一種內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組及其供熱方法
【專利摘要】一種內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組及其供熱方法，包括提供火焰的火焰爐、反應(yīng)容器、穿過反應(yīng)容器內(nèi)腔的火焰通道、煙道和引風(fēng)機；引風(fēng)機固定安裝在煙道上，火焰爐與煙道通過火焰通道連通；火焰通道的數(shù)量為4—100之間的偶數(shù)，且均勻安裝在反應(yīng)容器上，單個火焰通道分布在同一個平面內(nèi)，并且單個火焰通道上均設(shè)置有使單個火焰通道通閉的閥門；單個火焰通道的長度大于或等于反應(yīng)容器的半徑，且小于或等于反應(yīng)容器直徑的4倍；火焰通道的總體積不超過反應(yīng)容器容積的10%；在引風(fēng)機的作用下，火焰爐內(nèi)的火焰進入火焰通道并對反應(yīng)容器內(nèi)的液體進行加熱。本發(fā)明的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組具有結(jié)構(gòu)簡單、能耗低，操作方便等優(yōu)點。
【專利說明】一種內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組及其供熱方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種供熱機組，尤其涉及一種內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組及其供熱方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 化工企業(yè)的基本生產(chǎn)工藝過程，如溶浸、沉積、凈化與蒸發(fā)濃縮等等，多需借助外 部供熱來實施，所用外熱多為鍋爐蒸汽。其普遍供熱方法系將鍋爐產(chǎn)出的蒸汽，經(jīng)管道輸往 裝設(shè)于反應(yīng)容器中的盤管或夾套之類金屬器件，由此類器件的外壁散熱，而使容器內(nèi)的反 應(yīng)物料得以升溫加熱，釋熱后的廢蒸汽，回流鍋爐再造蒸汽。如此周而復(fù)始，完成化工反應(yīng) 的加熱過程。
[0003] 在上述加熱作業(yè)中，盤管、夾套之類器件，其作用就是"蒸汽通道"。由此，這一供熱 模式，可以概括表述為：鍋爐蒸汽+蒸汽通道=傳統(tǒng)化工反應(yīng)供熱機組。
[0004] 然而，上述現(xiàn)有的供熱模式存在以下顯著缺陷而導(dǎo)致供熱效率低下。
[0005] -、鍋爐蒸汽產(chǎn)生過程的效率缺失： 1、進入蒸汽的能量不足投放能量的50% :鍋爐的正常燃燒作業(yè)，其燃燒火焰的溫度 一般達(dá)850°C，經(jīng)造汽排出的余焰，其溫度通常在450°C以上；在燃煤的條件下甚至超過 500°C。其顯熱的散耗不低于50%。此部分的熱損，一般化工企業(yè)難于利用，亦即用于造汽的 能量，不足燃燒火焰能量的50%。
[0006] 2、熱能在蒸汽中所占能量份額低于50%:由鍋爐燃燒火焰造出的蒸汽，系一種同 時具有力能與熱能的復(fù)合能源，其特點是：鍋爐蒸汽提供的工作壓力可達(dá)16 kg /cm2,因而 力能系其強項；鍋爐蒸汽提供的顯熱溫度僅達(dá)200°C，因此熱能為其短板，亦即在火焰有效 轉(zhuǎn)化的能量分配中，熱能所占份額在轉(zhuǎn)化火焰能量的50%以下。
[0007] 經(jīng)過以上兩項損耗的疊加，可以說：鍋爐造出蒸汽的熱量可能還不足燃燒火焰投 入熱量的25%。
[0008] 二、鍋爐蒸汽使用過程的效率缺失： 化工反應(yīng)往往需要在指定溫度下(例如80°C )，持續(xù)一定時間。投入蒸汽通道作加熱 用的蒸汽，一般最高顯熱溫度不超過180°C。而釋熱后返回鍋爐的余汽溫度，往往不低于 100°C，粗略地看，實際使用蒸汽的顯熱溫度差，僅在180°C?100°C之間，具體地說，蒸汽的 熱力大體使用范圍不足50%，由此可見：蒸汽使用效率亦相當(dāng)?shù)拖隆?br> [0009] 綜上，由以上一、二兩項熱損耗的疊加，鍋爐蒸汽對化工反應(yīng)加熱應(yīng)用的熱效，具 體數(shù)值可能還不足12. 5%?？紤]到在具體應(yīng)用的升溫階段，受熱物料的溫度較低，蒸汽的熱 力使用范圍應(yīng)高于50%。因而加熱應(yīng)用的熱效，最高也不會超過15%，此即現(xiàn)行化工反應(yīng)供 熱機組效率低下的現(xiàn)實，此缺陷應(yīng)予改變和克服。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明提供一種全新設(shè)計的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組，本內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組具 有節(jié)能、減排以及結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)點。
[0011] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：一種內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組，包括提 供火焰的火焰爐、反應(yīng)容器、穿過反應(yīng)容器內(nèi)腔的火焰通道、煙道和引風(fēng)機；所述引風(fēng)機固 定安裝在煙道上，所述火焰爐與煙道通過火焰通道連通；引風(fēng)機將火焰從火焰爐引入到火 焰通道中，火焰通道的溫度升高后，就對反應(yīng)容器內(nèi)的液體傳遞熱量；由于火焰通道采用傳 熱性能很好的金屬或合金制作而成，故本供熱機組對化工反應(yīng)容器內(nèi)的液體加熱速度快， 效率高。
[0012] 所述火焰通道的數(shù)量為4一 100之間的偶數(shù)，且均勻安裝在反應(yīng)容器上，單個所述 火焰通道分布在同一個平面內(nèi)，并且單個所述火焰通道上均設(shè)置有使單個所述火焰通道通 閉的閥門；單個所述火焰通道的長度大于或等于反應(yīng)容器的半徑，且小于或等于反應(yīng)容器 直徑的4倍；所述火焰通道的總體積不超過反應(yīng)容器容積的10%，以保證反應(yīng)容器的有效作 業(yè)空間； 在所述引風(fēng)機的作用下，火焰爐內(nèi)的火焰進入火焰通道并對反應(yīng)容器內(nèi)的液體進行加 熱。
[0013] 上述的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組，優(yōu)選的，所述火焰通道截面積的總和等于或接近 弓丨風(fēng)機進風(fēng)口截面積的尺寸，從而達(dá)到火焰與引風(fēng)速率同步的目的。
[0014] 上述的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組，優(yōu)選的，所述火焰通道的部分通道為彎曲狀或平 行布置以適用不同的反應(yīng)容器。所述彎曲狀的火焰通道自上而下在同一個平面內(nèi)呈鋸齒狀 設(shè)置，使得火焰在火焰通道的運行方向與引風(fēng)機的引風(fēng)方向一致，而不會出現(xiàn)滯氣的死角， 保證火焰運行的順暢。
[0015] 上述的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組，優(yōu)選的，所述火焰爐與火焰通道之間設(shè)置有火焰 延伸區(qū)，使得進入每道火焰通道的火焰相同，從而均勻的對反應(yīng)容器加熱?；鹧嫜由靺^(qū)與火 焰通道的進風(fēng)口平行設(shè)置使得火焰的運行方向與鼓風(fēng)機的引風(fēng)方向一致。
[0016] 上述的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組，優(yōu)選的，所述火焰延伸區(qū)和反應(yīng)容器之間設(shè)置有 倒U字形空氣輸送管，所述空氣輸送管的一端位于反應(yīng)容器內(nèi)、另一端經(jīng)過火焰延伸區(qū)與 鼓風(fēng)機相連。
[0017] 上述的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組，優(yōu)選的，所述火焰通道與煙道之間設(shè)置有尾焰聚 集區(qū)，尾焰聚集區(qū)與火焰通道的出風(fēng)口平行設(shè)置，所述閥門安裝在火焰通道的出風(fēng)口處；讓 每道火焰通道的尾焰集中，以利于引風(fēng)機對火焰的牽引。
[0018] -種上述的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組的供熱方法，包括以下步驟： 1) 打開引風(fēng)機，對火焰爐內(nèi)的燃料點火，并使燃料充分燃燒，火焰溫度達(dá)到850°C以 上； 2) 將引風(fēng)機功率調(diào)到適當(dāng)大小，使火焰爐內(nèi)的火焰進入到火焰通道中對火焰通道進行 預(yù)熱，并使火焰通道的出風(fēng)口出現(xiàn)火焰； 3) 測量火焰通道出風(fēng)口火焰的顯熱溫度；若顯熱溫度達(dá)到預(yù)定溫度則保持火焰爐內(nèi)燃 料的燃燒強度和火焰通道的有效幾何尺寸不變，即可用于對反應(yīng)容器內(nèi)的液體加熱；若顯 熱溫度低于預(yù)定溫度則進入步驟4)，若顯熱溫度超過預(yù)定溫度則進入步驟5); 4) 增強火焰爐內(nèi)燃料的燃燒強度、增大火焰通道與反應(yīng)容器內(nèi)液體接觸的有效總面 積；返回步驟3); 5) 降低火焰爐內(nèi)燃料的燃燒強度，減小火焰通道與反應(yīng)容器內(nèi)液體接觸的有效總面 積；返回步驟3)。
[0019] 上述的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組的供熱方法，優(yōu)選的，通過閥門控制所述火焰通道 的通閉來選擇不同長度的火焰通道，從而增大或減小火焰通道與反應(yīng)容器內(nèi)液體接觸的有 效總面積。
[0020] 上述的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組的供熱方法，優(yōu)選的，通過閥門控制所述火焰通道 的通閉來選擇不同管徑的火焰通道，從而增大或減小火焰通道與反應(yīng)容器內(nèi)液體接觸的有 效總面積。
[0021] 上述的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組的供熱方法，優(yōu)選的，通過控制火焰爐內(nèi)空氣的量 來改變?nèi)剂系娜紵龔姸龋凰鲱A(yù)定溫度為100°c -150°c。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明的熱源，直接使用燃燒火焰，取代現(xiàn) 行供熱的蒸汽；并以相應(yīng)的火焰通道，取代現(xiàn)行供熱的蒸汽通道，如此本發(fā)明的供熱模式， 可用以下關(guān)系式表述：燃燒火焰+火焰通道=本發(fā)明的供熱機組。該機組的優(yōu)勢是有較高 的供熱效率，若提供的燃燒火焰為850°C，經(jīng)過火焰通道的尾焰，其顯熱可控制到125°C以 下，其供效率可達(dá)85%以上，高于現(xiàn)行供熱的5倍以上，也就使得使用本發(fā)明的所宜選用的 發(fā)力額度鍋爐型級得到優(yōu)化。例如某一化工容器，用傳統(tǒng)加熱模式，按原定制應(yīng)配備的鍋爐 為10噸/小時型級，本發(fā)明的加熱效率，較其高于5倍，為此只需使用2噸/小時的發(fā)力額 度鍋爐的燃料資源即符合使用。同時本發(fā)明在裝置的組成上，去除了蒸汽鍋爐使用的大量 管件與水汽資源，與現(xiàn)用供熱機組比較具有結(jié)構(gòu)簡單和操作易行的特性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明實施例1中內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖2為本發(fā)明實施例2中內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖例說明 1、火焰爐；2、反應(yīng)容器；21、容器壁；3、火焰通道；31、平行火焰通道；32、傾斜火焰通 道；4、煙道；5、引風(fēng)機；6、火焰延伸區(qū)；7、尾焰聚集區(qū)；8、空氣輸送管；9、鼓風(fēng)機；10、空氣 預(yù)熱管；11、空氣攪拌管；12、閥門。

【具體實施方式】
[0026] 為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合說明書附圖和較佳的實施例對本發(fā)明作更全 面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于以下具體的實施例。
[0027] 需要特別說明的是，當(dāng)某一元件被描述為"固定于、固接于、連接于或連通于"另一 元件上時，它可以是直接固定、固接、連接或連通在另一元件上，也可以是通過其他中間連 接件間接固定、固接、連接或連通在另一元件上。
[0028] 除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義 相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明 的保護范圍。
[0029] 實施例1 如圖1所示，一種內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組，用于對溶浸作業(yè)的化工反應(yīng)容器2供熱，本 實施例的反應(yīng)容器2采用碳鋼材質(zhì)制作而成，實用容積為4 m3。在本實施例中溶浸作業(yè)溫 度為80°C，并保溫運行4小時。
[0030] 本實施例的供熱機組，包括提供火焰的火焰爐1、安裝在化工反應(yīng)容器2內(nèi)的火焰 通道3、煙道4和引風(fēng)機5 ;引風(fēng)機5安裝固定在煙道4上，火焰爐1和煙道4通過火焰通道 3連通。引風(fēng)機5的進風(fēng)口尺寸為Φ600πιπι，風(fēng)壓為3000KPa，風(fēng)量為5000 m3/時，火焰通道 3采用碳鋼材質(zhì)做成，共有4道，并聯(lián)設(shè)置在反應(yīng)容器2內(nèi)，每道長5m，管徑為Φ 150_。
[0031] 在本實施例中，火焰通道3為在同一個平面內(nèi)分布的Z字形火焰通道，在Z字形火 焰通道的出風(fēng)口處安裝有控制Z字形火焰通道通閉的閥門12,閥門12的控制手柄安裝在煙 道4的爐壁上；Z字形火焰通道包括2個平行火焰通道31和1個傾斜火焰通道32, 2個平 行火焰通道31分別安裝在反應(yīng)容器2兩側(cè)的容器壁21上，平行火焰通道31與反應(yīng)容器2 垂直，傾斜火焰通道32的兩端分別與2個平行火焰通道31連通。平行火焰通道31與傾斜 火焰通道32的夾角為30°，在實際生產(chǎn)過程中，可根據(jù)實際的生產(chǎn)需要將平行火焰通道31 與傾斜火焰通道32的夾角設(shè)置為其他角度。
[0032] 本實施例中，在安裝火焰通道3時，先在反應(yīng)容器2兩側(cè)的容器壁21上開鑿，開鑿 方向一律與反應(yīng)容器2垂直，使得火焰的運行方向與引風(fēng)機5的引風(fēng)保持一致。
[0033] 采用本實施例的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組的供熱方法包括以下步驟： 1) 打開引風(fēng)機5,對火焰爐1內(nèi)的燃料點火，并使燃料充分燃燒，火焰溫度達(dá)到850°C 以上； 2) 將引風(fēng)機5功率調(diào)到適當(dāng)大小，使火焰爐1內(nèi)的火焰進入到火焰通道3中對火焰通 道3進行預(yù)熱，并使火焰通道3的出風(fēng)口出現(xiàn)火焰； 3) 測量火焰通道3出風(fēng)口火焰的顯熱溫度；若顯熱溫度達(dá)到預(yù)定溫度則保持火焰爐1 內(nèi)燃料的燃燒強度和火焰通道3的有效幾何尺寸不變，即可用于對反應(yīng)容器2內(nèi)的液體加 熱；若顯熱溫度低于預(yù)定溫度則進入步驟4)，若顯熱溫度超過預(yù)定溫度則進入步驟5); 4) 增強火焰爐1內(nèi)燃料的燃燒強度、增大火焰通道3與反應(yīng)容器2內(nèi)液體接觸的有效 總面積；返回步驟3); 5) 降低火焰爐1內(nèi)燃料的燃燒強度，減小火焰通道3與反應(yīng)容器2內(nèi)液體接觸的有效 總面積；返回步驟3)。
[0034] 在本實施例中，通過閥門12控制單個火焰通道3的通閉來選擇不同長度的火焰通 道3,從而增大或減小火焰通道3與反應(yīng)容器2內(nèi)液體接觸的有效總面積；或者通過閥門12 控制單個火焰通道3的通閉來選擇不同管徑的火焰通道3,從而增大或減小火焰通道3與反 應(yīng)容器2內(nèi)液體接觸的有效總面積。
[0035] 在本實施例中，通過改變火焰爐1內(nèi)鼓風(fēng)機9功率的大小來改變火焰爐1內(nèi)空氣 的量，從而控制火焰爐1內(nèi)燃料的燃燒強度。在本實施例中，尾焰的溫度為l〇〇°C。在保溫 階段關(guān)閉引風(fēng)機5、進行自然通風(fēng)燃燒或者降低引風(fēng)機5的進風(fēng)量，保持火焰爐1的工作，使 反應(yīng)容器2的溫度保持在80 °C。
[0036] 本實施例的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組，結(jié)構(gòu)簡單、供熱效率高，對環(huán)境的影響低。采 用本實施例的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組與采用傳統(tǒng)蒸汽供熱機組的能耗如表1所示。由表1 可以看出本實施例的供熱效率是傳統(tǒng)供熱的5倍以上。
[0037] 表1 :本實施例的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組與傳統(tǒng)蒸汽供熱機組的能耗對比表

【權(quán)利要求】
1. 一種內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組，其特征在于：包括提供火焰的火焰爐（1)、反應(yīng)容器 (2) 、穿過反應(yīng)容器（2)內(nèi)腔的火焰通道（3)、煙道（4)和引風(fēng)機（5);所述引風(fēng)機（5)固定安 裝在煙道（4)上，所述火焰爐（1)與煙道（4)通過火焰通道（3)連通；所述火焰通道（3)的 數(shù)量為4一 100之間的偶數(shù)，且均勻安裝在反應(yīng)容器（2)上，單個所述火焰通道（3)分布在 同一個平面內(nèi)，并且單個所述火焰通道（3)上均設(shè)置有使單個所述火焰通道（3)通閉的閥 門（12);單個所述火焰通道（3)的長度大于或等于反應(yīng)容器（2)的半徑，且小于或等于反應(yīng) 容器（2)直徑的4倍；所述火焰通道（3)的總體積不超過反應(yīng)容器（2)容積的10% ;在所述 引風(fēng)機（5)的作用下，火焰爐（1)內(nèi)的火焰進入火焰通道（3)并對反應(yīng)容器（2)內(nèi)的液體進 行加熱。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組，其特征在于：所述火焰通道（3)截面 積的總和等于或接近引風(fēng)機（5 )進風(fēng)口截面積的尺寸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組，其特征在于：所述火焰通道（3)的部 分通道為彎曲狀或平行布置；所述彎曲狀的火焰通道（3)自上而下在同一個平面內(nèi)呈鋸齒 狀設(shè)置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組，其特征在于：所述火焰 爐（1)與火焰通道（3 )之間設(shè)置有火焰延伸區(qū)（6 );火焰延伸區(qū)（6 )與火焰通道（3 )的進風(fēng) 口平行設(shè)置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組，其特征在于：所述火焰延伸區(qū)（6)和 反應(yīng)容器（2)之間設(shè)置有倒U字形空氣輸送管（8)，所述空氣輸送管（8)的一端位于反應(yīng)容 器（2 )內(nèi)、另一端經(jīng)過火焰延伸區(qū)（6 )與鼓風(fēng)機（9 )相連。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組，其特征在于：所述火焰 通道（3)與煙道（4)之間設(shè)置有尾焰聚集區(qū)（7);尾焰聚集區(qū)（7)與火焰通道（3)的出風(fēng)口 平行設(shè)置；所述閥門（12)安裝在火焰通道（3)的出風(fēng)口處。
7. -種如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃化工反應(yīng)供熱機組的供熱方法，其特征在于，包括以 下步驟：1)打開引風(fēng)機（5)，對火焰爐（1)內(nèi)的燃料點火，并使燃料充分燃燒，火焰溫度達(dá)到 850°C以上； 2) 將引風(fēng)機（5)功率調(diào)到適當(dāng)大小，使火焰爐（1)內(nèi)的火焰進入到火焰通道（3)中對 火焰通道（3)進行預(yù)熱，并使火焰通道（3)的出風(fēng)口出現(xiàn)火焰； 3) 測量火焰通道（3)出風(fēng)口火焰的顯熱溫度；若顯熱溫度達(dá)到預(yù)定溫度則保持火焰爐 (1)內(nèi)燃料的燃燒強度和火焰通道（3)的有效幾何尺寸不變，即可用于對反應(yīng)容器（2)內(nèi)的 液體加熱；若顯熱溫度低于預(yù)定溫度則進入步驟4)，若顯熱溫度超過預(yù)定溫度則進入步驟 5)； 4) 增強火焰爐（1)內(nèi)燃料的燃燒強度、增大火焰通道（3)與反應(yīng)容器（2)內(nèi)液體接觸 的有效總面積；返回步驟3); 5) 降低火焰爐（1)內(nèi)燃料的燃燒強度，減小火焰通道（3)與反應(yīng)容器（2)內(nèi)液體接觸 的有效總面積；返回步驟3)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的供熱方法，其特征在于：通過閥門（12)控制所述火焰通道 (3) 的通閉來選擇不同長度的火焰通道（3)，從而增大或減小火焰通道（3)與反應(yīng)容器（2) 內(nèi)液體接觸的有效總面積。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的供熱方法，其特征在于：通過閥門（12)控制所述火焰通道 (3)的通閉來選擇不同管徑的火焰通道（3)，從而增大或減小火焰通道（3)與反應(yīng)容器（2) 內(nèi)液體接觸的有效總面積。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的供熱方法，其特征在于：通過控制火焰爐（1)內(nèi)空氣的量來 改變?nèi)剂系娜紵龔姸?；所述預(yù)定溫度為l〇〇°C -150°C。
【文檔編號】F24D19/10GK104456686SQ201410767322
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】秦純 申請人:秦純