CN121271567A - 一种固体热载体加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热载体加热装置技术领域，特别涉及到一种固体热载体加热系统，包括由内而外依次设置的密封内腔、热载体腔和加热腔，密封内腔包括相互分隔的加热介质内腔和烟气内腔，热载体腔与加热介质内腔、烟气内腔和加热腔以百叶窗式通道连通；加热介质内腔连通有介质通道，用于向加热介质内腔输送含氧气体介质；热载体腔的出口外部设有燃料预热腔，燃料预热腔连通有燃料输送通道，用于使燃料预热腔内的燃料与热载体腔换热后进入加热腔；含氧气体与燃料混合燃尽产生高温烟气，高温烟气穿过热载体腔加热固体热载体后进入烟气内腔后从烟气通道排出。本发明可有效使热载体受热均匀，充分利用热载体的余热加热燃料和介质，提升热载体的热能利用效率。

Description

一种固体热载体加热系统

技术领域

本发明涉及热载体加热装置技术领域，特别涉及到一种固体热载体加热系统。

背景技术

在有机固废的热解系统中，通常采用热载体裂解的方式使有机固废热解，也即通过热载体直接接触加热有机固废，使有机固废达到裂解温度发生分解，产生裂解液和不可凝裂解气，裂解中产生的固体灰渣从裂解炉中排出作为热载体循环使用。在热载体循环使用过程中，热载体的重新加热过程是影响整个热解系统运行热能利用效率及裂解产物产率的重要因素。

目前，现有专利（公开号为：CN114702974A）公开了一种基于固体热载体加热的固废热解系统，其热载体的重新加热过程是通过高温烟气在加热炉中与热载体进行逆流换热。其中，高温烟气是由裂解气（燃料）和空气（含氧气体介质）在燃烧炉中燃烧产生，裂解气来自于热解反应器，空气通过第三风机向燃烧炉中输送。虽然，上述热载体的加热方式能够使热载体受热均匀，但是，由于热载体从热解反应器排出之后直接通过提升机输送至加热炉中，没有充分利用热载体的余热加热介质和燃料，导致热载体的热能利用效率低，同时导致上述的含氧气体介质和燃料在燃烧炉中的燃烧效率低下。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种固体热载体加热系统，其不仅有效使热载体受热均匀，还充分利用热载体的余热加热燃料和介质，提升含氧气体介质和燃料混合燃烧效率，同时提升热载体的热能利用效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种固体热载体加热系统，包括由内而外依次设置的密封内腔、热载体腔和加热腔，所述密封内腔包括相互分隔的加热介质内腔和烟气内腔，所述加热介质内腔连通有介质通道，用于向所述加热介质内腔输送含氧气体介质；所述加热介质内腔、烟气内腔和加热腔与热载体腔连通；所述含氧气体自所述加热介质内腔穿过所述热载体腔进入加热腔；所述热载体腔的两端分别设置有热载体进口和热载体出口，所述热载体腔的热载体进口和/或热载体出口外部设置有燃料预热腔，所述燃料预热腔上设置有燃料进口和燃料出口；所述燃料出口连通有燃料输送通道，用于将从所述燃料进口进入所述燃料预热腔内的燃料与所述热载体腔换热后进入加热腔；所述燃料与所述含氧气体介质在所述加热腔内混合燃尽产生高温烟气，所述高温烟气依次穿过所述热载体腔的外壁面、热载体腔和热载体腔的内壁面进入所述烟气内腔，所述烟气内腔连通有密封穿设于所述热载体腔的烟气通道，所述烟气通道用于将所述烟气内腔内的烟气排出。

本发明的有益效果：

1、本发明的固体热载体加热系统在使用时，通过介质通道将含氧气体介质输送进入加热介质内腔内，而进入加热介质内腔内的含氧气体介质穿过热载体腔进入加热腔，含氧气体介质不仅在加热介质内腔内与热载体腔的内壁（热载体腔的内壁热量来自于热载体腔内的热载体）换热得到预热，且在穿过热载体腔的过程也得到进一步预热；同时通过燃料输送通道将从燃料进口进入燃料预热腔内的燃料与热载体腔换热后进入加热腔，进入加热腔内的燃料和含氧气体介质在加热腔内混合燃尽产生高温烟气，高温烟气会依次穿过热载体腔的外壁面、热载体腔和热载体腔的内壁面进入烟气内腔，而进入烟气内腔的高温烟气通过烟气通道排出。由此可知，高温烟气在穿过热载体腔的过程中会与热载体腔内流动的固体热载体充分接触，加热效率高，使得热载体受热均匀，达到均匀加热热载体的效果；另外，加热系统利用热载体的余热加热含氧气体介质和燃料，使得含氧气体介质和燃料得到充分预热，提升含氧气体介质和燃料混合燃烧效率，同时提高热载体加热过程的热能利用效率。

2、本发明的固体热载体加热系统可以通过调节热载体进口和热载体出口的流量，控制热载体在热载体腔内的停留时间，从而达到控制热载体在热载体腔内的加热时间，进而实现热载体加热过程的精确控制。

进一步地，所述热载体腔的竖直内壁面和竖直外壁面上分别设置有第一通道和第二通道，所述热载体腔通过所述第一通道与所述加热介质内腔、所述烟气内腔连通，所述热载体腔通过所述第二通道与所述加热腔连通；其中，所述第一通道和/或第二通道为百叶窗式通道。

进一步地，所述介质通道设置在热载体腔上且与热载体腔不联通，所述含氧气体介质在所述介质通道内自下而上流动，经所述热载体腔预热后进入所述加热介质内腔。

进一步地，所述热载体腔的热载体进口或热载体出口的外壁上设置有与所述燃料预热腔连通的第三通道，使所述燃料能够进入所述热载体腔内与热载体换热后进入加热腔；第三通道与第一通道的结构相同。

进一步地，所述百叶窗式通道的叶片水平角度为30°～70°。

进一步地，所述含氧气体介质为空气或烟气，所述含氧气体介质的温度范围为0～900℃；燃料为液化气或天然气或裂解气或焦炉煤气或气化合成气。

进一步地，所述热载体腔的外形为立式的圆柱体或多边棱柱体或长方柱体或正方柱体。

进一步地，第一通道与第二通道的水平连线为水平第一方向，沿所述水平第一方向，所述热载体在所述热载体腔内的床层厚度为50～600mm。

进一步地，所述热载体为陶瓷或沙或石或无机灰渣或裂解碳渣或无机催化剂或金属；所述热载体的形状为粉状或球状或块状，所述热载体的粒径范围为0.2～50mm。

进一步地，所述热载体在所述热载体腔内停留的时间为5～90min。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

1、由于热载体床层厚度很薄，且热载体在热载体腔内处于流动状态，因此通过控制热载体在热载体腔内的流动速度，使自加热腔内穿过热载体腔的高温烟气可以与热载体腔内流动的热载体充分接触，即可使得热载体受热均匀，达到均匀加热热载体的效果。

2、本发明可充分利用热载体的余热加热含氧气体介质和燃料，使含氧气体介质和燃料得到充分预热，提高热载体加热过程的热能利用效率。

3、本发明可以通过调节热载体进入热载体进口或调节热载体从热载体出口流出的流量，从而控制热载体在热载体腔内的停留时间，达到控制热载体在热载体腔内的加热时间，进而实现热载体加热过程的精确控制。

4、本发明的热载体腔的竖直段壁面上设置的百叶窗式通道，既能使高温烟气穿过热载体床层快速加热热载体，使热载体升温速率快，又能减少加热过程热载体粉尘的产生。

附图说明

图1为本发明固体热载体加热系统的结构示意图；

图2为本发明固体热载体加热系统的俯视图；

图3为图1中A处的放大结构示意图。

附图中标记：

1、密封内腔；10、加热介质内腔；11、烟气内腔；2、热载体腔；20、热载体进口；21、热载体出口；22、第一通道；23、第二通道；24、第三通道；3、加热腔；4、介质输送管道；5、燃料输送通道；50、燃料输送管道；51、第二风机；6、烟气通道；60、烟气管道；61、第三风机；7、叶片；8、燃料预热腔；9、金属隔板。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

请参照图1-图3，本发明提供一种固体热载体加热系统，包括由内而外依次设置的密封内腔1、热载体腔2和加热腔3。

热载体腔2为立式结构，热载体腔2的外形包括但不限定于立式的圆柱体、多边棱柱体、长方柱体、正方柱体，在此处不作限定。

参照图1和图2，本实施例的热载体腔2的外形为多边棱柱体。

参照图1，热载体腔2的上下两端分别设置有热载体进口20和热载体出口21，燃料进口用于向热载体腔2内进入待加热的热载体，热载体自上而下在热载体腔2内流动，最后从热载体出口21流出。

本实施例的热载体为固体热载体。具体地，热载体包括但不限定于陶瓷、沙或石、无机灰渣、裂解碳渣、无机催化剂、金属及其混合物；热载体的形状为粉状或球状或块状，所述热载体的粒径范围为0.2～50mm。本实施例的热载体为陶瓷球，形状为球状，热载体的粒径为20mm。当然，在其他实施例中，热载体也可以为裂解碳渣，形状为粉状，粒径为1mm或0.2 mm或者50 mm。

参照图1，密封内腔1包括加热介质内腔10和烟气内腔11，所述加热介质内腔10和烟气内腔11通过金属隔板9上下分隔，也即加热介质内腔10和烟气内腔11相互独立。所述加热介质内腔10连通有介质通道，介质通道用于向所述加热介质内腔10输送含氧气体介质。

本实施例的介质通道设置在热载体腔2上，且与热载体腔2不联通。含氧气体介质在介质通道内自下而上流动，经所述热载体腔2预热后进入所述介质通道，如此可以使所述含氧气体介质在所述介质通道内与热载体腔2的壁面充分换热，从而使所述含氧气体介质得到充分预热。含氧气体介质包括但不限定于空气、烟气，所述含氧气体介质的温度范围为0～900℃。具体地，本实施例的含氧气体介质为空气，温度为25℃。在其他实施例中，含氧气体介质也可以为烟气，温度为300℃或900℃或0℃。

参照图1，介质通道包括介质输送管道4和第一风机（未图示），第一风机设置在介质输送管道4上，用于将介质输送管道4内的含氧气体介质输入所述加热介质内腔10内。也即，含氧气体介质通过气力输送的方式进入加热介质内腔10。

参照图1，所述加热介质内腔10、烟气内腔11和加热腔3与热载体腔2连通；所述含氧气体自所述加热介质内腔10穿过所述热载体腔2进入加热腔3。具体地，所述热载体腔2的竖直内壁面和竖直外壁面上分别设置有第一通道22和第二通道23，所述热载体腔2通过所述第一通道22与所述加热介质内腔10、所述烟气内腔11连通，所述热载体腔2通过所述第二通道23与所述加热腔3连通；其中，所述第一通道22和/或第二通道23为百叶窗式通道；所述第三通道24与所述第一通道22或所述第二通道23的结构相同。由此可以理解的是，热载体腔2竖直段壁面上布置的百叶窗式通道，既能使含氧气体介质穿过在热载体腔2内的热载体床层（热载体床层是指固态热载体在热载体腔2内堆积形成的动态介质体系），达到快速加热热载体的效果，又能减少加热过程热载体粉尘的产生，减轻烟气净化处理的难度。

参照图1和图3，所述第一通道22与所述第二通道23的水平连线为水平第一方向；沿所述水平第一方向，热载体腔2内的热载体床层厚度为L，L为50～600mm。本实施例的热载体床层厚度L为300mm。当然，在其他实施例中，热载体床层厚度L也可以为100mm或者50mm或者600mm，在此处不作限定。

参照图3，百叶窗式通道的叶片7水平角度A为30°～70°，本实施例的百叶窗式通道的叶片7水平角度为45°，便于供高温烟气穿过热载体腔2，从而便于高温烟气加热在热载体腔2内流动的热载体。当然，在其他实施例中，百叶窗式通道的叶片7水平角度也可以为30°或60°或70°，在此处不作限定。

需要说明的是，百叶窗式通道的叶片水平角度为在45°，可以起到控制气流路径的作用，使高温烟气在热载体床层内形成湍流强化换热效果。

参照图1，燃料预热腔8固定在所述热载体腔2的热载体出口21外部，所述燃料预热腔8上设置有燃料进口和燃料出口；燃料进口用于向燃料预热腔8内进燃料；所述燃料出口连通有燃料输送通道5，燃料输送通道5用于将从所述燃料进口进入所述燃料预热腔8内的燃料与所述热载体腔2换热后进入加热腔3。其中，燃料包括但不限于液化气、天然气、裂解气、焦炉煤气、气化合成气。本实施例的燃料为来自于有机固废热解系统在热解有机固废时产生的裂解气。

参照图1，燃料预热腔8通过设置在热载体腔2的热载体出口21的外壁上的第三通道24与热载体腔2连通，以使所述燃料能够进入所述热载体腔2内与热载体换热后进入加热腔3。第三通道24与第一通道22或第二通道23的结构相同。

参照图1，燃料输送通道5包括燃料输送管道50和第二风机51，燃料输送管道50的进口与燃料预热腔8的出口连通，燃料输送管道50的出口与所述加热腔3连通。由此可知，在第二风机51的动力下，从燃料进口进入燃料预热腔8内的燃料与热载体腔2换热后进入加热腔3内。也即，燃料通过气力输送的方式进入加热腔3。

参照图1，进入加热腔3内的燃料与进入加热腔3内的含氧气体介质在加热腔3内混合燃尽产生高温烟气，高温烟气依次穿过热载体腔2的外壁面、热载体腔2和热载体腔2的内壁面进入所述烟气内腔11，所述烟气内腔11连通有密封穿设于所述热载体腔2的烟气通道6，烟气通道6用于将所述烟气内腔11内的烟气排出。由此可知，加热腔3内的高温烟气依次穿过第二通道23、热载体腔2和第一通道22进入烟气内腔11，最后从烟气通道6排出进入烟气净化装置。

需要说明的是，本实施例加热后的燃料与加热后的含氧气体介质进入加热腔3之后，只要加热后的燃料与加热后的含氧气体介质混合后达到自燃点即可燃烧，无需在加热腔3内设置点火装置，从而简化了加热腔3的结构。

在其他实施例中，加热腔3内也可以设置点火装置，通过点火装置对加热腔3内的燃料和含氧气体介质点火，点火装置可采用加热炉的点火装置。

本实施例的烟气通道6包括烟气管道60和第三风机61，烟气管道60的进口端与烟气内腔11连通，烟气管道60的出口端与烟气净化装置连通，第三风机61设置在烟气管道60上。在第三风机61的动力下，烟气内腔11内的高温烟气通过烟气管道60进入烟气净化装置。

需要说明的是，热载体在所述热载体腔2内停留的时间为5～90min。其中，本实施例的热载体加热前后的温度范围分别为400℃和700℃，热载体在热载体腔2内停留时间为20min。在其他实施例中，热载体加热前后的温度范围分别为350℃和750℃，热载体在热载体腔2内停留时间为15min或5 min或90min。

本发明的固体热载体加热系统工作原理为：

含氧气体介质进入介质输送管道4，在第一风机的动力下，含氧气体介质自下而上流动进入加热介质内腔10，进入加热介质内腔10的含氧气体介质依次穿过第一通道22、热载体腔2和第二通道23进入加热腔3；燃料进入燃料预热腔8，在第二风机51的动力下，燃料进入热载体腔2的出口通道与经热载体预热后进入加热腔3内；进入加热腔3内的燃料和含氧气体介质在加热腔3内混合燃尽产生高温烟气；加热腔3内的高温烟气依次穿过第二通道23、热载体腔2和第一通道22进入烟气内腔11，在第三风机61的作用下，烟气内腔11内的高温烟气通过烟气管道60进入烟气净化装置。

综上可知，本发明的固体热载体加热系统具备如下有益效果：

1、加热腔3内的高温烟气在依次穿过第二通道23、热载体腔2和第一通道22进入烟气内腔11的过程中会与热载体腔2内流动的热载体充分接触，使得热载体受热均匀，加热效率高，达到均匀加热热载体的效果。由于热载体床层厚度很薄，而且热载体是处于流动状态，因此不会影响高温烟气热载体加热的均匀性。

2、本发明的加热系统利用热载体的余热加热含氧气体介质和燃料，使得含氧气体介质和燃料得到充分预热，提升含氧气体介质和燃料混合燃烧效率，同时提高热载体加热过程的热能利用效率。

3、本发明的固体热载体加热系统可以通过调节热载体进口20和热载体出口21的流量，控制热载体在热载体腔2内的停留时间，从而达到控制热载体在热载体腔2内的加热时间，进而实现热载体加热过程的精确控制。

4、热载体腔2的竖直段壁面上布置的百叶窗式通道，百叶窗式通道的叶片与水平地面成一定的角度，可以起到控制气流路径的作用，使高温烟气在热载体床层内形成湍流强化换热效果，既能使高温烟气穿过热载体床层快速加热热载体，使热载体升温速率快，又能减少加热过程热载体粉尘的产生，减轻烟气净化处理的难度。

需要说明的是，热载体进口20和热载体出口21的流量的调节可以采用现有的流量调节系统进行控制，在此处不作阐述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种固体热载体加热系统，其特征在于，包括由内而外依次设置的密封内腔、热载体腔和加热腔，所述密封内腔包括相互分隔的加热介质内腔和烟气内腔，所述加热介质内腔连通有介质通道，用于向所述加热介质内腔输送含氧气体介质；所述加热介质内腔、烟气内腔和加热腔与热载体腔连通；所述含氧气体自所述加热介质内腔穿过所述热载体腔进入加热腔；所述热载体腔的两端分别设置有热载体进口和热载体出口，所述热载体腔的热载体出口外部设置有燃料预热腔，所述燃料预热腔上设置有燃料进口和燃料出口；所述燃料出口连通有燃料输送通道，用于将从燃料进口进入所述燃料预热腔内的燃料与所述热载体腔换热后进入加热腔；所述燃料与所述含氧气体介质在所述加热腔内混合燃尽产生高温烟气，所述高温烟气依次穿过所述热载体腔的外壁面、热载体腔和热载体腔的内壁面进入所述烟气内腔，所述烟气内腔连通有密封穿设于所述热载体腔的烟气通道，所述烟气通道用于将所述烟气内腔内的烟气排出。

2.根据权利要求1所述的一种固体热载体加热系统，其特征在于，所述热载体腔的竖直内壁面和竖直外壁面上分别设置有第一通道和第二通道，所述热载体腔通过所述第一通道与所述加热介质内腔、所述烟气内腔连通，所述热载体腔通过所述第二通道与所述加热腔连通；其中，所述第一通道和/或第二通道为百叶窗式通道。

3.根据权利要求1或2所述的一种固体热载体加热系统，其特征在于，所述介质通道设置在热载体腔上且与热载体腔不联通，所述含氧气体介质在所述介质通道内自下而上流动，经所述热载体腔预热后进入所述加热介质内腔。

4.根据权利要求1或2所述的一种固体热载体加热系统，其特征在于，所述热载体腔的热载体出口的外壁上设置有与燃料预热腔连通的第三通道，使所述燃料能够进入所述热载体腔内与热载体换热后进入加热腔。

5.根据权利要求2所述的一种固体热载体加热系统，其特征在于，所述百叶窗式通道的叶片水平角度为30°～70°。

6.根据权利要求1所述的一种固体热载体加热系统，其特征在于，所述含氧气体介质为空气或烟气，所述含氧气体介质的温度范围为0～900℃；所述燃料为液化气或天然气或裂解气或焦炉煤气或气化合成气。

7.根据权利要求1所述的一种固体热载体加热系统，其特征在于，所述热载体腔的外形为立式的圆柱体或多边棱柱体或长方柱体或正方柱体。

8.根据权利要求2所述的一种固体热载体加热系统，其特征在于，所述第一通道与所述第二通道的水平连线为水平第一方向；沿所述水平第一方向，所述热载体在所述热载体腔内的床层厚度为50～600mm。

9.根据权利要求1所述的一种固体热载体加热系统，其特征在于，所述热载体为陶瓷或沙或石或无机灰渣或裂解碳渣或无机催化剂或金属；所述热载体的形状为粉状或球状或块状，所述热载体的粒径范围为0.2～50mm。

10.根据权利要求1所述的一种固体热载体加热系统，其特征在于，所述热载体在所述热载体腔内停留的时间为5～90min。