氣體加熱系統技術方案

公開了一種氣體加熱系統，包括：氣固接觸裝置；換熱系統，包括出口溫度依次升高的至少三級換熱器；氣體加熱管路，其將換熱系統與氣固接觸裝置連接；集熱系統，包括輸出溫度不同的至少兩個集熱裝置；熱媒循環管路，其將所述集熱系統與換熱系統連接，其中，至少三級換熱器中的第一級換熱器的熱媒來自至少兩個集熱裝置中輸出溫度最低的集熱裝置，至少三級換熱器中的最高級換熱器的熱媒來自至少兩個集熱裝置中輸出溫度最高的集熱裝置，至少三級換熱器中的中間級換熱器的熱媒來自集熱系統中的一個集熱裝置或來自比其高一級的換熱器。通過采用至少兩個集熱裝置與至少三級換熱器相連的梯級供熱方式，使得系統的抗熱負荷波動性更好，進而提高熱效率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及化工領域，更具體地，涉及一種氣體加熱系統。
技術介紹
化學工業中常用高溫氣體作為熱介質對固體等進行加熱，典型的如干燥、氣固反應、煅燒等過程。由于氣固的傳熱效率較低，在這些過程中，通常需要將大量氣體加熱到高溫，溫度從幾十度到上千度。通常加熱氣體的熱源包括燃燒煤、天然氣或電供熱，能源消耗高，是二氧化碳排放的重要源頭之一。太陽能高溫集熱技術是近年來快速發展的熱能供給技術。目前商業化的中高溫集熱系統可以提供溫度達到450℃的熱源，熱媒包括導熱油和蒸汽等，并且已經在高溫集熱電站、注汽采油等方面進行了工業應用。工業上一些中低溫的氣體加熱過程(溫度小于400℃)可直接采用太陽能高溫集熱供熱，而一些高溫過程則可以先使用太陽能高溫集熱進行預熱，而后再使用天然氣或電加熱，從而消除或減小碳基能源的使用和二氧化碳的排放。但是，利用太陽能高溫集熱作為氣體的熱源，還存在一些技術難點：如太陽能集熱器負荷受自然環境影響嚴重，熱量供應和溫度的穩定性，不能滿足連續穩定生產的需要；隨溫度升高，太陽能集熱器的效率下降，成本顯著上升等。因此需要根據太陽能高溫集熱的特點，設計新的氣體供熱和換熱系統。
技術實現思路
鑒于上述問題，本專利技術的目的在于提供一種氣體加熱系統，其抗熱負荷波動性更好，熱效率更高。根據本專利技術提供的一種氣體加熱系統，包括：氣固接觸裝置；換熱系統，包括出口溫度依次升高的至少三級換熱器，所述至少三級換熱器中的最高級換熱器設在所述氣固接觸裝置上；氣體加熱管路，所述氣體加熱管路將所述換熱系統與所述氣固接觸裝置連接，使得所述氣體加熱管路內的氣體經過所述換熱系統加熱與所述氣固接觸裝置內的固體接觸；集熱系統，包括輸出溫度不同的至少兩個集熱裝置；熱媒循環管路，所述熱媒循環管路將所述集熱系統與所述換熱系統連接，使得所述熱媒循環管路內循環流動的熱媒經過所述集熱系統加熱后與所述換熱系統內的所述氣體換熱，其中，所述至少三級換熱器中的第一級換熱器的熱媒來自所述至少兩個集熱裝置中輸出溫度最低的集熱裝置，所述至少三級換熱器中的最高級換熱器的熱媒來自所述至少兩個集熱裝置中輸出溫度最高的集熱裝置，所述至少三級換熱器中的中間級換熱器的熱媒來自所述至少兩個集熱裝置中的一個集熱裝置或來自比其高一級的換熱器。優選地，所述氣體加熱系統還包括：氣體循環管路，所述氣體循環管路將所述氣固接觸裝置與所述氣體加熱管路連接，使得所述氣固接觸裝置輸出的氣體至少部分循環至所述換熱系統中。優選地，所述氣體循環管路上設有第一閥門，所述第一閥門控制所述氣固接觸裝置輸出的氣體中至少部分循環至所述換熱系統的循環氣體的流量，所述循環氣體的流量小于等于所述氣固接觸裝置輸出氣體的總流量的80％。優選地，所述氣體加熱系統還包括：至少一個氣體循環旁路，所述至少一個氣體循環旁路中的每個將所述至少三級換熱器中對應的換熱器的氣體輸出端與氣體輸入端相連，使得所述對應的換熱器輸出的氣體的一部分與輸入的氣體混合，所述氣體循環旁路上設有溫度測控儀表及第二閥門，所述溫度測控儀表控制所述第二閥門，所述第二閥門控制所述對應的換熱器輸出的氣體中與輸入的氣體混合的旁路循環氣體的流量，所述旁路循環氣體的流量小于等于所述對應的換熱器輸出的氣體的總流量的60％。優選地，所述氣體加熱系統還包括：補償加熱裝置，所述補償加熱裝置設置在所述熱媒循環管路上，位于所述集熱系統的下游及所述換熱系統的上游，使得所述熱媒經過所述集熱系統及所述補償加熱裝置加熱后進入所述換熱系統。優選地，所述補償加熱裝置位于所述至少兩個集熱裝置中輸出溫度最高的集熱裝置的下游及所述最高級換熱器的上游。優選地，所述集熱系統為太陽能集熱系統。優選地，所述太陽能集熱系統包括：中溫太陽能集熱裝置和高溫太陽能集熱裝置，所述中溫太陽能集熱裝置輸出熱媒溫度為50至250℃，所述高溫太陽能集熱裝置輸出熱媒溫度為200至600℃。優選地，所述太陽能集熱系統還包括：蓄熱裝置，所述蓄熱裝置與所述高溫太陽能集熱裝置連接。優選地，所述最高級換熱器為管式換熱器，所述管式換熱器設在所述氣固接觸裝置的腔內。優選地，所述最高級換熱器為夾套式換熱器，所述夾套式換熱器設在所述氣固接觸裝置的外殼表面。優選地，所述換熱系統包括三級換熱器，所述三級換熱器分別為：第一級換熱器、中間級換熱器、最高級換熱器。優選地，所述最高級換熱器與所述中間級換熱器的熱負荷之比為0.2:1至0.8:1，所述最高級換熱器加熱氣體的溫升小于等于100℃。優選地，所述熱媒包括：液體熱媒、氣體熱媒。根據本專利技術的氣體加熱系統，采用至少兩個集熱裝置與至少三級換熱器相連的梯級供熱方式，使得系統的抗熱負荷波動性更好，進而提高熱效率。在優選的實施例中，所述集熱系統為太陽能集熱系統，通過采用太陽能集熱裝置與上述梯級供熱方式結合，降低了直接使用高溫太陽能集熱裝置的成本，能源消耗低，與傳統氣體加熱系統相比可以減少溫室氣體的排放。在優選的實施例中，設置氣體循環管路，提高氣體通過換熱器和氣固接觸裝置的流量，提高傳熱速率，同時以更低的溫度攜帶相同的熱量，從而降低了對熱源溫度的要求，進一步提高了抗熱負荷波動的能力。附圖說明通過以下參照附圖對本專利技術實施例的描述，本專利技術的上述以及其他目的、特征和優點將更為清楚，在附圖中：圖1示出根據本專利技術第一實施例的氣體加熱系統的結構圖。圖2示出根據本專利技術第二實施例的氣體加熱系統的結構圖。圖3示出根據本專利技術第三實施例的氣體加熱系統的結構圖。具體實施方式以下將參照附圖更詳細地描述本專利技術。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。此外，可能未示出某些公知的部分。在下文中描述了本專利技術的許多特定的細節，但正如本領域的技術人員能夠理解的那樣，可以不按照這些特定的細節來實現本專利技術。圖1示出根據本專利技術具體實施例的氣體加熱系統的結構圖。所述氣體加熱系統包括：氣固接觸裝置110、換熱系統、氣體加熱管路130、集熱系統、熱媒循環管路150，其中換熱系統包括出口溫度依次升高的至少三級換熱器，該至少三級換熱器包括：第一級換熱器、中間級換熱器以及最高級換熱器，最高級換熱器設在氣固接觸裝置110上，氣體加熱管路130將換熱系統與氣固接觸裝置110連接，使得氣體加熱管路130內的氣體經過換熱系統加熱后與氣固接觸裝置110內的固體接觸。集熱系統包括輸出溫度不同的至少兩個集熱裝置，熱媒循環管路150將集熱系統與換熱系統連接，使得熱媒循環管路150內循環流動的熱媒經過集熱系統加熱后與換熱系統內的所述氣體換熱，換熱后得到的高溫氣體可以作為熱介質在氣固接觸裝置110內對固體等進行加熱，發生如干燥、氣固反應、煅燒等過程。在上述集熱系統與換熱系統的連接中，第一級換熱器的熱媒來自所述至少兩個集熱裝置中輸出溫度最低的集熱裝置，最高級換熱器的熱媒來自所述至少兩個集熱裝置中輸出溫度最高的集熱裝置，中間級換熱器的熱媒來自所述至少兩個集熱裝置中的一個集熱裝置或者來自比其高一級的換熱器。例如，換熱系統包括五級換熱器，集熱系統包括三個集熱裝置，上述集熱系統與換熱系統的連接中，第一級換熱器與該三個集熱裝置中輸出溫度最低的一個連接，以實現熱媒在該輸出溫度最低的集熱裝置與第一級換熱器中進行循環，第五級換熱器即最高級換熱器與該三個集熱裝置中輸出溫度最高的一個連接，以實現熱媒在該輸出溫本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種氣體加熱系統，其特征在于，包括：氣固接觸裝置；換熱系統，包括出口溫度依次升高的至少三級換熱器，所述至少三級換熱器中的最高級換熱器設在所述氣固接觸裝置上；氣體加熱管路，所述氣體加熱管路將所述換熱系統與所述氣固接觸裝置連接，使得所述氣體加熱管路內的氣體經過所述換熱系統加熱與所述氣固接觸裝置內的固體接觸；集熱系統，包括輸出溫度不同的至少兩個集熱裝置；熱媒循環管路，所述熱媒循環管路將所述集熱系統與所述換熱系統連接，使得所述熱媒循環管路內循環流動的熱媒經過所述集熱系統加熱后與所述換熱系統內的所述氣體換熱；其中，所述至少三級換熱器中的第一級換熱器的熱媒來自所述至少兩個集熱裝置中輸出溫度最低的集熱裝置，所述至少三級換熱器中的最高級換熱器的熱媒來自所述至少兩個集熱裝置中輸出溫度最高的集熱裝置，所述至少三級換熱器中的中間級換熱器的熱媒來自所述至少兩個集熱裝置中的一個集熱裝置或來自比其高一級的換熱器。

【技術特征摘要】
1.一種氣體加熱系統，其特征在于，包括：氣固接觸裝置；換熱系統，包括出口溫度依次升高的至少三級換熱器，所述至少三級換熱器中的最高級換熱器設在所述氣固接觸裝置上；氣體加熱管路，所述氣體加熱管路將所述換熱系統與所述氣固接觸裝置連接，使得所述氣體加熱管路內的氣體經過所述換熱系統加熱與所述氣固接觸裝置內的固體接觸；集熱系統，包括輸出溫度不同的至少兩個集熱裝置；熱媒循環管路，所述熱媒循環管路將所述集熱系統與所述換熱系統連接，使得所述熱媒循環管路內循環流動的熱媒經過所述集熱系統加熱后與所述換熱系統內的所述氣體換熱；其中，所述至少三級換熱器中的第一級換熱器的熱媒來自所述至少兩個集熱裝置中輸出溫度最低的集熱裝置，所述至少三級換熱器中的最高級換熱器的熱媒來自所述至少兩個集熱裝置中輸出溫度最高的集熱裝置，所述至少三級換熱器中的中間級換熱器的熱媒來自所述至少兩個集熱裝置中的一個集熱裝置或來自比其高一級的換熱器。2.根據權利要求1所述的氣體加熱系統，其特征在于，還包括：氣體循環管路，所述氣體循環管路將所述氣固接觸裝置與所述氣體加熱管路連接，使得所述氣固接觸裝置輸出的氣體至少部分循環至所述換熱系統中。3.根據權利要求2所述的氣體加熱系統，其特征在于，所述氣體循環管路上設有第一閥門，所述第一閥門控制所述氣固接觸裝置輸出的氣體中至少部分循環至所述換熱系統的循環氣體的流量，所述循環氣體的流量小于等于所述氣固接觸裝置輸出氣體的總流量的80％。4.根據權利要求1所述的氣體加熱系統，其特征在于，還包括：至少一個氣體循環旁路，所述至少一個氣體循環旁路中的每個將所述至少三級換熱器中對應的換熱器的氣體輸出端與氣體輸入端相連，使得所述對應的換熱器輸出的氣體的一部分與輸入的氣體混合，所述氣體循環旁路上設有溫度測控儀表及第二閥門，所述溫度測控儀表控制所述第二閥門，所述第二閥門控制所述對應的換熱器輸出的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣國強，丁富新，王麒，于常軍，丁海川，
申請(專利權)人：原初科技北京有限公司，清華大學，
類型：發明
國別省市：北京;11