CN106321203B - 一种蒸汽重整型化学回热内燃机 - Google Patents
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Abstract
一种蒸汽重整型化学回热内燃机。本发明涉及一种内燃机，具体涉及一种蒸汽重整型化学回热内燃机。本发明为解决现有内燃机尾气余热回收率低，造成能量浪费的问题。一种蒸汽重整型化学回热内燃机包括进气管、机体、排气管、化学回热器、蒸汽发生器、燃料储箱和水箱，机体内有多个燃烧室，排气管由先至后依次穿过化学回热器和蒸汽发生器，燃料储箱与燃料输送管的一端连接，燃料输送管的另一端分别与燃烧室和化学回热器的入料端连接，水箱与蒸汽发生器的入水端之间通过水输送管连接，蒸汽发生器的出气端与化学回热器的进气端之间通过蒸汽输送管连接，化学回热器的出气端通过重整产物输送管与进气管连接。本发明用于内燃机的节能减排。
Description
技术领域
本发明涉及一种内燃机，具体涉及一种蒸汽重整型化学回热内燃机。
背景技术
随着时代的发展，内燃机的设计和制造技术越来越先进，内燃机的热效率越来越高，污染物排放越来越少。然而，即使是现在最先进的内燃机，其热效率仍然不够高(目前，汽油机热效率最高为38％，柴油机热效率最高为50％)，燃料的化学能绝大多数以热能的形式耗散掉了，没有得到有效利用。这在能源短缺问题日益严重的今天，无疑是巨大的浪费。因此，非常有必要对内燃机余热进行回收利用。
燃料在内燃机燃烧室中燃烧，燃料的化学能转换为燃烧产物的热能。燃烧产物的热能除了一部分转换为机械功对外输出以外，剩余的热能主要通过三种途径耗散：尾气、冷却液和润滑油。由于润滑油和冷却液的温度较低，对其余热能量进行回收利用技术难度较大，而尾气的温度较高，因此对于内燃机尾气热能的回收利用的研究获得科研人员的广泛关注。现阶段研究较多的技术有：涡轮增压技术、有机朗肯循环、卡琳娜循环和半导体温差发电技术等。涡轮增压技术相对比较成熟，然而涡轮增压技术对尾气余热的回收利用并不充分，涡轮出口的温度仍然较高，还可以进一步回收利用。有机朗肯循环和卡琳娜循环的热效率较低，并且换热装置体积庞大。半导体温差发电技术目前效率太低，工程应用还为时尚早。因此，有必要另辟蹊径，研发出一种新的内燃机尾气余热回收利用技术。
发明内容
本发明为解决现有内燃机尾气余热回收率低，造成能量浪费的问题，进而提出一种蒸汽重整型化学回热内燃机。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明包括进气管、机体、排气管、化学回热器、蒸汽发生器、燃料储箱和水箱，机体内有多个燃烧室，每个燃烧室的进气端分别与进气管连接，燃烧室的出气端分别与排气管的一端连接，排气管由先至后依次穿过化学回热器和蒸汽发生器，燃料储箱与燃料输送管的一端连接，燃料输送管的另一端分别与燃烧室和化学回热器的入料端连接，水箱与蒸汽发生器的入水端之间通过水输送管连接，蒸汽发生器的出气端与化学回热器的进气端之间通过蒸汽输送管连接，化学回热器的出气端通过重整产物输送管与进气管连接。
本发明的有益效果是：
1.采用化学回热技术对内燃机尾气余热进行回收利用，提高内燃机的热效率；
2.燃料发生蒸汽重整反应之后生成小分子气态产物，能够改善燃烧，降低污染物尤
其是固体颗粒物的排放；
3.尾气先后通过化学回热器和蒸汽发生器，尾气的余热得到梯级利用；
4.本发明对内燃机的结构改动较小，便于推广应用。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图，其中箭头的方向表示气体或液体的流向。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明，本实施方式所述一种蒸汽重整型化学回热内燃机包括进气管1、机体2、排气管4、化学回热器9、蒸汽发生器11、燃料储箱5和水箱13，机体2内有多个燃烧室3，每个燃烧室3的进气端分别与进气管1连接，燃烧室3的出气端分别与排气管4的一端连接，排气管4由先至后依次穿过化学回热器9和蒸汽发生器11，燃料储箱5与燃料输送管8的一端连接，燃料输送管8的另一端分别与燃烧室3和化学回热器9的入料端连接，水箱13与蒸汽发生器11的入水端之间通过水输送管12连接，蒸汽发生器11的出气端与化学回热器9的进气端之间通过蒸汽输送管14连接，化学回热器9的出气端通过重整产物输送管10与进气管1连接。
本实施方式通过化学回热的方式回收内燃机尾气余热，燃料与水蒸汽发生吸热的蒸汽重整反应实现了化学回热过程，实现了对内燃机尾气余热的回收利用，此过程中使用内燃机尾气余热作为燃料蒸汽重整反应的热源，燃料蒸汽重整反应产物通过重整产物输送管10注入进气管1，在进气管1中与空气预混，尾气先后通过化学回热器9和蒸汽发生器11，尾气的余热得到更充分的回收利用。
如此设计在发动机运行时，燃料由燃料储箱5流出，一部分燃料进入燃烧室3，与进气管1中的空气混合燃烧，燃烧后的尾气经由排气管4排出，另一部分燃料进入化学回热器9，液态水从水箱13中流出，经过蒸汽发生器11变为水蒸气，然后进入化学回热器9，在化学回热器9中的燃料与水蒸汽混合受热发生重整反应，重整反应完全后，生成的小分子气态产物通过重整产物输运管10进入进气管1，在其中与空气预混，然后再进入燃烧室3中燃烧。尾气通过排气管4先后进入化学回热器9和蒸汽发生器11经过余热回收利用后，然后排入大气。其中化学回热器9用于燃料和水蒸气的混合物吸收尾气的热量发生蒸汽重整反应，蒸汽发生器11用于加热水生成水蒸气。
具体实施方式二：结合图1说明，本实施方式所述燃料输送管8上设有分流阀7，燃料输送管8的另一端通过分流阀7分别与燃烧室3和化学回热器9的入料端连接。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
如此设计的分流阀7用于控制进入燃烧室3的燃料与进入化学回热器9的燃料的流量。
具体实施方式三：结合图1说明，本实施方式所述燃料输送管8上设有燃料泵6，燃料泵6设置在燃料输送管8的一端。其它组成和连接方式与具体实施方式一或二相同。
如此设计使燃料经过燃料泵6进行增压，保证燃料的充足供给。
具体实施方式四：结合图1说明，本实施方式燃料储箱5内的燃料为甲醇。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。
如此设计使用甲醇与水蒸气发生蒸汽重整反应来回收尾气余热，而不是甲醇催化裂解反应。
具体实施方式五：结合图1说明，本实施方式化学回热器9和蒸汽发生器11内的排气管4的形状为曲线形。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二或四相同。
如此设计增大化学回热器9和蒸汽发生器11内排气管4的表面积，从而使尾气的余热可以充分散发出来，得以回收和利用。
具体实施方式六：结合图1说明，本实施方式燃料与水蒸气的混合物在化学回热器9中发生的是蒸汽重整反应。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。
工作原理
化学回热技术是一种应用于燃气轮机领域的尾气余热回收利用技术。在化学回热循环燃气轮机中，燃料并不是直接喷入燃烧室3燃烧，而是先经过化学回热器9，在化学回热器9中被尾气加热发生裂解或者蒸汽重整反应，再将反应产物喷入燃烧室3燃烧。采用蒸汽重整型化学回热内燃机后，燃料的热值得到提高，燃料的化学能品位得到降低，燃料燃烧过程中的损失得到减少。蒸汽重整型化学回热内燃机通过吸热的化学反应对尾气余热进行回收利用，将尾气的热能以化学能的形式储存在反应产物中。由于燃料与水蒸气混合后发生重整反应，避免了燃料结焦、积碳的发生。重整反应生成的小分子气态产物对于改善缸内燃烧、降低污染物排放有积极作用。同时，由于反应产物是小分子气态混合物，这对于提高燃烧效率、降低污染物排放是有利的。这种新技术的使用能够提高内燃机的热效率，进而降低油耗，减少污染物排放，实现节能减排。
Claims (4)
1.一种蒸汽重整型化学回热内燃机，其特征在于：所述一种蒸汽重整型化学回热内燃机包括进气管(1)、机体(2)、排气管(4)、化学回热器(9)、蒸汽发生器(11)、燃料储箱(5)和水箱(13)，机体(2)内有多个燃烧室(3)，每个燃烧室(3)的进气端分别与进气管(1)连接，燃烧室(3)的出气端分别与排气管(4)的一端连接，排气管(4)由先至后依次穿过化学回热器(9)和蒸汽发生器(11)，燃料储箱(5)与燃料输送管(8)的一端连接，燃料输送管(8)的另一端分别与燃烧室(3)和化学回热器(9)的入料端连接，水箱(13)与蒸汽发生器(11)的入水端之间通过水输送管(12)连接，蒸汽发生器(11)的出气端与化学回热器(9)的进气端之间通过蒸汽输送管(14)连接，化学回热器(9)的出气端通过重整产物输送管(10)与进气管(1)连接，化学回热器(9)和蒸汽发生器(11)内的排气管(4)的形状为曲线形，燃料与水蒸气的混合物在化学回热器(9)中发生的是蒸汽重整反应。
2.根据权利要求1所述一种蒸汽重整型化学回热内燃机，其特征在于：所述燃料输送管(8)上设有分流阀(7)，燃料输送管(8)的另一端通过分流阀(7)分别与燃烧室(3)和化学回热器(9)的入料端连接。
3.根据权利要求1或2所述一种蒸汽重整型化学回热内燃机，其特征在于：所述燃料输送管(8)上设有燃料泵(6)，燃料泵(6)设置在燃料输送管(8)的一端。
4.根据权利要求3所述一种蒸汽重整型化学回热内燃机，其特征在于：燃料储箱(5)内的燃料为甲醇。
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