專利名稱：一種加壓管式電阻爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及氣相反應(yīng)和固體燃料反應(yīng)特性研究，特別是煤等含碳燃料轉(zhuǎn)化及高效燃燒領(lǐng)域，也涉及二氧化碳、氮氧化物和重金屬等污染物排放控制領(lǐng)域。具體地說，本實(shí)用新型涉及一種加壓管式電阻爐。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，解決能源、碳排放、環(huán)境之間的矛盾已成為全球未來煤炭利用的關(guān)鍵問題。對(duì)于煤炭反應(yīng)過程的研究目前主要依賴于實(shí)驗(yàn)的方法。由于在工業(yè)裝置中存在很多影響反應(yīng)過程的因素，諸如存在不均勻流動(dòng)，傳熱、傳質(zhì)造成的溫度、濃度分布差異等等，這些因素互相耦合，在很大程度上將影響對(duì)煤所經(jīng)歷的實(shí)際物理化學(xué)過程的認(rèn)識(shí)，因而并不完全適合于燃料反應(yīng)過程的研究。
目前國內(nèi)外針對(duì)煤炭反應(yīng)過程研究的裝置主要有熱天平、絲網(wǎng)反應(yīng)器和管式電阻爐三種。其中管式電阻爐因其具有接近工業(yè)裝置(如煤粉爐、氣化爐和煉鐵高爐等)內(nèi)高升溫速率和連續(xù)進(jìn)出料等特點(diǎn)而發(fā)展很快，國外從上世紀(jì)90年代后著重發(fā)展加壓型管式電阻爐。目前裝置在設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)上還存在一些問題有待解決，主要體現(xiàn)為裝置的加壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、爐體工作段均溫性的提高、停留時(shí)間的誤差控制與調(diào)節(jié)等等。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)更為合理的加壓管式電阻爐。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的加壓管式電阻爐，其主要結(jié)構(gòu)為在爐膛內(nèi)可拆卸地插設(shè)一爐管；該爐管內(nèi)部的上端插設(shè)有燃料噴射槍，燃料噴射槍外部設(shè)有水冷夾套，該燃料噴射槍的上端口與加壓管式電阻爐的燃料入口連接；該燃料噴射槍的下端固定在一整流孔板中間；所述爐管內(nèi)部插設(shè)的燃料噴射槍的長度依需要選擇；插設(shè)有燃料噴射槍的整流孔板以上部分為預(yù)熱段，燃料噴射槍下方的爐管部分為工作段；通過預(yù)熱段將反應(yīng)氣預(yù)熱至工作溫度，使工作段溫度均勻；在爐膛的上部設(shè)有保護(hù)氣體入口和反應(yīng)氣入口 ；加壓管式電阻爐的底端可拆卸地插設(shè)有一取樣槍，該取樣槍的外徑小于所述爐管的內(nèi)徑；所述取樣槍的長度依需要選擇；爐膛與加壓管式電阻爐殼體之間設(shè)置有保溫層；爐膛內(nèi)安裝有若干個(gè)加熱體。本實(shí)用新型所述的加壓管式電阻爐中，進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案或技術(shù)特征是在爐膛的上部還設(shè)有測壓管。所述的殼體優(yōu)選由鋼板制成。殼體內(nèi)部的保溫層優(yōu)選為耐火纖維。[0018]位于預(yù)熱段的爐膛側(cè)壁上設(shè)有若干測控?zé)犭娕?，位于工作段的爐膛側(cè)壁上設(shè)有若干測控?zé)犭娕技耙暡齑?，每個(gè)測控?zé)犭娕紝?duì)應(yīng)一個(gè)控溫區(qū)。所述的加壓管式電阻爐中，加熱體優(yōu)選為電加熱，加熱體的熱端位于爐膛內(nèi)，冷端埋在保溫層內(nèi)，加熱體沿加壓管式電阻爐體的高度方向間隔地安裝兩根加熱體并水平對(duì)稱且垂直布置在爐管兩側(cè)，相鄰兩層加熱體之間為控溫區(qū)，并且相鄰兩層加熱體之間呈交錯(cuò)排列，通過調(diào)整各高度的加熱體兩端的電壓值以控制該控溫區(qū)的加熱功率。本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)多種反應(yīng)氣氛，用以進(jìn)行高溫、高壓和高升溫速率條件下含碳燃料化學(xué)反應(yīng)規(guī)律研究，探索提高燃料反應(yīng)效率、優(yōu)化反應(yīng)裝置設(shè)計(jì)的途徑，同時(shí)還可用于氣相反應(yīng)的研究。本實(shí)用新型還解決了加熱體密封、爐管不承壓、加壓下停留時(shí)間調(diào)節(jié)等問題，技術(shù)方案簡易可行，實(shí)施成本低。

圖I是本實(shí)用新型的加壓管式電阻爐裝置的剖面圖；圖2是本實(shí)用新型的加壓管式電阻爐燃料噴射槍的結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)用新型的加壓管式電阻爐加熱體安置剖面圖。
具體實(shí)施方式
以下參照附圖，進(jìn)一步描述本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案，以便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步地理解本實(shí)用新型，而不構(gòu)成對(duì)其權(quán)利的限制。實(shí)施例1，參照?qǐng)D1-3，一種加壓管式電阻爐，在爐膛2內(nèi)可拆卸地插設(shè)一爐管I ;該爐管I內(nèi)部的上端插設(shè)有燃料噴射槍6，燃料噴射槍6外部設(shè)有水冷夾套，該燃料噴射槍6的上端口與加壓管式電阻爐的燃料入口 7連接；該燃料噴射槍6的下端固定在一整流孔板15中間；所述爐管I內(nèi)部插設(shè)的燃料噴射槍6的長度依需要選擇；插設(shè)有燃料噴射槍6的整流孔板15以上部分為預(yù)熱段13，燃料噴射槍6下方的爐管I部分為工作段14 ;通過預(yù)熱段13將反應(yīng)氣預(yù)熱至工作溫度，使工作段14溫度均勻；在爐膛2的上部設(shè)有保護(hù)氣體入口 9和反應(yīng)氣入口 5 ；加壓管式電阻爐的底端可拆卸地插設(shè)有一取樣槍8，該取樣槍8的外徑小于所述爐管I的內(nèi)徑；所述取樣槍8的長度依需要選擇；爐膛2與加壓管式電阻爐殼體4之間設(shè)置有保溫層3 ；爐膛2內(nèi)安裝有若干個(gè)加熱體12。實(shí)施例2，實(shí)施例I所述加壓管式電阻爐中在爐膛2的上部還沒有測壓管10。所述的測壓管10設(shè)置在反應(yīng)氣入口 5附近，最好與反應(yīng)氣入口 5設(shè)置在同一水平面上。本實(shí)施例中，殼體4可以由鋼板制成。所述的保溫層3為耐火纖維。實(shí)施例3，實(shí)施例I或2所述加壓管式電阻爐中位于預(yù)熱段的爐膛2側(cè)壁上設(shè)有若干測控?zé)犭娕?，位于工作?4的爐膛2側(cè)壁上設(shè)有若干測控?zé)犭娕技耙暡齑?1，每個(gè)測控?zé)犭娕紝?duì)應(yīng)一個(gè)控溫區(qū)。實(shí)施例4，實(shí)施例I或2或3所述加壓管式電阻爐中所述的加熱體12為電加熱，加熱體12的熱端位于爐膛2內(nèi)，冷端埋在保溫層3內(nèi)，加熱體12沿加壓管式電阻爐體的高度方向間隔地安裝兩根加熱體并水平對(duì)稱且垂直布置在爐管I兩側(cè)，相鄰兩層加熱體12之間為控溫區(qū)，并且相鄰兩層加熱體12之間呈交錯(cuò)排列，通過調(diào)整各高度的加熱體12兩端的電壓值以控制該控溫區(qū)的加熱功率。實(shí)施例5，實(shí)施例1-4任何一項(xiàng)所述加壓管式電阻爐中取樣槍8外部設(shè)有水冷夾套。實(shí)施例6，一種加壓管式電阻爐。請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型的加壓管式電阻爐，其結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外按序分別為爐管I、爐膛2、保溫層3和殼體4，此外還包括加熱系統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、取樣系統(tǒng)。其中加熱系統(tǒng)包括加熱體12和電控設(shè)備(為公知設(shè)備，圖中未示)；
·[0041]進(jìn)料系統(tǒng)包括燃料噴射槍6及相關(guān)氣路(為公知設(shè)備，圖中未示)；進(jìn)氣系統(tǒng)包括預(yù)熱段13和整流孔板15 ；取樣系統(tǒng)包括取樣槍8及相關(guān)管路和閥門(為公知設(shè)備，圖中未示)。本實(shí)用新型加壓管式電阻爐的殼體4由鋼板連接而成，截面為圓柱形。殼體內(nèi)設(shè)置有耐火纖維作為保溫層3，保溫層3圍成的通道為方形爐膛2，爐膛2中心為爐管1，爐管I的內(nèi)部是反應(yīng)的發(fā)生場所。請(qǐng)結(jié)合圖2所示，爐管I上端的內(nèi)部插設(shè)有一個(gè)燃料噴射槍6，該燃料噴射槍6為一中空管，通過整流孔板15的中間固定在爐管I內(nèi)，插設(shè)有燃料噴射槍6的整流孔板15以上部分為預(yù)熱段13，位于預(yù)熱段13的上端設(shè)有燃料入口 7、反應(yīng)氣入口 5、保護(hù)氣體入口 9和測壓管10。燃料噴射槍6下端對(duì)應(yīng)的爐管為工作段14，位于工作段14的下端側(cè)壁上設(shè)有加熱體12及相關(guān)測控?zé)犭娕肌⒁暡齑?1及取樣槍8的管嘴。請(qǐng)結(jié)合圖3所示，保溫層3內(nèi)沿加壓滴爐高度方向隔一定的距離安裝兩根加熱體
12;加熱方式為電加熱，加熱體12的熱端位于爐膛2內(nèi)，冷端埋在保溫層3內(nèi)，加熱體12沿爐體高度方向隔一定距離安裝兩根，兩根加熱體12水平對(duì)稱且垂直布置在爐管I兩側(cè)，相鄰兩層加熱體12呈交錯(cuò)排列。導(dǎo)線一端連接加熱體12冷端，另一端接在接線端子16上，接線端子16為金屬材料，安裝在殼體4管口處用來密封。溫度實(shí)行多段分區(qū)控制，預(yù)熱段13為一個(gè)控溫區(qū)，工作段14為三個(gè)控溫區(qū)，通過調(diào)整各控溫區(qū)的加熱體12兩端電壓值來控制該控溫區(qū)的加熱功率。本實(shí)用新型的特點(diǎn)之一是設(shè)有預(yù)熱段13，可以將反應(yīng)氣體預(yù)熱至工作溫度，來保障工作段14的溫度均勻，同時(shí)也有助于燃料在進(jìn)入工作段14初始得到較高的升溫速率。本實(shí)用新型的爐管I采用細(xì)長爐管，爐管本身不承壓，在爐管I和爐膛2頂部連接處開孔，使?fàn)t管內(nèi)外連通。固體燃料從燃料噴射槍6噴入爐管I內(nèi)工作段14，燃料噴射槍6外部有水冷套。反應(yīng)氣體垂直于主流方向進(jìn)入爐管I后，再通過預(yù)熱段13和整流孔板15，以保證均勻地流入工作區(qū)。燃料噴射槍6和取樣槍8外部都有水冷夾套，采用循環(huán)水強(qiáng)制冷卻，使燃料(產(chǎn)物)在工作段外不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，減小停留時(shí)間實(shí)驗(yàn)誤差。本實(shí)用新型的爐管和取樣槍是可拆卸地設(shè)置在爐膣內(nèi)，本實(shí)用新型的爐管本身長度是不變的，而爐管內(nèi)燃料噴射槍的長度可設(shè)計(jì)成不同長度，同樣地還可以設(shè)計(jì)不同長度的取樣槍，當(dāng)需要調(diào)節(jié)工作段14長度時(shí)，更換相應(yīng)長度的燃料噴射槍6或取樣槍8即可，經(jīng)濟(jì)有效地實(shí)現(xiàn)了加壓操作下停留時(shí)間的調(diào)節(jié)。加壓管式電阻爐的底部安裝有耐壓視窗11，用以觀測獲取裝置內(nèi)部流動(dòng)、溫度等信息，增加科學(xué)認(rèn)識(shí)反應(yīng)途徑，強(qiáng)化裝置的研究功能。本實(shí)用新型的加壓管式電阻爐使用時(shí)，其順序?yàn)镮)首先啟動(dòng)加熱器，加熱體緩慢升溫，開始加熱整個(gè)爐體。調(diào)節(jié)各控溫區(qū)的加熱體12的加熱功率，保持爐體溫度均勻。2)溫度達(dá)到反應(yīng)要后，設(shè)定取樣槍8出口管道背壓閥工作壓力，將爐氣(惰性氣體)從保護(hù)氣體入口 9緩慢通入爐膛2。3)當(dāng)爐管內(nèi)壓力達(dá)到要求并穩(wěn)定后，從反應(yīng)氣入口 5往爐管I內(nèi)緩慢通入反應(yīng)氣體。4)采用氣體噴吹技術(shù)，用惰性氣體將固體燃料從燃料入口 6噴入爐管I。根據(jù)反應(yīng)氣量調(diào)整噴吹氣體氣量，使管內(nèi)流動(dòng)保持在穩(wěn)定流動(dòng)范圍內(nèi)。5)反應(yīng)后的產(chǎn)物通過取樣槍8收集，氣體產(chǎn)物通入相關(guān)分析儀器或排空。本實(shí)用新型提供了一套高溫、高壓和高升溫速率條件下適用于含碳燃料化學(xué)反應(yīng)規(guī)律研究的實(shí)驗(yàn)裝置，簡化其內(nèi)部影響因素，優(yōu)化和增強(qiáng)裝置的科學(xué)研究功能。
權(quán)利要求1.一種加壓管式電阻爐，其特征在于 在爐膛內(nèi)可拆卸地插設(shè)一爐管； 該爐管內(nèi)部的上端插設(shè)有燃料噴射槍，燃料噴射槍外部設(shè)有水冷夾套，該燃料噴射槍的上端口與加壓管式電阻爐的燃料入口連接；該燃料噴射槍的下端固定在一整流孔板中間； 所述爐管內(nèi)部插設(shè)的燃料噴射槍的長度依需要選擇； 插設(shè)有燃料噴射槍的整流孔板以上部分為預(yù)熱段，燃料噴射槍下方的爐管部分為工作段；通過預(yù)熱段將反應(yīng)氣預(yù)熱至工作溫度，使工作段溫度均勻； 在爐膛的上部設(shè)有保護(hù)氣體入口和反應(yīng)氣入口 ； 加壓管式電阻爐的底端可拆卸地插設(shè)有一取樣槍，該取樣槍的外徑小于所述爐管的內(nèi)徑；所述取樣槍的長度依需要選擇； 爐膛與加壓管式電阻爐殼體之間設(shè)置有保溫層； 爐膛內(nèi)安裝有若干個(gè)加熱體。
2.如權(quán)利要求I所述加壓管式電阻爐，其特征在于在爐膛的上部還沒有測壓管。
3.如權(quán)利要求I所述加壓管式電阻爐，其特征在于所述的保溫層為耐火纖維。
4.如權(quán)利要求I所述加壓管式電阻爐，其特征在于位于預(yù)熱段的爐膛側(cè)壁上設(shè)有若干測控?zé)犭娕迹挥诠ぷ鞫蔚臓t膛側(cè)壁上設(shè)有若干測控?zé)犭娕技耙暡齑?，每個(gè)測控?zé)犭娕紝?duì)應(yīng)一個(gè)控溫區(qū)。
5.如權(quán)利要求I所述加壓管式電阻爐，其特征在于所述的加熱體為電加熱，加熱體的熱端位于爐膛內(nèi)，冷端埋在保溫層內(nèi)，加熱體沿加壓管式電阻爐體的高度方向間隔地安裝兩根加熱體并水平對(duì)稱且垂直布置在爐管兩側(cè)，相鄰兩層加熱體之間為控溫區(qū)，并且相鄰兩層加熱體之間呈交錯(cuò)排列，通過調(diào)整各高度的加熱體兩端的電壓值以控制該控溫區(qū)的加熱功率。
6.如權(quán)利要求I所述加壓管式電阻爐，其特征在于取樣槍外部設(shè)有水冷夾套。
專利摘要一種加壓管式電阻爐，其結(jié)構(gòu)為一爐管，可拆卸地插設(shè)于爐膛內(nèi)；該爐管內(nèi)部的上端插設(shè)有燃料噴射槍，燃料噴射槍的上端口與加壓管式電阻爐的燃料入口連接；該燃料噴射槍的下端固定在一整流孔板中間；整流孔板以上部分為預(yù)熱段，燃料噴射槍的下端口下方的爐管部分為工作段；一取樣槍，插設(shè)在加壓管式電阻爐的底端；取樣槍外部設(shè)有水冷夾套；該爐膛對(duì)應(yīng)預(yù)熱段設(shè)有一保護(hù)氣體入口；該爐膛與殼體之間設(shè)置有保溫層；爐膛內(nèi)安裝有加熱體。本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)多種反應(yīng)氣氛，用以進(jìn)行高溫、高壓和高升溫速率條件下含碳燃料化學(xué)反應(yīng)規(guī)律研究。本實(shí)用新型還解決了加熱體密封、爐管不承壓、加壓下停留時(shí)間調(diào)節(jié)等問題。
文檔編號(hào)F27D11/02GK202630679SQ201220167468
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者肖云漢, 馬正中, 徐祥, 陽紹軍, 溫雨鑫, 王東方 申請(qǐng)人:江蘇中國科學(xué)院能源動(dòng)力研究中心