CN102095194A

CN102095194A - 氢能源锅炉

Info

Publication number: CN102095194A
Application number: CN2010105810308A
Authority: CN
Inventors: 李宝伟; 李治; 韩桂霞
Original assignee: SHENYANG WEIDE NEW ENERGY CO Ltd
Current assignee: SHENYANG WEIDE NEW ENERGY CO Ltd
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2030-12-09
Also published as: CN102095194B

Abstract

一种氢能源锅炉，包括带有外壳和脚轮的底座，组装在底座上的氢、氧气为燃料的燃烧机，带有浮子液位计、补水单向阀和安全阀的氢、氧气发生罐，循环水泵，高、低温换热器以及通过导线连接的高频直流脉冲电源，其特征在于：所述燃烧机采用热激制氢燃烧机，热激制氢燃烧机壳体内设置带有护套和耐热陶瓷衬套的螺旋加热管，所述热激制氢燃烧机壳体的热气流出口与所述高、低温换热器组成的循环供热管路连通。其与传统锅炉相比，通过制氢过程中产生的热量进行换热和利用氢、氧气燃烧热裂解水制取的氢、氧气再爆燃来提高燃料热值，以显著增加换热效率，有效地实现了环保、节能、降耗。

Description

氢能源锅炉

技术领域

本发明涉及一种用清洁能源氢气作燃料的锅炉，特别是一种弃用传统锅炉结构而充分利用热裂解水产生热能的高效换热型氢能源锅炉。该锅炉供热主要通过制氢过程中产生的热量进行换热和利用氢、氧气燃烧热裂解水制取的氢、氧气再爆燃来提高燃料热值，以显著增加换热效率。

背景技术

目前，新能源的开发利用已是当务之急，为发展可再生燃料而进行的研发，已在各国科技界普遍开展。近年来，因能源及环境问题的尖锐化，氢经济更得到一些国家政府的大力倡导和资助，并被各界人士广为重视。我们知道水由是H₂O组成，由 2个氢原子1个氧原子组成，水最少有两种以上的方法可将其分解成氢气、氧气，一种是电解法，一种是热裂解法，只要将水加热到900℃以上水就可以裂解成氢气、氧气参与燃烧。然而，使氢经济成为可以取代目前石油经济的一种实用燃料经济，尚有待在若干关键（如氢气的高效制取与储运）技术上的突破性发展。

据国内、外文献报导，作为清洁能源氢能源锅炉的制造技术虽然已有诸多种，但真正意义上能形成批量生产及广泛应用的氢能源锅炉确不多。现有的氢能源锅炉主要有：如公开号为CN101650071A的“氢氧液体燃料气化锅炉”，如公开号为CN2913854Y的“一种助燃锅炉”如公开号为CN2864469Y的“立式煤炭气化三室燃气锅炉” 如授权公告号为CN201104009Y的“氢氧助燃卧式锅炉”等，这些专利公开的内容主要是通过向燃煤的炉中喷射水蒸汽，使水蒸汽热裂解成氢、氧气参与燃烧，达到増能减排的目的。但以上专利受其结构与燃料限制，很难形成稳定的2000℃以上高温热源将水蒸汽热裂解成氢、氧气参与燃烧。如不能将水蒸汽热裂解成氢、氧气，则加入的水蒸汽是有害的，会与煤中的硫化合成硫化物，腐蚀炉体，污染空气。如公开号为CN145318A的“氢能锅炉”，其采用高压强脉冲电流向水中的电极板供电，瞬间将水汽化同时产生氢气、氧气参与燃烧、其想法是好的，但加入大量水蒸汽的氢、氧气，根本无法点燃，就更谈不上作燃料了。如授权公告号为CN2376575Y的“燃氢热水锅炉”，公开了采用电解水制氢，氢燃烧加热锅炉的方法。其电解水制氢，再燃氢加热锅炉，其过程没有能量放大，还不如使用电锅炉安全效率高，也不存在节能。如公开号为CN1587801的“水原料燃氢锅炉的装置和方法”，其采用初期对水进行磁化为活性水，先期用电或天然气加热蜂窝状的钛钢板1000℃，再向钛钢板喷水蒸汽使水蒸汽进一步细化増温热裂解成氢、氧气参与燃烧，试图达到烧水不烧油实现节能减排的目的。但因其热裂解氢的条件不够，水蒸汽难以热裂解成氢、氧气。经过计算得知，如果钛板为1000℃，水蒸汽为350℃，其温度相加等1350℃，1350℃÷2﹦675℃，水的热裂解温度是900℃以上、其没有配备高温热源、热裂解很难持续进行。

发明内容

本发明的目的是提供一种氢能源锅炉，它克服了现有燃氢或氢助燃锅炉存在的制氢效率低，水蒸汽达不到热裂解制氢条件等缺陷，其与传统锅炉相比，设计合理、结构紧凑，体积小，通过制氢过程中产生的热量进行换热和利用氢、氧气燃烧热裂解水制取的氢、氧气再爆燃来提高燃料热值，以显著增加换热效率，有效地实现了环保、节能、降耗。

本发明所采用的技术方案是：该氢能源锅炉，包括带有外壳和脚轮的底座，组装在底座上的氢、氧气为燃料的燃烧机，带有浮子液位计、补水单向阀和安全阀的氢、氧气发生罐，循环水泵，高、低温换热器以及通过导线连接的高频直流脉冲电源，其特征在于：所述燃烧机采用热激制氢燃烧机，热激制氢燃烧机壳体内设置带有护套和耐热陶瓷衬套的螺旋加热管，组装在所述螺旋加热管盘管中心内的耐热陶瓷热岛以及固定在所述壳体的底座上的燃气喷嘴；所述氢、氧气发生罐通过气液分离罐和防回火罐连接所述热激制氢燃烧机，所述热激制氢燃烧机壳体的热气流出口与所述高、低温换热器组成的循环供热管路连通。

所述氢、氧气发生罐的罐体由金属外罐体和非金属绝缘内罐体复合而成，通过所述罐体上部进水口的连接管件和底部排水口的循环水泵与换热器组成循环水管路，所述氢、氧气发生罐的氢、氧气输出管连接内置消泡不锈钢网和浮子针阀的气液分离罐以及防回火罐，并经所述防回火罐的氢、氧气出口连接供气管，所述氢、氧气发生罐的罐体内，通过固定在罐体两侧的阴、阳极接线柱悬挂由外表面涂镀释氢合金层的电解紫铜板制成的栅板式电极板，阴、阳极接线柱与所述高频直流脉冲电源连接。

所述热激制氢燃烧机包括带有排空电磁阀、火探头、热电偶和热气流出口以及火花塞的壳体，其中在所述壳体内设置带有护套和耐热陶瓷衬套的螺旋加热管及组装在所述螺旋加热管盘管中心内的耐热陶瓷热岛，所述螺旋加热管的护套底端和耐热陶瓷衬套的底部及所述燃气喷嘴上部都固定在所述燃烧机壳体的底座上，并使所述燃气喷嘴的中心与所述螺旋加热管盘管中心和耐热陶瓷热岛的中心位于同一轴线上，组装在所述燃气喷嘴上的燃气电磁阀的进气连接管与所述燃气喷嘴一端连通，所述螺旋加热管的伸出燃烧机壳体侧壁端通过一号、二号喷水微调阀分别连接所述供水管路，所述螺旋加热管的伸出所述护套的底座端与所述燃气喷嘴的另一端连通。

所述燃气喷嘴主要由基座、带有燃气通道、流槽和水蒸汽出汽孔的嘴芯、嘴芯连接套和燃气导流罩构成，所述基座的连接所述燃气电磁阀的一端与所述燃气喷嘴的嘴芯的燃气通道、流槽连通，所述基座的连接所述螺旋加热管的一端与所述燃气喷嘴的嘴芯的水蒸汽出汽孔连通。

本发明具有的优点及积极效果是；由于本发明的氢能锅炉采用的氢、氧气发生器罐体由金属外罐体和非金属绝缘内罐体复合而成，内罐体采用绝缘技术，电解时罐体不再作为电阻体，所以解决了电解槽耗电多的问题。另外，因其对电极板的结构和布置进行了重新设计，不仅将传统的不锈钢板材料替换为超导材料电解紫铜板制作栅板式电极板，而且还在紫铜板外表面涂镀释氢合金层，使电极板电阻耗电大幅降低，释氢量增大的特点，提高了电氢比；内置消泡不锈钢网和浮子针阀的气液分离罐可自动连续运行，也解决了氢、氧气携水的问题，为氢能的利用提供理想的设备和有力的技术支持。同时通过固定在罐体两侧的与高频直流脉冲电源连接的阴、阳极接线柱悬挂栅板式电极板，采用开放式电解，使罐体内的电解质上、下流动自如，更符合流体力学的要求，从而有利于氢、氧气发生罐内的电解液全部参与流动散热，实现没有不流动的死角，这不仅能提高电的利用率，而且可以进一步提高电解效率，还能从根本上解决发生罐内的电解液因散热不好而无法连续工作的问题、克服了现有技术存在的制氢效率低、电解液流通不畅、无法及时散热，升温过快等缺陷，其与同类设备相比，其结构简单，设计合理，体积小、散热好，便于工业化批量生产，可以显著地提高生产效率和产气质量，有效地实现了节电降耗。

通过在氧气发生器罐与与低温换热器之间加装强制循环冷却泵、彻底解决了发生器散热不好的问题，为本发明大功率的应用提供了技术保障。

经实际检验表明，本发明的氢氧气发生器的各项技术指标明显优于同类设备，其中电氢比为3：1，提高生产效率40，节电40、

由于本发明的氢能锅炉采用的热激制氢燃烧机的壳体内设置带有护套和耐热陶瓷衬套的螺旋加热管及组装在螺旋加热管盘管中心内的耐热陶瓷热岛，在螺旋加热管盘管中心和耐热陶瓷热岛的中心的同一轴线上设置燃气喷嘴，通过一号、二号喷水微调阀分别连接输水管的螺旋加热管，所以其结构设计合理，布置紧凑，

其采用喷水降温技术，高压密封式燃烧，最大的优点是实现了热能的放大，使能源的利用更加合理，对节能减排提供了有利的设备保证，为氢能源的应用拓宽了一条新路，本发明热激制氢燃烧机的能量放大功能是这样实现的，通过向燃烧机内螺旋加热管内微量滴入蒸流水，微量的水顺着螺旋管向火焰喷嘴处流动，螺旋管被氢火焰加热到400℃，滴入的水也被加热到400℃，我们知道氢氧气燃烧的火焰温度可高达2700℃，这样我们利用燃气喷嘴的中孔将400℃的水蒸汽喷到氢氧气火焰的中心，瞬间将400℃的水蒸汽加热到950℃以上。水蒸汽被热裂解变成氢气、氧气，氢气、氧气在950℃的条件下瞬时爆燃释放出热量，产生热能放大功能，其能量放大的量是输入燃料热值的3-6倍。

附图说明

以下结合附图对本发明进行详细说明。

图1是本发明的一种具体结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1中的热激制氢燃烧机的一种结构示意图。

图4是图1中的氢氧能源发生器的一种结构示意图。

图5是图4沿A-A线的剖视图。

图6是图1中的气液分离器的一种结构示意图。

图7是图3中的耐热陶瓷热岛的一种结构示意图。

图8是图7沿B-B线的剖视图。

图9是图3中的燃气喷嘴的一种结构示意图。

图中序号说明：1脚轮、2底座、3排污阀、4三通、5循环水泵、6气液分离罐、7高温换热器、8低温换热器、9阳极接线柱、10氢、氧气发生罐、11浮子液位计、12安全阀、13补水单流阀、14连通管、15气通道、16防回火罐、17循环水管、18连接活节、19热激制氢燃烧机、20排空电磁阀、21火探头、22冷却水出口、23喷水控制阀、24一号喷水微调阀、25冷却水进口、26二号喷水微调阀、27火花塞、28燃气喷嘴、29燃气管路、30燃气电磁阀、31热水出口、32外壳、33回水入口、34阴极接线柱、35压力开关、36五通、37高低温换热器连通管、38浮子针阀、39氢、氧气出口、40消泡不锈钢网、41隔离支撑套、42电极板、43极板定位柱、44非金属绝缘内罐体、45金属外罐体、46陶瓷耐热衬套、47螺旋加热管、48护套、49耐热陶瓷热岛、50基座、51嘴芯、52连接套、53燃气通道、54燃气导流罩。

具体实施方式

下面结合图1～9对本发明的具体结构作进一步说明。该氢能源锅炉，包括带有外壳32和脚轮1的底座2，组装在底座上的氢、氧气为燃料的燃烧机19，带有浮子液位计11、补水单向阀13和安全阀12的氢、氧气发生罐10，循环水泵5，高、低温换热器7、8以及通过导线连接的高频直流脉冲电源，其中燃烧机采用热激制氢燃烧机，热激制氢燃烧机19壳体内设置带有护套48和耐热陶瓷衬套46的螺旋加热管47，组装在螺旋加热管47盘管中心内的耐热陶瓷热岛49以及固定在壳体的底座上的燃气喷嘴28；氢、氧气发生罐通10过气液分离罐6和防回火罐16连接热激制氢燃烧机19，热激制氢燃烧机19壳体的热气流出口与所述高、低温换热器7、8组成的循环供热管路连通。

氢、氧气发生罐10的罐体由金属外罐体45和非金属绝缘内罐体44复合而成，通过罐体上部进水口的连接管件和底部排水口的循环水泵5与换热器组成循环水管路，氢、氧气发生罐10的氢、氧气输出管14连接内置消泡不锈钢网和浮子针阀的气液分离罐6以及防回火罐16，并经防回火罐16的氢、氧气出口39连接供气管29，氢、氧气发生罐10的罐体内，通过固定在罐体两侧的阴、阳极接线柱9、34悬挂由外表面涂镀释氢合金层的电解紫铜板制成的栅板式电极板42，阴、阳极接线柱9、34与高频直流脉冲电源连接。

热激制氢燃烧机19包括带有排空电磁阀20、火探头21、和热气流出口18以及火花塞27的壳体，其中在壳体内设置带有护套48和耐热陶瓷衬套46的螺旋加热管47及组装在螺旋加热管47盘管中心内的耐热陶瓷热岛49，螺旋加热管47的护套底端和耐热陶瓷衬套46的底部及燃气喷嘴28上部都固定在燃烧机壳体的底座上，并使燃气喷嘴28的中心与螺旋加热管47盘管中心和耐热陶瓷热岛49的中心位于同一轴线上，组装在燃气喷嘴28上的燃气电磁阀30的进气连接管与燃气喷嘴28一端连通，螺旋加热管47的伸出燃烧机壳体侧壁端通过一号、二号喷水微调阀21、26分别连接水管路，螺旋加热管的伸出护套的底座端与燃气喷嘴28的另一端连通。

燃气喷嘴28主要由基座50、带有燃气通道、流槽和水蒸汽出汽孔的嘴芯51、嘴芯51连接套52和燃气导流罩54构成，基座连接燃气电磁阀的一端与燃气喷嘴28的嘴芯51的燃气通道、流槽连通，基座的连接所述螺旋加热管47的一端与燃气喷嘴28的嘴芯51的水蒸汽出汽孔连通。

工作过程：按要求将氢能锅炉装配好，经打压试验合格后，打开与氢、氧气供气管路29的燃气电磁阀30，接通补水单向阀13的输送电解液的管路。向氢、氧气发生罐10中加入符合要求的水或已在水中添加电解质或活化剂的电解液，液位到达设定的上限值时，浮子水位仪11报警，停止加电解液。氢、氧气发生罐10加电解液后，启动与阴、阳极接线柱34、9连接的高频直流脉冲电源，使氢、氧气发生罐10开始工作，即可产生需要量的氢、氧气外供。氢、氧气发生罐10的罐体内的电解质上、下流动自如，电解液全部参与流动散热，与此同时，电解液通过循环水管路由罐体底部排水口的循环水泵5进入换热器，经强制循环换热器后，再从罐体上部进水口的连接管件流回氢、氧气发生罐10的罐体内。若产气的同时将该氢、氧气作为燃料，则氢、氧气发生罐10内连续产生的氢、氧气的压力会升高。当压力升高到2.5KG时，压力开关35就会自动关闭向氢、氧气发生罐10供电的电源，氢、氧气发生罐4即刻停止工作。如在意外情况下氢、氧气发生罐10内的压力超过4KG时，安全阀1会自动卸压，从而保证罐体的使用安全、氢、氧气发生器10工作正常后、制氢机开始工作、当氢气压力满足热激制氢燃烧机需要时、启动氢能锅炉微电脑管理系统，微电脑管理系统开始工作，微电脑管理系统打开排空电磁阀20、排空电磁阀20打开20秒钟后，微电脑管理系统向火花塞27供电，火花塞27供电5秒钟后、微电脑管理系统打开燃气电磁阀30，向燃烧机19供氢氧气，氢氧气经燃气喷嘴28进入燃烧机19，被火花塞27点燃，燃烧机19开始工作，同时火探头10开始工作，测得火亮后微电脑管理关闭排空电磁阀20。燃烧机19开始工作，燃气经活节18进入高温换热器7，高温换热器7开始换热。当燃烧机工作1分钟后，打开一号喷水微调阀24，蒸流水经一号微调阀24，进入燃烧机加热管47，进一步加热后进入燃烧机。通过向燃烧机内螺旋加热管47内微量喷入蒸流水，微量的蒸流水顺着螺旋加热管向火焰喷嘴处流动，螺旋管被氢火焰加热到700℃，喷入的蒸流水也被加热到700℃。我们知道氢氧气燃烧的火焰温度可高达2700℃，这样我们利用燃气喷嘴28的中孔，将700℃的水蒸汽喷到氢氧气火焰的中心，瞬间将700℃的水蒸汽加热到950℃以上。水蒸气经二号喷水微调阀26进入燃烧机加热管47进一步加热后进入燃烧机，通过向燃烧机内螺旋加热管47内微量喷入蒸流水，微量的蒸流水顺着螺旋管向陶瓷热岛中心流动，螺旋管被氢火焰加热到700℃，喷入的蒸流水也被加热到700℃。水蒸汽被热裂解变成氢气、氧气，氢气、氧气在950℃的条件下瞬时爆燃释放出热量，产生热能放大功能，其能量放大的量是输入燃料热值的2-6倍、加入的水蒸气被裂解成氢气，氧气参与燃烧瞬间释放出高温热能，从而完成了氢能锅炉的工作过程与热能放大过程。

Claims

1.一种氢能源锅炉，包括带有外壳和脚轮的底座，组装在底座上的氢、氧气为燃料的燃烧机，带有浮子液位计、补水单向阀和安全阀的氢、氧气发生罐，循环水泵，高、低温换热器以及通过导线连接的高频直流脉冲电源，其特征在于：所述燃烧机采用热激制氢燃烧机，热激制氢燃烧机壳体内设置带有护套和耐热陶瓷衬套的螺旋加热管，组装在所述螺旋加热管盘管中心内的耐热陶瓷热岛以及固定在所述壳体的底座上的燃气喷嘴；所述氢、氧气发生罐通过气液分离罐和防回火罐连接所述热激制氢燃烧机，所述热激制氢燃烧机壳体的热气流出口与所述高、低温换热器组成的循环供热管路连通。

2.根据权利要求1所述的氢能源锅炉，其特征在于：所述氢、氧气发生罐的罐体由金属外罐体和非金属绝缘内罐体复合而成，通过所述罐体上部进水口的连接管件和底部排水口的循环水泵与换热器组成循环水管路，所述氢、氧气发生罐的氢、氧气输出管连接内置消泡不锈钢网和浮子针阀的气液分离罐以及防回火罐，并经所述防回火罐的氢、氧气出口连接供气管，所述氢、氧气发生罐的罐体内，通过固定在罐体两侧的阴、阳极接线柱悬挂由外表面涂镀释氢合金层的电解紫铜板制成的栅板式电极板，阴、阳极接线柱与所述高频直流脉冲电源连接。

3.根据权利要求1所述的氢能源锅炉，其特征在于：所述热激制氢燃烧机包括带有排空电磁阀、火探头、热电偶和热气流出口以及火花塞的壳体，其中在所述壳体内设置带有护套和耐热陶瓷衬套的螺旋加热管及组装在所述螺旋加热管盘管中心内的耐热陶瓷热岛，所述螺旋加热管的护套底端和耐热陶瓷衬套的底部及所述燃气喷嘴上部都固定在所述燃烧机壳体的底座上，并使所述燃气喷嘴的中心与所述螺旋加热管盘管中心和耐热陶瓷热岛的中心位于同一轴线上，组装在所述燃气喷嘴上的燃气电磁阀的进气连接管与所述燃气喷嘴一端连通，所述螺旋加热管的伸出燃烧机壳体侧壁端通过一号、二号喷水微调阀分别连接所述供水管路，所述螺旋加热管的伸出所述护套的底座端与所述燃气喷嘴的另一端连通。

4.根据权利要求3所述的氢能源锅炉，其特征在于：所述燃气喷嘴主要由基座、带有燃气通道、流槽和水蒸汽出汽孔的嘴芯、嘴芯连接套和燃气导流罩构成，所述基座的连接所述燃气电磁阀的一端与所述燃气喷嘴的嘴芯的燃气通道、流槽连通，所述基座的连接所述螺旋加热管的一端与所述燃气喷嘴的嘴芯的水蒸汽出汽孔连通。