一种带烟气回流的蓄热式瓦斯加热炉

一种带烟气回流的蓄热式瓦斯加热炉简介11一种带烟气回流的蓄热式瓦斯加热炉简介陈维汉（华中科技大学能源学院）电话：151362716871、瓦斯加热炉的背景技术在油页岩干馏装置中，为油页岩干馏炉提供热瓦斯的蓄热式加热炉多采用带火井燃烧室的内燃式加热炉，也有少数采用为高炉鼓风加热的顶燃式热风炉（加热炉），其实际运行的效果均不理想，高温析炭与低温积油并存，清扫工作必须停炉进行。问题在于用自产瓦斯燃烧加热蓄热体，其燃烧温度常常高于1000℃，而热瓦斯加热温度蓄热室瓦斯加热炉从节能降耗上考虑要求在燃烧低热值瓦斯下获得温度稳定的热瓦斯，同时应实现高效、节能、环保的目的。基于热瓦斯要求的温度不高（700℃以内），如何在较高燃烧温度下获得不高温度且温度变化小的热瓦斯，就成为蓄热式瓦斯加热炉要去面对的问题。为此，设计出带有高温燃烧区域与带有较低温度区域相结合的蓄热式加热炉炉型就是摆在面前的一道难题。2、烟气回流瓦斯加热炉的结构特征与性能针对上述情况，为克服现有技术缺陷，这里提出一种带烟气回流的加热炉，其做法是在热风炉顶部设置预混气旋流快速燃烧的预燃室，高温燃烧气流旋流向下，一部分进入堆砌在燃烧室中的蓄热体中，在完成燃烧过程并使这部分多孔蓄热体完成高温蓄热之后进入其下的堆砌大量蓄热体的蓄热室中；另一部分与从下部蓄热体中通过管道抽上来的经过旋流喷嘴与环道作用后而旋流上行的回流低温烟气汇合，降低温度之后再进入蓄热室的蓄热体中；同时，一部分回流低温烟气也可以通过环道内壁的轴向喷嘴而进入蓄热室的蓄热体中；这些气流在蓄热室的蓄热体中完成与其的充分热热交换之后，一部分低温的烟气进入下部的冷风室并通过烟气出口排除炉外，而另一部分经烟气引出口被抽送到回流烟气入口，再经喷射进入燃烧室内。这样的加热炉不仅能有效解决煤气与空气混合速率低、混合不均匀，燃烧强度低、燃烧温度低、燃烧不完全、燃烧室空间大和燃烧器结构不合理等问题，而且能通过烟气回流在不影响高温燃烧的前提下降低蓄热体温度，达到有效防止热瓦斯析碳现象，同时也强化了蓄热体与气流间的传热，用以弥补因温度降低而导致的传热量减少，进而增加蓄热体的低温蓄热量。该加热炉解决的技术方案是，包括加热炉中的燃烧室墙体及燃烧室、热瓦斯出口管，预燃室墙体及预燃室、瓦斯与空气混合气入口、回流烟气环道、回流烟气喷入口、气流调节喷口、燃烧室中预热助燃用套筒砖堆砌体、蓄热室墙体及堆砌其中的格子砖蓄热体、蓄热室墙体下部的烟气引出口、冷风室及其内设置的支撑蓄热体的铸铁炉箅子和支撑墙体、冷风室环墙上设置一种带烟气回流的蓄热式瓦斯加热炉简介22的冷瓦斯进口、烟气出口、刚性炉底。燃烧室墙体是球形拱顶状，其内锥形堆放有陶瓷套筒蓄热体，它既充当能实现高速稳焰燃烧的预热助燃装置，又为蓄热室储存一部分高温（接近燃烧温度）状态的热能（内能），燃烧室墙体和其下部的圆筒体状的蓄热室套叠在一起，自身被支撑在炉壳上，在燃烧室墙体与蓄热室墙体之间设置上部开口的气流环形通道，其燃烧室墙体一侧设置热瓦斯出口和以旋切方式进入的烟气回流喷入口，其蓄热室墙体一侧水平设置周向均匀分布的旋流喷嘴，进入环形通道的烟气流大部分以旋流方式向上，并与预燃室喷出的燃烧烟气混合之后再进入上部套筒砖蓄热体中，另一部分通过周向均布的旋流喷嘴直接进入格子砖蓄热体中，由于水平旋流喷嘴的旋流方向与向上烟气流的旋流方向相反，故有一定的消旋作用，蓄热室墙体内从炉箅子向上到陶瓷套筒蓄热体之间堆砌格子砖蓄热体，用以吸收烟气热量和将该热量传递给热瓦斯，在蓄热室圆筒形墙体与冷风室墙体的结合部位，其上水平设置烟气回流引出口，其下水平设置支撑蓄热体的带有缝隙通道的铸铁炉箅子，而其支撑是由从炉底砌筑上来的多条支撑直墙来完成，在支撑墙体和块条状炉箅子之间有预埋在在墙体上的铸铁支撑托架，支撑墙体中部有流通气流用的开孔，蓄热室内有自炉箅子向上堆砌至多孔蓄热体（从下到上分别为集散气流的铸铁格子砖、蓄热用的蜂窝状多孔格子砖与预热助燃套筒格子砖），冷风室是在炉箅子下部的蓄热室墙体与炉底围成的内部空间，该部位蓄热室墙体上有烟气出口和冷瓦斯进口。具体结构如图1、2、3所示（图1为该加热炉的剖面主视图、图2为图1中B-B截面图、图3为图1中A-A截面图）。该加热炉是在现有顶燃式加热炉炉型结构基础上的为适应烟气回流而做出突出改进与创新。内混微旋流高速燃烧与燃烧室多孔体中稳焰的燃烧装置设计，以及烟气回流以混合高温烟气以降低蓄热体温度和提高蓄热体利用率回流混合装置的设计，有效解决了高热值瓦斯燃烧温度高而加热瓦斯所需温度低的问题。这样的加热炉既能保证燃烧瓦斯的高效、稳定与完全的燃烧，又能满足加热瓦斯的合理加热温度，而且还能解决加热瓦斯在加热炉中的析碳和积油问题，以及炉内热瓦斯吹扫和热烟气排除的问题。此外，加热炉燃烧装置的快速均匀混合与高速高强度的稳定燃烧，燃烧与蓄热并用的套筒格子砖在燃烧室的堆砌，烟气回流的旋流混合与分级混合，都极大地强化燃烧过程、增强传热效率以及提高蓄热体的热利用率，配合合理的结构设计与砌筑材料的合理选择，就能在确保加热炉安全与稳定的前提下高效、高热强度与合理风瓦斯温度下运行，继而达到节省燃料、节约投资、降低废气温度与有害气体的排放量、减少环境污染的良好效果。一种带烟气回流的蓄热式瓦斯加热炉简介333、烟气回流瓦斯加热炉的具体实施结合图1、图2、及图3，对带烟气回流的蓄热式瓦斯加热炉的具体实施方式作较为详细说明。该带烟气回流的蓄热式瓦斯加热炉的结构包括燃烧室墙体1a、燃烧室2、预燃室墙体1b、预燃室3、燃烧瓦斯与空气混合气入口4、回流烟气喷入口5、环形气流通道6及气流调节喷口6a、热瓦斯出口7、蓄热室墙体1c及蓄热室8、套筒格子砖8a、蜂窝格子砖8b-8d、回流烟气引出口9、炉箅子10、炉箅子支撑直墙11及其墙上的水平开孔12、冷风室13、炉底1d、冷瓦斯入口14、烟气出口15、迷宫式连接环槽16；其结构特征在于，燃烧室墙体1a是椭球形拱顶与圆筒体组合而成，其内腔构成燃烧室2，预燃室墙体1b由球形拱顶与圆筒体构成，其内部空间为预燃室3，在其圆筒墙体上燃烧瓦斯与空气的混合气接入口4与之偏心连通，在燃烧室2顶部预燃室3与之同轴贯通，蓄热室墙体1c为同轴的小圆筒连接锥筒再连接大圆筒而组成，小圆筒部分同轴从燃烧室2下部插入燃烧室墙体1a内，因其连接通过迷宫式连接环槽16而可相互滑移地套接在一起，燃烧室墙体1a由其底部托圈支撑，在燃烧室墙体1a和蓄热室墙体1c之间设置有上部开口的环形气流通道6，其外侧（燃烧室墙体1a侧）有水平径向接出的热瓦斯出口7和以旋切方式接入的回流烟气喷入口5，该喷入口为缩放结构的喷嘴，其内侧（蓄热室墙体1c侧）设置水平倾斜的沿周向均布的气流调节喷口6a，蓄热室墙体1c与炉底1d连接，其内部空间上部为蓄热室8而下部为冷风室13，在蓄热室8内充分堆砌预蓄热体，在插入燃烧室部位堆砌耐高温的套筒格子砖,8a而下部堆砌三种不同规格的蜂窝多孔格子砖8b、8c、8d，在蓄热室墙体1c底部设置烟气回流引出口9，在冷风室13的上部为支撑蓄热体的带有缝隙通道的条块状的铸铁炉箅子10，其下为炉箅子支撑直墙11及其墙上的水平开孔12，炉箅子支撑直墙11上部有铸铁预埋件用以承托铸铁炉箅子10，而下部基础则砌筑在炉底1d上，冷风室13的环墙上分别设置冷瓦斯入口14和烟气出口15。具体实施时，在燃烧加热阶段，燃烧瓦斯与空气混合后通过燃烧瓦斯与空气混合气入口4进入预燃室3旋流燃烧并向下进入燃烧室2，一部分直接进入燃烧室中的套筒格子砖8a中，另一部分与从烟气回流喷入口5进来的在环形气流通道6中旋流分配后向上的低温烟气流汇合，经相互混合后再进入套筒格子砖8a中，在回流烟气流中有一部分经过设置在环形气流通道6内侧的环形均布的气流调节喷口6a直接以旋流方式进入蜂窝多孔格子砖中，进入蓄热体格子砖的烟气在经过格子砖之后一部分经由烟气出口排除而另一部分从蓄热室底部抽出经由回流烟气引出口、引风机、回流烟气喷入口而回到燃烧室；由于回流烟气是从蓄热室下部抽取，温度远低于刚完成燃烧的烟气，因而燃烧后的高温烟气经与回流烟气的相互作用，其在蜂窝格一种带烟气回流的蓄热式瓦斯加热炉简介44子砖中的温度就会明显降低，温度降低的程度取决于回流烟气的相对流量，以及气流调节喷口开度的大小（这要由瓦斯热值的大小于热瓦斯所需温度的高低来具体确定）；当蓄热体充分蓄热之后加热炉进入送风放热阶段（送热瓦斯阶段），此时冷瓦斯经冷瓦斯入口进入冷风室，再进入蓄热室，在与蜂窝格子砖换热之后部分经过套筒格子砖、部分经由气流调节喷口而在环形气流环道的作用下经由热瓦斯出口流出，其温度高低也一定程度取决于热瓦斯经过套筒格子砖的流量与经过气流调节喷口的流量的相对大小，通常后者的影响较小。当送风阶段结束后，残留的瓦斯可以通过烟气回流装置将下部的瓦斯抽到燃烧室燃烧，经一段时间循环之后再转入正常的燃烧加热阶段，这也是有烟气回流加热炉的长处之一。当燃烧阶段结束之后，残留烟气也可以通过烟气回流装置将下部的烟气排出的同时通入燃烧瓦斯置换烟气，经过一段时间之后再转入正常送风放热阶段，这也是有烟气回流装置的加热炉独特功能。从上述对该带烟气回流的蓄热式瓦斯加热炉的结构特征与实施例的描述，可见这种带烟气回流的蓄热式瓦斯加热炉采用内混和微旋流的高速燃烧与燃烧室多孔体中稳焰的燃烧装置设计，以及烟气回流以混合高温烟气以降低蓄热体温度和提高蓄热体利用率回流混合装置的设计，有效解决了高热值瓦斯燃烧温度高而加热瓦斯所需温度低的问题。这样的加热炉既能保证燃烧瓦斯的高效、稳定与完全的燃烧，又能满足加热瓦斯的合理加热温度，而且还能解决加热瓦斯在加热炉中的析碳和积油问题，以及炉内热瓦斯吹扫和热烟气排除的问题。一种带烟气回流的蓄热式瓦斯加热炉简介55