CN103307642A

CN103307642A - 一种热集成的燃气炉系统及操作方法

Info

Publication number: CN103307642A
Application number: CN2013102154847A
Authority: CN
Inventors: 刘春江; 张婷; 丁晖殿; 袁希钢
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2013-09-18

Abstract

本发明涉及一种热集成的燃气炉系统及操作方法，空气通过风机、空气控制阀、空气流量计、换热器后进入节能炉；燃气通过燃气控制阀、燃气流量计进入节能炉，空气与燃气在节能炉中进行混合后燃烧；节能炉内燃烧产生的高温尾气通过换热器的壳程，空气通过换热器的管程，在换热器内完成热量交换；温度控制通过热电偶的方式检测炉内温度，并转化为电信号，通过对空气控制阀和燃气控制阀的调节，控制空气流量计和燃气流量计，完成对空气量和燃气量的自动控制。该工艺系统采用低温空气与高温尾气套管式换热技术和温控系统，充分利用燃料释放热量并进行控制。高温尾气的热量得以利用，提高燃料利用率。

Description

一种热集成的燃气炉系统及操作方法

技术领域

本发明涉及燃气炉节能系统，具体的说，它将传统的燃气燃烧直接排放的尾气进行热集成保温再利用，能有效提高燃料热能利用率。

背景技术

现行的民用型燃气炉在开放的环境中直接加热，例如：街头常见的烙饼炉、炒菜炉，饭店里的蒸煮炒等可加热的炉，不仅操作者在工作时要忍受炉体散发的高温，烟囱处排出的废气温度也很高。如此热量的直接耗散和排放，严重降低了燃料的利用率。因此，对燃烧尾气热量进行二次集成利用，对提高民用型燃气炉的传热效率、降低燃料消耗，具有重要意义。国内外针对家用炉节能也做出了很多研究，获得了不同的效果。

200720089471.X设计了一种多功能高效节能炉，通过增加蒸汽室、蒸汽笼达到炒、煮、蒸一体化且同步进行的目的。201020243396.X设计了一种燃气可控的炉具，通过电控开关调节输气量。201220197408.9设计了一种液化气节能燃气炉，利用吸热水箱对燃烧辐射的多余热量进行回收保温。以上专利技术主要从燃气炉结构上进行了分析与改进，也有提到从工艺过程上尽量回收预热，提高燃气的利用率，在一定程度上也起到了节能的效果。而本发明提出了一种更加可行完整的热集成系统，通过低温空气与高温尾气套管式换热技术和温控系统，充分利用燃料释放热量并进行控制。具体方案陈述如下。

发明内容

本发明提出一种热集成的燃气炉系统，包括换热系统、燃烧系统和温度控制系统。

换热系统包括换热器4和风机1，燃烧系统包括节能炉5、燃气流量计6。换热器4管程进口依次串联安装风机1、空气控制阀2和空气流量计3，管程出口与节能炉5空气进管直接连接，壳程进管与节能炉5尾气排放管直接相连，壳程出口管直接排空；节能炉5进气口依次串联燃气控制阀7和燃气流量计6。

所述风机1可以选择是轴流风机、鼓风机或引风机。

所述燃气控制阀5可以选择防腐防爆球阀或闸阀。

所述空气流量计3和燃气流量计6可以选择涡轮流量计或质量流量计的气体流量计。

所述的换热器4结构外部和节能炉5结构内部可装填保温材料，进一步减少壳程内高温尾气的热量耗散。

所述换热器4与节能炉5结构单独设置或组合为一体结构。

所述的节能炉5，它由支撑架a、废气排放管b、炉心c、炉壳d、锥形管e、空气进管炉f和燃气进管g构成；炉心c固定在锥形管e内部，空气进管f和燃气进管g与锥形管e底部相连接，并焊接固定在炉壳d底部。炉壳d内部可安装保温材料，减少热量的散失。

节能炉5顶部支撑架a按照不同餐具的结构尺寸制定，保证节能炉5内部密封。

温度控制盒8的测温元件安装在节能炉5内部或换热器4外部，盒体固定在节能炉5外壁。

温度控制系统包括温度控制盒8，由测温元件、信号转换器、控制器构成一个整体结构。设定一个炉内标准加热温度，测温元件测得节能炉5内温度，通过信号转换和控制器的计算：当测得温度高于标准温度时，减小空气控制阀2和燃气控制阀7的开度，减少空气和燃气的进量；当测得温度低于标准温度时，增大空气控制阀2和燃气控制阀7的开度，增加空气和燃气的进量。

所述的温度控制盒8的测温元件热电偶固定在节能炉5内部或换热器4外部，盒体固定在节能炉5外部。

空气通过风机1、空气控制阀2、空气流量计3、换热器4后进入节能炉5；燃气通过燃气控制阀7、燃气流量计6进入节能炉5，空气与燃气在节能炉5中进行混合后燃烧。节能炉5内燃烧产生的高温尾气通过换热器4的壳程，空气通过换热器4的管程，在换热器4内完成热量交换。温度控制8通过热电偶等方式检测炉内温度，并转化为电信号，通过对空气控制阀2和燃气控制阀7的调节，控制空气流量计3和燃气流量计6，完成对空气量和燃气量的自动控制。

本发明的优点有：

1.高温尾气的热量得以利用，提高燃料利用率；

2.利用余热对燃气炉进行保温，节约了燃料；

3.燃气炉温度可控，自动调节进气阀，方便操作。

4.可大幅减少燃料的使用，即降低了成本又符合国家节能减排政策的要求。

5.该工艺系统采用低温空气与高温尾气套管式换热技术和温控系统，充分利用燃料释放热量并进行控制。提高燃料利用率。

附图说明

图1：节能炉装置简图。

图2：节能炉工艺简图。

图3：实施例2工艺简图。

图4：实施例3工艺简图。

其中：a—支撑架，b—废气排放管，c—炉心，d—炉壳，e—锥形管，f—空气进管，g—燃气进管，1—风机，2—空气控制阀，3—空气流量计，4—换热器，5—节能炉，6—燃气流量计，7—燃气控制阀，8—温度控制盒，剖面—保温材料。

具体实施方式

结合附图对本发明专利进一步说明：

如图所示：本发明的热集成的燃气炉工艺系统，它由换热系统、燃烧系统和温度控制系统组成。其特征是，燃烧系统：节能炉5燃气进管上安装燃气流量计6和燃气控制阀7，由燃气控制阀7控制燃气流量计6读数；节能炉5空气进管与换热器4管程出口直接相连，废气排管与换热器4壳程进口直接相连。从换热管4管程出口排出的热空气与经燃气控制阀7和燃气流量计6的燃气，在节能炉5内混合燃烧，废气通过废气排管进入换热器4的壳程内。换热系统：换热器4管程进管上依次串联安装风机1、空气控制阀2和空气流量计3，管程排管与节能炉5空气进管直接相连，壳程进管与节能炉5废气排出管直接连接，壳程排管直接与大气相连。空气依次通过风机1、空气控制阀2和空气流量计3后进入换热器管程，高温尾气从节能炉5废气排出管直接进入换热管4壳程，高温尾气与冷空气在换热器4内发生逆流或并流传热完成热量交换。温度控制系统：节能炉5内壁引出一条热电偶测量线，测量线通过信号转换器将温度转化为电信号，通过控制器计算分析，再将信号转换为动力调节空气控制阀2和燃气控制阀7的开度，影响空气流量计3和燃气流量计6，完成对空气量和燃气量的自动控制。

换热器4内的换热管可选择材质导热系数较高的铜管、不锈钢管等，换热管排列形式不限；保温材料可以选择保温棉、陶瓷纤维等。

下面结合具体尺寸的实例将更好地对本发明进行说明，但不会因此而限制其应用。

实施例1：

如图2所示，节能炉5为一个保温盒内置家用炉具的简易改装节能炉，其尾气排管与换热器4壳程管直接连接，燃气进管处安装燃气控制阀7和燃气涡轮流量计6。在换热器4管程进口处安装一个变频鼓风机1、空气控制阀2和空气涡轮流量计3，管程出口与节能炉空气进口直接相连，壳程出口直接连通大气。将热电偶元件安装在节能炉5内壁上，引出后连接温度控制盒，通过信号转换调节空气控制阀2和燃气控制阀7控制空气流涡轮流量计3和燃气涡轮流量计6，进而控制空燃量。其中，换热器4套在保温盒内，换热管为铜管。

此装置用于餐饮行业酒店内一体煮炖炉，燃料为罐装液化气。市场调查显示，酒店在饭间一个时段工作时间5个小时内，传统的炒菜炉天然气消耗量平均为50m3；增加上述工艺并进行改装之后，可使加热温度控制在80度持续熬炖。燃气消耗量小于30m3，节能效率接近于50%。

实施例2：

新型燃气炉工艺如图3所示，节能炉5和换热器4组合为一体，节能炉5在结构上部，换热器4为4根换热管，1根同轴圆管套在换热管的外部，直接组装在节能炉4的下部结构，换热管为不锈钢管，整体结构空隙部分填充保温棉。换热器4空气进管处安装变频轴流风机1、空气控制阀2和空气质量流量计3，节能炉5燃气进管处安装燃气控制阀7和燃气质量流量计6，分别往节能炉内通入燃气和空气，混合燃烧后高温尾气通过同轴圆管排放，完成套管间换热。热电偶元件安装在节能炉5内壁和换热器4的尾气排管处，通过电信号的转换控制，调节空气控制阀2和燃气控制阀7制空气流涡轮流量计3和燃气涡轮流量计6，进而控制空燃量。

此装置用于餐饮行业的常见炊具—麻辣烫加热炉，燃料为市面常见的罐装液化气。市场调查显示，一个生意好的摊位燃烧炉工作时间为14小时/天，传统的煤气灶装置的燃气消耗量为15kg/天；使用上述新型装置后，燃气消耗量小于10kg/天，节能效率高于30%。

实施例3：

新型燃气炉新型工艺如图4所示，节能炉5和换热器4组合为一体，节能炉5在结构上部，换热器4为4根弯折的换热管，嵌套在一个整体的保温块内，换热管为铜管。换热器4空气进管处安装变频轴流风机1、空气控制阀2和空气涡轮流量计3，节能炉5燃气进管处安装燃气控制阀7和燃气涡轮流量计6，分别往节能炉内通入燃气和空气，混合燃烧后高温尾气通过换热器4的保温块，完成保温块与换热管之间的换热。热电偶元件安装在节能炉5内壁，通过电信号的转换控制，调节空气控制阀2和燃气控制阀7制空气流涡轮流量计3和燃气涡轮流量计6，进而控制空燃量。

此装置用于家用做饭炉，燃料为天然气。市场调查显示，家用做饭炉一般工作时间为3个小时/天。常用做饭炉装置的燃气消耗量为40m³/月，使用上述新型装置后，燃气消耗量小于30m³/月，节能效率高于25%；若家用炉燃料为罐装液化气，其消耗量为42m³/月，使用上述新型装置后，燃气消耗量小于25m³/月，节能效率高于40%。

以上实施例的目的在于更好地说明本发明，根据不同应用、尺寸、材质等的不同，本装置的各项参数（材质、尺寸、加工细节、安装方法等）可以有相应的变化，相关技术人员在其基础上做的替代或变换，在本发明保护之内。

Claims

1.一种热集成的燃气炉系统，包括换热系统和燃烧系统和温度控制系统；其特征是换热系统包括换热器（4）、风机（1）；燃烧系统包括节能炉（5）、燃气流量计（6）；换热器（4）管程进口依次串联安装风机（1）、空气控制阀（2）和空气流量计（3），管程出口与节能炉（5）空气进管直接连接，壳程进管与节能炉（5）尾气排放管直接相连，壳程出口管直接排空；节能炉（5）进气口依次串联燃气控制阀（7）和燃气流量计（6）。

2.如权利要求1所述的系统，其特征是风机（1）是轴流风机、鼓风机或引风机。

3.如权利要求1所述的系统，其特征是燃气控制阀（5）是防腐防爆球阀或闸阀。

4.如权利要求1所述的系统，其特征是空气流量计（3）和燃气流量计（6）是涡轮流量计或质量流量计的气体流量计。

5.如权利要求1所述的系统，其特征是换热器（4）在其内部或外部设置有保温层。

6.如权利要求1所述的系统，其特征是换热器（4）与节能炉（5）结构单独设置或组合为一体结构。

7.如权利要求1所述的系统，其特征是所述的节能炉（5），它由支撑架（a）、废气排放管（b）、炉心（c）、炉壳（d）、锥形管（e）、空气进管炉（f）和燃气进管（g）构成；炉心（c）固定在锥形管（e）内部，空气进管（f）和燃气进管（g）与锥形管（e）底部相连接，并焊接固定在炉壳（d）底部。

8.如权利要求7所述的所述的系统，其特征是节能炉（5）顶部支撑架（a）按照不同餐具的结构尺寸制定，保证节能炉（5）内部密封。

9.如权利要求1所述的系统，其特征是所述的温度控制盒（8）的测温元件热电偶固定在节能炉（5）内部或换热器（4）外部，盒体固定在节能炉（5）外部。

10.权利要求1的热集成的燃气炉系统的操作方法，其特征是空气通过风机（1）、空气控制阀（2）、空气流量计（3）、换热器（4）后进入节能炉（5）；燃气通过燃气控制阀（7）、燃气流量计（6）进入节能炉（5），空气与燃气在节能炉（5）中进行混合后燃烧；节能炉（5）内燃烧产生的高温尾气通过换热器（4）的壳程，空气通过换热器（4）的管程，在换热器（4）内完成热量交换；温度控制（8）通过热电偶的方式检测炉内温度，并转化为电信号，通过对空气控制阀（2）和燃气控制阀（7）的调节，控制空气流量计（3）和燃气流量计（6），完成对空气量和燃气量的自动控制。