用于碳载纯化设备的燃烧塔的制作方法

本实用新型涉及空气空分领域，特别是关于一种用于碳载纯化设备的燃烧塔。

背景技术：

过碳载纯化设备采用燃烧法直接脱氧，在350℃温度下，将纯度≥99.9％普氮气体通过燃烧型(3093型)脱氧碳剂，使普氮中氧杂质与脱氧剂中的碳发生氧化(燃烧)反应，生成CO₂：从而可将氧杂质除去，此方法的实质就是碳燃烧，故称燃烧法，其特点是不需要使用氢气。残氧量可达<1ppm，出口气体中不含有氢气。

因为脱氧碳剂床层的反应温度为350℃以上，加热管中心温度需要450℃左右，传统的加热管采用U型管的整体加热管，在加热管的中心设一个固定的测温点。由微处理器控制加热管中心温度。使得床层保持在反应温度。

采用上述的结构，会产生以下缺点：

1)加热管整体结构重量太重造成维修更换的不便；

2)如果单根加热管损坏，需要更换整套加热管，造成维护成本的增加；

3)没有催化剂床层的测温点，不能显示催化剂的反应温度，当床层温度控制过高时，增加用电功率和导致加热管温度过高损坏加热管，当床层温度过低时，氧气不能与催化剂反应，造成出口气体纯度不合格；

4)脱氧碳剂是消耗型的材料，反应温度点会随着反应时间上升，固定测温点不能反应催化剂的反应温度，影响微处理器的控制，造成反应不完全或能耗的增加。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：为了解决现有技术中脱氧碳剂利用率低、加热管使用时间短和加热管维修成本高更换不方便，运行成本较大的问题，本实用新型提供一种用于碳载纯化设备的燃烧塔来解决上述问题。

为达到上述目的，本实用新型主要提供如下技术方案：一种用于碳载纯化设备的燃烧塔，其特征在于：它包括一燃烧塔，所述燃烧塔为一圆柱罐体，所述圆柱罐体的底部通过管路连通一卸料机构；所述燃烧塔的底部周向上设置有若干支腿；所述圆柱罐体的中部设置有中心管，并通过一上支架和一下支架将所述中心管固定在所述燃烧塔内；所述中心管的上部穿过所述燃烧塔的顶端，并通过所述燃烧塔顶端设置的一第一法兰和所述中心管外围设置的一第二法兰将所述中心管固定在所述燃烧塔顶端；所述中心管的顶端外围设置有一第三法兰，通过所述第三法兰和一法兰盖将帽罩固定在所述中心管的顶端；所述帽罩和所述燃烧塔之间的所述中心管上还设置一进气口，用于通入氮气；所述法兰盖周向上固定若干加热管的一端，且所述加热管设置在所述中心管内，所有所述加热管的中心设置有一中心测温管，且所述中心测温管的一端也固定在所述法兰盖上，所述中心测温管内设置一中心测温热电偶，所述中心测温热电偶用于检测所述加热管的温度；所述燃烧塔的上部设置有一加料口，用于向所述燃烧塔内壁和所述中心管的外壁之间加入脱氧碳剂；所述燃烧塔的上部还设置有一出气管，且所述加料口的垂直高度高于所述出气管的垂直高度；所述燃烧塔的内部还设置一床层测温管，所述床层测温管的一端固定在所述燃烧塔内壁上，另一端穿过所述燃烧塔；所述床层测温管内设置床层测温热电偶，所述床层测温热电偶用于检测所述脱氧碳剂内的床层温度；所述床层测温热电偶和所述中心测温热电偶分别电连接一微处理器，且所述微处理器内预先设定床层反应温度范围值；所述燃烧塔的外部设置有一隔热保温机构。

所述帽罩包括一钢管和一堵板，所述钢管设置在所述法兰盖的上端面，所述钢管上设置若干散热孔；所述钢管顶端设有一个凹槽，所述凹槽内设置所述堵板，所述堵板为一直板。

所述散热孔采用圆孔，且孔径为

所述出气管上设有若干孔，所述孔采用圆孔，且所述圆孔的孔径为

所述出气管外设置一不锈钢丝网，且所述不锈钢丝网的目数采用50目。

所述微处理器采用单片机CC2530。

所述隔热保温机构包括一保温层和一不锈钢外壳；所述保温层设置在所述燃烧塔的外围，所述不锈钢外壳设置在所述保温层的外围。

所述保温层的材料采用复合硅酸铝盐或保温石棉。

所述燃烧塔的底部还设置有若干瓷球，且所述瓷球为填料瓷球。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型包括一燃烧塔，燃烧塔为一圆柱罐体，圆柱罐体的底部通过管路连通一卸料机构；燃烧塔的底部周向上设置有支腿；圆柱罐体的中部设置有中心管，并通过上支架和下支架将中心管固定在燃烧塔内；中心管的上部穿过燃烧塔的顶端，并通过燃烧塔顶端设置的第一法兰和中心管外围设置的第二法兰将中心管固定在燃烧塔顶端；中心管的顶端外围设置有第三法兰，通过第三法兰和法兰盖将帽罩固定在中心管的顶端；帽罩和燃烧塔之间的中心管上还设置进气口，用于通入氮气；法兰盖周向上固定若干加热管的一端，且加热管设置在中心管内，所有加热管的中心设置有中心测温管，且中心测温管的一端也固定在法兰盖上，中心测温管内设置一中心测温热电偶，中心测温热电偶用于检测加热管的温度；燃烧塔的上部设置有加料口，用于向燃烧塔内壁和中心管的外壁之间加入脱氧碳剂；燃烧塔的上部还设置有出气管，且加料口的垂直高度高于出气管的垂直高度；燃烧塔的内部还设置床层测温管，床层测温管的一端固定在燃烧塔内壁上，另一端穿过燃烧塔；床层测温管内设置床层测温热电偶，床层测温热电偶用于检测脱氧碳剂内的床层温度；床层测温热电偶和中心测温热电偶分别电连接微处理器，且微处理器内预先设定床层反应温度范围值；燃烧塔的外部设置有隔热保温机构。本实用新型由于采用以上设置，使得脱氧碳剂利用率高、加热管使用时间长和加热管维修成本低更换方便，运行成本较小。2、本实用新型采用在加热管设置在加热套管内，加热套管与法兰盖连接，即加热管单独设计，当某根加热管烧坏时，只需更换烧坏的加热管，节约了维护的成本和维护时间。3、本实用新型采用帽罩，帽罩包括钢管和堵板，钢管设置在法兰盖的上端面，钢管上设置若干散热孔；以方便中心加热管散热，从而保护加热管的接线端子。4、本实用新型采用在燃烧塔的底部设置有瓷球，该瓷球为填料瓷球，以便节省燃烧塔内脱氧碳剂的装填量，提高了空间利用率，对高温气流扩散达到了理想的效果。鉴于以上理由，本实用新型可以广泛用于空气空分领域。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的控制原理图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，本实用新型用于碳载纯化设备的燃烧塔，它包括一燃烧塔100，燃烧塔100为一圆柱罐体，圆柱罐体的底部通过管路连通卸料机构101；燃烧塔100的底部周向上设置有若干支腿102，以便支撑燃烧塔100。

圆柱罐体的中部设置有中心管103，并通过上支架104和下支架105将中心管103固定在燃烧塔100内；中心管103的上部穿过燃烧塔100的顶端，并通过燃烧塔100顶端设置的第一法兰106和中心管103外围设置的第二法兰107将中心管103固定在燃烧塔100顶端。中心管103的顶端外围设置有第三法兰108，通过第三法兰108和法兰盖109将帽罩110固定在中心管103的顶端。帽罩110和燃烧塔100之间的中心管103上还设置进气口111，用于通入氮气。法兰盖109周向上固定若干加热管112的一端，且加热管112设置在中心管103内，所有加热管112的中心设置有中心测温管113，且中心测温管113的一端也固定在法兰盖109上，中心测温管113内设置一中心测温热电偶(图中未示出)，中心测温热电偶可以在中心测温管113内任一位置移动，以便可以测出中心管103不同位置的温度，上述中心测温热电偶采用现有的热电偶即可，在此不做详述。

燃烧塔100的上部设置有加料口114，用于向燃烧塔100内壁和中心管103的外壁之间加入脱氧碳剂115。上述脱氧碳剂115采用现有技术中的碳载型脱氧剂即可，在此不做限定。

燃烧塔100的内部还设置床层测温管117，床层测温管117的一端固定在燃烧塔100内壁上，另一端穿过燃烧塔100。床层测温管117内设置床层测温热电偶(图中未示出)，床层测温热电偶用于检测脱氧碳剂115内的床层温度，上述中心测温热电偶采用现有的热电偶即可，在此不做详述。

如图2所示，床层测温热电偶和中心测温热电偶分别电连接微处理器118，且微处理器118内预先设定床层反应温度范围值，且微处理118连接具有显示屏的操作面板，通过该操作面板可以设置加热管112的加热温度和截止温度，上述通过操作面板进行设置加热管112的加热温度和截止温度为本领域技术人员的常用技术手段，故不再详述。

燃烧塔100的外部设置有隔热保温机构119，以便减少燃烧塔100的热量流失，从而节省电量。

上述实施例中，加热管112设置在加热套管内，加热套管与法兰盖109连接，即加热管112单独设计，当某根加热管112烧坏时，只需更换烧坏的加热管112即可，无需像现有技术一样更换整套加热管，造成维护成本的增加，采用以上设置有效节约了维护的成本和维护时间。

上述实施例中，卸料机构101采用固定在燃烧塔100底端的一固定板和一活动板，二者之间采用活动连接，该活动连接可以采用包括但不限于活动板与固定板之间采用插门连接方式。

上述实施例中，帽罩110包括钢管1101和堵板1102，钢管1101设置在法兰盖109的上端面，钢管1101上设置若干散热孔；钢管1101顶端设有一个凹槽，该凹槽内设置堵板1102，堵板1102为一直板，方便维修接线。上述实施例中，钢管1101的周向钻有的散热孔的孔径可以采用包括但不限于以方便中心加热管112散热，从而保护中心加热管112的接线端子。

上述实施例中，出气管116上设置有若干孔(图中未示出)，该孔采用包括但不限于再包扎不锈钢丝网(图中未示出)，以防止碳脱氧剂1的流失。上述不锈钢丝网的目数采用50目。

上述实施例中，微处理器118可以采用包括但不限于单片机CC2530。

上述实施例中，隔热保温机构119包括保温层1191和不锈钢外壳1192。上述保温层1191设置在燃烧塔100的外围，不锈钢外壳1192设置在保温层1191的外围。上述保温层119的材料采用复合硅酸铝盐或保温石棉。

进一步的，为了节省脱氧碳剂115的装填量，燃烧塔100的底部还设置有瓷球，该瓷球为填料瓷球，采用此种方式不但提高了燃烧塔100内的空间利用率，而且对高温气流扩散也达到了理想的效果。

本实用新型工作时：

1)通过加料口114向燃烧塔100投入适量的瓷球，以减少以便节省燃烧塔100内脱氧碳剂115的填充量，节省成本；上述瓷球的量根据燃烧塔100的容积大小而定，在此不做详述；

2)通过加料口114向燃烧塔100投入适量的脱氧碳剂115，上述脱氧碳剂115的量根据燃烧塔100的容积大小而定，在此不做详述；

3)将氧含量小于3％的氮气通过进气口111通入中心管103，中心管103内的加热管112针对氮气进行加热，经过加热之后的氮气经由中心管103的底部出来进入脱氧碳剂115内，从出气管116排出；

4)床层测温管117内的床层测温热电偶实时采集床层反应温度，并将该床层反应温度值传送给微处理器118，当床层反应温度达到350℃时，氮气中的氧与脱氧碳剂115发生反应产生CO₂，除去0₂；

5)当床层测温管117内的床层测温热电偶采集到的床层反应温度值在微处理器118内预先设定的床层反应温度范围值内时，通过操作面板进行显示，工作人员根据显示的床层反应温度值，通过操作面板降低加热管112的加热温度。以免加热管112温度设定过高，造成加热功率增加，导致运行成本增加和加热管112的寿命降低。

当床层反应温度值低于微处理器118内预先设定床层反应温度范围值的最低值时，通过操作面板进行显示，工作人员根据显示的床层反应温度值，通过操作面板增加加热管112的加热温度。以免反应温度过低，造成氮气中的氧与脱氧碳剂115不能发生反应产生CO₂，导致造成出口气体纯度不合格的问题。

上述中心测温热电偶和床层测温热电偶可以任意上下移动，其为现有技术，故不再详述。通过移动床层测温热电偶可以找到不同床层温度反应温度值，从而及时调整中心层温度的设定，以免反应温度过低造成的反应不完全，反应温度过高造成的运行成本浪费。

6)待燃烧塔100内的碳脱氧剂115燃烧之后形成的灰烬，可以通过卸料机构101将灰烬进行排出。

本实用新型由于采用以上设置，可以节约大量的能耗，其中能耗的节约对比数据如下：

以一套165N m³/h碳载纯化设备来计算出能耗的节约对比。

燃烧塔100的功耗计算：

W燃烧＝V×c×J×ρ×(380-t)×1.2×1.3×B/3600

式中，V表示处理气量m³/h；C表示比热C＝0.2477J/kg；J表示热功当量J＝4.1855J/cal；ρ表示气体密度ρ＝1.25kg/m³；1.2表示固态继电器热损失的放大系数；1.3表示温控间歇性加热放大系数；设换热器后，热空气预热了入口空气，所以空气入口温度设为230℃(普通氮气通入燃烧塔100之前需要进行加热)。

W’燃烧＝165×0.2477×4.1855×1.25×1.2×1.3×1.15×(380-230)/3600＝16(kw)

当测温点改变时：

W’燃烧＝165×0.2477×4.1855×1.25×1.2×1.3×1.15×(350-230)/3600＝12.7(kw)

综上可知，本实用新型通过改变测温点的位置和增加测温点，改变设定的加热温度，大大节约了设备的运行成本。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。