專利名稱：一種旋轉(zhuǎn)型圓筒式氣體加熱爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種對(duì)輸送氣體的加熱裝置，特別系在天然氣開(kāi)采、輸 配過(guò)程中對(duì)天然氣進(jìn)行加熱升溫的一種裝置。
(二)
背景技術(shù)：
公知，天然氣是清潔能源，具有高效，資源豐富，儲(chǔ)運(yùn)方便等優(yōu)點(diǎn)，是 世界能源發(fā)展的方向，也是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有力支柱，近年來(lái)，我國(guó)天然氣 工業(yè)正在崛起。
天然氣在開(kāi)采和長(zhǎng)途輸送中，必須對(duì)大流量的高壓天然氣進(jìn)行加熱防凍， 才能達(dá)到良好的輸配使用效果，如天然氣輸送過(guò)程中，為防止溫度太低而導(dǎo)
致水合物析出凝結(jié)成固體，而堵住設(shè)備；又如燃?xì)怆姀S燃用天然氣時(shí)往往需 要減壓，當(dāng)壓降較大而導(dǎo)致天然氣溫降過(guò)大時(shí)需要加熱設(shè)備；此外，燃?xì)怆?廠出于燃燒需要或?yàn)榱颂岣咝?，也?huì)對(duì)供燃燒用的天然氣加熱，因此，在 天然氣減壓系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)中常設(shè)置加熱設(shè)備，可見(jiàn)天然氣加熱爐是天然氣 應(yīng)用系統(tǒng)中不可缺少的重要設(shè)備。
經(jīng)檢索，中國(guó)專利《 一種新型熱風(fēng)爐》專利號(hào)CN93241027.8，專利 《一種用于中小型試驗(yàn)裝置反應(yīng)器的保溫爐》專利號(hào)CN200420010660.X， 曰本特許公開(kāi)2007-127396《電阻式加熱爐》、日本特許公開(kāi)2003-128426《具 有低E氣體增幅噴嘴的半對(duì)流強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)》公開(kāi)了一些用氣體、液體或塑 料廢棄物等的加熱爐技術(shù)方案，雖然可以提供較高的加熱溫度，部分裝置的 加熱效率較高，但是均不適宜對(duì)天然氣開(kāi)采和長(zhǎng)途輸送中的氣體加熱升溫場(chǎng) 合的應(yīng)用。
經(jīng)調(diào)查，國(guó)外有一種大容積圓筒內(nèi)同時(shí)存在加熱面和受熱面的氣體加熱
爐，使用方便，傳熱效率相對(duì)較高，能達(dá)到使用者的要求。其結(jié)構(gòu)為，在具 有一定長(zhǎng)度和直徑的圓筒內(nèi)，在垂直于軸線的橫截面上以軸心為原點(diǎn)劃分四 個(gè)象限，在各象限中分別設(shè)置一條流道，并且上方與下方各自兩條流道在圓 筒的一端相連通，另一端的開(kāi)口處分別為輸入口和輸出口，上方兩條流道為 輸送需要加熱氣體流道，下方兩條流道為加熱氣體流道，下方加熱氣體輸入 流道為一根管道結(jié)構(gòu)，其余，包括上方兩條輸送需要加熱氣體流道和下方加 熱氣體輸出流道為由多根細(xì)管組成的管束結(jié)構(gòu)，在大圓筒內(nèi)和四條流道的管 壁之間充滿中間載熱介質(zhì)。
通常天然氣加熱爐工作時(shí)，用燃料如天然氣、油等燃燒產(chǎn)生的熱來(lái)加熱 需要達(dá)到工藝要求的工業(yè)用天然氣。燃料和空氣經(jīng)燃燒器混合噴入大圓筒下 部一側(cè)的火筒燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔?，?jīng)火筒流入后煙箱折入大圓筒下部另一側(cè) 的煙管束，最后經(jīng)煙囪向上排入大氣。由于火筒和煙管束均浸沒(méi)在中間載熱 介質(zhì)中，所以在該加熱過(guò)程中，高溫?zé)煔鈱崃客ㄟ^(guò)火筒壁和煙管束壁傳遞
給中間載熱介質(zhì)，中間載熱介質(zhì)吸熱升溫；而需要加熱的工業(yè)用天然氣經(jīng)多 個(gè)流程流過(guò)被加熱管束，由于被加熱管束同樣浸沒(méi)在中間載熱介質(zhì)中，因此 在溫差的作用下，中間載熱介質(zhì)將大部分熱量通過(guò)位于大圓筒上部的被加熱 管束壁面?zhèn)鬟f給需要加熱的工業(yè)用天然氣，中間載熱介質(zhì)放熱降溫；上述整 個(gè)過(guò)程的最終結(jié)果是燃料燃燒放出熱量加熱了需要加熱的工業(yè)用天然氣。 顯然此過(guò)程中，中間載熱介質(zhì)傳熱過(guò)程的形成，亦即大圓筒內(nèi)流場(chǎng)的組織是 提高天然氣加熱爐效率的重要關(guān)鍵之一，如此結(jié)構(gòu)的裝置在國(guó)外已有應(yīng)用例 子。
但是在應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)存在如下不足之處
a、因?yàn)橘N近火筒和煙管束壁面處的介質(zhì)溫度較高，因此將形成上升流， 而被加熱管束附近的介質(zhì)溫度相對(duì)較低，則將形成下降流，由于中間載熱介 質(zhì)無(wú)恰當(dāng)?shù)牧鞯澜M織，二股流體之間發(fā)生對(duì)沖，此外，火筒和煙管束之間存 在溫差，被加熱管束的多個(gè)回程之間存在溫差，都導(dǎo)致了大圓筒內(nèi)流場(chǎng)組織 的紊亂，造成大圓筒內(nèi)加熱不均勻；b、由于流場(chǎng)上下溫差較小，自然對(duì)流的
動(dòng)力也小，使有效流場(chǎng)的形成發(fā)生困難，大圓筒內(nèi)加熱面和受熱面之間的對(duì)
流傳熱非常弱；C、在整個(gè)流場(chǎng)中，還存在著不少流動(dòng)死角，如大圓筒底部等。 所有這些因素都使大圓筒內(nèi)有效傳熱流場(chǎng)被破壞，使加熱面和受熱面的有效 利用降低，從而使天然氣加熱爐效率降低，能耗高，不利于節(jié)能降耗和環(huán)境 保護(hù)。d、在某些場(chǎng)合，比如加熱溫度和輸送溫度相差較小時(shí)，由于大圓筒內(nèi) 的流場(chǎng)近乎靜止，傳熱方式接近導(dǎo)熱，這是一種傳熱效率較差的方式，而無(wú) 法實(shí)現(xiàn)使用者希望的對(duì)流傳熱方式。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)圓筒式氣體加熱爐前述存在的不足， 擬提供一種改良結(jié)構(gòu)以改善圓筒內(nèi)介質(zhì)溫度場(chǎng)的流動(dòng)工作狀況，提高加熱效 率。
本實(shí)用新型的目的由如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種旋轉(zhuǎn)型圓筒式氣體加熱爐，包括在具有一定長(zhǎng)度和直徑的大圓筒內(nèi)， 在垂直于軸線的橫截面上以軸心為原點(diǎn)，在由垂直正交線劃分橫截面為四個(gè) 象限中分別設(shè)置一條流道，且上方與下方各自兩條流道在大圓筒的一端相連 通，另一端的開(kāi)口處分別為輸入口和輸出口，上方兩條流道為輸送需要加熱 氣體流道，下方兩條流道為加熱氣體流道，下方加熱氣體送入流道為一根管 道結(jié)構(gòu)，其余，包括上方兩條輸送需要加熱氣體流道和下方加熱氣體送出的 煙管束流道為由多根細(xì)管組成的管束結(jié)構(gòu)，在大圓筒內(nèi)和四條流道的管壁之
間充滿中間載熱介質(zhì)，其特征在于所述橫截面上的垂直正交線旋轉(zhuǎn)一個(gè)角 度。
所述的旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度為5至30度。 較好的是10至25度。
從理論分析推斷以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證，圓筒式氣體加熱爐的中間載熱介質(zhì) 在圓筒內(nèi)，在下部溫度高上部溫度低的狀態(tài)下，高溫介質(zhì)近乎是垂直向上流 動(dòng)的，溫差大時(shí)流動(dòng)速度相對(duì)快，溫差小時(shí)流動(dòng)速度相對(duì)慢，但現(xiàn)有技術(shù)的
流動(dòng)效果幾乎是直上直下的，在下部的中間帶易形成"死角"，并且垂直上升 的熱量分布也不均勻，這些溫度較高的中間載熱介質(zhì)還會(huì)向橫向、甚至向下 等方向紊亂地進(jìn)行熱量傳遞，導(dǎo)致筒體內(nèi)整體傳熱速度降低，熱阻力增大， 影響了整體的加熱效果。采用本技術(shù)方案，由于上部需要吸收熱量的輸送需 要加熱氣體流道正好位于下部溫度較高的加熱氣體流道的上方，因此，下部 加熱氣體流道產(chǎn)生的熱量使上升的中間載熱介質(zhì)形成一個(gè)通暢的流場(chǎng)，另外 在圓筒壁的導(dǎo)向作用下，形成了弧形方向的流動(dòng)，不斷循環(huán)的流動(dòng)軌跡可以 均勻地遍布整個(gè)圓筒，因此，中間載熱介質(zhì)在圓筒內(nèi)形成了均勻順暢的流動(dòng) 場(chǎng)，熱量傳遞中的阻力減小，消除了 "死角"，提高了加熱效率。對(duì)不同中間
載熱介質(zhì)、不同輸送氣體、不同溫差的加熱氣體，可提高加熱效率3%。天然 氣開(kāi)采和輸送的氣體量是十分巨大的，也是長(zhǎng)期的，因此，加熱效率提高約 3%所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是可觀的，本實(shí)用新型具有十分突出的特點(diǎn)和顯著的優(yōu) 越性。
本實(shí)用新型的有益效果和優(yōu)點(diǎn)是
a. 通過(guò)加熱面和受熱面布置的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定天然氣加熱爐大圓筒內(nèi)的 火筒、煙管束和多回程被加熱管束位置的旋轉(zhuǎn)角度，使其布置合理，使大圓 筒內(nèi)中間載熱介質(zhì)形成有效的自然對(duì)流，強(qiáng)化傳熱，提高天然氣加熱爐效率， 達(dá)到節(jié)能降耗目的。
b. 大圓筒內(nèi)火筒、煙管束和多回程被加熱管束的合理布置，使大圓筒內(nèi) 加熱面和受熱面之間的熱交換充分、流場(chǎng)均勻、流線順暢，消除了加熱過(guò)程 中大圓筒內(nèi)原有的流動(dòng)死角，使換熱面得到充分利用，實(shí)現(xiàn)均勻加熱，也使 需要加熱的工業(yè)用天然氣出口溫度穩(wěn)定，保證了天然氣的輸配和使用。
c. 本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資小，可在短期內(nèi)回收，易推廣使用。


圖l是圓筒式氣體加熱爐的立體示意圖2是現(xiàn)有技術(shù)圓筒式氣體加熱爐垂直于軸線的橫截面上四條流道以及
熱流場(chǎng)的分布圖3是圓筒式氣體加熱爐在使用狀態(tài)的配置示意圖4是本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)型圓筒式氣體加熱爐，垂直正交線逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)10 度實(shí)施例的四條流道以及熱流場(chǎng)的分布圖5是本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)型圓筒式氣體加熱爐，垂直正交線順時(shí)針旋轉(zhuǎn)20 度實(shí)施例的四條流道以及熱流場(chǎng)的分布圖。
圖中，1是輸送需要加熱氣體送入/送出流道，2是輸送需要加熱氣體送 出/送入流道，3是大圓筒，4是加熱氣體送入流道，5是加熱氣體送出流道， 6是加熱爐機(jī)架。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例l，如圖5所示，在具有2.65米長(zhǎng)度1.22米直徑的大圓筒3內(nèi)， 在垂直于軸線的橫截面上以軸心為原點(diǎn)，在由垂直正交線劃分橫截面為四個(gè) 象限中分別設(shè)置一條流道，且上方與下方各自兩條流道在大圓筒的一端相連 通，另一端的開(kāi)口處分別為輸入口和輸出口，上方兩條流道分別為輸送需要 加熱氣體送入流道1和輸送需要加熱氣體送出流道2，輸送需要加熱的氣體為 天然氣。下方兩條流道為加熱氣體流道，下方加熱氣體送入流道4為一根管 道結(jié)構(gòu)，燃燒天然氣產(chǎn)生高溫?zé)煔?，?jīng)加熱氣體送入流道4供熱，俗稱"火 筒"，其余，包括上方兩條輸送需要加熱氣體流道和下方加熱氣體送出流道5 為由多根細(xì)管組成的管束結(jié)構(gòu)，在大圓筒內(nèi)和四條流道的管壁之間充滿中間 載熱介質(zhì)，橫截面上的垂直正交線順時(shí)針旋轉(zhuǎn)20度，使大圓筒3內(nèi)的加熱氣 體送入流道4位于大圓筒3的最下部，形成一股較強(qiáng)向上的熱壓，使大圓筒3 內(nèi)中間載熱介質(zhì)形成順時(shí)針循環(huán)順暢的熱流場(chǎng)，可提高加熱爐效率3.1%。
實(shí)施例2，如圖4所示，在具有2.65米長(zhǎng)度1.22米直徑的大圓筒3內(nèi)，
在垂直于軸線的橫截面上以軸心為原點(diǎn)，在由垂直正交線劃分橫截面為四個(gè) 象限中分別設(shè)置一條流道，且上方與下方各自兩條流道在大圓筒的一端相連
通，另一端的開(kāi)口處分別為輸入口和輸出口，上方兩條流道分別為輸送需要
加熱氣體送入流道1和送出流道2，輸送需要加熱的氣體為天然氣。下方兩條 流道為加熱氣體流道，下方加熱氣體送入流道4為一根直徑為33厘米的管道 結(jié)構(gòu)，燃燒天然氣產(chǎn)生高溫?zé)煔?，由加熱氣體送入流道4供熱，其余，包括 上方兩條輸送氣體流道和下方加熱氣體送出流道5為由多根直徑為2.5厘米 細(xì)管組成的管束結(jié)構(gòu)，在大圓筒內(nèi)和四條流道的管壁之間充滿中間載熱介質(zhì)， 橫截面上的垂直正交線逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)10度，使大圓筒3內(nèi)的加熱氣體送出流道 5的位置偏下，從而使大圓筒3內(nèi)中間載熱介質(zhì)形成較順暢的熱流場(chǎng)，消除"死 角"，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱和均勻加熱。
權(quán)利要求1. 一種旋轉(zhuǎn)型圓筒式氣體加熱爐，包括在具有一定長(zhǎng)度和直徑的大圓筒(3)內(nèi)，在垂直于軸線的橫截面上以軸心為原點(diǎn)，在由垂直正交線劃分橫截面為四個(gè)象限中分別設(shè)置一條流道，且上方與下方各自兩條流道在大圓筒(3)的一端相連通，另一端的開(kāi)口處分別為輸入口和輸出口，上方兩條流道為輸送需要加熱氣體流道，下方兩條流道為加熱氣體流道，下方加熱氣體送入流道(4)為一根管道結(jié)構(gòu)，其余，包括上方兩條輸送需要加熱氣體流道和下方加熱氣體送出流道(5)為由多根細(xì)管組成的管束結(jié)構(gòu)，在大圓筒(3)內(nèi)和四條流道的管壁之間充滿中間載熱介質(zhì)，其特征在于所述橫截面上的垂直正交線旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述旋轉(zhuǎn)型圓筒式氣體加熱爐，其特征在于所述的旋 轉(zhuǎn)一個(gè)角度為5至30度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述旋轉(zhuǎn)型圓筒式氣體加熱爐，其特征在于所述的旋 轉(zhuǎn)角度是10至25度。
專利摘要本實(shí)用新型涉及在天然氣開(kāi)采、輸配過(guò)程中對(duì)天然氣進(jìn)行加熱升溫的一種裝置。一種旋轉(zhuǎn)型圓筒式氣體加熱爐，在大圓筒(3)內(nèi)，在橫截面四個(gè)象限中分別設(shè)置一條流道，且上方與下方各自兩條流道在大圓筒(3)的一端相連通，另一端的開(kāi)口處分別為輸入口和輸出口，上方兩條為輸送需要加熱氣體流道，下方兩條為加熱氣體流道，下方加熱氣體送入流道(4)為一根管道結(jié)構(gòu)，其余，包括上方兩條輸送需要加熱氣體流道和下方加熱氣體送出流道(5)為由多根細(xì)管組成的管束結(jié)構(gòu)，在大圓筒(3)內(nèi)充滿中間載熱介質(zhì)，橫截面上的垂直正交線旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。對(duì)不同中間載熱介質(zhì)、不同輸送氣體、不同溫差的加熱氣體，本技術(shù)方案能提高加熱效率約3％。
文檔編號(hào)F24H9/18GK201203266SQ20082005757
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者平 嚴(yán), 曹偉武, 韻 郭, 錢(qián)尚源 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)