CN109233925A - 氢能源清洁燃料的燃烧系统及预处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液体芳烃气化领域，更具体地说，它涉及氢能源清洁燃料的燃烧系统。其技术方案要点是：包括空气加压设备区块、产气制造设备区块和锅炉燃烧机设备区块；空气加压设备区块包括空压机和进气管道；产气制造设备区块包括产气罐和储料罐，产气罐下部连通有用于通空气的进气管道，产气罐顶部设有连通储料槽的回料管；储料罐连通有用于输出混合燃气的出气管道；锅炉燃烧机设备区块包括锅炉和设置在锅炉端部的燃烧机，燃烧机远离锅炉的一端与出气管道相连。空气通过进气管道输送到产气罐内，与产气罐内的液体原料混合更加均匀，受热也更加均匀；储料罐和回料管的设置使得即使混合燃气在流通的过程中冷却形成液体也很难流入产气罐。

Description

氢能源清洁燃料的燃烧系统及预处理工艺

技术领域

本发明涉及液体芳烃气化领域，更具体地说，它涉及氢能源清洁燃料的燃烧系统及预处理工艺。

背景技术

燃料是人们生活和工农业生产不可或缺的部分，目前常用的燃料有煤炭、石油、天然气；煤炭和石油燃烧过程中都容易产生有害气体，不够环保；天然气由外部管路供应容易受条件的限制，而且热值较低；也有使用液化石油气作为燃料的情况，但是大部分选用桶装的液化石油气，运输过程危险，成本高，也会存在中毒的可能性。

针对以上问题，中国发明专利CN202938013U公开了一种将液态轻芳烃转换成气态的设备，包括一燃气储气桶与两产气桶体，该燃气储气桶与各产气桶体间连设有燃气连通管，形成π字形；该各产气桶体至少包括有一轻芳烃燃料注入管、一混空支管、一进气管、一曝气管与一加热元件；且该两产气桶体间连设有一液位连通管，产气桶体内还设有测高密度液雾滤网、测中密度液雾滤网、测低密度液雾滤网。

上述技术方案，利用醚、烷类的液态油品与空气气体经加热与混合和气化后，运用其蒸发气体作为引火燃烧气体，以替代一般可燃气体等用途而且可在加热时适时补充油料，稳定产出的燃气品质。但是一燃气储气桶与两产气桶体形成π字形，从产气桶体内产生的气体到达燃气储气筒，部分气体冷却形成的液体或原料中的部分杂质会回流，不仅会影响气体的流速，还容易堵塞测高密度液雾滤网、测中密度液雾滤网、测低密度液雾滤网，进而影响后期稳定产出的燃气品质。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供氢能源清洁燃料的燃烧系统，能够稳定的产出高质量的混合燃气，尽量防止混合燃气中混合冷却液，燃烧的热值更高。

本发明的上述技术目的一是通过以下技术方案得以实现的：氢能源清洁燃料的燃烧系统，包括空气加压设备区块、产气制造设备区块和锅炉燃烧机设备区块；

空气加压设备区块包括用于提供空气的空压机和用于传输空气的进气管道；

产气制造设备区块包括产气罐和储料罐，产气罐下部连通有用于通空气的进气管道，产气罐顶部设有连通储料槽的回料管；储料罐连通有用于输出混合燃气的出气管道；

锅炉燃烧机设备区块包括锅炉和设置在锅炉端部的燃烧机，燃烧机远离锅炉的一端与出气管道相连。

通过采用上述技术方案，空压机将空气通过进气管道输送到产气罐内，并与产气罐内的液体原料混合，混合更加均匀，而且起到一定的混合搅拌作用，利于使液体受热更加均匀；储料罐和回料管的设置使得即使混合燃气在流通的过程中冷却形成液体也很难流入产气罐，不容易影响稳定产出的混合燃气的品质。从出气管道内传送到锅炉内的气体通过燃烧机打火，混合燃气完全燃烧，而且热值更高。

本发明进一步设置为：回料管靠近产气罐一端距离地面的高度等于或高于回料管靠近储料罐一端距离地面的高度；回料管与储料罐的顶部连通，出气管道设置在储料罐上部侧壁。

通过采用上述技术方案，冷却液更不容易回流到产气罐内，而且进入储料罐的混合燃气不会受储料罐内冷却液的影响，更不容易带出冷却液，产出混合燃气品质更高。

本发明进一步设置为：所述产气罐内设有高性能过滤装置，所述高性能过滤装置包括从下到上依次设置的低密孔过滤网、中高密孔过滤网，高密孔过滤网；低密孔过滤网、中高密孔过滤网，高密孔过滤网的孔径依次减小。

通过采用上述技术方案，液体和空气被加热形成混合燃气经过高性能过滤装置输出燃气，混合燃气混合的更加均匀，而且经过高性能过滤装置过滤掉大部分液体，使输出的燃气品质更高，更稳定；孔径的大小设计实现了对混合燃气中携带冷却液逐步阻挡去除，对气流的影响更小，过滤效果也很好。

本发明进一步设置为：所述高性能过滤装置上还设置有脱氢催化剂。

通过采用上述技术方案，通过脱氢催化剂能够在更低的温度下脱氢，进而增大反应物的不饱和度，使产物具有较高的反应活性，更容易气化，而且制得的氢能源清洁燃料热值更高，更容易充分燃烧；脱氢催化剂设置在高性能过滤装置上与C6烷烃的接触更加充分，脱氢反应进行的更加完全。

本发明进一步设置为：所述储料罐设置为卧式储料罐，包括腔体和设置于腔体两端的入料口和出气口，所述腔体内设有若干个隔板，隔板上开设有气孔，且若干个隔板上气孔高度依次降低。

通过采用上述技术方案，卧式储料罐的设置能够使产气罐产生的先通过卧式储料罐，尽量防止冷却液的回流；入料口和出气口设置在腔体两端，冷却液更容易留在卧式储料罐内，混合燃气通过隔板上的气孔通过，减小空气流量，再加上气孔高度变化，能够更大限度的阻挡冷却液流出影响混合燃气的品质；而且卧式储料罐也起到了一定的过渡、储存的作用，更利于稳定的产出高品质的混合燃气。

本发明进一步设置为：卧式储料罐上还设有压力表座、泄气阀座和安全阀座，还设有液位计。

通过采用上述技术方案，能够更好的监控腔体内混合燃气的状态，而且有泄气阀座和安全阀座，更加安全；液位计可以检测腔体内冷却液的体积，便于及时清理。

本发明进一步设置为：储料罐和出气管道之间连通有储气罐。

通过采用上述技术方案，能够更加稳定的产出高质量的混合燃气，进而能够更稳定的向锅炉内输送高质量的混合燃气，不容易影响后期的工序。

本发明进一步设置为：出气管道上设有气体流量计和调节阀，出气管道上设有加热套。

通过采用上述技术方案，进一步减少混合燃气中的冷却液，利于保证混合燃气的高热值，也利于控制空气的量使燃烧更加充分。

本发明进一步设置为：加热套内设有电热元件或通锅炉内混合燃气燃烧冷却后温度为60-70℃的废气。

通过采用上述技术方案，电热元件结构简单，而且便于控制温度；使用锅炉废气，即实现了锅炉废气的余热利用，也利于持续的产出高质量的混合燃气，而且排出的锅炉废气温度也会有所降低，对周围环境影响更小。

本发明进一步设置为：氢能源清洁燃料的燃烧系统还包括原料储放设备区块，原料储放设备区块通过管道与产气罐相连。

通过采用上述技术方案，有利于及时给产气罐补偿原料，更利于稳定的产出高质量的混合燃气，而且操作也更加简便。

本发明的目的二在于提供氢能源清洁燃料预处理工艺，能够稳定的产出高质量的混合燃气，燃烧的热值更高，燃烧也更充分。

本发明的上述技术目的二是通过以下技术方案得以实现的：氢能源清洁燃料预处理工艺，包括以下步骤：

S1 向产气罐内加入体积40%-50%的液体原料；

S2 向加入液体原料的产气罐内通空气，控制产气罐内压力为0.1-0.3Mpa；

S3 给S1中液体原料加热使液体原料气化和空气混合形成混合燃气；

S4 混合燃气通过出气管道输送到锅炉燃烧机设备区块点火燃烧。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

其一，空压机将空气通过进气 管道输送到产气罐内，并与产气罐内的液体原料混合，混合更加均匀，而且起到一定的混合搅拌作用，利于使液体受热更加均匀；储料罐和回料管的设置使得即使混合燃气在流通的过程中冷却形成液体也很难流入产气罐，不容易影响稳定产出的混合燃气的品质。从出气管道内传送到锅炉内的气体通过燃烧机打火，混合燃气完全燃烧，而且热值更高。

其二，卧式储料罐的设置能够使产气罐产生的先通过卧式储料罐，尽量防止冷却液的回流；入料口和出气口设置在腔体两端，冷却液更容易留在卧式储料罐内，混合燃气通过隔板上的气孔通过，减小空气流量，再加上气孔高度变化，能够更大限度的阻挡冷却液流出影响混合燃气的品质；而且卧式储料罐也起到了一定的过渡、储存的作用，更利于稳定的产出高品质的混合燃气。

其三，高性能过滤装置、脱氢催化剂、加热套的设置都进一步提高混合燃气的品质，有利于后期混合燃气的充分燃烧。

附图说明

图1为实施例1的整体结构示意图；

图2为实施例1中产气罐的内部结构示意图；

图3为实施例1中卧式储料罐的结构示意图；

图4为实施例2中储料罐的结构示意图；

图5为实施例3中补偿套的结构示意图。

图中：1、产气罐；11、进气管道；12、回料管；13、高性能过滤装置；131、低密孔过滤网；132、中高密孔过滤网；133、高密孔过滤网；14、加热装置；2、储料罐；21、出气管道；211、伸入段；212、弯折段；22、排液管；23、进液管；24、腔体；241、隔板；2411、气孔；242、压力表座；243、泄气阀座；244、安全阀座；245、液位计；25、入料口；3、补偿套；4、空压机；41、干燥机；5、储气罐；6、锅炉；61、燃烧机；62、气体流量计；63、调节阀；64、过滤器；7、原料储罐；8、防火墙。

具体实施方式

下面结合附图1-5和实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1

氢能源清洁燃料的燃烧系统，如图1所示，包括空气加压设备区块、产气制造设备区块和锅炉燃烧机设备区块；

空气加压设备区块包括用于提供空气的空压机4和用于传输空气的进气管道11；且进气管道11上连接有干燥机41，进入的空气水分小，不容易影响产气罐1内液体的液化，产出的混合燃气品质更高。

产气制造设备区块包括产气罐1和储料罐2，产气罐1下部连通有用于通空气的进气管道11，产气罐1顶部设有连通储料槽的回料管12；储料罐2连通有用于输出混合燃气的出气管道21；

锅炉燃烧机设备区块包括锅炉6和设置在锅炉6端部的燃烧机61，燃烧机61远离锅炉6的一端与出气管道21相连。

如图1所示，为了安全起见锅炉燃烧机设备区块与空气加压设备区块、产气制造设备区块处于不同的空间内，出气管道21穿过防火墙8与燃烧机61相连，出气管道21上设有气体流量计62和调节阀63，调节阀63与燃烧机61距离大于6米，出气管道21上设有加热套（图中未画出），加热套内设有电热元件保持混合燃气中不携带冷却液。

在其他实施例中，加热套内可以通锅炉6内混合燃气燃烧冷却后温度为60-70℃的废气。

靠近燃烧机61远离锅炉6的一端还安装有过滤器64，进一步锅炉6部分冷却液或杂质。

回料管12靠近产气罐1一端距离地面的高度等于或高于回料管12靠近储料罐2一端距离地面的高度，这样即使混合燃气在流通的过程中冷却形成液体也很难流入产气罐1，不容易影响稳定产出的混合燃气的品质；回料管12与储料罐2的顶部连通，出气管道21设置在储料罐2上部侧壁，储料罐2底部设有排液管22，便于冷却液的排出，储料罐2底部设有与产气罐1连通的进液管23，能够将储料罐2内的冷却液直接排放到产气罐1内，操作更加简便，而且不容易形成浪费，更加节能环保。

图2所示，产气罐1中部设有高性能过滤装置13，高性能过滤装置13包括从下到上依次设置的低密孔过滤网131、中高密孔过滤网132，高密孔过滤网133；低密孔过滤网131、中高密孔过滤网132，高密孔过滤网133的孔径依次减小，孔径范围为150目到500目；本实施中低密孔过滤网131、中高密孔过滤网132，高密孔过滤网133分别为200目、300目、400目。

高性能过滤装置13上添加有脱氢催化剂（未画出），通过脱氢催化剂能够在更低的温度下脱氢，进而增大反应物的不饱和度，使产物具有较高的反应活性，更容易气化，而且制得的氢能源清洁燃料热值更高，更容易充分燃烧；脱氢催化剂设置在高性能过滤装置13上与C6烷烃的接触更加充分，脱氢反应进行的更加完全。当在高性能过滤装置13上添加脱氢催化剂，可以省去干燥机41，空气中的水分也可以反应产生氧基自由基，进而减少空气的通入量。本实施例中催化剂层9的催化剂为泡沫镍、钯催化剂、铝合金催化剂或铂催化剂。

产气罐1底部设有用于给液体加热气化的加热装置14，液体和空气被加热形成混合燃气经过高性能过滤装置13输出燃气，混合燃气混合的更加均匀，而且经过高性能过滤装置13过滤掉大部分液体，使输出的燃气品质更高，更稳定。

在其他实施例中可以设置多个储料罐2和多个产气罐1，储料罐2的个数大于产气罐1的个数，且储料罐2通过管道并联设置，更利于实现产出更稳定的混合燃气。

如图3所示，储料罐2设置为卧式储料罐，包括腔体24和设置于腔体24两端的入料口25和连通出气管道21的出气口，腔体24内设有若干个隔板241，隔板241上开设有气孔2411，且若干个隔板241上气孔2411高度依次降低。入料口25设置在腔体24远离地面的顶部。入料口25和出气口设置在腔体24两端，冷却液更容易留在卧式储料罐内，混合燃气通过隔板241上的气孔2411通过，减小空气流量，再加上气孔2411高度变化，能够更大限度的阻挡冷却液流出影响混合燃气的品质；而且卧式储料罐也起到了一定的过渡、储存的作用，更利于稳定的产出高品质的混合燃气。

卧式储料罐上还设有压力表座242、泄气阀座243和安全阀座244，还设有液位计245，能够更好的监控腔体24内混合燃气的状态，而且有泄气阀座243和安全阀座244，更加安全；液位计245可以检测腔体24内冷却液的体积，便于及时清理。

为了使混合燃气产出供给更加稳定，在储料罐2和出气管道21之间连通有储气罐5。

氢能源清洁燃料的燃烧系统还包括原料储放设备区块，原料储放设备区块包括原料储罐7，原料储罐7通过管道与产气罐1相连，有利于及时给产气罐1补偿原料，更利于稳定的产出高质量的混合燃气，而且操作也更加简便。

实施例2

氢能源清洁燃料的燃烧系统，如图4所示，实施例2与实施例1的不同之处在于储料罐2设置为立式储料罐，出气管道21伸入储料罐2内，且出气管道21伸入储料罐2的部分设有弯角，出气管道21伸入储料罐2的端部开口朝向储料罐2的底部。

本实施例中，出气管道21伸入储料罐2内的部分包括伸入段211和弯折段212，伸入段211和弯折段212中轴线成90°，弯折段212伸入储料罐2的端部开口朝向储料罐2的底部。

因此从回料管12进入储料罐2的混合燃气进入弯折段212后会液化后的混合燃气会受到阻力，回落入储料罐2内，混合燃气继续通过伸入段211输出稳定的高质量的混合燃气。

实施例3

氢能源清洁燃料的燃烧系统，如图4所示，实施例3与实施例1的不同之处在于氢能源清洁燃料的燃烧系统还包括温度补偿装置，温度补偿装置包括套设在产气罐1外的用于流通锅炉6废气的补偿套3。即实现了锅炉6废气的余热利用，也利于持续的产出高质量的混合燃气，而且排出的锅炉废气温度也会有所降低，对周围环境影响更小。

在其它实施例中也可以在储料罐2外设置用于流通锅炉6废气的补偿套3或者在产气罐1和储料罐2外均设置用于流通锅炉6废气的补偿套3。条件不允许时，使用电加热补偿也可以。

实施例4

氢能源清洁燃料预处理工艺，包括以下步骤：

S1 向产气罐内加入体积40%-50%的液体原料；

S2 向加入液体原料的产气罐内通空气，控制产气罐内压力为0.1-0.3Mpa；

S3 给S1中液体原料加热使液体原料气化和空气混合形成混合燃气；

S4 混合燃气通过出气管道输送到锅炉燃烧机设备区块点火燃烧。

实施例5

氢能源清洁燃料预处理工艺，包括以下步骤：

S1 产气罐内预先在高性能过滤装置上均匀铺设脱氢催化剂，向产气罐内加入体积40%-50%的液体原料；

S2 向加入液体原料的产气罐内通空气，控制产气罐内压力为0.1-0.2Mpa，控制产气罐中的温度在25-30℃；

S3 给S1中液体原料加热使液体原料气化和空气混合形成混合燃气，混合燃气经过高性能过滤装置过滤掉部分冷却液后到达储料罐用于燃烧；

S4 混合燃气通过出气管道输送到燃烧机，并通过调节阀和气体流量计控制气体流量，经过过滤器进一步过滤后到达锅炉内进行燃烧。

实施例6

氢能源清洁燃料预处理工艺，实施例6和实施例5的不同之处在于S1中在高性能过滤装置中添加脱氢催化剂分为三类，在低密孔过滤网上添加铝镍合金，在中高密孔过滤网中添加泡沫镍，在高密孔过滤网中添加铝镍合金。经试验发现，在气化过程中相对于实施例需要的热补充更少，催化效果更好。

对比例1

氢能源清洁燃料预处理工艺，对比例1相对于实施例6的不同之处在于未添加催化剂催化。

使用实施例4-6和对比1的预处理工艺处理氢能源清洁燃料，并通过锅炉进行燃烧后检测尾气数据，排气筒中大气污染物的监测采样按GB5468、GB/T16157或HJ/T397规定进行。具体数据见下表：

备注：根据规定，燃气锅炉颗粒物排放浓度限值为20mg/m³，二氧化硫排放浓度限值为50mg/m³，氮氧化物排放浓度限值为200mg/m³。

从上表中可以清晰的看出，实施例4-6的燃烧热值都比较高，燃料完全燃烧，对比例1由于未添加催化剂在实际制备的过程中，提供相同的热量无法达到完全气化的条件，有部分己烷未被气化，导致后期很难完全燃烧，燃料的品质有所下降，尾气中也含有少量的一氧化碳。

实施例4-6及对比例1燃烧尾气中都未检出有颗粒物、二氧化硫、苯及芳香烃、乙烯，说明原料比较洁净，在处理的过程中也未引入其它杂质。另外实施例4-6及对比例1的一氧化碳和氮氧化物的含量均远远优于国家标准。

试验发现，实施例4-6制得的燃料在锅炉内的燃烧温度130-140℃，水循环冷却后尾气温度80℃，对比例1的温度由于含有部分液态己烷，燃烧温度会偏低一些。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.氢能源清洁燃料的燃烧系统，其特征在于：包括空气加压设备区块、产气制造设备区块和锅炉燃烧机设备区块；

空气加压设备区块包括用于提供空气的空压机(4)和用于传输空气的进气管道(11)；

产气制造设备区块包括产气罐(1)和储料罐(2)，产气罐(1)下部连通有用于通空气的进气管道(11)，产气罐(1)顶部设有连通储料槽的回料管(12)；储料罐(2)连通有用于输出混合燃气的出气管道(21)；

锅炉燃烧机设备区块包括锅炉(6)和设置在锅炉(6)端部的燃烧机(61)，燃烧机(61)远离锅炉(6)的一端与出气管道(21)相连。

2.根据权利要求1所述的氢能源清洁燃料的燃烧系统，其特征在于：回料管(12)靠近产气罐(1)一端距离地面的高度等于或高于回料管(12)靠近储料罐(2)一端距离地面的高度；回料管(12)与储料罐(2)的顶部连通，出气管道(21)设置在储料罐(2)上部侧壁。

3.根据权利要求1所述的氢能源清洁燃料的燃烧系统，其特征在于：所述产气罐(1)内设有高性能过滤装置(13)，所述高性能过滤装置(13)包括从下到上依次设置的低密孔过滤网(131)、中高密孔过滤网(132)，高密孔过滤网(133)；低密孔过滤网(131)、中高密孔过滤网(132)，高密孔过滤网(133)的孔径依次减小。

4.根据权利要求3所述的氢能源清洁燃料的燃烧系统，其特征在于：所述高性能过滤装置(13)上还设置有脱氢催化剂。

5.根据权利要求1所述的氢能源清洁燃料的燃烧系统，其特征在于：所述储料罐(2)设置为卧式储料罐，包括腔体(24)和设置于腔体(24)两端的入料口(25)和出气口，所述腔体(24)内设有若干个隔板(241)，隔板(241)上开设有气孔(2411)，且若干个隔板(241)上气孔(2411)高度依次降低。

6.根据权利要求5所述的氢能源清洁燃料的燃烧系统，其特征在于：卧式储料罐上还设有压力表座(242)、泄气阀座(243)和安全阀座(244)，还设有液位计(245)。

7.根据权利要求1所述的氢能源清洁燃料的燃烧系统，其特征在于：储料罐(2)和出气管道(21)之间连通有储气罐(5)。

8.根据权利要求1所述的氢能源清洁燃料的燃烧系统，其特征在于：出气管道(21)上设有气体流量计(62)和调节阀(63)，出气管道(21)上设有加热套。

9.根据权利要求1所述的氢能源清洁燃料的燃烧系统，其特征在于：氢能源清洁燃料的燃烧系统还包括原料储放设备区块，原料储放设备区块通过管道与产气罐(1)相连。

10.氢能源清洁燃料预处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1 向产气罐(1)内加入体积40%-50%的液体原料；

S2 向加入液体原料的产气罐(1)内通空气，控制产气罐(1)内压力为0.1-0.3Mpa；

S3 给S1中液体原料加热使液体原料气化和空气混合形成混合燃气；

S4 混合燃气通过出气管道(21)输送到锅炉燃烧机设备区块点火燃烧。