管式加热炉、采用其的工业设备及加热方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110500883A(43)申请公布日2019.11.26(21)申请号201910658760.4(22)申请日2019.07.19(71)申请人北京化工大学地址100029北京市朝阳区北三环东路15号(72)发明人贾志刚许成康宋朝辉(74)专利代理机构中科专利商标代理有限责任公司11021代理人马莉(51)Int.Cl.F27B17/00(2006.01)F27D99/00(2010.01)F27D17/00(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图3页(54)发明名称管式加热炉、采用其的工业设备及加热方法(57)摘要一种管式加热炉、采用其的工业设备及加热方法。该管式加热炉包括炉膛和布置在炉膛内的燃烧单元和热交换单元，其中燃烧单元为采用催化燃烧方式的催化燃烧单元，布置在炉膛的下部和/或底部；热交换单元的炉管布置在炉膛内，燃料在催化燃烧单元中燃烧产生的热量加热炉管内的工作介质。本发明的管式加热炉将气体燃料的催化燃烧与大风量烟气循环技术相结合，不仅大幅降低燃烧过程中生成的氮氧化物和一氧化碳，还能大幅节省燃料；同时，大幅降低加热炉的体积，减少加热炉的金属和非金属消耗量，大幅降低加热炉制造和运行成本；该新型加热炉具备经济、高效、节能、低排放的特征。CN110500883ACN110500883A权利要求书1/2页1.一种管式加热炉，包括炉膛和布置在炉膛内的燃烧单元和热交换单元，其特征在于：燃烧单元为采用催化燃烧方式的催化燃烧单元，布置在炉膛的下部和/或底部；热交换单元包括布置在所述炉膛内的炉管，所述催化燃烧单元产生的热量加热所述炉管内的工作介质。2.如权利要求1所述的管式加热炉，其特征在于，所述催化燃烧单元包括催化剂床层和位于催化剂床层下的气体分布器。3.如权利要求2所述的管式加热炉，其特征在于，所述催化燃烧单元采用气体燃料，所述气体燃料经过充分预混；作为优选，所述气体燃料为天然气、炼厂气和/或低热值燃料，其中所述低热值燃料进一步优选为热值大于57kJ/Nm3的低热值燃料；作为优选，所述气体燃料经过预热处理；进一步优选地，预热处理通过空气预热器来实现，所述空气预热器为板式换热器，或各种截面形状的光管、翅片管的列管换热器。4.如权利要求2所述的管式加热炉，其特征在于，所述催化燃烧单元还包括预热元件，用于所述管式加热炉正常操作前预热所述催化剂床层；作为优选，采用内置的电热丝和/或电加热棒来预热所述催化剂床层；作为优选，采用外置的电加热器来预热所述催化剂床层。5.如权利要求2所述的管式加热炉，其特征在于，所述管式加热炉还包括防止空气和气体燃料中的颗粒堵塞催化剂而在管线上设置的过滤器，和/或，避免出现火灾、爆炸事故后引起气体燃料发生爆炸而在气体燃料管线上安装的阻火器。6.如权利要求1所述的管式加热炉，其特征在于，所述管式加热炉还包括烟气循环单元，炉膛内的烟气通过从炉膛上方引出的循环管路输送到所述催化燃烧单元的燃料进口；作为优选，所述烟气循环单元中烟气循环质量流量与烟气质量流量的比值范围为5％～600％；作为优选，所述炉膛内炉管的数量为一组或多组，优选为2、3、4或5组；作为优选，所述炉膛内的热交换单元为板式换热器形式或列管形式，优选为各种截面形状的光管或翅片管。7.如权利要求1所述的管式加热炉，其特征在于，所述催化燃烧产生的烟气从炉膛排出后先与空气预热器进行热交换，再直接排放到大气中；作为优选，所述管式加热炉还包括烟气循环单元，炉膛内的烟气通过从炉膛上方引出的循环管路与所述空气预热器中预热后的气体燃料混合后，输送到所述催化燃烧单元的燃料进口。8.如权利要求1所述的管式加热炉，其特征在于，所述管式加热炉的催化燃烧单元的工作区间为400～1000℃；3作为优选，所述管式加热炉的催化燃烧单元燃烧过程中生成的NOx的浓度在10mg/m以下；作为优选，所述管式加热炉的催化燃烧单元燃烧过程中没有CO排放：作为优选，所述管式加热炉的炉膛中，催化燃烧产生的热量主要以对流传热的方式把热量传递给炉管中需要加热的工作介质；作为优选，所述管式加热炉的高度为现有技术中同等功率规格的管式加热炉高度的一2CN110500883A权利要求书2/2页半以下；作为优选，所述管式加热炉的占地面积为现有技术中同等功率规格的管式加热炉占地面积的一半以下；作为优选，所述管式加热炉的重量为现有技术中同等功率规格的管式加热炉重量的一半以下。9.一种采用如权利要求1～8任一项所述的管式加热炉的工业设备。10.一种采用如权利要求1～8任一项所述的管式加热炉的加热方法，其特征在于，包括以下步骤：对催化燃烧单元进行预热；向催化燃烧单元中注入燃料进行催化燃烧，主要以高温烟气的对流形式将燃料燃烧的热量传递给炉管中需要