气体加热系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种气体加热系统，涉及煤的气化领域，可以获得高温高压氢气，满足对高温高压氢气气源的需求，同时还可以有效降低加热成本。本实用新型的气体加热系统，包括：燃烧腔，所述燃烧腔一端设置有燃烧器，另一端设置有出气口；所述燃烧器，包括：三层同轴的气体管道，最内层气体管道用于向所述燃烧腔输送气体燃料，中间层气体管道用于向所述燃烧腔输送所述气体燃料燃烧所需的助燃剂，最外层气体管道用于向所述燃烧腔输送待加热气体；所述燃烧器还包括设置于所述最内层气体管道内的点火杆，其点火端设置于所述燃烧腔的内部。
【专利说明】
气体加热系统
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及煤的气化领域，尤其涉及一种气体加热系统。
【背景技术】
[0002]现有工艺过程中有很多化学反应需要高温高压气体的参与，如煤的加氢气化过程，需要在高压(5?1MPa)条件下，将煤粉与高温氢气(>1000°C)快速混合，实现甲烷与高附加值芳烃油品联产，兼具煤制油和煤制气的优势。
[0003]该技术的关键在于获得气化过程中所需要的高温高压氢气，现有技术中主要是采用间接加热的方式，受装置材料限制无法获得高压并且高温的气体，较难满足对高温高压气源的需求。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型提供一种气体加热系统，可以获得高温高压气体，满足对高温高压气源的需求，同时还可以有效降低加热成本。
[0005]为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案:
[0006]本实用新型的实施例提供一种气体加热系统，包括:燃烧腔，所述燃烧腔一端设置有燃烧器，另一端设置有出气口；所述燃烧器，包括:三层同轴的气体管道，最内层气体管道用于向所述燃烧腔输送气体燃料，中间层气体管道用于向所述燃烧腔输送所述气体燃料燃烧所需的助燃剂，最外层气体管道用于向所述燃烧腔输送待加热气体;所述燃烧器还包括设置于所述最内层气体管道内的点火杆，其点火端设置于所述燃烧腔的内部。
[0007]优选地，所述中间层气体管道伸入所述燃烧腔内的部分比所述最内层气体管道伸入所述燃烧腔内的部分长;所述中间层气体管道伸入所述燃烧腔内的部分与所述最外层进气管道伸入所述燃烧腔内的部分齐平。
[0008]优选地，所述的气体加热系统，还包括:第一热电偶，设置于所述点火杆的点火端。
[0009]优选地，所述的气体加热系统，还包括:第二热电偶，设置于所述燃烧腔的出气口处。
[0010]优选地，所述的气体加热系统，还包括:第一流量阀，设置于所述最内层气体管道或者向所述最内层气体管道供气的管道上，所述第二热电偶与所述第一流量阀的控制单元相连。
[0011]可选地，所述的气体加热系统，还包括:第二流量阀，设置于所述中间层气体管道或者向所述中间层气体管道供气的管道上;第三流量阀，设置于所述最外层气体管道或者向所述最外层气体管道供气的管道上。
[0012]优选地，所述第一流量阀的流量输出端与所述第二流量阀的控制单元相连。
[0013 ]优选地，所述燃烧腔内设置有保温内衬层。
[0014]优选地，所述的气体加热系统，还包括:与所述燃烧腔的出气口相连的出口管道，所述出口管道设置有保温内衬层，或者所述出口管道为保温管道。
[0015]本实用新型提供一种气体加热系统，包括燃烧腔和燃烧器，其中燃烧器包括三层同轴的气体管道，最内层进气管道内设置有点火杆，点火杆点火之后，最内层气体管道输送的气体燃料与中间层气体管道输送的燃烧所需助燃剂发生燃烧反应，直接加热外层的待加热气体(由最外层气体管道向燃烧腔内输送)，解决现有间接加热的方式受装置材料限制无法获得高温气体的问题，满足对高温高压的气源需求，同时由于不需要对气体容器加热，可以提高能源利用率并有效降低加热所需的装置成本。
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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它的附图。
[0017]图1为本实用新型实施例提供的气体加热系统的示意图。
[0018]附图标记
[0019]1-点火杆，2-最内层气体管道，3-中间层气体管道，4-最外层气体管道，
[0020]5-燃烧腔，6_出气口，7_第一热电偶，8-第二热电偶，9-燃烧器。
【具体实施方式】
[0021]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。
[0022]实施例
[0023]本实用新型实施例提供一种气体加热系统，如图1所示，包括:燃烧腔5，燃烧腔一端设置有燃烧器9，另一端设置有出气口 6;燃烧器9包括三层同轴的气体管道，最内层气体管道2用于向燃烧腔5输送气体燃料，中间层气体管道3用于向所述燃烧腔输送气体燃料燃烧所需的助燃剂(例如氧气或空气)，最外层气体管道2用于向燃烧腔5输送待加热气体;燃烧器9还包括设置于最内层气体管道内的点火杆I，其点火端设置于燃烧腔5的内部。
[0024]上述的气体燃料包括甲烷、合成气、粗煤气等相对氢气更加廉价原料，助燃剂可以为氧气或空气，优选氧气。气体燃料、助燃剂和待加热气体通过燃烧器9三层同轴的气体管道输入燃烧腔5，气体燃料、助燃剂和待加热气体自燃烧腔5中心向外依次排列，当最内层气体管道4内的点火杆I点火后，内层的气体燃料和燃烧助燃剂燃烧放出热量，使位于外层的待加热气体升温。本实施例所述气体加热系统可以实现对气体直接加热，获得高温高压气体，避免现有间接加热的方式受装置材料限制无法获得高温高压气体的问题。
[0025]优选地，选择合适的气体燃料和助燃剂以及气体流量比例，可以使气体燃料和助燃剂燃烧完全，自燃烧腔5出气口 6输出的气体不含其它气体，或者虽然含有其它气体但不影响后续的使用，或者虽然含有其它气体但易于去除。
[0026]优选地，中间层气体管道3(输入助燃剂的管道)伸入燃烧腔5内的部分比最内层气体管道2(输入气体燃料的管道)伸入燃烧腔5内的部分长，目的是实现预混燃烧，提高中心气体燃料燃烧效率；中间层气体管道3伸入燃烧腔5内的部分与最外层进气管道(输入待加热气体的管道)伸入燃烧腔5内的部分齐平。
[0027]优选地，上述气体加热系统还包括:第一热电偶7，设置于点火杆I的点火端。第一热电偶7如果在短时间出现温升，就可以判定点火成功，否则需要再次点火。可以将第一热电偶7的输出端与点火杆I的控制单元相连，根据第一热电偶7的温度变化情况生成是否启动打火的控制指令，用来控制点火杆I，实现自动点火。
[0028]优选地，上述气体加热系统，还包括:第二热电偶8，设置于燃烧腔5的出气口6处，测量出气口 6处的气体温度，从而判断待加热气体是否达到预设温度，如果温度过低，没达到预设温度，可以调大气体燃料和助燃剂的流量。
[0029]进一步地，最内层气体管道2或者向最内层气体管道2供气的管道上还设置有第一流量阀，将第二热电偶8与第一流量阀的控制单元相连，可以根据出口处的气体温度控制气体燃料的输入流量，实现出气温度的自动控制，设置出气温度阈值后，可以通过调节气体燃料流量，自动输出预设温度阈值范围内的气体。
[0030]更进一步地，上述气体加热系统，还包括:第二流量阀，设置于中间层气体管道3或者向中间层气体管道3供气的管道上;第三流量阀，设置于最外层气体管道4或者向最外层气体管道4供气的管道上，便于调节助燃剂和待加热气体的流量。如果第一流量阀还具备流量测量功能，优选地，还可以将第一流量阀的流量输出端通过信号处理单元与第二流量阀的控制单元相连，根据气体燃料的流量(第一流量阀的测量值)调节助燃剂的流量，实现气体燃料和助燃剂的按比例联动调节。
[0031 ]优选地，燃烧腔5内设置有保温内衬层。出口管道与燃烧腔5的出气口 6相连，出口管道设置有保温内衬层，或者出口管道为保温管道，保证设备外壁不超温，以利安全生产。
[0032]本实用新型提供的气体加热系统，可以用于加热氢气、二氧化碳等，还可以用于加热其他惰性气体如氮气等。本实用新型气体加热系统主要是针对氢气加热而提出，氢气比较特殊，加热后系统内不能含有过高的氧气，否则有爆炸危险，下面以加热氢气为例通过具体的实施例对本实用新型提供的加热系统进行详细说明。
[0033]如图1所示，本实用新型提供一种新的氢气加热系统:该系统包括三层同轴的燃烧器9以及用于混合升温的燃烧腔5，燃烧腔5—端设置有燃烧器9，一端设置有出气口 6;燃烧器9三层同轴的气体管道和内置于最内层进气管道内的点火杆I组成，最内层气体管道2(气体燃料管道)用于向燃烧腔5输送气体燃料，中间层气体管道3(氧气管道)用于向燃烧腔5输送氧气，最外层气体管道4(氢气管道)用于向燃烧腔5输送待加热氢气，燃烧腔5提供燃烧和混合空间，保证出口气体温度满足工艺要求。
[0034]三层同轴的气体管道使燃烧腔5自中心向外依次分布有:气体燃料、氧气和氢气，这样的设置顺序是为保证廉价的气体燃料充分燃烧，且氧气由氢气耗尽而设计的，具体实施时，氧气相对于气体燃料进料量为过量，即气体燃料发生充分燃烧，以保证燃料利用率，过量氧气(对气体燃料而言)将与外围氢气发生氢气的贫氧燃烧反应而耗尽，燃烧时释放的热量加热氢气，从而产生高温高压氢气，由出气口6进入后续用氢工段，燃烧腔5及出口管道布有内衬层，保证设备外壁不超温。使用时其点火顺序为:首先将少量氢气由最外层气体管道(氢气管道)4通入燃烧炉5内，系统置换为氢气氛围，保持较小流量，打开中心点火杆，将氧气、气体燃料气分别由中间层气体管道(氧气管道)3和最内层气体管道(气体燃料气管道)2通入燃烧炉5进行点火操作，第一热电偶7在30秒内出现温升后，判定点火成功，将氢气调解至正常流量即可，位于中心的气体燃料燃烧火焰通过热交换和热传递将过量氧气和同轴氢气迅速加热至氢气自燃点以上，因此过量氧气会与氢气迅速发生贫氧燃烧，将过量氧气消耗尽，保证后续氢气系统不含氧气，进而确保系统氧气浓度在安全范围内，气体燃料和氧气添加量可由监控出口温度的第二热电偶8反馈，控制气体燃料的加入量，而氧气加入量根据气体燃料加入量自动调节，加入体积比例为:燃料气与氧气的比例为1.0l?1.4，这一比例可根据气体燃料种类进行调节，保证中心燃料燃烧充分即可。
[0035]进一步地，在燃烧腔5内，气体燃料喷嘴与氧气喷嘴成缩进的形式，即最内层气体管道伸入燃烧腔内的部分比中间层气体管道伸入燃烧腔内的部分短些
[0036](缩进一段距离)，目的是实现预混燃烧，提高中心气体燃料燃烧效率，氧气喷嘴与氢气喷嘴齐平设计(即中间层气体管道伸入燃烧腔内的部分与最外层进气管道伸入燃烧腔内的部分齐平)，氢气与氧气燃烧速度极快，无须设计预混，各环管的直径比例无特殊要求，根据进气量进行设计。
[0037]本实施例提供的氢气加热系统，利用中心相对廉价气体燃料充分燃烧与外环氢气贫氧燃烧消耗过量氧气的方式直接加热氢气，产生高温(>1000°C)高压(>5MPa)氢气，满足某些对高温氢气有需求的工艺过程，如加氢气化过程。该方案中中心气体燃料充分燃烧，充分利用燃料热值，外环氢气贫氧燃烧，利用氢气与氧气快速燃烧特性将剩余氧气用氢气消耗掉，保证氢气系统中氧气浓度保持在安全范围内。本实施例的氢气加热系统，可以实现氢气直接加热，而且燃烧过程采用双燃料操作，有效降低加热成本，通过该加热系统可以安全地获得高压(5?1MPa)高温(1100 °C)氢气，用于满足使用高温高压氢气工艺的过程对气源的需求。
[0038]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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种气体加热系统，其特征在于，包括: 燃烧腔，所述燃烧腔一端设置有燃烧器，另一端设置有出气口； 所述燃烧器，包括:三层同轴的气体管道，最内层气体管道用于向所述燃烧腔输送气体燃料，中间层气体管道用于向所述燃烧腔输送所述气体燃料燃烧所需的助燃剂，最外层气体管道用于向所述燃烧腔输送待加热气体;所述燃烧器还包括设置于所述最内层气体管道内的点火杆，其点火端设置于所述燃烧腔的内部。2.根据权利要求1所述的气体加热系统，其特征在于， 所述中间层气体管道伸入所述燃烧腔内的部分比所述最内层气体管道伸入所述燃烧腔内的部分长； 所述中间层气体管道伸入所述燃烧腔内的部分与所述最外层进气管道伸入所述燃烧腔内的部分齐平。3.根据权利要求1所述的气体加热系统，其特征在于，还包括:第一热电偶，设置于所述点火杆的点火端。4.根据权利要求1所述的气体加热系统，其特征在于，还包括:第二热电偶，设置于所述燃烧腔的出气口处。5.根据权利要求4所述的气体加热系统，其特征在于，还包括:第一流量阀，设置于所述最内层气体管道或者向所述最内层气体管道供气的管道上，所述第二热电偶与所述第一流量阀的控制单元相连。6.根据权利要求5所述的气体加热系统，其特征在于，还包括: 第二流量阀，设置于所述中间层气体管道或者向所述中间层气体管道供气的管道上； 第三流量阀，设置于所述最外层气体管道或者向所述最外层气体管道供气的管道上。7.根据权利要求6所述的气体加热系统，其特征在于，所述第一流量阀的流量输出端与所述第二流量阀的控制单元相连。8.根据权利要求1所述的气体加热系统，其特征在于，所述燃烧腔内设置有保温内衬层。9.根据权利要求1所述的气体加热系统，其特征在于，还包括:与所述燃烧腔的出气口相连的出口管道，所述出口管道设置有保温内衬层，或者所述出口管道为保温管道。
【文档编号】F23D14/46GK205717209SQ201620656832
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】马志超, 汪国庆, 聂永广, 方科学, 周三
【申请人】新奥科技发展有限公司