一种烟气供热系统的制作方法

1.本实用新型涉及化工技术领域，具体涉及一种烟气供热系统。


背景技术：

2.换热器中，一股冷物流和一股热物流在换热器的两侧分别流过，热物流的热量非接触地传递给冷物流。
3.反应单元中物料的吸热反应，提供外源热量才能让吸热反应顺利进行。因为反应速率总是随温度的提高而加快，为了提高效率，哪怕是反应单元中是放热反应，有时也会主动提供热量加快反应速度。对于需要供给热量的反应单元，带换热器的流化床反应器是一种优秀的选择。流化床中的颗粒物(催化剂颗粒或物料颗粒)不断翻腾更新，传热传质均匀无死角，传热系数大。例如尿素转化为三聚氰胺的反应，反应物料的温度需要维持在400℃左右，需要400℃以上的介质作为热源提供反应热。
4.换热器内通入的热介质，可以是导热油，熔盐，烟气等。相比于导热油或熔盐等液态介质，烟气是气体，密度小，热容小，传热系数低。因为换热器烟气出口(换热后)温度不能低于物料的温度，烟气比热小，烟气进口温度得非常高，才能携带足够多的热量，满足换热需求。
5.烟气由燃烧炉内的燃料燃烧而得。炉膛温度可达1000℃以上，可以产生足够高温度的烟气。燃烧炉内壁铺设耐火砖，炉体耐高温没问题。但燃烧炉到反应器的管道，以及反应器内的换热器，一般使用碳钢不锈钢等钢材，耐温能力只有400～550℃左右。这与前述要求反应器换热器进口温度高矛盾。传统上被迫使用耐高温的特种钢材，造价急剧升高。反过来造成烟气作为直接使用加热介质受到很大限制。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种烟气供热系统，解决现有技术中普通不锈钢达不到供热要求的技术问题。
7.本发明公开了一种烟气供热系统，包括燃烧炉，所述燃烧炉连接有流化床反应器中换热器的一端，所述换热器的另一端连接有循环风机，所述循环风机与所述燃烧炉连通。
8.工作原理：燃料与新鲜空气进入燃烧炉，燃烧成为高温的燃烧后气体。低温烟气也进入燃烧炉，与燃烧后气体混合，成为温度适中的混合烟气。混合烟气的流量明显大于燃烧后气体的流量，所以虽然混合烟气温度低于燃烧后气体，但其加热能力不低于燃烧后气体。混合烟气进入流化床反应器的换热器，释放热量后降温变为低温烟气。低温烟气的温度仍高于流化床反应器中被加热介质的温度，虽名为低温烟气，但温度显著高于环境温度。低温烟气小部分外排，大部分在循环风机的作用下，返回燃烧炉。与单纯使用燃烧后气体去加热相比，混合烟气温度低，也就降低了管道和换热器的材质要求。
9.进一步的，所述换热器与所述循环风机之间设置有烟气调节阀。
10.通过设置烟气调节阀，能够将多余的低温烟气排出系统，避免燃烧炉内压力过大。
11.进一步的，所述燃烧炉还连接有空气风机。
12.通过设置空气风机能够将空气引入燃烧炉中，不需要其它风机进行排风。
13.进一步的，所述循环风机与所述燃烧炉之间设置有保护气进口。
14.如果初次打火未点着，此时燃烧炉内已经存在一定量的燃料与空气的混合气体，可能在爆炸极限范围内，如果在这种情况下贸然打火，可能引发危险。通过保护气进口送入氮气或二氧化碳气置换掉内部系统的燃料空气混合气，然后重新通入燃料和燃烧用空气，重新打火，可保证安全。
15.进一步的，所述循环风机与燃烧炉之间设置有外排调节阀。
16.通过设置外排调节阀，能够将多余的低温烟气排出系统，避免燃烧炉内压力过大。
17.进一步的，所述外排调节阀连接有外排风机。
18.通过设置外排风机，燃烧空气可以自动吸入燃烧炉，无需其它风机。
19.进一步的，系统中使用的烟气管道均选用不锈钢304或不锈钢310材质。
20.通过使用普通管道能够节约成本。
21.与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是：
22.1.本专利提供的循环低温烟气与燃烧产生的高温烟气混合，降低了高温烟气的高端温度，大大降低了高温烟气管道的材质要求。高温烟气流量也增大了数倍，在换热器内流速明显增加，传热系数增加；
23.2.本专利的内部循环系统，可以在负压下操作。这种情况下燃烧空气可以自动吸入燃烧单元，无需风机。低温烟气的外排烟气，则需要风机提供动力，使其排入大气或其它装置；
24.3.本专利的内部循环系统，可以在正压下操作。此时常压的燃烧空气需要风机引入燃烧单元，但外排的低温烟气通常无需风机，靠自身压力即可外排到大气或流向其它装置；
25.4.本专利设置保护气接口。如果初次打火未点着，此时燃烧炉内已经存在一定量的燃料与空气的混合气体，可能在爆炸极限范围内，如果在这种情况下贸然打火，可能引发危险。通过保护气进口送入氮气或二氧化碳气置换掉内部系统的燃料空气混合气，然后重新通入燃料和燃烧用空气，重新打火，可保证安全。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本实用新型的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，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相关的附图。
27.图1为本实用新型供热系统示意图。
28.图2为本实用新型供热系统另一状态示意图。
29.图3为对比例示系统示意图。
30.图4为另一对比例示系统示意图。
31.上述附图中，各个标记所表示的含义为：1-燃烧炉，2-流化床反应器，3-循环风机，4-烟气调节阀，5-空气风机，6-保护气进口，7-外排调节阀，8-外排风机，9-换热器。
具体实施方式
32.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
33.实施例1
34.本实施例中所采用的技术方案如下：
35.如图1或图2所示，一种烟气供热系统，包括燃烧炉1，燃烧炉1连接有流化床反应器2中换热器9的一端，换热器9的另一端连接有循环风机3，循环风机3与燃烧炉1连通。
36.工作原理：燃料与新鲜空气进入燃烧炉1，燃烧成为高温的燃烧后气体。低温烟气也进入燃烧炉1，与燃烧后气体混合，成为温度适中的混合烟气。混合烟气的流量明显大于燃烧后气体的流量，所以虽然混合烟气温度低于燃烧后气体，但其加热能力不低于燃烧后气体。混合烟气进入流化床反应器2的换热器9，释放热量后降温变为低温烟气。低温烟气的温度仍高于流化床反应器2中被加热介质的温度，虽名为低温烟气，但温度显著高于环境温度。低温烟气小部分外排，大部分在循环风机3的作用下，返回燃烧炉1。与单纯使用燃烧后气体去加热相比，混合烟气温度低，也就降低了管道和换热器9的材质要求。
37.实施例2
38.在本实施方式作为本发明的一较佳实施例，具体结构如图1所示，其在实施方式1的基础上公开了如下改进，换热器9与循环风机3之间设置有烟气调节阀4，燃烧炉1还连接有空气风机5，循环风机3与燃烧炉1之间设置有保护气进口6，系统中使用的烟气管道均选用不锈钢310材质。
39.通过设置烟气调节阀4，能够将多余的低温烟气排出系统，避免燃烧炉1内压力过大。
40.通过设置空气风机5能够将空气引入燃烧炉1中，不需要其它风机进行排风。
41.通过设置保护气进口6，如果初次打火未点着，此时燃烧炉1内已经存在一定量的燃料与空气的混合气体，可能在爆炸极限范围内，如果在这种情况下贸然打火，可能引发危险。通过保护气进口6送入氮气或二氧化碳气置换掉内部系统的燃料空气混合气，然后重新通入燃料和燃烧用空气，重新打火，可保证安全。
42.使用时用尿素作为反应原料，氨和二氧化碳混合气作为载气，在流化床反应中裂解反应生成反应出口气，包括单氰胺、氨和二氧化碳等成分。反应器内有烟气盘管给反应供热，维持流化床层内物料400℃。
43.来自管网的天然气16kg/h，25℃，15kpa(g)进燃烧炉1，燃烧用的空气303kg/h，25℃。燃烧炉1内操作压力12kpa(g)。燃烧后变成二氧化碳、水蒸汽、氮气、氧气混合气。4912kg/h，450℃低温烟气进入燃烧炉1，与燃烧后混合气混合，形成5231kg/h，550℃，高温烟气。
44.高温烟气进如换热器9进行换热，离开反应器时变成5231kg/h，450℃低温烟气，传热量179422w。
45.低温烟气分出一股4912kg/h通过循环风机3返回燃烧炉1。压力表处的压力值设置为5kpa(g)。烟气调节阀4开度由压力表信号控制，319kg/h低温烟气经调节阀，靠压力自行排出。
46.进入换热器9的高温烟气体积流量为12310m3/h，出换热器的低温烟气体积流量为10814m3/h，平均体积流量11562m3/h。
47.整个烟气管道温度最高处为550℃，烟气管道和烟气盘管选用不锈钢310材质即可
48.实施例3
49.在本实施方式作为本发明的一较佳实施例，具体结构如图2所示，其在实施方式1的基础上公开了如下改进，循环风机3与燃烧炉1之间设置有外排调节阀7，外排调节阀7连接有外排风机8，系统中使用的烟气管道均选用不锈钢304材质。
50.通过设置外排调节阀7，能够将多余的低温烟气排出系统，避免燃烧炉1内压力过大。
51.通过使用普通管道能够节约成本。
52.230kg/h乙醇和6482kg/h燃烧用空气进燃烧炉1燃烧。燃烧炉1内操作压力-5kpa(g)燃烧用空气经过外排调节阀7和外排风机8的调节后，自行吸入燃烧炉1；300℃低温烟气30900kg/h也进入燃烧炉1，与燃烧后混合气混合，形成400℃，-5kpa(g)，37612kg/h高温烟气。在换热器9中高温烟气给工艺空气提供热量1158521w，本身降温到300℃，变成低温烟气。换热之后的低温烟气总管上压力表设置为-8kpa(g)，由外排烟气流量来控制。6712kg/h低温烟气由外排风机8变成正压排放。
53.整个烟气系统温度最高处为400℃，用便宜的不锈钢304材质即可。
54.对比例1
55.与实施例2相比，天然气和燃烧空气的条件不变。从换热器9出来的高温烟气全部排放，没有返回燃烧炉1。燃烧炉1出口高温烟气319kg/h，温度超过1000℃(理论计算值达到1914℃)。离开换热器9的烟气温度仍为450℃，对工艺物料的传热量与实施例1一致，为179422w。盘管内平均流速～4.7m/s，传热系数～12w/m2-k。
56.由于高温烟气温度太高，必须选用特殊材质，烟气管道和烟气盘管的价格比普通钢材翻几倍到十几倍。
57.对比例2
58.与实施例3相比，天然气和燃烧空气的条件不变。从换热器9出来的高温烟气全部排放，没有返回燃烧炉1。进换热器9的高温烟气温度833℃，出换热器9的低温烟气温度300℃。高温烟气管道和换热器的材质需耐833℃，需要特种耐温材料。
59.以上即为本实施例列举的实施方式，但本实施例不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本实施例的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本实施例的保护范围的限制，本实施例的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。