甲醇无火焰制热设备及其控制方法技术

本发明专利技术涉及甲醇无火焰制热设备及其控制方法。甲醇无火焰制热设备由甲醇汽化混合器和甲醇制热反应器组成，所述甲醇汽化混合器的空气预热室内设有填充有催化剂的换热管，经空气预热室加热后的空气与预热甲醇混合，在空气预热室的换热管内发生催化氧化反应，放出用于加热空气的热能；所述甲醇制热反应器的工质加热室内设有填充有催化剂的换热管，混合有空气的甲醇混合气在换热管内进行催化氧化反应，放出热能给工质加热。所述控制方法为依据各相关步骤的甲醇催化氧化反应放热量根据热平衡或经验系数计算预热甲醇和制热甲醇的流量。本发明专利技术能够实现甲醇的充分催化反应，有助于减少空气污染物排放，避免明火带来的安全隐患。

Methanol flameless heating equipment and its control method

【技术实现步骤摘要】
甲醇无火焰制热设备及其控制方法
本专利技术涉及甲醇无火焰制热设备及其控制方法。
技术介绍
能源是人类经济活动中最重要的要素，当今世界正面临着能源短缺，环境污染日益严重和温室效应等诸多问题，为保护人类赖以生存的环境并使经济持续发展，开发洁净的新能源已迫在眉睫，很多发达国家已将清洁的可再生能源甲醇作为自己未来能源而加紧研究开发。由于传统的煤炭等化石燃料所造成的污染一直是个急待解决的问题。甲醇作为一种清洁的能源，同时又具有可储存和输送的特点，从长远看，它的发展可能带来能源结构的重大改变，大力研究开发甲醇制热技术和设备，无论对整个世界还是对我国能源安全，还是能源可持续性发展都有着特别重要的意义，不但可替代传统燃料，而且污染小，并且运行成本低，应用广泛。现有技术下，甲醇制热的主要方法作为燃气与空气混合燃烧。然而，这种明火燃烧的方式往往存在燃烧不充分且排放甲醛和氮氧化物（NOx）等空气污染物的问题，在某些特殊场合下还禁止明火燃烧，以消除安全隐患。
技术实现思路
为克服现有技术的上述缺陷，本专利技术提供了甲醇汽化混合器、甲醇制热反应器及由所述甲醇汽化混合器和甲醇制热反应器组成的甲醇无火焰制热设备，以实现甲醇的充分催化反应，减少空气污染物排放，避免明火带来的安全隐患。本专利技术的技术方案是：甲醇无火焰制热设备，包括本专利技术公开的任一种甲醇汽化混合器和本专利技术公开的任一种甲醇制热反应器，所述甲醇汽化混合器的甲醇混合气出口连接所述甲醇制热反应器的甲醇混合气进口。本专利技术涉及的甲醇汽化混合器和甲醇制热反应器均为甲醇无火焰加热器在相应用途下的具体实施方式。所述甲醇无火焰加热器设有壳体，所述壳体内设有管板，所述管板的外缘与所述壳体密封，包括进口侧管板和出口侧管板，所述进口侧管板和出口侧管板将壳体内空间沿壳体的轴向依次分隔为进口腔、加热腔和出口腔，所述加热腔位于所述进口腔和出口腔之间，通常可以为所述壳体内空间的主体部分，其容积通常可大于所述进口腔和出口腔的容积之和，所述进口侧管板和出口侧管板通常应垂直于所述壳体的轴向，且通常为平面板，所述加热室内设有列管，所述列管由若干换热管组成，所述换热管的进口端和出口端分别固定连接在所述进口侧管板和出口侧管板上，所述换热管的管孔与所述进口侧管板的对应板孔和所述出口侧管板的对应板孔连通为一体，管端的外壁分别与所述进口侧管板和所述出口侧管板密封，所述进口腔设有反应气进口，所述出口腔设有反应气出口，所述加热腔设有被加热介质进口和被加热介质出口，所述换热管内填充有用于甲醇催化氧化的催化剂。送入所述反应气进口的反应气体为甲醇混合气，所述甲醇混合气是指含有甲醇和氧的混合气体，可以在催化剂的作用下发生甲醇的催化氧化反应，反应气体经过在加热管内的催化氧化反应后，释放反应热以加热所述加热管外面的被加热介质，经过在加热管内的催化氧化反应后的反应气包含甲醇催化氧化后的产物，进入出口腔，从反应气出口排出。所述甲醇混合气为适应于甲醇催化氧化的含有一定甲醇和氧的混合气体，通常可以由甲醇和一定比例的空气混合而成，可以依据具体使用目的或要求确定甲醇与空气的比例。所述壳体的主体部分通常呈圆筒状，圆筒的两端密封连接有各自的封头，所述封头的外形可以为球缺形，也可以采用其他类似反应设备的壳体形状。所述进口侧管板和出口侧管板通常可以为平面板且垂直于所述壳体的轴向，固定安装在所述壳体的内壁上。甲醇无火焰加热器的可以为立式壳体，或者为卧式壳体，或者为其他形式设置的壳体，通常优选为立式。立式壳体和卧式壳体的主要区别在于设置方向不同，将立式壳体旋转90堵，由竖立布置变为水平布置，即可作为卧式壳体。根据需要，也可以将壳体倾斜一定程度，使其轴线与竖向和水平方向均有一定的夹角。壳体的设置方向（轴线方向）不妨碍这种产品的工作，可以依据实际需要任意设置。上述涉及甲醇无火焰加热器的
技术实现思路
，适用于本专利技术的甲醇汽化混合器和甲醇制热反应器。下面对甲醇汽化混合器和甲醇制热反应器及由甲醇汽化混合器和甲醇制热反应器组成的甲醇无火焰制热设备做进一步介绍。甲醇汽化混合器，设有立式的壳体，所述壳体内设有列管和管板，所述管板包括上管板和下管板，所述上管板和下管板均水平设置，分别固定安装在所述壳体的上部和下部，所述上管板和下管板的外缘与所述壳体密封，将壳体内空间分隔为自上至下依次分布的混合均压室、空气预热室和汽化混合室，所述列管由若干换热管组成，所述换热管的上端和下端分别固定连接在所述上管板和下管板上，所述换热管的外壁与所述上管板和下管板密封，管孔与所述上管板和下管板的对应板孔连通为一体，所述空气预热室设有空气进口和空气出口，所述换热管内填充有用于甲醇催化氧化的催化剂，所述空气预热室的空气出口通过中间输气管连接所述混合均压室的预热混合气进口，所述中间输气管设有预热甲醇进口或者所述混合均压室设有预热甲醇进口，所述汽化混合室设有制热甲醇进口和甲醇混合气出口。优选地，所述空气预热室的空气出口设置在空气预热室的上部，空气进口设置在空气预热室的下部。优选地，所述汽化混合室的上部设有甲醇喷淋管，所述甲醇喷淋管上设有喷嘴或喷淋孔，所述制热甲醇进口的内端连通所述甲醇喷淋管。优选地，所述换热管为等径或变径的圆管（横截面为圆的管）。优选地，所述换热管为管壁的竖向切面呈波浪形的变径圆管，即其管壁呈以波浪形的曲线为母线的旋转曲面状，其内径沿轴向周期性变化且上下两个方向上的变化规律相同。优选地，各所述换热管在相同高度上的管径相等，因此相邻换热管在不同高度上的距离是变化的。优选地，所述混合均压室的预热混合气进口位于其顶部。优选地，所述中间输气管的近混合均压室区域设有缩颈结构，所述预热甲醇进口设置在所述中间输气管的缩颈结构的管径最小处的侧壁上。优选地，所述甲醇混合气出口和所述空气进口之间设有空气循环管道，所述空气循环管道上串接有加热装置，所述甲醇混合气出口通过相应空气循环管道连接所述加热装置的进口，所述加热装置的出口通过相应空气循环管道连接所述空气预热室的空气进口。所述加热装置可以为电加热器，以便简化配套设施。所述空气循环管道上通常可以设有循环泵。可以依据现有技术，采用三通实现加热装置与相关管道的连接。甲醇无火焰制热反应器，设有立式的壳体，所述壳体内设有列管和管板，所述管板包括上管板和下管板，所述上管板和下管板均水平设置，分别固定安装在所述壳体的上部和下部，所述上管板和下管板的外缘与所述壳体密封，将壳体内空间分隔为自下至上依次分布的均压进气室、工质加热室和均压排气室，所述列管由若干换热管组成，所述换热管的上端和下端分别固定连接在所述上管板和下管板上，所述换热管的外壁分别与所述上管板和下管板密封，管孔与所述上管板和下管板的对应板孔连通为一体，所述工质加热室设有工质进口和工质出口，所述换热管内填充有用于甲醇催化氧化的催化剂，所述均压进气室设有甲醇混合气进口，所述均压排气室设有废气出口。所述工质加热室的工质进口通常可以设置在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.甲醇无火焰制热设备，其特征在于包括：/n甲醇汽化混合器，设有立式的壳体，所述壳体内设有列管和管板，所述管板包括上管板和下管板，所述上管板和下管板均水平设置，分别固定安装在所述壳体的上部和下部，所述上管板和下管板的外缘与所述壳体密封，将壳体内空间分隔为自上至下依次分布的混合均压室、空气预热室和汽化混合室，所述列管由若干换热管组成，所述换热管的上端和下端分别固定连接在所述上管板和下管板上，所述换热管的外壁与所述上管板和下管板密封，管孔与所述上管板和下管板的对应板孔连通为一体，所述空气预热室设有空气进口和空气出口，所述换热管内填充有用于甲醇催化氧化的催化剂，所述空气预热室的空气出口通过中间输气管连接所述混合均压室的预热混合气进口，所述中间输气管设有预热甲醇进口或者所述混合均压室设有预热甲醇进口，所述汽化混合室设有制热甲醇进口和甲醇混合气出口；/n甲醇制热反应器，设有立式的壳体，所述壳体内设有列管和管板，所述管板包括上管板和下管板，所述上管板和下管板均水平设置，分别固定安装在所述壳体的上部和下部，所述上管板和下管板的外缘与所述壳体密封，将壳体内空间分隔为自下至上依次分布的均压进气室、工质加热室和均压排气室，所述列管由若干换热管组成，所述换热管的上端和下端分别固定连接在所述上管板和下管板上，所述换热管的外壁分别与所述上管板和下管板密封，管孔与所述上管板和下管板的对应板孔连通为一体，所述工质加热室设有工质进口和工质出口，所述换热管内填充有用于甲醇催化氧化的催化剂，所述均压进气室设有甲醇混合气进口，所述均压排气室设有废气出口，/n所述甲醇汽化混合器的甲醇混合气出口连接所述甲醇制热反应器的甲醇混合气进口。/n...

【技术特征摘要】
1.甲醇无火焰制热设备，其特征在于包括：
甲醇汽化混合器，设有立式的壳体，所述壳体内设有列管和管板，所述管板包括上管板和下管板，所述上管板和下管板均水平设置，分别固定安装在所述壳体的上部和下部，所述上管板和下管板的外缘与所述壳体密封，将壳体内空间分隔为自上至下依次分布的混合均压室、空气预热室和汽化混合室，所述列管由若干换热管组成，所述换热管的上端和下端分别固定连接在所述上管板和下管板上，所述换热管的外壁与所述上管板和下管板密封，管孔与所述上管板和下管板的对应板孔连通为一体，所述空气预热室设有空气进口和空气出口，所述换热管内填充有用于甲醇催化氧化的催化剂，所述空气预热室的空气出口通过中间输气管连接所述混合均压室的预热混合气进口，所述中间输气管设有预热甲醇进口或者所述混合均压室设有预热甲醇进口，所述汽化混合室设有制热甲醇进口和甲醇混合气出口；
甲醇制热反应器，设有立式的壳体，所述壳体内设有列管和管板，所述管板包括上管板和下管板，所述上管板和下管板均水平设置，分别固定安装在所述壳体的上部和下部，所述上管板和下管板的外缘与所述壳体密封，将壳体内空间分隔为自下至上依次分布的均压进气室、工质加热室和均压排气室，所述列管由若干换热管组成，所述换热管的上端和下端分别固定连接在所述上管板和下管板上，所述换热管的外壁分别与所述上管板和下管板密封，管孔与所述上管板和下管板的对应板孔连通为一体，所述工质加热室设有工质进口和工质出口，所述换热管内填充有用于甲醇催化氧化的催化剂，所述均压进气室设有甲醇混合气进口，所述均压排气室设有废气出口，
所述甲醇汽化混合器的甲醇混合气出口连接所述甲醇制热反应器的甲醇混合气进口。


2.如权利要求1所述的甲醇无火焰制热设备，其特征在于所述甲醇汽化混合器和所述甲醇制热反应器的换热管均为等径或变径的圆管。


3.如权利要求2所述的甲醇无火焰制热设备，其特征在于所述甲醇汽化混合器的换热管均为管壁的竖向切面呈波浪形的变径圆管，所述甲醇汽化混合器中的各所述换热管在相同高度上的管径相等，和/或，所述甲醇制热反应器的换热管为管壁的竖向切面呈波浪形的变径圆管，所述甲醇制热反应器中的各所述换热管在相同高度上的管径相等。


4.如权利要求1-3任一项所述的甲醇无火焰制热设备，其特征在于所述甲醇汽化混合器的中间输气管的近混合均压室区域设有缩颈结构，所述预热甲醇进口设置在所述中间输气管的缩颈结构的管径最小处的侧壁上。


5.如权利要求1-3任一项所述的甲醇无火焰制热设备，其特征在于所述甲醇制热反应器的工质加热室内设有若干折流板，所述折流板上设有用于穿过相应换热管的换热管孔，所述折流板在竖向上交错分布。


6.如权利要求1-3任一项所述的甲醇无火焰制热设备，其特征在于所述甲醇汽化混合器的甲醇混合气出口和所述空气进...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志国，郝铁，梁海滨，
申请(专利权)人：北京燕东兆阳新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11