一种高温无氧裂解实验的加热装置及方法

摘要

本发明涉及一种高温无氧裂解实验的加热装置及方法。其技术方案是：炉膛的两侧分别设有第一蓄热室和第二蓄热室，所述第一蓄热室内安装右侧蓄热式燃烧器，第二蓄热室内安装左侧蓄热式燃烧器，炉膛中间设有陶瓷试管孔洞，炉膛的燃气系统安装第一阀门和第二阀门，且通过与温度控制系统相连接用来控制燃气的开断；所述第一蓄热室和第二蓄热室的下部通过管道连接换向阀、鼓风机和引风机，并连接烟道。有益效果是：蓄热燃烧的温度可达到1000℃以上，满足对热量需求特别高的实验条件；蓄热体采用大比表面积的蜂窝陶瓷，提高了传热效率，又缩小燃烧器的体积；换向阀采用耐热合金材料制成，既能满足高温环境工作，又满足了密封性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种加热炉技术领域，特别涉及一种高温无氧裂解实验的加热装置及方法。

背景技术

蓄热燃烧技术集蓄热系统、排烟系统、燃烧系统和炉体结构于一身，通过充分回收烟气余热，将助燃空气温度提高到 800℃以上，排烟温度降低到 200℃以下，达到节能和高效燃烧的效果。蓄热燃烧是通过蓄热室实现余热回收和预热助燃空气，蓄热室在1858 年被发明，但是早期的蓄热室的蓄热体是格子砖，单位换热面积小、造价成本高、体积庞大，因此其发展受到了限制。后期，随着冶炼和陶瓷工业的发展，用合金钢或陶瓷制造换热器，换热器得到广泛的应用。但是，换热器因其效率受到固有结构的限制，而且维修成本高，成为换热器长远发展的困扰。19 世纪 70 年代，英国首次开发换热式自身余热烧嘴，使烟气预热燃烧空气。1971 年，Weinberg 首次提出“超焓燃烧”的概念。1982 年，英国 British Gas公司与 Hot Work Development 公司联合开发以陶瓷球为载热体的蓄热回收系统，在一座1370℃的玻璃熔炉上建成了第一套蓄热式陶瓷燃烧器系统，可使燃烧空气预热到 1000℃以上，节能效果明显，这标志着小型高效蓄热燃烧系统的真正成熟。20 世纪 90 年代，日本钢管株式会社和日本工业炉株式会社共同开发了一种以蜂窝陶瓷作为蓄热体的新型燃烧器，使蓄热燃烧技术实现大规模推广，并提出一种新型的燃烧技术—高温空气燃烧技术（HTAC)。高温空气燃烧技术被称为第二代蓄热式燃烧技术，其原理是预热后的空气在喷入炉膛时引起卷吸，形成含氧量在 21%-2%之间的低氧环境，之后燃料在气流中燃烧。相比于传统燃烧方式，其具有 CO

由于在低氧环境中燃烧，HTAC的火焰表现出一些特有的性质，国内外已有学者在这方面进行了一定研究。我国自 20 世纪 80 年代末也开始研究蓄热燃烧技术，90 年代后开始拥有相关专利，将使用蓄热烧嘴的工业炉发展为蓄热式工业炉，即将燃烧器、蓄热室与炉体有机结合。自1993年以来，HTAC用于制造蓄热加热炉在我国工业领域得到逐步推广。近十几年来，HTAC的研究取得良好成效，我国在该领域的研究主要在于蓄热高温空气燃烧，在钢材加热炉、熔铝炉、熔铜炉、玻璃窑炉、耐火材料烧结炉等多个高耗能行业领域得到广泛推广应用。

除了蓄热体的配套之外，另一个关键的配套件—换向阀，由于它工作温度较高、动作频繁、烟气与助燃空气在同一阀体中逆向经过，且必须快速切换和稳定可靠。

无氧裂解通过管式电炉加热需要大量的电能来到达所需的加热温度，温度可达1000℃以上，对电能消耗大，不利于资源的节约。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种高温无氧裂解实验的加热装置及方法，通过蓄热燃烧放出的热能来代替管式电炉中通过电能转化为热能的换热方式来进行无氧裂解，提高了换热效率，节约了电能。

本发明提到的一种高温无氧裂解实验的加热装置，其技术方案是：包括温度控制系统（1）、燃料进口端（2）、第一阀门（3）、第二阀门（4）、炉膛（5）、第一蓄热室（6）、第二蓄热室（7）、左侧蓄热式燃烧器（A）、右侧蓄热式燃烧器（B）、陶瓷试管孔洞（8）、鼓风机（9）、换向阀（10）、引风机（11）、烟道（12）、管道（13），所述炉膛（5）的两侧分别设有第一蓄热室（6）和第二蓄热室（7），所述第一蓄热室（6）内安装右侧蓄热式燃烧器（B），第二蓄热室（7）内安装左侧蓄热式燃烧器（A），炉膛（5）中间设有陶瓷试管孔洞（8），且在陶瓷试管孔洞（8）内安装陶瓷试管，陶瓷试管内放入需要被加热的物体；所述陶瓷试管孔洞（8）的中间布置位置均匀的温度感应器，温度感应器联接温度控制系统（1）用来测量并控制陶瓷试管孔洞（8）的温度；炉膛（5）的燃气系统安装第一阀门（3）和第二阀门（4），且所述第一阀门（3）和第二阀门（4）通过与温度控制系统（1）相连接用来控制燃气的开断；所述第一蓄热室（6）和第二蓄热室（7）的下部通过管道（13）连接换向阀（10）、鼓风机（9）和引风机（11），并连接烟道（12）。

优选的，上述第一蓄热室（6）和第二蓄热室（7）的下部通过管道（13）连接换向阀（10），换向阀（10）的第三个接口连接鼓风机（9），第四接口通过管道连接引风机（11）的进口，引风机（11）的出口连接到烟道（12）。

优选的，上述炉膛（5）、第一蓄热室（6）和第二蓄热室（7）的周围铺上保温层。

优选的，上述陶瓷试管内进行无氧裂解的时候，先将陶瓷试管两端装上密封法兰，通过法兰往陶瓷试管中通入氮气，保持陶瓷试管内为无氧条件，进行加热。

优选的，上述换向阀（10）采用四接口的换向阀，且采用耐热合金材料制成。

优选的，上述左侧蓄热式燃烧器（A）和右侧蓄热式燃烧器（B）分别采用大比表面积的蜂窝陶瓷制成，且蜂窝陶瓷采用直孔设计。

本发明提到的一种高温无氧裂解实验的加热装置的使用方法，其技术方案是包括以下过程：

运行时，鼓风机（9）将助燃空气送入管道（13），在换向阀（10）的作用下首先流向第一蓄热室（6），室温下的助燃空气被右侧蓄热式燃烧器（B）内已在上一周期积蓄热量的高温蓄热体加热，之后与燃气混合参与燃烧；燃烧产生的热量会对炉膛（5）内陶瓷试管孔洞（8）中的陶瓷试管进行加热，并通过温度控制系统（1）达到加热所需的温度，燃烧产生的高温烟气流向第二蓄热室（7），将第二蓄热室（7）内的左侧蓄热式燃烧器（A）加热，自身温度下降，在引风机（11）的作用下顺烟道（12）排出；此过程中右侧蓄热式燃烧器（B）担当燃烧器的角色，左侧蓄热式燃烧器（A）担当排烟通道的角色；运行适当时间之后，换向阀换向，两侧角色互换，变成由左侧蓄热式燃烧器（A）供入助燃空气，右侧蓄热式燃烧器（B）排烟。

优选的，在陶瓷试管内进行无氧裂解的时候，先将陶瓷试管两端装上密封法兰，通过法兰往陶瓷试管中通入氮气，保持陶瓷试管内为无氧条件，进行加热。

本发明的有益效果是：1、本发明在蓄热体炉膛布置陶瓷试管孔洞，将陶瓷试管放入孔洞中进行高温加热；2、陶瓷试管孔洞中的温度传感器、燃料管道的阀门与温度控制系统联接，通过控制燃料的量来控制炉膛孔洞的温度；3、无氧裂解的加热方式通过蓄热燃烧放出的热能来代替管式电炉中通过电能转化为的热能，蓄热燃烧会产生大量的热量，温度可达到1000℃以上，可以用于对温度对热量需求特别高的实验条件；4、蓄热体采用大比表面积的蜂窝陶瓷，其由于大比表面积的作用，提高了传热效率，同时，又能有效地缩小燃烧器的体积。此外，蜂窝陶瓷的直孔设计，有效地减少了通气阻力，降低助燃和排烟风机负担，减少漏风，便利于控制，同时，也有利于烟尘的排出，具有吹灰作用，减少了积灰堵孔；5、气体切换阀采用耐热合金材料制成，既能满足高温环境工作，又满足了精密加工，以满足密封性能，同时，既能实现瞬时动作，而且避开了阀门配送电，以免电器高温时不可靠。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图；

上图中：温度控制系统1、燃料进口端2、第一阀门3、第二阀门4、炉膛5、第一蓄热室6、第二蓄热室7、左侧蓄热式燃烧器A、右侧蓄热式燃烧器B、陶瓷试管孔洞8、鼓风机9、换向阀10、引风机11、烟道12、管道13。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，参照附图1，本发明提到的一种高温无氧裂解实验的加热装置，包括温度控制系统1、燃料进口端2、第一阀门3、第二阀门4、炉膛5、第一蓄热室6、第二蓄热室7、左侧蓄热式燃烧器A、右侧蓄热式燃烧器B、陶瓷试管孔洞8、鼓风机9、换向阀10、引风机11、烟道12、管道13，所述炉膛5的两侧分别设有第一蓄热室6和第二蓄热室7，所述第一蓄热室6内安装右侧蓄热式燃烧器B，第二蓄热室7内安装左侧蓄热式燃烧器A，炉膛5中间设有陶瓷试管孔洞8，且在陶瓷试管孔洞8内安装陶瓷试管，陶瓷试管内放入需要被加热的物体；所述陶瓷试管孔洞8的中间布置位置均匀的温度感应器，温度感应器联接温度控制系统1用来测量并控制陶瓷试管孔洞8的温度；炉膛5的燃气系统安装第一阀门3和第二阀门4，且所述第一阀门3和第二阀门4通过与温度控制系统1相连接用来控制燃气的开断；所述第一蓄热室6和第二蓄热室7的下部通过管道13连接换向阀10、鼓风机9和引风机11，并连接烟道12。

其中，第一蓄热室6和第二蓄热室7的下部通过管道13连接换向阀10，换向阀10的第三个接口连接鼓风机9，第四接口通过管道连接引风机11的进口，引风机11的出口连接到烟道12。

另外，炉膛5、第一蓄热室6和第二蓄热室7的周围铺上保温层，提高了保温效果；再者，上述换向阀10采用四接口的气动换向阀，且采用耐热合金材料制成；上述左侧蓄热式燃烧器A和右侧蓄热式燃烧器B分别采用大比表面积的蜂窝陶瓷制成，且蜂窝陶瓷采用直孔设计。

本发明提到的一种高温无氧裂解实验的加热装置的使用方法，其技术方案是包括以下过程：

运行时，鼓风机9将助燃空气送入管道13，在换向阀10的作用下首先流向第一蓄热室6，室温下的助燃空气被右侧蓄热式燃烧器B内已在上一周期积蓄热量的高温蓄热体加热，之后与燃气混合参与燃烧；燃烧产生的热量会对炉膛5内陶瓷试管孔洞8中的陶瓷试管进行加热，并通过温度控制系统1达到加热所需的温度，燃烧产生的高温烟气流向第二蓄热室7，将第二蓄热室7内的左侧蓄热式燃烧器A加热，自身温度下降，在引风机11的作用下顺烟道12排出；此过程中右侧蓄热式燃烧器B担当燃烧器的角色，左侧蓄热式燃烧器A担当排烟通道的角色；运行适当时间之后，换向阀换向，两侧角色互换，变成由左侧蓄热式燃烧器A供入助燃空气，右侧蓄热式燃烧器B排烟。

优选的，在陶瓷试管内进行无氧裂解的时候，先将陶瓷试管两端装上密封法兰，通过法兰往陶瓷试管中通入氮气，保持陶瓷试管内为无氧条件，进行加热。

1、本发明在蓄热体炉膛布置陶瓷试管孔洞，将陶瓷试管放入孔洞中进行高温加热；2、陶瓷试管孔洞中的温度传感器、燃料管道的阀门与温度控制系统联接，通过控制燃料的量来控制炉膛孔洞的温度；3、无氧裂解的加热方式通过蓄热燃烧放出的热能来代替管式电炉中通过电能转化为的热能，蓄热燃烧会产生大量的热量，温度可达到1000℃以上，可以用于对温度对热量需求特别高的实验条件；4、蓄热体采用大比表面积的蜂窝陶瓷，其由于大比表面积的作用，提高了传热效率，同时，又能有效地缩小燃烧器的体积。此外，蜂窝陶瓷的直孔设计，有效地减少了通气阻力，降低助燃和排烟风机负担，减少漏风，便利于控制，同时，也有利于烟尘的排出，具有吹灰作用，减少了积灰堵孔；5、气体切换阀采用耐热合金材料制成，既能满足高温环境工作，又满足了精密加工，以满足密封性能，同时，既能实现瞬时动作，而且避开了阀门配送电，以免电器高温时不可靠。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。