CN103216336B - 一种化学回热器 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种化学回热器，包括油气掺混器、协同重整反应器、电磁阀门、等离子体电源；协同重整反应器包括外电极壳体、内电极，内电极安装在外电极壳体里，外电极壳体和内电极之间依次设置阻挡介质a和阻挡介质b，外电极壳体包括依次相连的外壳体头部连接段、外壳体中部连接段、外壳体底部连接段，外壳体头部连接段上设置进气口，外壳体底部连接段上设置出气口，在阻挡介质a和阻挡介质b之间、位于阻挡介质a的两个端部处各放置一云母片，云母片上分布有孔，分别连通进气口和出气口；油气掺混器通过电磁阀门连通进气口，等离子体电源连接内电极。本发明可以大大提高燃料的转化率，增加涡轮排气余热的利用深度，提高循环热效率。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种化学回热循环燃气轮机的化学回热器。
背景技术
化学回热循环燃气轮机（CRGT）是一种非常有前景的先进循环燃气轮机，通过采用燃料蒸汽重整技术，深度利用燃气轮机排气余热，大大提高了燃机的热效率，并且不受压气机压比的限制；重整气中大量的蒸汽加入，增加了燃烧产物的热容，降低了燃烧过程的火焰峰面温度，有效减少燃气轮机的NOx排放量。
化学回热器是CRGT核心部件，通过采用强吸热的燃料蒸汽重整反应来提高燃气轮机排气余热的利用深度。为了保证化学回热循环燃气轮机能够用于船舶动力装置，通常采用柴油作为燃料。柴油蒸汽重整过程主要分为两部分：柴油预转化过程和富甲烷气重整过程。甲烷蒸汽重整技术发明于20世纪30年代，在工业上的应用已经比较成熟。该工艺以CH4和H2O为原料，在高温（973-1173K）高压（20–30atm）条件下反应。而涡轮排气余热温度约为450-550℃，采用常规催化剂甲烷蒸汽重整的裂解深度较低，无法实现余热的高效利用。
介质阻挡放电等离子体借助于高能电子碰撞产生振动激发物质及其自由基等活性组分，可以大大提高化学反应速度，减少反应时间，使得重整器结构紧凑、起动快、动态响应快速。但是仅有等离子催化时，电子能量的50%用于甲烷解离生成CHx和H，其解离能为9～12eV，然而C-H键解离能为4.26eV，60%的能量作为额外能量输入转化为CHx和H的动能；而电子能量的36.4%用于生成振动活化甲烷，这部分能量将造成浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供介质阻挡放电等离子体与催化剂协同催化柴油蒸汽与水蒸汽重整的一种化学回热器。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种化学回热器，其特征是：包括油气掺混器、协同重整反应器、电磁阀门、等离子体电源；协同重整反应器包括外电极壳体、内电极，内电极安装在外电极壳体里，外电极壳体和内电极之间依次设置阻挡介质a和阻挡介质b，外电极壳体包括依次相连的外壳体头部连接段、外壳体中部连接段、外壳体底部连接段，外壳体头部连接段上设置进气口，外壳体底部连接段上设置出气口，在阻挡介质a和阻挡介质b之间、位于阻挡介质a的两个端部处各放置一云母片，云母片上分布有孔，分别连通进气口和出气口；油气掺混器通过电磁阀门连通进气口，等离子体电源连接内电极。
本发明还可以包括：
1、外壳体中部连接段两端分别有一对阻挡介质a进行轴向定位的凸槽，且有1-2mm的滑动余量。
2、外壳体中部连接段由可增减的螺纹连接段组成，通过增减螺纹连接段调整协同重整反应器尺寸。
3、进气口处安装有进口温度传感器，出气口处安装有出口温度传感器，在外壳体底部连接段下方设置石英观察窗。
4、所述的协同重整反应器有九个，以3×3的方式排列成协同重整反应器组。
本发明的优势在于：本发明可以大大提高燃料的转化率，增加涡轮排气余热的利用深度，提高循环热效率。根据不同工况下柴油蒸汽与水蒸汽的总流量控制各反应器进口电磁开关的闭合，使处于工作状态的反应器内反应物停留时间基本维持在最佳时间范围内，保证各反应器具有较高的工作效率，同时降低额外的电能消耗。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的协同重整反应器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1～2，化学回热器装置由九组低温等离子体催化反应器104组成，反应器以3×3的方式排列。反应器入口处设置电磁阀门103，根据不同工况下油气掺混器的101柴油蒸汽与水蒸汽的总流量控制各反应器进口电磁阀门103的闭合，使处于工作状态的反应器内反应物停留时间基本维持在最佳时间范围内，保证各反应器具有较高的工作效率，同时降低额外的电能消耗。反应器主要包括电源连接1、外壳体头部连接段2、外壳体中部连接段3、外壳体底部连接段4、石英观察窗5、云母片6、阻挡介质a7、阻挡介质b8、进气口9、进口温度传感器10、出气口11、出口温度传感器12、内电极13、云母片14。电源连接1主要用于连接等离子体电源102，外电极壳体包括外壳体头部连接段2、外壳体中部连接段3、外壳体底部连接段4，由多段螺纹连接段组成，便于通过增减中部连接段3来调整反应器尺寸，外壳体头部连接段2上设置进气口9，外壳体底部连接段4上设置出气口11，进气口9安装进口温度传感器10，出气口11安装出口温度传感器12。在外电极壳体中部连接段3的两端分别有一凸槽，对阻挡介质a7进行轴向定位，且有1-2mm的滑动余量，确保阻挡介质不承受压力，保证化学回热器装置可以在较高气压下工作。阻挡介质a7和b8之间放置云母片6、14，保证双阻挡介质的同心度。云母片6、14上均匀分布多个小孔，催化剂放置在两云母片之间，形成并列式协同催化方式，石英观察窗5为石英玻璃片，位于外壳体底部连接段4底部，厚度为5-10mm。进出口温度传感器10、12采用K型热电偶，K型热电偶的直径与连接接头的直径相同，保证反应器的密闭性。
当某反应器入口电磁阀门103打开后，该反应器内电极连通高压电源，高压电源的电压频率为30-45KHz，电压为5000-15000V，内电极13和外电极壳体之间施加的高压便可在双阻挡介质之间的催化剂间隙内产生高能电子，进一步形成淡白色微放电。高能电子碰撞柴油分子和水蒸汽分子，产生碳氢碎片、自由基及其振动活化组分，这些活化组分在催化剂表面进一步发生吸附、反应和解吸附过程，生成包含H2、CO、CO2、CH4和H2O(g)的裂解气。采用介质阻挡放电等离子体与催化剂协同重整的技术可以大大提高燃料的转化率，增加涡轮排气余热的利用深度，提高循环热效率。
Claims (1)
1.一种化学回热器，其特征是：包括油气掺混器、协同重整反应器、电磁阀门、等离子体电源；协同重整反应器包括外电极壳体、内电极，内电极安装在外电极壳体里，外电极壳体和内电极之间依次设置阻挡介质a和阻挡介质b，外电极壳体包括依次相连的外壳体头部连接段、外壳体中部连接段、外壳体底部连接段，外壳体头部连接段上设置进气口，外壳体底部连接段上设置出气口，在阻挡介质a和阻挡介质b之间、位于阻挡介质a的两个端部处各放置一云母片，云母片上分布有孔，分别连通进气口和出气口；油气掺混器通过电磁阀门连通进气口，等离子体电源连接内电极；
外壳体中部连接段两端分别有一对阻挡介质a进行轴向定位的凸槽，且有1-2mm的滑动余量；
外壳体中部连接段由可增减的螺纹连接段组成，通过增减螺纹连接段调整协同重整反应器尺寸；
进气口处安装有进口温度传感器，出气口处安装有出口温度传感器，在外壳体底部连接段下方设置石英观察窗；
所述的协同重整反应器有九个，以3×3的方式排列成协同重整反应器组。
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