天然气加热炉烧嘴冷却保护装置

摘要

本发明揭示了天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，包括天然气加热炉以及三通烧嘴，三通烧嘴与天然气供给系统及氧气供给系统连通，氧气供给系统包括氧气输送管以及设置在其上的第一手动控制阀和气流分配系统，气流分配系统用于调节气流的流向和流量，且其位于氧气输送管的出风口处；氧气输送管与冷却气流供给系统连通，它们的连接点位于第一手动控制阀和气流分配系统之间；冷却气流供给系统与天然气加热炉内的温度检测装置电性连接。本发明通过外接的压缩气体能够加快烧嘴的冷却速度，提高效率，节约时间；避免使用鼓风机，节约电能且不产生较大的噪声；分配器可以使冷却气流均匀分布，使烧嘴各部分均匀冷却，不会因温差而产生变形。

权利要求

1.一种天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，包括天然气加热炉(1)以及设置在其顶部的三通烧嘴(5)，所述三通烧嘴(5)与天然气供给系统(20)及氧气供给系统(30)连通，其特征在于：所述氧气供给系统(30)包括氧气输送管(12)以及间隙设置在其上的第一手动控制阀(11)和气流分配系统(40)，所述气流分配系统(40)用于调节气流的流向和流量，其位于所述氧气输送管(12)的出风口处；所述氧气输送管(12)与一冷却气流供给系统(50)连通，且它们的连接部位于所述第一手动控制阀(11)和气流分配系统(40)之间；所述冷却气流供给系统(50)与天然气加热炉(1)内的温度检测装置电性连接并根据其采集的信号自动关闭。

2.根据权利要求1所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其特征在于：所述气流分配系统(40)包括可调节气流流速的气流加速装置(6)以及与其配接的分配器(2)。

3.根据权利要求2所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其特征在于：所述气流加速装置(6)控制气流以20-50m/sec的速度输出。

4.根据权利要求2所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其特征在于：所述分配器(2)包括与所述氧气输送管(12)管径匹配的本体(21)，所述本体(21)内设置有至少四个分隔片(22)并形成至少五条不同流向且不同体积的弧形流体通道。

5.根据权利要求4所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其特征在于：所述本体(21)为圆柱体或长方体，其内设置有第一尺寸的第一分隔片(23)，所述第一分隔片(23)与所述本体(21)内壁围合成向上弯曲的第一气流通道(27)；所述第一分隔片(23)上对称架设有第二尺寸的第二分隔片(24)和第三分隔片(25)，所述第二分隔片(24)和第三分隔片(25)分别与所述本体(21)及第一分隔片(23)配合形成向所述三通烧嘴第一侧(51)弯曲的第二气流通道(28)和向所述三通烧嘴第二侧(52)弯曲的第三气流通道(29)；所述第二分隔片(24)和第三分隔片(25)上架设有第三尺寸的第四分隔片(26)，所述第四分隔片(26)与所述第二分隔片(24)、第三分隔片(25)及本体(21)内壁形成向下弯曲的第四气流通道(210)；四个所述分隔片(22)围合成喇叭状的第五气流通道(211)；所述第一气流通道(27)的体积>第二气流通道(28)的体积＝第三气流通道(29)的体积＝第四气流通道(210)的体积>第五气流通道(211)的体积。

6.根据权利要求5所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其特征在于：所述第一气流通道(27)的体积占所述本体体积的2/7,所述第五气流通道(211)的体积占所述本体体积的

1/7。

7.根据权利要求5所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其特征在于：所述分隔片(22)的第一端(221)均延伸到所述本体(21)外，其延伸段的长度a满足如下公式：a＝nb,其中n为常数,取值0.1-0.3,b为所述三通烧嘴Z轴方向气流通道宽度；所述第一分隔片(23)和第四分隔片(26)的延伸段弧度在30°-60°之间，且其与所述三通烧嘴X轴方向气流通道宽度成正比例；所述第二分隔片(24)和第三分隔片(25)的弧度在30°-45°之间。

8.根据权利要求1所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其特征在于：所述冷却气流供给系统(50)包括压缩气源及冷却气流通道，所述冷却气流通道包括连接成通路的第二手动控制阀(9)、电磁阀(8)及柔性管(7)，所述电磁阀(8)与所述温度检测装置电性连接并在其控制下自动关闭。

9.根据权利要求8所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其特征在于：所述压缩气源的冷却气源是空气、惰性气体或两者按照指定比例混合而成的混合气。

10.根据权利要求9所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其特征在于：所述指定比例是空气：惰性气体＝0.4：0.6-0.5：0.5。

11.根据权利要求8所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其特征在于：所述柔性管(7)外壁上覆盖有保温层或套设有保温管。

12.根据权利要求1-11任一所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其特征在于：所述天然气加热炉(1)的出气烟囱处还设置有排风扇，所述排风扇与所述冷却气流供给系统(50)电性连接并联动工作。

说明书

天然气加热炉烧嘴冷却保护装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种冷却装置，尤其是一种天然气加热炉烧嘴冷却保护装置。

背景技术

[0002] 烧嘴冷却保护装置是天然气加热炉的必要设备。由于炉膛内部始终处于高温状态，若烧嘴冷却不当，很容易出现过热变形，甚至烧化的现象。因此在天然气加热炉使用完毕后，需要对烧嘴进行冷却。

[0003] 目前，天然气加热炉烧嘴的冷却保护还是采用传统的装置，即要靠大功率的鼓风机，通过氧气供给管道向烧嘴内吹入大量的空气，从而达到烧嘴冷却的目的。

[0004] 采用这样的冷却保护装置，烧嘴从1300℃冷却至300℃至少需要8小时，耗时长、冷却效率较低，同时无形地造成了电力资源的浪费，而且鼓风机工作时会产生大量的噪音污染。

[0005] 更主要的是，这样的冷却保护装置，烧嘴的冷却效果差，由于烧嘴自身的形状特征，普通送风管道往往是将直线运动的气流直接吹响烧嘴的迎风面，而无法均匀的分布在烧嘴整个外表面，这也就使得烧嘴的迎风面冷却速度更快，而背风面及顶面、侧面等区域则需要等到冷却气流被迎风面阻挡扩散后，才能进行冷却，存在一定的延迟，而这也造成烧嘴迎风面和背风面及其他面的冷却不均，也易造成烧嘴的变形，降低烧嘴冷却效果，会直接导致烧嘴的使用寿命减少，增加了设备的维护成本。

发明内容

[0006] 本发明的目的之一是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种天然气加热炉烧嘴冷却保护装置；本发明的另一目的是通过分配器合理分配气流，在天然气加热炉加热过程中，使氧气与天然气充分混合，提高天然气燃料的使用效率。

[0007] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：

[0008] 一种天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，包括天然气加热炉以及设置在其顶部的三通烧嘴，所述三通烧嘴与天然气供给系统及氧气供给系统连通，所述氧气供给系统包括氧气输送管以及间隙设置在其上的第一手动控制阀和气流分配系统，所述气流分配系统用于调节气流的流向和流量，且其位于所述氧气输送管的出风口处；所述氧气输送管与一冷却气流供给系统连通，且它们的连接部位于所述第一手动控制阀和气流分配系统之间；所述冷却气流供给系统与天然气加热炉内的温度检测装置电性连接并根据其采集的信号自动关闭。

[0009] 优选的，所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其中：所述气流分配系统包括可调节气流流速的气流加速装置以及与其配接的分配器。

[0010] 优选的，所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其中：所述气流加速装置控制气流以20-50m/sec的速度输出。

[0011] 优选的，所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其中：所述分配器包括与所述氧气输送管管径相同的本体，所述本体内设置有至少四个分隔片并形成至少五条不同流向和不同体积的弧形流体通道。

[0012] 优选的，所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其中：所述本体为圆柱体或长方体，其内设置有第一尺寸的第一分隔片，所述第一分隔片与所述本体内壁围合成向上弯曲的第一气流通道；所述第一分隔片上对称架设有第二尺寸的第二分隔片和第三分隔片，所述第二分隔片和第三分隔片分别与所述本体及第一分隔片配合形成向所述三通烧嘴第一侧弯曲的第二气流通道和向所述三通烧嘴第二侧弯曲的第三气流通道；所述第二分隔片和第三分隔片上架设有第三尺寸的第四分隔片 ，所述第四分隔片与所述第二分隔片、第三分隔片及本体内壁形成向下弯曲的第四气流通道；四个所述分隔片围合成喇叭状的第五气流通道；所述第一气流通道的体积>第二气流通道的体积=第三气流通道的体积=第四气流通道的体积>第五气流通道的体积。

[0013] 优选的，所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其中：所述第一气流通道的体积占所述本体体积的2/7,所述第五气流通道的体积占所述本体体积的1/7。

[0014] 优选的，所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其中：所述分隔片的第一端均延伸到所述本体外，其延伸段的长度a满足如下公式：a=nb,其中n为常数,取值0.1-0.3,b为所述三通烧嘴Z轴方向气流通道宽度；所述第一分隔片和第四分割片的延伸段弧度在30°-60°之间，且其与所述三通烧嘴X轴方向气流通道宽度成正比例；所述第二分隔片和第三分隔片的弧度在30°-45°之间。

[0015] 优选的，所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其中：所述冷却气流供给系统包括压缩气源及冷却气流通道，所述冷却气流通道包括连接成通路的第二手动控制阀、电磁阀及柔性管，所述电磁阀与所述温度检测装置电性连接并在其控制下自动关闭。

[0016] 优选的，所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其中：所述压缩气源的冷却气源是空气、惰性气体或两者按照指定比例混合而成的混合气。

[0017] 优选的，所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其中：所述指定比例是空气：惰性气体=0.4:0.6-0.5：0.5

[0018] 优选的，所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其中：所述柔性管外壁上覆盖有保温层或套设有保温管。

[0019] 优选的，所述的天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，其中：所述天然气加热炉的出气烟囱处还设置有排风扇，所述排风扇与所述冷却气流供给系统电性连接并联动工作。

[0020] 本发明技术方案的优点主要体现在：

[0021] 1.本发明结构简单，操作便利，通过外接的压缩气体作为冷却介质对三通烧嘴进行冷却，由于压缩后的气体温度较普通空气更低，因此能够加快三通烧嘴的冷却速度，提高冷却效率，节约冷却时间，也有利于减少电能消耗；同时，避免使用鼓风机，既有利于节约电能且不会产生较大的噪声污染；更进一步，合理设计分配器可以使冷却气流均匀的分布到三通烧嘴的各个部分，使三通烧嘴各部分均匀冷却，能够有效的避免不同区域接收的风量差异和时间延迟而产生温差，进而出现变形的问题。

[0022] 2.本发明的分配器设计精巧，在天然气炉加热过程中，还可以将氧气扩散均匀，使氧气与天然气充分混合，提高天然气的燃烧效率，有利于改善天然气的利用率，节约燃料。

[0023] 3.通过合理设计分配器各通道的气流流量，使向上的流量大于两侧的流量，可以加速背风面冷却气流向下的流速，提高冷却气体的流动性，加速三通烧嘴内被加热的冷气流流出，有利于提高冷却效率。

[0024] 4.本发明通过设置扩散器，可以加快并调节冷却气体的导出速度，通过提高气流的流出速度来增加气流的流动性，从而提高冷却效率。

[0025] 5.设置保温层或保温管能够最大限度的保证冷却气体在进入三通烧嘴中时仍处于较低的温度，提高冷却介质的冷却效率，加快冷却速度，充分保证压缩气源的功效。

[0026] 6.设置排风扇可以加快炉内热气的排除，首先能够降低炉内温度，其次，能够避免炉内热气流上升回流进三通烧嘴中影响冷气流的冷却效果，最后能够加速炉内气流流动速度，均有利于进一步提高冷却效率。

附图说明

[0027] 图1 是本发明的结构剖视示意图；

[0028] 图2是本发明中所述分配器的结构示意图 ；

[0029] 图3是本发明中所述分配器向三通烧嘴Y轴方向两侧分流的俯视图。

具体实施方式

[0030] 本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

[0031] 本发明揭示的一种天然气加热炉烧嘴冷却保护装置，如附图1所示，包括天然气加热炉1，所述天然气加热炉1的顶部设置有三通烧嘴5，所述三通烧嘴5的下端延伸到所述天然气加热炉1内。

[0032] 所述三通烧嘴5的一个通气口连接有天然气供给系统20，所述天然气供给系统20包括天然气供给管道3以及用以控制所述天然气供给管道3开通和关闭的第三手动控制阀4，所述第三手动控制阀4优选设置在所述天然气供给管道3的出气口处，这样设置主要是考虑后续冷却过程中，避免部分冷却气流流入所述第三手动控制阀4前部的天然气供给管道3中。

[0033] 所述三通烧嘴5的另一个通气口与氧气供给系统30连通，所述氧气供给系统30包括氧气输送管12以及间隙设置在其上的鼓风机13、第一手动控制阀11及气流分配系统40，所述鼓风机13用于在加热时将空气鼓入到所述三通烧嘴5中与天然气混合燃烧；所述第一手动控制阀11用于控制所述氧气输送管12的开通和闭合；所述气流分配系统40用于调节气流的流向和流量，且其位于所述氧气输送管12的出风口处。

[0034] 具体的，如附图1所示，所述气流分配系统40包括可调节气流流速的气流加速装置6，所述气流加速装置6优选为扩散器，其控制流经的气流以20-50m/sec的速度输出。

[0035] 所述气流分配系统40还包括与所述气流加速装置6配接的分配器2，所述分配器2包括与所述氧气输送管12管径相同的本体21，所述本体21可以是任何可行的形状，如圆柱体、任意正多边体，本实施例中优选为圆柱体；所述本体21内设置有至少四个分隔片22并形成至少五条不同流向和不同体积的弧形流体通道。

[0036] 本实施例中结合所述三通烧嘴5的形状及内部结构特征，优选所述分割片22为4个形状不同、尺寸不同的弧形面，它们与所述本体21配合形成5条不同流向和不同体积的弧形流体通道，当然所述分割片22也可以是其他的形状，如其可以是几个连续平面构成的具有一定夹角的曲面。

[0037] 具体的，如附图2所示，所述圆柱体本体21内设置有第一尺寸的第一分隔片23，所述第一分隔片23与所述本体21内壁围合成向上弯曲的第一气流通道27；所述第一分隔片23上对称架设有第二尺寸的第二分隔片24和第三分隔片25，所述第二分隔片24和第三分隔片25分别与所述本体21及第一分隔片23配合形成向所述三通烧嘴Y轴方向第一侧51弯曲的第二气流通道28和向所述三通烧嘴Y轴方向第二侧52弯曲的第三气流通道29；所述第二分隔片24和第三分隔片25上架设有第三尺寸的第四分隔片26 ，所述第四分隔片26与所述第二分隔片24、第三分隔片25及本体21内壁形成向下弯曲的第四气流通道210；四个所述分隔片
22围合成喇叭状的第五气流通道211，由于所述第五气流通道211的喇叭状构造，通过所述第五气流通道211的冷却气流能够均匀的扩散在所述三通烧嘴5的迎风面，确保迎风面的均匀冷却。

[0038] 其中，各所述分隔片22是经过合理设计得出的优选结构，具体的，如附图所示，它们本身都是一个连续的弧形面，所述弧形面的一端（第一端221）弯曲成一定的弧度，且所述第一端221均延伸到所述本体21外，其延伸段的长度a满足如下公式：a=nb,其中n为常数,取值0.1-0.3,b为烧嘴Z轴方向气流通道宽度，其中，所述第一分隔片23和第四分割片26的延伸段长度与所述三通烧嘴5X轴方向的气流通道宽度成正比例。

[0039] 更进一步，所述第一分隔片23和第四分割片26的延伸段的弧度在30°-60°之间，所述第二分隔片24和第三分隔片25的弧度在30°-45°之间。

[0040] 当然在其他实施例中，它们的第一端221也可以不延伸出所述本体21，仅对其第一端221的弧度进行合理设计也可以实现风向的调整。

[0041] 所述第一气流通道27的体积>第二气流通道28的体积=第三气流通道29的体积=第四气流通道210的体积>第五气流通道211的体积；本实施例中，所述第一气流通道27的体积占所述本体21体积g的2/7,所述第五气流通道211的体积占所述本体体积的1/7，其余三个流体通道均分所述本体21剩余的体积，即所述第二气流通道28的体积=第三气流通道29的体积=第四气流通道210的体积=4/21g。

[0042] 此处主要是考虑到，由于所述三通烧嘴内X轴方向的气流通道更宽且气流运行距离更远，再考虑到气流向上运动受重力因素的影响，因此需要更大流量的朝上运动地气流，这样能够保证所述三通烧嘴5上方的冷却需要；同时向上气流流量大的情况下，流经三通烧嘴5顶部后向下运动的动能也更大，能够增加气流垂直方向的流速，从而使气流快速从所述三通烧嘴5下端的气孔中排出，加速气流的更换。

[0043] 更进一步，所述氧气输送管12还与一冷却气流供给系统50连通，且它们的连接点位于所述第一手动控制阀11和气流分配系统40之间；具体的，所述冷却气流供给系统50包括压缩气源及冷却气流通道。

[0044] 其中，所述压缩气源产生的冷却气流是空气、惰性气体或两者按照指定比例混合而成的；当所述冷却气流是空气和惰性气体的混合起时，其中空气：惰性气体的比例在0.4:0.6-0.5：0.5之间；当然考虑到惰性气体的稀有性和制备成本较高等因素，优选为采用压缩空气作为冷却源。

[0045] 所述冷却气流通道包括连接成通路的第二手动控制阀9、电磁阀8及柔性管7，本实施例中，所述冷却气流通道具体包括从所述冷却气源依次连接到所述氧气输送管12的冷却气源输送管10、第二手动控制阀9、电磁阀8及柔性管7；其中，所述电磁阀8与所述天然气加热炉1内的温度检测装置电性连接并根据其采集的温度信号自动关闭所述气流通道；所述柔性管7外壁上覆盖有保温层或套设有保温管，用于将冷却气流维持在较低的初始温度。

[0046] 更进一步，为了提高所述天然气加热炉1内的热气流排出速度，所述天然气加热炉1的出气烟囱处还设置有排风扇，所述排风扇与所述冷却气流供给系统50电性连接并联动工作，具体的，所述排风扇与所述电磁阀8电性连接，其在所述电磁阀8工作时启动，并在所述电磁阀8关断时停止。

[0047] 使用本发明时，其具体的工作过程如下：

[0048] 在所述天然气加热炉1加热时，所述冷却气流供给系统不工作，开启所述第一手动控制阀11，所述鼓风机13启动将空气抽入所述氧气输送管12并经所述扩散器6和分配器2后被均匀的扩散在所述三通烧嘴5中的各气流通道内并与所述天然气供给系统20提供的天然气充分混合后燃烧，提高天然气资源的燃烧效率和使用效率。

[0049] 当所述天然气加热炉1使用完毕后，需要对所述三通烧嘴5进行降温时，关闭所述鼓风机13及第一手动控制阀11；同时，关闭所述天然气供给管道3上的第三手动控制阀4，切断天然气的供应；随后启动所述压缩气源并调整好压缩气源输出的冷却气流量，打开所述第二手动控制阀9，并使所述电磁阀8处于常开状态，实现所述气流通道的开通，再启动所述扩散器6。

[0050] 此时，所述压缩气源输出冷却气流，冷却气流通过所述柔性管7进入到所述氧气输送管12中，并被所述扩散器6加速导出流向所述三通道烧嘴5，加速后的冷却气流经所述分配器2被分成五条朝向所述三通烧嘴5不同方向的气流。

[0051] 如附图1所示，其中，所述第一气流通道27中的冷却气流流向所述三通烧嘴5的上方，流经所述三通烧嘴5顶部的通道后，进而流向所述三通烧嘴5的背风面，向下流动，其向下运动时使被加热的冷却气流加速从所述三通烧嘴5下端的气口流出进入所述天然气加热炉1内。

[0052] 如附图3所示，所述第二气流通道28和第三气流通道29中的冷却气流分别流向所述三通烧嘴5Y轴方向两侧的气流通道中并分别沿两侧的气流通道流到所述三通烧嘴5的背风面聚集，同时，聚集后的冷却气流跟随所述第一气流通道27中从上向下流动的冷却气流向下运动，并从所述三通烧嘴5下端的气口流出进入所述天然气加热炉1内。

[0053] 如附图1所示，所述第四气流通道210中的冷却气流流向所述三通烧嘴5迎风面的下方气流通道中，并从所述三通烧嘴5下端的气口流出进入所述天然气加热炉1内。

[0054] 如附图3所示，所述第五气流通道211中的冷却气流流向所述三通烧嘴5的迎风面，冷却气流经一端较狭窄的气流通道后在所述第五气流通道211的喇叭口区域扩散并均匀的分布在所述三通烧嘴的迎风面上；并且其随着冷却气流的持续导入，均匀的向所述三通烧嘴5的各区域气流通道扩散。

[0055] 同时，由于所述排气扇随着电磁阀8的启动而工作，其将所述天然气加热炉1内的热气排出，一方面能够降低所述天然气加热炉1内的温度，防止热气流回流进所述三通烧嘴5内，影响冷却气流的冷却效果；另一方面，也加快了所述天然气加热炉1内的气流流速，加速了气流更换，使得所述三通烧嘴5能够最大程度的接触温度较低的冷却风，从而提高冷却速率。

[0056] 所述天然气加热炉1内的温度检测装置实时检测所述天然气加热炉1内的温度，当所述温度检测装置检测到所述天然气加热炉1内的温度低于300℃时，其发送信号自动关闭所述电磁阀8切断所述气流通道，停止所述冷却气流的供给，同时所述排气扇停止工作，停止所述扩散器后，从而完成整个冷却过程。

[0057] 本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。