专利名称：加压填充床气体电加热装置及使用方法
技术领域：
本发明属于适用于电加热领域，涉及一种气体加热装置，具体地涉及一种加压填充床式气体电加热装置。本发明还涉及上述装置的使用方法。
背景技术：
高温气体在许多领域如冶金炼钢、工业干燥及实验室高温气化研究过程中都有广泛的应用基础。利用电流通过导体产生的热效应来加热气体是目前提高气体温度所普遍采用的方法。在实际使用过程中合金电热体由于具有加工容易、价格低廉等特点应用较广，多被加工成电热丝、电热线圈等形式，但存在使用温度低，易烧坏触电等问题。同时传统加热器单位面积换热效率不高也影响了出口温度的提高。而在空间一定的条件下增大换热面积是有限的，特别是气体在一定流量和气速条件下，电热体附近局部高温气体通过对流换热带动整体气体温度升高将需要更多的时间，这些因素都限制了气体平均加热温度的进一步提高。目前市场上的气体电加热装置加热最高温度在800°C左右。此外电加热装置通常加热的对象只是常压下的气体，而且大部分种类的气体对电热体等材料的正常使用都有很大的影响，因而使气体电加热装置的应用范围受到了很大限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构更为合理的加压填充床式气体电加热装置。本发明的又一目的在于提供上述装置的使用方法。为实现上述目的，本发明提供的加压填充床式气体电加热装置，主要包括
一炉膛，其一端为气体入口，另一端为气体出口 ；
炉膛内安装有炉管，炉管的一端口通过平衡口与炉膛相通，该平衡口处对应地安装有一保护气体入口 ；该炉管的另一端与气体出口相通；
该炉管内装有耐高温的小粒径填充物；
该炉膛内安装有加热体；
该炉膛外侧设有保温衬里；
保温衬里外侧为壳体。本发明所述的加压填充床式气体电加热装置中，进一步优选的技术方案或技术特征是
加热体的热端位于炉膛内，冷端埋在保温衬里内，加热体是沿炉膛的长度方向间隔地安装两根加热体并水平对称且垂直布置在炉管两侧，相邻两层加热体之间为控温区。所述的加热体优选为电加热。所述的加热体优选为硅钥棒或硅碳棒电热体。所述的小粒径填充物的粒径与炉管直径比优选为I :13_18。
所述的小粒径填充物优选为刚玉材质。 沿炉膛长度方向可间隔地安装有热电偶。本发明还提供的上述加压填充床式气体电加热装置的使用方法，包括以下步骤
1)将炉管内填充满耐高温的小粒径填充物，形成填充床；
2)启动电热体升温，加热整个炉体，保持炉体温度均匀地达到反应要求的温度；
3)设定出口的工作压力，将保护气体(惰性气体)通入炉膛内；
4)炉管内压力达到反应要求的温度并稳定后,往炉管通入需要加热的气体。本发明的效果是，能加热多种气体，提高换热效率，使加热气体出口温度达1000°C以上，同时可加热加压气体，技术方案简易可行、维护方便、实施成本低。
图I是本发明的加压填充床气体电加热装置的剖面 图2是本发明的加压填充床气体电加热装置电热体布置剖面图。
具体实施例方式以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。实施例1，参照图1-2，一种加压填充床式气体电加热装置，该装置包括
一炉膛8，其一端为气体入口 I，另一端为气体出口 6 ；
炉膛8内安装有炉管4，炉管4的一端口通过平衡口 11与炉膛8相通，该平衡口 8处对应地安装有一保护气体入口 3 ;该炉管4的另一端与气体出口 6相通；
该炉管4内装有耐高温的小粒径填充物；
该炉膛4内安装有加热体9 ；
该炉膛4外侧设有保温衬里2 ；
保温衬里2外侧为壳体10。实施例2，实施例I所述的加压填充床式气体电加热装置中加热体9的热端位于炉膛内，冷端埋在保温衬里2内，加热体9是沿炉膛的长度方向间隔地安装两根加热体9并水平对称且垂直布置在炉管4两侧，相邻两层加热体9之间为控温区。实施例3，实施例I或2所述的加压填充床式气体电加热装置中加热体9为电加热。实施例4，实施例3所述的加压填充床式气体电加热装置中加热体9为硅钥棒或娃碳棒电热体。实施例5，实施例1-4任何一项所述的加压填充床式气体电加热装置中小粒径填充物的粒径与炉管4直径比为I :13。实施例6，实施例1-4任何一项所述的加压填充床式气体电加热装置中小粒径填充物的粒径与炉管4直径比为I :18。实施例7，实施例1-4任何一项所述的加压填充床式气体电加热装置中小粒径填充物的粒径与炉管4直径比为I :15。
实施例8，实施例1-7任何一项所述的加压填充床式气体电加热装置中小粒径填充物为刚玉材质。实施例9，实施例1-8任何一项所述的加压填充床式气体电加热装置中沿炉膛8长度方向间隔地安装有热电偶5。实施例10，一种加压填充床式气体电加热装置，本发明的加压填充床式气体电加热装置如图I、图2所示，图中气体入口 I、保温衬里2、保护气体入口 3、炉管4、热电偶5、气体出口 6、托架7、炉膛8、加热体9、壳体10、平衡口 11、接线端子12。其中，壳体10由钢板 连接而成，截面为圆柱形。壳体10内部为保温衬里2，沿炉管4长度方向隔一定距离安装两根加热体9 ;保温衬里2围成的通道为方形炉膛8，炉膛8中心为炉管4，管内填充大量可耐高温的小球(如刚玉质球)，小球平均粒径同炉管4直径当量直径比约为1/13-1/18。采用细长炉管4，炉管4本身不承压，在炉管4和炉膛8 一端连接处有平衡口，使炉管内外气体保持连通。温度实行分区控制，本装置为两区控温，通过调整各区加热体9电压值控制该区加热功率，促进炉管4内温度均匀。加热方式最好为电加热，加热体9为棒形硅碳棒，其热端位于炉膛8内，冷端埋在保温衬里2内。加热体9沿炉管4长度方向隔一定距离安装两根，两根加热体9对称布置在炉管4两侧。导线一端连接加热体9冷端，另一端接在接线端子12上，接线端子12为金属材料，安装在壳体10管口处用来密封。本发明采用以上装置的气体加热方法，包括以下步骤
(I)首先将炉管4内填充满耐高温(如刚玉质)的小球，形成填充床，小球平均粒径同炉管4直径当量直径比约为1/13-1/18。炉管4与炉膛8通过一端开平衡口 11连通。通过沿炉管4长度方向安装多组加热体9，并实行分区控温的方式来达到均匀加热的目的。加热体9采用棒形硅碳棒，可以提高加热功率并使用在1400°C高温下。加热体9为非金属材质，需要用导线和金属接线端子12连接，接线端子12再在壳体10管口处进行密封。(2)启动加热器，加热体9缓慢升温，开始加热整个炉体。调节各区加热功率，保持炉体温度均匀。温度达到反应要求后，设定装置出口管道背压阀工作压力，将炉气(惰性气体)从保护气体入口 3缓慢通入炉膛8。(3)炉管4内作为被加热气体流经的通道。当炉内压力达到要求并稳定后，从气体入口 I往炉管4内缓慢通入需要加热的气体。此时由于炉膛8内的压力和炉管4内压力基本平衡，气体不会有显著向炉膛内流动的驱动力，避免了对加热体9加热性能的影响。在上述方法中，加热体9同样可采用硅钥棒或硅碳棒电热体。当硅钥棒或硅碳棒热端采用非垂直安装方式时，还需加工相应的耐火支撑件，最高使用温度可达1800°C。被加热气体在进入填充床后，在管内的停留时间变长，在变相增加流动换热面积的同时也提闻了对流换热的强度，换热高效而紧凑，提高了出口温度。
权利要求
1.一种加压填充床式气体电加热装置，其特征在于，该装置包括 一炉膛，其一端为气体入口，另一端为气体出口 ； 炉膛内安装有炉管，炉管的一端口通过平衡口与炉膛相通，该平衡口处对应地安装有一保护气体入口 ；该炉管的另一端与气体出口相通； 该炉管内装有耐高温的小粒径填充物； 该炉膛内安装有加热体； 该炉膛外侧设有保温衬里； 保温衬里外侧为壳体。
2.如权利要求I所述的加压填充床式气体电加热装置，其特征在于加热体的热端位于炉膛内，冷端埋在保温衬里内，加热体是沿炉膛的长度方向间隔地安装两根加热体并水平对称且垂直布置在炉管两侧，相邻两层加热体之间为控温区。
3.如权利要求I或2所述的加压填充床式气体电加热装置，其特征在于加热体为电加热。
4.如权利要求3所述的加压填充床式气体电加热装置，其特征在于加热体为硅钥棒或硅碳棒电热体。
5.如权利要求I所述的加压填充床式气体电加热装置，其特征在于小粒径填充物的粒径与炉管直径比为I : 13-18。
6.如权利要求I或5所述的加压填充床式气体电加热装置，其特征在于小粒径填充物为刚玉材质。
7.如权利要求I所述的加压填充床式气体电加热装置，其特征在于沿炉膛长度方向间隔地安装有热电偶。
8.—种如权利要求1-7任何一项所述加压填充床式气体电加热装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤 1)将炉管内填充满耐高温的小粒径填充物，形成填充床； 2)启动电热体升温，加热整个炉体，保持炉体温度均匀地达到反应要求的温度； 3)设定出口的工作压力，将保护气体通入炉膛内； 4)炉管内压力达到反应要求的温度并稳定后,往炉管通入需要加热的气体。
9.如权利要求8所述的使用方法，其特征在于保护气体为惰性气体。
全文摘要
一种加压填充床式气体电加热装置，包括一炉膛，其一端为气体入口，另一端为气体出口；炉膛内安装有炉管，该炉管的一端口通过平衡口与炉膛相通，平衡口处对应地安装有一保护气体入口；该炉管的另一端与气体出口相通；该炉管内装有耐高温的小粒径填充物；该炉膛内安装有加热体；该炉膛外侧设有保温衬里；保温衬里外侧为壳体。本发明还提供了上述加热装置的使用方法。本发明能加热多种气体，提高换热效率，使加热气体出口温度达1000℃以上，同时可加热加压气体，技术方案简易可行、维护方便、实施成本低。
文档编号F24H9/18GK102620423SQ201210115908
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者徐祥, 温雨鑫, 王东方, 肖云汉, 阳绍军, 马正中 申请人:江苏中国科学院能源动力研究中心