高真空加熱爐的製作方法
2023-05-02 16:11:41
專利名稱：高真空加熱爐的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種間接加熱設備，更具體地說，涉及一種利用高純度汽相熱載體作為傳熱介質來實現間接加熱的高真空加熱爐，該高真空加熱爐可廣泛應用於石油、石化等行業對井流或其它工藝流體(以下均稱工藝流體)等有加熱需求的場合。
背景技術：
到目前為止，國內外的一些鍋爐廠商已推出了一些利用汽相熱載體作為傳熱介質間接加熱的加熱爐，這些加熱爐均是利用熱載體的相變傳熱原理來實現間接加熱工藝流體。但是這些加熱爐在啟動過程中，由於注入加熱爐爐體內部的液相熱載體的液位高於加熱汽化段的元件(設在加熱爐爐體內部的加熱裝置，如火筒與煙管)，同時又低於用於間接加熱工藝流體的加熱盤管，因此，在注液完畢後，會在加熱爐的封閉空間(爐體)內存留有大量不利的不凝氣(空氣)。而為了排除爐體內的不凝氣，以形成較高純度的汽相加熱空間，且為了增加傳熱介質的傳熱效果，目前現有的加熱爐一般採用下述兩種方法來去除不凝氣一、「汽驅氣」的方法；二、利用真空泵抽吸的方法。其中「汽驅氣」的方法是在注液完畢後，使加熱爐爐體的頂部與大氣相通，啟動燃燒裝置，使熱載體在加熱過程中得以汽化，從而利用生成的汽相熱載體的攜帶作用來排除爐體中的不凝氣，當排到一定程度後，封閉爐體的頂部，與大氣隔離，形成封閉的汽相及液相空間。而真空泵抽吸的方法是在注液完畢後，封閉爐體，與大氣隔離，接著利用真空泵抽出爐體內的不凝氣，當抽到一定程度後，啟動燃燒裝置，使熱載體在加熱過程中得以汽化，待加熱到一定溫度後，再一次使用真空泵抽吸爐體內的不凝氣，而後關閉抽吸管路，繼續加熱形成封閉的汽相及液相空間。雖然，利用上述「汽驅氣」和真空泵抽吸兩種方法都可以達到一定的真空度，但是利用這兩種方法還是很難達到較高純度的汽相熱載體空間，而經實踐證明，當汽相空間中含有1％的不凝氣時，加熱盤管的管外傳熱係數將降低60％。另外目前利用「汽驅氣」的方法排除不凝氣的加熱爐還存在由於採用有機熱載體而汙染環境的問題。
有鑑於此，本實用新型中的創作人憑藉其多年從事相關行業的經驗與實踐，並經潛心研究與開發，終於創造出一種能夠達到高純度汽相熱載體加熱空間，從而有效增加加熱盤管傳熱係數即增加傳熱效率的高真空加熱爐。
發明內容
本實用新型的主要目的在於解決現有加熱爐存在汽相純度低、換熱效率低的問題。
本實用新型中的高真空加熱爐主要包括有爐體、燃燒裝置、控制裝置、熱量吸收傳輸裝置及汽相調節裝置，其中所述爐體為一封閉的、用於盛放熱載體的殼體，在該殼體的頂部設置有用於注入熱載體的注液閥及確保運行安全的安全閥；所述燃燒裝置包括有設在爐體內部底側的火筒與煙管，設在所述爐體外部的煙囪、燃燒器、燃料供應管路及點火裝置，燃料供應管路、燃燒器、火筒、煙管及煙囪連成一體，並在連接處呈密封連接；所述熱量吸收傳輸裝置包括至少一組設置在爐體內部頂側、用於間接加熱工藝流體的加熱盤管，該加熱盤管的輸入、輸出端均延伸出爐體外，並與工藝流體的輸送管道相連通；所述汽相調節裝置設於爐體的外側，該汽相調節裝置包括有液位控制閥、液位開關及高位液箱，其中，高位液箱內的最高液位面高於所述爐體的頂面，該高位液箱通過管道、液位控制閥與所述爐體的底部相連通，所述液位控制閥與液位開關電信號連接。
另外，所述高位液箱可在其頂部設置有一與外部其它儲存設備相連通的溢流口，確保爐體內部被全部注滿熱載體。
另外，所述熱載體可以是水、醇類、醇類的水合物、導熱油或其它熱載體。
另外，所述煙管及加熱盤管可以是普通光管，也可以是翅片管等高效熱管。
另外，所述爐體在其外側設置有保溫層，在保溫層外設置鍍鋅鐵皮、鋁皮或不鏽鋼皮保護層。
另外，所述汽相調節裝置還可以包括有一用於測量爐體內部汽相空間壓力的壓力傳感器，該壓力傳感器與所述液位控制閥電信號連接。
本實用新型中由高純度汽相熱載體作為傳熱介質的間接加熱爐，能夠在爐體內快速、高效地形成高純度汽相加熱空間，以獲得很高的加熱盤管管外傳熱係數，傳熱效率高，極大地降低加熱盤管的換熱面積，減小爐體的體積，節約製造成本，減少佔地空間。
下面將結合附圖對本實用新型中的具體實施例作進一步詳細說明。
圖1是本實用新型中爐體為一體式結構的加熱爐的結構示意圖；圖2是本實用新型中爐體為分體組合式結構的加熱爐的結構示意圖。
具體實施方式
實施例一如圖1所示，該實施例中的高真空加熱爐適用於功率較小的場合。該實施例中的高真空加熱爐主要包括有一爐體1、一燃燒裝置2、控制裝置(圖中未示出)、一汽相調節裝置3、一組加熱盤管4、一注液閥5、一安全閥6及一排汙口7。其中爐體1包括有一封閉的、用於盛放熱載體的殼體10，該殼體10在其外側設置有保溫層11，且在保溫層11外設置有鍍鋅鐵皮、鋁皮或不鏽鋼皮等保護層(圖中未示出)。該爐體1在其頂部設置有供注入熱載體8用的注液閥5、確保運行安全的安全閥6，同時在其底部設置有一排汙口7，以便定期排除爐體1內的沉澱物，提高加熱爐的使用效率。其中，注液閥5、安全閥6及排汙口7的結構與工作原理均為現有技術，因此不再另行詳細說明。
燃燒裝置2包括有設在爐體1內部底側的火筒20與煙管21，設在爐體1外部的煙囪22、燃燒器23(包括鼓風機)、燃料供應管路24及點火裝置25；燃料供應管路24、燃燒器23、火筒20、煙管21及煙囪22連成一體，並在連接處呈密封連接，在燃料供應管路24內供應的燃料為油或氣，至於選用哪一種燃料可以根據現場的具體條件決定。
控制裝置主要是為了完成加熱爐的自動控制、負荷調節及各種參數、狀態、故障報警的檢測等，該控制裝置為現有的成熟技術，作為本技術領域的普通技術人員可在不經任何創造性工作下實現，因此，在本實施例中不再詳細說明。
加熱盤管4位於爐體1內部的頂側，其輸入、輸出端40、41均延伸出爐體1外側，並與工藝流體輸送管道相連通。
汽相調節裝置3包括有一液位控制閥30、一液位開關31及一高位液箱32，其中，高位液箱32通過焊接(也可以是螺栓連接)的方式固定在爐體1的外側頂部，該高位液箱32在其頂部設置有一與其它儲存設備相連通的溢流口33，其底部通過管道34、液位控制閥30與爐體1的底部相連通，該液位控制閥30與液位開關31電信號連接。
本實施例中高真空加熱爐的工作原理、過程如下首先打開注液閥5往爐體1內部注入熱載體8，該熱載體8可以是水、醇類、醇類水合物、導熱油或其它熱載體，直到高位液箱32內充滿熱載體，高位液箱32是否充滿熱載體可通過溢流口33是否流出熱載體來判斷，此時，液位控制閥30處於常開啟狀態。待注液完畢後，關閉注液閥5，啟動燃燒裝置2進行加熱，在加熱過程中，爐體1內的液相熱載體逐步汽化變為汽相，產生汽相空間，而多餘的液相熱載體經由液位控制閥30、管道34排到高位液箱32、再由溢流口33溢流到別的儲存設備。當爐體1內部熱載體8的液面下降到一定位置時，由液位開關31鎖定液位控制閥30處於關閉位置，從而獲得高純度的汽相熱載體空間。此時再打開加熱盤管4的流程，使工藝流體流經加熱盤管4，如此，汽相熱載體通過加熱盤管4將潛熱傳給工藝流體，釋放潛熱後的汽相熱載體發生相變，凝結成液滴後靠重力落回液面，進行二次加熱，如此循環往復，實現連續加熱工藝流體。
本實施例中的高真空加熱爐藉助於設在爐體1上能夠快速、高效生成及調節爐體1上部冷凝換熱段汽相體積、壓力及純度的汽相調節裝置3，即藉助於汽相調節裝置3中的高位液箱32在汽相生成過程中起到液封及控制爐體1內汽相壓力的作用，使爐體1內部獲得一具有高純度的汽相空間。
實施例二如圖2所示，本實施例中的高真空加熱爐適用於較大功率的場合，同時適用於被加熱工藝流體出口溫度要求高的情況。該實施例中的高真空加熱爐主要包括有一爐體1、一燃燒裝置2、控制裝置(圖中未示出)、一汽相調節裝置3、一組加熱盤管4、一注液閥5、一安全閥6及一排汙口7。其中爐體1包括有上爐體12與下爐體13，在該上、下爐體12、13的外表面均設置有保溫層11，且在保溫層11的外側設置有鍍鋅鐵皮、鋁皮或不鏽鋼皮等保護層(圖中未示出)。上爐體12與下爐體13通過連接件密封連接，其中，上爐體12在其頂部設置有一供注入熱載體8用的注液閥5、確保運行安全的安全閥6，同時在下爐體13的底部設置有一排汙口7，以便定期排除爐體1內的沉澱物，提高加熱爐的使用效率。注液閥5、安全閥6及排汙口7的結構與工作原理均為現有技術，因此不再另行詳細說明。
燃燒裝置2、控制裝置與實施例一中的完全相同，因此，不再詳細說明。
加熱盤管4設置在上爐體12的內部，其輸入、輸出端40、41均延伸出上爐體12的外部，並分別與工藝流體的輸送管道相連通，在該實施例中，加熱盤管4的最佳安裝形式為垂直安裝，但是也可以根據不同情況而採取水平安裝，另外，在此強調一點，本實用新型中加熱盤管4的數量也可以根據加熱爐的功率及被加熱工藝流體的數量而進行改變，並不限制於本實施例中所述的一組。
汽相調節裝置3包括有一液位控制閥30、一液位開關31、一高位液箱32及一用於測量汽相空間壓力的壓力傳感器35，其中，高位液箱32通過焊接(或螺栓連接)的方式固定在上爐體12外側的上部，使高位液箱32的頂部高於上爐體12的頂部。在高位液箱32的頂部設置有一與其它儲存設備相連通的溢流口33，底部通過管道34、液位控制閥30與爐體1的底部相連通，液位控制閥30同時與液位開關31、壓力傳感器35電信號連接，並由壓力傳感器35自動控制。其中壓力傳感器35置於上爐體12的頂部。
本實施例中高真空加熱爐的工作原理、過程如下首先打開注液閥5，往爐體1內注入熱載體8，此時，液位控制閥30呈開啟狀態，直到高位液箱32內充滿熱載體。待注液完畢後，關閉注液閥5，啟動燃燒裝置2進行加熱，此時，液位控制閥30處於關閉位置。在加熱過程中，爐體1內的液相熱載體逐步汽化變為汽相，產生汽相空間，此時由壓力傳感器35控制液位控制閥30的開關(當汽相空間的壓力高於某一設定值的上限時，液位控制閥30開啟，當汽相空間的壓力低於此設定值的下限時，液位控制閥呈關閉)。在汽相空間的產生過程中，多餘的液相經由液位控制閥30、管道34排到高位液箱32、再由溢流口33溢流到別的儲存設備。待爐體1內熱載體8的液面下降到一定位置時，液位開關31鎖定液位控制閥30處於關閉狀態，從而獲得高純度的汽相熱載體空間。此時再打開加熱盤管4的流程，使工藝流體流經加熱盤管4，進而使汽相熱載體通過加熱盤管4將潛熱傳給工藝流體，釋放潛熱的汽相熱載體發生相變，凝結成液滴後落回液面，進行二次加熱，如此循環往復，實現連續加熱工藝流體。
在本實施例中，藉助於高位液箱32的液封作用及壓力傳感器35的控制汽相空間壓力作用，使得汽相空間壓力可進行設定，並且該壓力可處於某一正壓狀態，具有工作壓力範圍廣等特點。
綜上所述，本實用新型中的高真空加熱爐的工作原理是藉助於控制裝置控制燃燒裝置2燃燒燃料(油或氣)，使燃料在火筒20內燃燒，燃燒產生的高溫煙氣經火筒20流過煙管21，再由煙囪22排出，而因燃燒產生的熱量則通過輻射和對流的方式通過火筒20和煙管21傳遞給爐體1內部的液相熱載體8，該液相熱載體在加熱過程中逐漸汽化生成汽相熱載體，形成所需的汽相空間。在形成汽相空間後，打開加熱盤管4的流程，使工藝流體流經加熱盤管4，由於加熱盤管4位於汽相熱載體中，從而使汽相熱載體通過加熱盤管4將潛熱傳給流經加熱盤管4的工藝流體，即將燃燒產生的熱量間接傳給工藝流體，實現間接加熱的目的。而釋放潛熱後的汽相熱載體發生相變，凝結成液滴後靠重力落回液面，進行二次加熱，如此循環往復，實現連續加熱工藝流體的目的。
由此可見，本實用新型中的高真空加熱爐具有下述優點1.能夠在爐體內快速、高效地形成高純度汽相加熱空間，該汽相空間的汽相熱載體由液相熱載體在加熱過程中直接生成，純度幾乎為100％，真正實現熱載體高效相變換熱的目的。
2.可得到很高的加熱盤管管外傳熱係數，從而極大地降低加熱盤管的換熱面積，減小爐體的體積，節約製造成本，減小佔地空間。
3.可根據加熱爐的功率大小選擇爐體的不同結構。
4.汽相熱載體和液相熱載體處於一個封閉的空間內，使得熱載體在一次性注入後極少損失、很少需要補充。
另外，上述僅對本實用新型中的兩個較佳實施例作了說明，但並不能作為本實用新型的保護範圍，因作為本領域的技術人員對其作出相應的修改與修飾是可以的，如在一體式爐體的加熱爐上可以設置具有壓力傳感器35的汽相調節裝置，反過來，在分體組合式爐體的加熱爐上也可設置沒有壓力傳感器的汽相調節裝置，因此，凡是依據本實用新型的設計精神而作出的等效變化或修飾，均應認為落入本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種高真空加熱爐，其特徵在於其主要包括有爐體、燃燒裝置、控制裝置、熱量吸收傳輸裝置及汽相調節裝置，其中所述爐體為一封閉的、用於盛放熱載體的殼體，在該殼體的頂部設置有用於注入熱載體的注液閥及確保運行安全的安全閥；所述燃燒裝置包括有設在爐體內部底側的火筒與煙管，設在所述爐體外部的煙囪、燃燒器、燃料供應管路及點火裝置，燃料供應管路、燃燒器、火筒、煙管及煙囪連成一體，並在連接處呈密封連接；所述熱量吸收傳輸裝置包括至少一組設置在爐體內部頂側、用於間接加熱工藝流體的加熱盤管，該加熱盤管的輸入、輸出端均延伸出爐體外，並與工藝流體的輸送管道相連通；所述汽相調節裝置設於爐體的外側，該汽相調節裝置包括有液位控制閥、液位開關及高位液箱，其中，高位液箱內的最高液位面高於所述爐體的頂面，該高位液箱通過管道、液位控制閥與所述爐體的底部相連通，所述液位控制閥與液位開關電信號連接。
2.根據權利要求1中所述的高真空加熱爐，其特徵在於所述爐體為一體式結構。
3.根據權利要求1中所述的高真空加熱爐，其特徵在於所述爐體為分體式結構，其包括有上爐體與下爐體，上爐體與下爐體在連接處通過連接件密封連接。
4.根據權利要求2或3中所述的高真空加熱爐，其特徵在於所述高位液箱在其頂部設置有一與外部其它儲存設備相連通的溢流口。
5.根據權利要求2中所述的高真空加熱爐，其特徵在於所述高位液箱直接固定設置於所述爐體的頂部。
6.根據權利要求3中所述的高真空加熱爐，其特徵在於所述高位液箱直接固定設置於上爐體的旁側，且所述高位液箱的最高液位高於上爐體的頂面。
7.根據權利要求1至3中任意一項所述的高真空加熱爐，其特徵在於所述熱載體為水、醇類、醇類的水合物或導熱油。
8.根據權利要求1至3中任意一項所述的高真空加熱爐，其特徵在於所述煙管及加熱盤管為普通光管或翅片高效熱管。
9.根據權利要求1至3中任意一項所述的高真空加熱爐，其特徵在於所述爐體在其外側設置有保溫層，在保溫層外設置鍍鋅鐵皮、鋁皮或不鏽鋼皮保護層。
10.根據權利要求1至3中任意一項所述的高真空加熱爐，其特徵在於所述汽相調節裝置還包括有一用於測量所述爐體內部汽相空間壓力的壓力傳感器，該壓力傳感器與所述液位控制閥電信號連接。
專利摘要本實用新型公開了一種高真空加熱爐，由爐體、燃燒裝置、控制裝置、熱量吸收傳輸裝置及汽相調節裝置組成。爐體頂部設置有注液閥及安全閥；燃燒裝置包括有設在爐體內部底側的火筒與煙管，設在爐體外部的煙囪、燃燒器、燃料供應管路及點火裝置；熱量吸收傳輸裝置包括至少一組設置在爐體內部頂側的加熱盤管；汽相調節裝置包括有液位控制閥、壓力傳感器、液位開關及高位液箱，其中，高位液箱內的最高液位面高於所述爐體的頂面，該高位液箱通過管道、液位控制閥與爐體的底部相連通，液位控制閥分別各自與液位開關、壓力傳感器電信號連接。該加熱爐能夠真正實現熱載體高效相變換熱的目的，獲得很高的加熱盤管管外傳熱係數。
文檔編號F24H7/02GK2646620SQ03266059
公開日2004年10月6日 申請日期2003年6月25日 優先權日2003年6月25日
發明者王剛, 郝作信 申請人:王剛, 郝作信