申请/专利权人：上海工程技术大学

申请日：2018-12-29

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN109870043B

主分类号：F28D1/047

分类号：F28D1/047;F28D1/053;F28D19/00;F28F9/22

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2019.07.05#实质审查的生效;2019.06.11#公开

摘要：本发明涉及一种介质参与性辐射加热气化装置的改良结构，包括在卧式大筒体内以大筒体横截面上经过轴心的水平轴为对称轴，一下一上对称布置的加热流道和冷却流道，加热流道由布置于大筒体横截面上经过轴心的竖直轴两侧的火筒和烟气管束构成，冷却流道由布置于大筒体横截面上经过轴心的竖直轴两侧的前冷却流道和后冷却流道构成，大筒体与加热流道和冷却流道的管壁之间的空间用于填充中间载热介质，前冷却流道和后冷却流道之间具有竖直设置的导板。与现有技术相比，本发明加热气化效率可提高约3‑4％，而且结构简单，投资小，极易推广使用。

主权项：1.一种介质参与性辐射加热气化装置的改良结构，包括在卧式大筒体1内以大筒体1横截面上经过轴心的水平轴为对称轴，一下一上对称布置的加热流道和冷却流道，加热流道由布置于大筒体1横截面上经过轴心的竖直轴两侧的火筒2和烟气管束3构成，冷却流道由布置于大筒体1横截面上经过轴心的竖直轴两侧的前冷却流道4和后冷却流道5构成，大筒体1与加热流道和冷却流道的管壁之间的空间用于填充中间载热介质，其特征在于，前冷却流道4和后冷却流道5之间具有竖直设置的导板6；所述的导板6为竖直平板，且沿大筒体1轴向分布多块，所述的竖直平板顶端以焊接方式与大筒体1内侧壁顶部相接，竖直平板底端悬空；所述的冷却流道为多回程对流管束，前冷却流道4由一下一上设置的第一回程管束41和第二回程管束42构成，后冷却流道5由一上一下设置的第三回程管束51和第四回程管束52构成。

全文数据：一种介质参与性辐射加热气化装置的改良结构技术领域本发明属于油气加热装置技术领域，涉及一种在天然气供应流程中对天然气及LNG进行加热气化的装置，尤其是涉及一种介质参与性辐射加热气化装置的改良结构。背景技术实现以天然气为主的能源结构调整的优点是不言而喻的，天然气的资源、产量、输送、市场和消费组成统一产业链，其中一个环节断的话，整个产业链都会受到极大的影响，比如天然气或液化天然气使用过程中的加热和气化环节。通常，天然气加热气化采用中间载热介质间接加热的方式。其结构为，在卧式大筒体内布置火筒、烟气管束等加热受热面和多回程对流管束等冷却受热面，筒内充注中间载热介质作为加热和冷却受热面之间的传热媒介，帮助冷热两种流体达到传热的目的。通常，加热和冷却受热面以大筒体圆截面中心轴呈轴对称布置，火筒和烟气管束位于水平轴的下方，对称布置于垂直轴的左右侧；多回程对流管束位于水平轴的上方，各回程也对称布置于垂直轴的左右侧。燃料在火筒内燃烧，释放化学能，燃烧后的烟气流经火筒和烟气管束，最后经烟囱排出。燃烧后的高温烟气以辐射与对流的方式将热量传递给火筒和烟气管束的壁面，然后加热中间载热介质。对流管束位于加热炉的上方，浸于中间载热介质中。被加热天然气在对流管束内流动，以强制对流换热的方式吸收热量，使温度升高。显然，中间载热介质与火筒、烟气管束和对流管束的传热形式是影响天然气加热气化热效率的关键。由于认识的不足，现有研究和应用技术只针对介质的对流传热流场，而完全忽视介质参与性辐射的存在。在此基础上提出的旋转型与导流型结构，在解决常规布置形式不利于形成有效传热流场的缺陷时，效果非常有限，有时还会人为削弱了介质参与性辐射量，甚至导致天然气加热气化效率降低、启动慢、能耗高。发明内容本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种介质参与性辐射加热气化装置的改良结构。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种介质参与性辐射加热气化装置的改良结构，包括在卧式大筒体内以大筒体横截面上经过轴心的水平轴为对称轴，一下一上对称布置的加热流道和冷却流道，加热流道由布置于大筒体横截面上经过轴心的竖直轴两侧的火筒和烟气管束构成，冷却流道由布置于大筒体横截面上经过轴心的竖直轴两侧的前冷却流道和后冷却流道构成，大筒体与加热流道和冷却流道的管壁之间的空间用于填充中间载热介质，前冷却流道和后冷却流道之间具有竖直设置的导板。本发明通过沿流道设置的竖直导板，有效阻挡了前冷却流道和后冷却流道之间由于温差而产生的局部流动对冲，引导组织吸收了下方加热流道内高温烟气热量的中间载热介质向上流动，经过上方冷却流道放热后回流，保证上下流道间流动通道通畅的同时，介质参与性辐射也得到不同程度的增强，消除原有技术虽能使热流场得到一些改善但也人为阻挡并削弱了介质参与性辐射的缺陷，热交换充分，从而提高了耦合传热效率，降低能耗，经测试可以取得良好的加热气化效果。优选地，所述的导板为竖直平板，且沿大筒体轴向分布多块。虑到大筒体的轴向长度较长，介质沿轴向的流动分布，以及竖板的刚性，因此，沿轴向将竖板分割成多块，以利于制作加工和方便使用。优选地，所述的竖直平板的尺寸随实际使用场合进行调整。针对不同的介质种类及大筒体尺寸，调整竖直平板高度和长度，从而获得更好的耦合传热效果。优选地，所述的竖直平板顶端以焊接方式与大筒体内侧壁顶部相接，竖直平板底端悬空。竖板以焊接方式与大筒壁连接，加工简单，安全可靠，故障少。优选地，所述的火筒和前冷却流道位于大筒体横截面上经过轴心的竖直轴的同一侧。优选地，所述的冷却流道为多回程对流管束，前冷却流道由一下一上设置的第一回程管束和第二回程管束构成，后冷却流道由一上一下设置的第三回程管束和第四回程管束构成。优选地，火筒和烟气管束对称布置于大筒体横截面上经过轴心的竖直轴两侧，前冷却流道和后冷却流道对称布置于大筒体横截面上经过轴心的竖直轴两侧。与现有技术相比，本发明具有十分突出的特点和显著的优越性：1加热气化效率可提高约3-4％，所产生的经济效益是可观的。2结构简单，投资小，效益明显，可在短期内回收装置的投入，极易推广使用。附图说明图1为介质参与性介质参与性辐射加热气化装置二维横截面上加热流道及冷却流道的分布图a及局部放大图b；图2为本发明介质参与性辐射加热气化装置的改良结构的示意图；图3为本发明介质参与性辐射加热气化装置的改良结构的温度场分布图；图4为本发明介质参与性辐射加热气化装置的改良结构的热流场分布图。图中，1为大筒体，2为火筒，3为烟气管束，4为前冷却流道，41为第一回程管束，42为第二回程管束，5为后冷却流道，51为第三回程管束，52为第四回程管束，6为导板。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例1一种介质参与性辐射加热气化装置的改良结构，如图1a～b和2所示，包括在卧式大筒体1内以大筒体1横截面上经过轴心的水平轴即大圆筒1横截面上穿过圆心的水平直径为对称轴，一下一上对称布置的加热流道和冷却流道，加热流道由布置于大筒体1横截面上经过轴心的竖直轴即大圆筒1横截面上穿过圆心的竖向直径两侧的火筒2和烟气管束3构成，冷却流道由布置于大筒体1横截面上经过轴心的竖直轴两侧的前冷却流道4和后冷却流道5构成，大筒体1与加热流道和冷却流道的管壁之间的空间用于填充中间载热介质，前冷却流道4和后冷却流道5之间具有竖直设置的导板6。优选导板6为竖直平板，且沿大筒体1轴向分布多块。竖直平板顶端以焊接方式与大筒体1内侧壁顶部相接，竖直平板底端悬空。竖直平板的尺寸随实际使用场合进行调整。针对不同的介质种类及大筒体尺寸，调整竖直平板高度和长度，从而获得更好的耦合传热效果。本实施例中优选火筒2和前冷却流道4位于大筒体1横截面上经过轴心的竖直轴的同一侧。火筒2和烟气管束3对称布置于大筒体1横截面上经过轴心的竖直轴两侧，前冷却流道4和后冷却流道5对称布置于大筒体1横截面上经过轴心的竖直轴两侧。冷却流道为多回程对流管束，前冷却流道4由一下一上设置的第一回程管束41和第二回程管束42构成，后冷却流道5由一上一下设置的第三回程管束51和第四回程管束52构成。具体地：如图1和2所示，在长度2600毫米，直径1320毫米的大筒体1内，加热流道和冷却流道采用对称排布，水平和垂直加热面之间的距离b1和b2分别为540毫米和510毫米。火筒直径D2为325毫米。烟气管束3由24根直径42毫米的管子组成，管间距为68毫米。对流管束由9根直径38毫米的小圆管组成，来回四个管程，管间距b3和b4分别为90毫米和65毫米，角度为60°。由图3和图4所示，当介质为水时，沿大筒体1左侧的冷却流道与右侧的冷却流道之间，设置高度550mm，厚6毫米的垂直导板，即在左侧第三回程管束51、第四回程管束52和右侧第一回程管束41、第二回程管束42之间设置竖型的导板6，有效阻挡了第一回程管束41、第二回程管束42与第三回程管束51、第四回程管束52温差引发的流动对冲现象，确保上下流道间自然对流换热及辐射通道的通畅，大筒体1内左右两侧的加热和冷却受热面之间分别由于热压和介质参与性辐射的耦合作用，使中间载热介质形成左右两个循环顺畅的热流场，实现整体传热强化和均匀加热的目的，可提高加热气化装置效率3.5％。上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种介质参与性辐射加热气化装置的改良结构，包括在卧式大筒体1内以大筒体1横截面上经过轴心的水平轴为对称轴，一下一上对称布置的加热流道和冷却流道，加热流道由布置于大筒体1横截面上经过轴心的竖直轴两侧的火筒2和烟气管束3构成，冷却流道由布置于大筒体1横截面上经过轴心的竖直轴两侧的前冷却流道4和后冷却流道5构成，大筒体1与加热流道和冷却流道的管壁之间的空间用于填充中间载热介质，其特征在于，前冷却流道4和后冷却流道5之间具有竖直设置的导板6。2.根据权利要求1所述的一种介质参与性辐射加热气化装置的改良结构，其特征在于，所述的导板6为竖直平板，且沿大筒体1轴向分布多块。3.根据权利要求2所述的一种介质参与性辐射加热气化装置的改良结构，其特征在于，所述的竖直平板顶端以焊接方式与大筒体1内侧壁顶部相接，竖直平板底端悬空。4.根据权利要求1所述的一种介质参与性辐射加热气化装置的改良结构，其特征在于，所述的火筒2和前冷却流道4位于大筒体1横截面上经过轴心的竖直轴的同一侧。5.根据权利要求1或4所述的一种介质参与性辐射加热气化装置的改良结构，其特征在于，所述的冷却流道为多回程对流管束，前冷却流道4由一下一上设置的第一回程管束41和第二回程管束42构成，后冷却流道5由一上一下设置的第三回程管束51和第四回程管束52构成。6.根据权利要求1所述的一种介质参与性辐射加热气化装置的改良结构，其特征在于，火筒2和烟气管束3对称布置于大筒体1横截面上经过轴心的竖直轴两侧，前冷却流道4和后冷却流道5对称布置于大筒体1横截面上经过轴心的竖直轴两侧。

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