氣體加熱系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種氣體加熱系統(tǒng)，涉及煤的氣化領域，可以獲得高溫高壓氫氣，滿足對高溫高壓氫氣氣源的需求，同時還可以有效降低加熱成本。本實用新型的氣體加熱系統(tǒng)，包括：燃燒腔，所述燃燒腔一端設置有燃燒器，另一端設置有出氣口；所述燃燒器，包括：三層同軸的氣體管道，最內層氣體管道用于向所述燃燒腔輸送氣體燃料，中間層氣體管道用于向所述燃燒腔輸送所述氣體燃料燃燒所需的助燃劑，最外層氣體管道用于向所述燃燒腔輸送待加熱氣體；所述燃燒器還包括設置于所述最內層氣體管道內的點火桿，其點火端設置于所述燃燒腔的內部。
【專利說明】
氣體加熱系統(tǒng)
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及煤的氣化領域，尤其涉及一種氣體加熱系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有工藝過程中有很多化學反應需要高溫高壓氣體的參與，如煤的加氫氣化過程，需要在高壓(5?1MPa)條件下，將煤粉與高溫氫氣(>1000°C)快速混合，實現(xiàn)甲烷與高附加值芳烴油品聯(lián)產，兼具煤制油和煤制氣的優(yōu)勢。
[0003]該技術的關鍵在于獲得氣化過程中所需要的高溫高壓氫氣，現(xiàn)有技術中主要是采用間接加熱的方式，受裝置材料限制無法獲得高壓并且高溫的氣體，較難滿足對高溫高壓氣源的需求。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型提供一種氣體加熱系統(tǒng)，可以獲得高溫高壓氣體，滿足對高溫高壓氣源的需求，同時還可以有效降低加熱成本。
[0005]為達到上述目的，本實用新型的實施例采用如下技術方案:
[0006]本實用新型的實施例提供一種氣體加熱系統(tǒng)，包括:燃燒腔，所述燃燒腔一端設置有燃燒器，另一端設置有出氣口；所述燃燒器，包括:三層同軸的氣體管道，最內層氣體管道用于向所述燃燒腔輸送氣體燃料，中間層氣體管道用于向所述燃燒腔輸送所述氣體燃料燃燒所需的助燃劑，最外層氣體管道用于向所述燃燒腔輸送待加熱氣體;所述燃燒器還包括設置于所述最內層氣體管道內的點火桿，其點火端設置于所述燃燒腔的內部。
[0007]優(yōu)選地，所述中間層氣體管道伸入所述燃燒腔內的部分比所述最內層氣體管道伸入所述燃燒腔內的部分長;所述中間層氣體管道伸入所述燃燒腔內的部分與所述最外層進氣管道伸入所述燃燒腔內的部分齊平。
[0008]優(yōu)選地，所述的氣體加熱系統(tǒng)，還包括:第一熱電偶，設置于所述點火桿的點火端。
[0009]優(yōu)選地，所述的氣體加熱系統(tǒng)，還包括:第二熱電偶，設置于所述燃燒腔的出氣口處。
[0010]優(yōu)選地，所述的氣體加熱系統(tǒng)，還包括:第一流量閥，設置于所述最內層氣體管道或者向所述最內層氣體管道供氣的管道上，所述第二熱電偶與所述第一流量閥的控制單元相連。
[0011]可選地，所述的氣體加熱系統(tǒng)，還包括:第二流量閥，設置于所述中間層氣體管道或者向所述中間層氣體管道供氣的管道上;第三流量閥，設置于所述最外層氣體管道或者向所述最外層氣體管道供氣的管道上。
[0012]優(yōu)選地，所述第一流量閥的流量輸出端與所述第二流量閥的控制單元相連。
[0013 ]優(yōu)選地，所述燃燒腔內設置有保溫內襯層。
[0014]優(yōu)選地，所述的氣體加熱系統(tǒng)，還包括:與所述燃燒腔的出氣口相連的出口管道，所述出口管道設置有保溫內襯層，或者所述出口管道為保溫管道。
[0015]本實用新型提供一種氣體加熱系統(tǒng)，包括燃燒腔和燃燒器，其中燃燒器包括三層同軸的氣體管道，最內層進氣管道內設置有點火桿，點火桿點火之后，最內層氣體管道輸送的氣體燃料與中間層氣體管道輸送的燃燒所需助燃劑發(fā)生燃燒反應，直接加熱外層的待加熱氣體(由最外層氣體管道向燃燒腔內輸送)，解決現(xiàn)有間接加熱的方式受裝置材料限制無法獲得高溫氣體的問題，滿足對高溫高壓的氣源需求，同時由于不需要對氣體容器加熱，可以提高能源利用率并有效降低加熱所需的裝置成本。
【附圖說明】

[0016]為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。
[0017]圖1為本實用新型實施例提供的氣體加熱系統(tǒng)的示意圖。
[0018]附圖標記
[0019]1-點火桿，2-最內層氣體管道，3-中間層氣體管道，4-最外層氣體管道，
[0020]5-燃燒腔，6_出氣口，7_第一熱電偶，8-第二熱電偶，9-燃燒器。
【具體實施方式】
[0021]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。
[0022]實施例
[0023]本實用新型實施例提供一種氣體加熱系統(tǒng)，如圖1所示，包括:燃燒腔5，燃燒腔一端設置有燃燒器9，另一端設置有出氣口 6;燃燒器9包括三層同軸的氣體管道，最內層氣體管道2用于向燃燒腔5輸送氣體燃料，中間層氣體管道3用于向所述燃燒腔輸送氣體燃料燃燒所需的助燃劑(例如氧氣或空氣)，最外層氣體管道2用于向燃燒腔5輸送待加熱氣體;燃燒器9還包括設置于最內層氣體管道內的點火桿I，其點火端設置于燃燒腔5的內部。
[0024]上述的氣體燃料包括甲烷、合成氣、粗煤氣等相對氫氣更加廉價原料，助燃劑可以為氧氣或空氣，優(yōu)選氧氣。氣體燃料、助燃劑和待加熱氣體通過燃燒器9三層同軸的氣體管道輸入燃燒腔5，氣體燃料、助燃劑和待加熱氣體自燃燒腔5中心向外依次排列，當最內層氣體管道4內的點火桿I點火后，內層的氣體燃料和燃燒助燃劑燃燒放出熱量，使位于外層的待加熱氣體升溫。本實施例所述氣體加熱系統(tǒng)可以實現(xiàn)對氣體直接加熱，獲得高溫高壓氣體，避免現(xiàn)有間接加熱的方式受裝置材料限制無法獲得高溫高壓氣體的問題。
[0025]優(yōu)選地，選擇合適的氣體燃料和助燃劑以及氣體流量比例，可以使氣體燃料和助燃劑燃燒完全，自燃燒腔5出氣口 6輸出的氣體不含其它氣體，或者雖然含有其它氣體但不影響后續(xù)的使用，或者雖然含有其它氣體但易于去除。
[0026]優(yōu)選地，中間層氣體管道3(輸入助燃劑的管道)伸入燃燒腔5內的部分比最內層氣體管道2(輸入氣體燃料的管道)伸入燃燒腔5內的部分長，目的是實現(xiàn)預混燃燒，提高中心氣體燃料燃燒效率；中間層氣體管道3伸入燃燒腔5內的部分與最外層進氣管道(輸入待加熱氣體的管道)伸入燃燒腔5內的部分齊平。
[0027]優(yōu)選地，上述氣體加熱系統(tǒng)還包括:第一熱電偶7，設置于點火桿I的點火端。第一熱電偶7如果在短時間出現(xiàn)溫升，就可以判定點火成功，否則需要再次點火?？梢詫⒌谝粺犭娕?的輸出端與點火桿I的控制單元相連，根據第一熱電偶7的溫度變化情況生成是否啟動打火的控制指令，用來控制點火桿I，實現(xiàn)自動點火。
[0028]優(yōu)選地，上述氣體加熱系統(tǒng)，還包括:第二熱電偶8，設置于燃燒腔5的出氣口6處，測量出氣口 6處的氣體溫度，從而判斷待加熱氣體是否達到預設溫度，如果溫度過低，沒達到預設溫度，可以調大氣體燃料和助燃劑的流量。
[0029]進一步地，最內層氣體管道2或者向最內層氣體管道2供氣的管道上還設置有第一流量閥，將第二熱電偶8與第一流量閥的控制單元相連，可以根據出口處的氣體溫度控制氣體燃料的輸入流量，實現(xiàn)出氣溫度的自動控制，設置出氣溫度閾值后，可以通過調節(jié)氣體燃料流量，自動輸出預設溫度閾值范圍內的氣體。
[0030]更進一步地，上述氣體加熱系統(tǒng)，還包括:第二流量閥，設置于中間層氣體管道3或者向中間層氣體管道3供氣的管道上;第三流量閥，設置于最外層氣體管道4或者向最外層氣體管道4供氣的管道上，便于調節(jié)助燃劑和待加熱氣體的流量。如果第一流量閥還具備流量測量功能，優(yōu)選地，還可以將第一流量閥的流量輸出端通過信號處理單元與第二流量閥的控制單元相連，根據氣體燃料的流量(第一流量閥的測量值)調節(jié)助燃劑的流量，實現(xiàn)氣體燃料和助燃劑的按比例聯(lián)動調節(jié)。
[0031 ]優(yōu)選地，燃燒腔5內設置有保溫內襯層。出口管道與燃燒腔5的出氣口 6相連，出口管道設置有保溫內襯層，或者出口管道為保溫管道，保證設備外壁不超溫，以利安全生產。
[0032]本實用新型提供的氣體加熱系統(tǒng)，可以用于加熱氫氣、二氧化碳等，還可以用于加熱其他惰性氣體如氮氣等。本實用新型氣體加熱系統(tǒng)主要是針對氫氣加熱而提出，氫氣比較特殊，加熱后系統(tǒng)內不能含有過高的氧氣，否則有爆炸危險，下面以加熱氫氣為例通過具體的實施例對本實用新型提供的加熱系統(tǒng)進行詳細說明。
[0033]如圖1所示，本實用新型提供一種新的氫氣加熱系統(tǒng):該系統(tǒng)包括三層同軸的燃燒器9以及用于混合升溫的燃燒腔5，燃燒腔5—端設置有燃燒器9，一端設置有出氣口 6;燃燒器9三層同軸的氣體管道和內置于最內層進氣管道內的點火桿I組成，最內層氣體管道2(氣體燃料管道)用于向燃燒腔5輸送氣體燃料，中間層氣體管道3(氧氣管道)用于向燃燒腔5輸送氧氣，最外層氣體管道4(氫氣管道)用于向燃燒腔5輸送待加熱氫氣，燃燒腔5提供燃燒和混合空間，保證出口氣體溫度滿足工藝要求。
[0034]三層同軸的氣體管道使燃燒腔5自中心向外依次分布有:氣體燃料、氧氣和氫氣，這樣的設置順序是為保證廉價的氣體燃料充分燃燒，且氧氣由氫氣耗盡而設計的，具體實施時，氧氣相對于氣體燃料進料量為過量，即氣體燃料發(fā)生充分燃燒，以保證燃料利用率，過量氧氣(對氣體燃料而言)將與外圍氫氣發(fā)生氫氣的貧氧燃燒反應而耗盡，燃燒時釋放的熱量加熱氫氣，從而產生高溫高壓氫氣，由出氣口6進入后續(xù)用氫工段，燃燒腔5及出口管道布有內襯層，保證設備外壁不超溫。使用時其點火順序為:首先將少量氫氣由最外層氣體管道(氫氣管道)4通入燃燒爐5內，系統(tǒng)置換為氫氣氛圍，保持較小流量，打開中心點火桿，將氧氣、氣體燃料氣分別由中間層氣體管道(氧氣管道)3和最內層氣體管道(氣體燃料氣管道)2通入燃燒爐5進行點火操作，第一熱電偶7在30秒內出現(xiàn)溫升后，判定點火成功，將氫氣調解至正常流量即可，位于中心的氣體燃料燃燒火焰通過熱交換和熱傳遞將過量氧氣和同軸氫氣迅速加熱至氫氣自燃點以上，因此過量氧氣會與氫氣迅速發(fā)生貧氧燃燒，將過量氧氣消耗盡，保證后續(xù)氫氣系統(tǒng)不含氧氣，進而確保系統(tǒng)氧氣濃度在安全范圍內，氣體燃料和氧氣添加量可由監(jiān)控出口溫度的第二熱電偶8反饋，控制氣體燃料的加入量，而氧氣加入量根據氣體燃料加入量自動調節(jié)，加入體積比例為:燃料氣與氧氣的比例為1.0l?1.4，這一比例可根據氣體燃料種類進行調節(jié)，保證中心燃料燃燒充分即可。
[0035]進一步地，在燃燒腔5內，氣體燃料噴嘴與氧氣噴嘴成縮進的形式，即最內層氣體管道伸入燃燒腔內的部分比中間層氣體管道伸入燃燒腔內的部分短些
[0036](縮進一段距離)，目的是實現(xiàn)預混燃燒，提高中心氣體燃料燃燒效率，氧氣噴嘴與氫氣噴嘴齊平設計(即中間層氣體管道伸入燃燒腔內的部分與最外層進氣管道伸入燃燒腔內的部分齊平)，氫氣與氧氣燃燒速度極快，無須設計預混，各環(huán)管的直徑比例無特殊要求，根據進氣量進行設計。
[0037]本實施例提供的氫氣加熱系統(tǒng)，利用中心相對廉價氣體燃料充分燃燒與外環(huán)氫氣貧氧燃燒消耗過量氧氣的方式直接加熱氫氣，產生高溫(>1000°C)高壓(>5MPa)氫氣，滿足某些對高溫氫氣有需求的工藝過程，如加氫氣化過程。該方案中中心氣體燃料充分燃燒，充分利用燃料熱值，外環(huán)氫氣貧氧燃燒，利用氫氣與氧氣快速燃燒特性將剩余氧氣用氫氣消耗掉，保證氫氣系統(tǒng)中氧氣濃度保持在安全范圍內。本實施例的氫氣加熱系統(tǒng)，可以實現(xiàn)氫氣直接加熱，而且燃燒過程采用雙燃料操作，有效降低加熱成本，通過該加熱系統(tǒng)可以安全地獲得高壓(5?1MPa)高溫(1100 °C)氫氣，用于滿足使用高溫高壓氫氣工藝的過程對氣源的需求。
[0038]以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種氣體加熱系統(tǒng)，其特征在于，包括: 燃燒腔，所述燃燒腔一端設置有燃燒器，另一端設置有出氣口； 所述燃燒器，包括:三層同軸的氣體管道，最內層氣體管道用于向所述燃燒腔輸送氣體燃料，中間層氣體管道用于向所述燃燒腔輸送所述氣體燃料燃燒所需的助燃劑，最外層氣體管道用于向所述燃燒腔輸送待加熱氣體;所述燃燒器還包括設置于所述最內層氣體管道內的點火桿，其點火端設置于所述燃燒腔的內部。2.根據權利要求1所述的氣體加熱系統(tǒng)，其特征在于， 所述中間層氣體管道伸入所述燃燒腔內的部分比所述最內層氣體管道伸入所述燃燒腔內的部分長； 所述中間層氣體管道伸入所述燃燒腔內的部分與所述最外層進氣管道伸入所述燃燒腔內的部分齊平。3.根據權利要求1所述的氣體加熱系統(tǒng)，其特征在于，還包括:第一熱電偶，設置于所述點火桿的點火端。4.根據權利要求1所述的氣體加熱系統(tǒng)，其特征在于，還包括:第二熱電偶，設置于所述燃燒腔的出氣口處。5.根據權利要求4所述的氣體加熱系統(tǒng)，其特征在于，還包括:第一流量閥，設置于所述最內層氣體管道或者向所述最內層氣體管道供氣的管道上，所述第二熱電偶與所述第一流量閥的控制單元相連。6.根據權利要求5所述的氣體加熱系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 第二流量閥，設置于所述中間層氣體管道或者向所述中間層氣體管道供氣的管道上； 第三流量閥，設置于所述最外層氣體管道或者向所述最外層氣體管道供氣的管道上。7.根據權利要求6所述的氣體加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述第一流量閥的流量輸出端與所述第二流量閥的控制單元相連。8.根據權利要求1所述的氣體加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述燃燒腔內設置有保溫內襯層。9.根據權利要求1所述的氣體加熱系統(tǒng)，其特征在于，還包括:與所述燃燒腔的出氣口相連的出口管道，所述出口管道設置有保溫內襯層，或者所述出口管道為保溫管道。
【文檔編號】F23D14/46GK205717209SQ201620656832
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】馬志超, 汪國慶, 聶永廣, 方科學, 周三
【申請人】新奧科技發(fā)展有限公司