[发明专利]一种圆筒式气体加热炉热流场的改良结构

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种对输送气体的加热装置，特别系在天然气开采、输配过程中对天然气进行加热升温的一种装置。

(二)背景技术

能源是国民经济发展的重要支柱，是人类赖以生存的基本保障，清洁能源又是人与自然和谐发展的根本途径。天然气是大自然赋予人类的重要清洁能源，因此，其利用技术受到人类的广泛重视。在天然气开采和长途输运过程中，由于种种原因，必须对大流量的高压天然气进行加热防冻，在使用过程中，用于大型燃气电厂时，必须将天然气加热到指定温度，才能达到良好效果，在天然气油气田中，则常用天然气加热炉加热油、水，以备生产、生活使用，因此，天然气加热炉是天然气工业中不可缺少的重要装备。

经检索，中国专利《一种新型热风炉》专利号：CN93241027.8，专利《一种用于中小型试验装置反应器的保温炉》专利号：CN200420010660.X，日本特许公开2007-127396《电阻式加热炉》、日本特许公开2003-128426《具有低E气体增幅喷嘴的半对流强制通风系统》公开了一些用气体、液体或塑料废弃物等的加热炉技术方案，虽然可以提供较高的加热温度，部分装置的加热效率较高，但是均不适宜对天然气开采和长途输送中的气体加热升温场合的应用。

经调查，国外有一种大容积圆筒内同时存在加热面和受热面的气体加热炉，使用方便，传热效率相对较高，能达到使用者的要求。其结构为，在具有一定长度和直径的圆筒内，在垂直于轴线的横截面上以轴心为原点划分四个象限，在各象限中分别设置一条流道，并且上方与下方各自两条流道在圆筒的一端相连通，另一端的开口处分别为输入口和输出口，上方两条流道为输送需要加热气体流道，下方两条流道为加热气体流道，下方加热气体输入流道为一根管道结构，其余，包括上方两条输送需要加热气体流道和下方加热气体输出流道为由多根细管组成的管束结构，在大圆筒内和四条流道的管壁之间充满中间载热介质。

通常天然气加热炉工作时，用燃料如天然气、油等燃烧产生的热来加热需要达到工艺要求的工业用天然气。燃料和空气经燃烧器混合喷入大圆筒下部一侧的火筒燃烧产生高温烟气，经火筒流入后烟箱折入大圆筒下部另一侧的烟管束，最后经烟囱向上排入大气。由于火筒和烟管束均浸没在中间载热介质中，所以在该加热过程中，高温烟气将热量通过火筒壁和烟管束壁传递给中间载热介质，中间载热介质吸热升温；而需要加热的工业用天然气经多个流程流过被加热管束，由于被加热管束同样浸没在中间载热介质中，因此在温差的作用下，中间载热介质将大部分热量通过位于大圆筒上部的被加热管束壁面传递给需要加热的工业用天然气，中间载热介质放热降温；上述整个过程的最终结果是：燃料燃烧放出热量加热了需要加热的工业用天然气。显然此过程中，中间载热介质传热过程的形成，亦即大圆筒内流场的组织是提高天然气加热炉效率的重要关键之一，如此结构的装置在国外已有应用例子。

但是在应用中也发现存在如下不足之处：

a、因为贴近火筒和烟管束壁面处的介质温度较高，因此，将形成上升流，而被加热管束附近的介质温度相对较低，则将形成下降流，由于中间载热介质无恰当的流道组织，二股流体之间发生对冲，此外，火筒和烟管束之间存在温差，被加热管束的多个回程之间存在温差，都导致了大圆筒内流场组织的紊乱，造成大圆筒内加热不均匀；b、由于流场上下温差较小，自然对流的动力也小，使有效流场的形成发生困难，大圆筒内加热面和受热面之间的对流传热非常弱；c、在整个流场中，还存在着不少流动死角，如大圆筒底部等。所有这些因素都使大圆筒内有效传热流场被破坏，使加热面和受热面的有效利用降低，从而使天然气加热炉效率降低，能耗高，不利于节能降耗和环境保护。d、在某些场合，比如加热温度和输送温度相差较小时，由于大圆筒内的流场近乎静止，传热方式接近导热，这是一种传热效率较差的方式，而无法实现使用者希望的对流传热方式。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种圆筒式气体加热炉热流场的改良结构，使得加热炉热流场能顺畅地进行流动，提高加热效率。

本发明的目的由如下技术方案实现：