一个反应器，燃料和空气的氧化反应遍及整个炉膛，整个炉内温度十分均匀，无明显火焰。正由于上述原因，炉管受热变得十分均匀，从而可能大大提高炉管表面热强度，使炉管材质得到充分利用。也由于炉管受热十分均匀，不存在炉管局部过热现象，使得炉子寿命延长，管内油品没有裂解，油品品质得到提高。
2.将助燃空气预热、至接近炉膛烟气温度，使燃烧更加稳定可靠
本实用新型的高效环保管式炉采用的是高温蓄热式贫氧燃烧技术，这种燃烧技术改变了传统的燃烧方式，燃烧的组织与传统预混和扩散燃烧不同。由于空气预热温度很高，燃烧不需要利用传统的燃烧器与空气作掺混以形成利于燃烧的特定浓度场分布，只需要将空气和燃料气通过各自的喷口喷入炉膛即可，高预热温度保证了燃料进入炉膛内就维持稳定的燃烧，甚至可以烧劣质燃烧料，燃烧反应遍及整个炉膛。这种燃烧方式的改变使得燃烧过程不会发生回火等各类燃烧事故，使燃烧更加稳定可靠。稳定可靠的燃烧对于加热炉的安全运行起到了关键的保障作用。
3.低NOx烟气排放
本实用新型的高效环保管式炉能够较好地解决NOx烟气排放的问题，这是由于它采用的是高温蓄热式贫氧燃烧技术，这种燃烧技术彻底改变了传统的燃烧方式，燃料周围不需要有过量的助燃空气，过剩空气甚至可以为零，空气、燃料分别喷入即可，燃烧在贫氧状态下进行，可以大大降低NOx烟气的排放。
4.热效率更高
本实用新型的高效环保管式炉尽管不需设置对流室及其常规的烟气余热回收系统，但热效率却能达到95％以上，远远高于传统的管式炉。本实用新型的高效环保管式炉不会受到酸露点腐蚀的影响，因为蓄热体材料采用的是新型陶瓷材料，例如：莫来石、堇青石作为蓄热元件，它是耐酸腐蚀最好的材料之一，它比表面积大，热惯性极低，且便于更换，是一种理想的蓄热体材料。这种新型陶瓷材料作为蓄热元件在管式炉上的应用，使得排烟温度大大降低，排烟温度可低于100℃，节能效果显著提高。按一台20MW的加热炉计算，若热效率提高8％，每年可节省燃料1290吨，相当于约130万元人民币。
5.投资更低
高效环保管式炉由于不需设置对流室及其常规的烟气余热回收系统，仅有一个辐射室，并且炉管受热全部集中在热交换系数最高的辐射室进行，因此可以减小炉子尺寸，降低筑炉造价，省略金属换热器和传统的高烟囱，降低投资。一般来说，在加热炉热负荷相同的情况下，采用高效环保管式炉比传统管式炉的炉体尺寸约减小30％，一次性投资和运行总费用明显减少。对于一台传统的40MW的催化重整加热炉，投资约2000万元人民币，若采用本高效环保管式炉，加上热效率提高所节省的费用，第一年可节省费用约560万元人民币，经济效益相当可观。
总之，本实用新型的高效环保管式炉通过运用蓄热技术实现了空气高温预热和更高的热效率；通过运用贫氧燃烧技术实现了低NOx排放，更有利于环保；通过运用无焰燃烧技术实现了更高的炉管表面热强度，从而节省投资。
附图说明
图1是传统式管式炉的结构示意图；
图2是本实用新型的高效环保管式炉的实施例一的结构示意图；
图3A、3B是本实用新型的高效环保管式炉的炉管布置侧视图，图3B为图3A的俯视图；
图3C、3D是本实用新型的高效环保管式炉的炉管布置侧视图，图3D是图3C的俯视图；
图4是本实用新型的高效环保管式炉的实施例二的俯视结构示意图。
具体实施方式
参见图2，图中展示了一种高效环保管式炉，包括：炉管1、炉体2、耐火炉衬3、燃料喷嘴4、蓄热体5、辅助喷嘴6、换向阀7、排烟、送风管道8、炉膛9，炉体2呈长方体状；耐火炉衬3设在炉体2内壁上；由耐火炉衬3所围成的空间构成了一个炉膛9；用于加热介质的炉管1呈上下回转、彼此平行的垂直直线盘设于炉膛9内(参见图3A)，介质沿炉管上的箭头的方向进入炉膛内加热；在炉体2相对的侧壁上并穿过耐火炉衬3设有至少一对用于向炉膛9喷射燃料的燃料喷嘴4，在与燃料喷嘴4相邻处的炉体2相对的侧壁上设有一对排烟、送风管道8，所述的排烟、送风管道8内设有蓄热体5，所述的一对排烟、送风管道8通过四通换向阀7交叉相连；在所述的炉体2的底部设有辅助喷嘴6，该辅助喷嘴6在刚开始点燃炉子时使用。
当使用时，先利用辅助喷嘴点燃炉子，从炉体一侧的排烟、送风管8排出烟气，烟气经过排烟、送风管8内的蓄热体5，将热量储存在蓄热体内，转换换向阀7的方向，由此侧的燃料喷嘴4喷入燃料，并将空气自刚刚蓄热的蓄热体5的排烟、送风管8送入炉体；此时另一侧的排烟、送风管8用于排烟气，并将热量储存在蓄热体内；再转换换向阀7的方向，交替使用两侧的燃料喷嘴4和排烟、送风管8。
参见图3A、3B、3C、3D，图3A、3B中展示了炉管的呈垂直来回盘设的排布方式，图3C、3D的炉管呈水平方向排布方式，炉管也可以为圆环状盘设置(图中未示)，因为整个炉膛内无燃烧死点，所以炉管可以布满整个炉膛内。
实施例二，参见图4，图中展示的管式炉，其具有多个炉膛的炉体的结构，炉体2呈长方体状；耐火炉衬3设在炉体2内壁上；由耐火炉衬3所围成的空间构成了炉膛9，所述的炉膛9内设有一个耐火隔墙10将炉膛分隔成两个炉膛9’，且在每个炉膛9’的炉体2壁上分别设有一对用于向炉膛9’喷射燃料的燃料喷嘴4和一对排烟、送风管道8，所述的排烟、送风管道8内设有蓄热体5。所述的耐火隔墙10为自炉体底面延伸至炉体上面的全封闭式的耐火隔墙10’；耐火隔墙10当然也可以根据需要制成半封闭式的隔墙10”(图中未示)。所述的燃料喷嘴4外接有燃料管道11，在所述的燃料管道11内设有蓄热体5，且所述的一对燃料管道11的中间通过所述的四通换向阀7连接。
在实施例一和实施例二中，所述的蓄热体5的形状呈蜂窝网状的柱状结构，或者形状呈多数散置的小球状。其可以采用莫来石、堇青石等陶瓷材料制成。

Claims (9)

1.一种高效环保管式炉，包括：炉体(2)、设在炉体(2)内壁上的耐火炉衬(3)、由耐火炉衬(3)所围成的空间构成炉膛(9)、设在所述的炉膛(9)内的用于加热介质的炉管(1)，其特征在于：在炉体(2)壁上并穿过耐火炉衬(3)设有至少一对用于向炉膛(9)喷射燃料的燃料喷嘴(4)，在与燃料喷嘴(4)相邻处的炉体(2)壁设有至少一对排烟、送风管道(8)，所述的排烟、送风管道(8)内设有蓄热体(5)，所述的一对排烟、送风管道(8)通过四通换向阀(7)交叉相连。
2.根据权利要求1所述的高效环保管式炉，其特征在于：所述的炉膛(9)内至少设有一个耐火隔墙(10)将炉膛分隔成至少两个炉膛(9’)。
3.根据权利要求2所述的高效环保管式炉，其特征在于：所述的耐火隔墙(10)可以为自炉体底面延伸至炉体上面的全封闭式的耐火隔墙(10’)，或者是半封闭式的隔墙(10”)其中的一种。
4.根据权利要求1或2或3其中之一所述的高效环保管式炉，其特征在于：在所述的炉体(2)上设有辅助喷嘴(6)。
5.根据权利要求1或2或3其中之一所述的高效环保管式炉，其特征在于：所述的燃料喷嘴(4)外接有燃料管道(11)，在所述的燃料管道(11)内设有蓄热体(5)，且所述的一对燃料管道(11)的中间通过所述的四通换向阀(7)连接。
6.根据权利要求1或2或3其中之一所述的高效环保管式炉，其特征在于：所述的蓄热体(5)为陶瓷所制成的、形状呈蜂窝网状的柱状结构或者形状呈多数散置的小球状中的一种。
7.根据权利要求5所述的高效环保管式炉，其特征在于：所述的蓄热体(5)为陶瓷所制成的、形状呈蜂窝网状的柱状结构或者形状呈多数散置的小球状中的一种。
8.根据权利要求1或2或3其中之一所述的高效环保管式炉，其特征在于：所述的炉体(2)的形状为圆柱形、长方体、正方体或多棱柱状其中的一种。
9.根据权利要求1或2或3其中之一所述的高效环保管式炉，其特征在于：所述的炉管(1)的排列分布形式为：呈直线状来回盘绕状或呈圆盘状层叠盘绕中的一种。
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