CN112050185B - 一种供热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及供热技术领域，具体为一种供热装置。本发明为了解决制氢机制作的氢气在作为供热装置的燃料时存在缺陷的技术问题，提供了一种新型的供热装置，该装置采用制氢机作为供热装置，将制氢机的出气接口与燃烧室的燃料进口连通，燃烧出口连通所需供热的装置。这样的设计不仅使得制氢机制作的氢气不需要储存，同时也不需要单独的燃烧器将氢气燃烧进行供热，节省了供热成本。

Description

一种供热装置

技术领域

本发明涉及供热技术领域，具体为一种供热装置。

背景技术

随着经济的发展,各大小城市的供热事业蓬勃发展,同时能源与环境问题已被各国作为首要解决难题，常规的能源有煤、石油、天然气等，随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视。氢气以完全清洁的燃烧方式以及可以再生的优势成为研究者的首选，氢气作为一种理想的新型的能源，可以改变现在煤、石油、天然气对环境严重污染的局面。使用氢能源，制氢技术成为首要解决的关键问题之一，现有技术中针对制氢技术已发明了很多的制氢机，例如公开号为CN210973872U的“一种制氢机”，制氢机包括炉胆和环套在炉胆外的壳体，炉胆包括炉壁和位于炉壁内的燃烧室，燃烧室包括燃料进口、燃料出口，在壳体与炉胆之间环状设置有储气室，储气室上部环状设有原料液室，储气室下部环状设置催化室、蒸汽室， 原料液室包括蒸汽出口，蒸汽出口经管路与蒸汽室的入口连通，制氢机上设有用于输出氢气的出气接口以及用于添加原料液的补液口，制氢机制作的氢气在作为供热装置的燃料时，一是需要将制得的氢气进行储存，但是氢气属于易燃气体，储存氢气时对容器以及储存工艺要求较高，且存在重大的安全隐患；二是储存的氢气用于供热时还需要单独的燃烧器，供热成本高。

发明内容

本发明为了解决制氢机制作的氢气在作为供热装置的燃料时存在缺陷的技术问题，提供了一种新型的供热装置，该装置将制氢机改造后作为供热装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种供热装置，包括制氢机，制氢机包括炉胆和环套在炉胆外的壳体，炉胆包括炉壁和位于炉壁内的燃烧室，燃烧室包括燃料进口、燃烧出口，在壳体与炉胆之间环状设置有储气室，储气室上部环状设有原料液室，储气室下部环状设置催化室、蒸汽室，蒸汽室与催化室相连通，催化室与储气室相连通，原料液室包括蒸汽出口，蒸汽出口经管路与蒸汽室的入口连通，制氢机上设有用于输出氢气的出气接口以及用于添加原料液的补液口，出气接口经管路与燃烧室的燃料进口连通，燃烧出口连通所需供热的装置。

供热过程如下：原料液经补液口进入制氢机，制氢机内部点火燃烧提供热量，原料液受热产生混合蒸汽，混合蒸汽经过蒸汽出口导入蒸汽室入口从而进入蒸汽室，再从蒸汽室进入催化室，混合蒸汽在催化剂的作用下发生反应生成氢气，氢气经出气接口与燃烧室的燃料进口连通的管路进入燃烧室内进行燃烧，使得本发明的供热装置只需在运行开始阶段中利用天然气燃烧产生的热量使重整制氢达到反应平稳进行的状态即可，当氢气平稳输出时，可关掉一部分天然气的供给，此时本装置的供热所需能源大部分来自于氢气的燃烧产生的热量，热量的一部分用于重整制氢所需的热量，属于热量自循环，另一部分热量直接输送至所需供热的装置，实现供热功能。

进一步地，出气接口与燃烧室的燃料进口连通的管路为氢气管路，氢气管路上设有氢气压力变送器、氢气放散电磁阀、氢气压力表、氢气电磁阀、氢气涡街流量计（如何安装使用以及安装时的前后顺序是本领域人员公知的），氢气放散电磁阀、氢气电磁阀还配套有第一控制器，第一控制器的输入端与氢气压力变送器连接，第一控制器的输出端用于控制氢气放散电磁阀以及氢气电磁阀。工作时，氢气压力表用来检测并显示氢气管道中氢气的压力，氢气压力变送器将检测到的氢气压力信号传输给第一控制器，当第一控制器检测到氢气管道中有氢气压力且氢气压力达到第一控制器设定的正常压力值时，第一控制器输出信号即控制氢气电磁阀开启，氢气进入燃烧室进行燃烧，当第一控制器检测到氢气管道中氢气压力过大（第一控制器内设定某一特定值且特定值为本领域技术人员公知，当氢气压力达到这一特定值时表示氢气压力过大）时，第一控制器输出信号即控制氢气放散电磁阀开启，直至使氢气管道中的氢气压力趋于正常后，再将氢气放散电磁阀关闭。

原料液室上设有蒸汽压力表、安全阀和蒸汽压力开关，蒸汽出口与蒸汽室的入口连通的管路为蒸汽管路，蒸汽管路上设有蒸汽放散电磁阀、蒸汽电磁阀、蒸汽涡街流量计（如何安装使用以及安装时的前后顺序是本领域人员公知的），蒸汽电磁阀和蒸汽放散电磁阀还配套有第二控制器，第二控制器的输入端与蒸汽压力表连接，第二控制器的输出端用于控制蒸汽电磁阀和蒸汽放散电磁阀。工作时，蒸汽压力表用来检测原料液室中蒸汽的压力，并将检测到的蒸汽压力信号传输给第二控制器，当第二控制器检测到蒸汽管道中有蒸汽压力且蒸汽压力达到第二控制器设定的正常压力值时，第二控制器控制蒸汽电磁阀开启，使蒸汽进入催化室进行催化反应，此过程中，若第二控制器检测到蒸汽压力过大（第二控制器内设定某一特定值且特定值为本领域技术人员公知，当蒸汽压力达到这一特定值时表示蒸汽压力过大）时，第二控制器控制蒸汽放散电磁阀开启，直至检测到蒸汽管道压力达到正常压力值后，再将蒸汽放散电磁阀关闭。

进一步地，一种供热装置，还包括风机以及与燃料进口连通的天然气管路，风机经管路与燃料进口连通，风机与燃料进口连通的管路形成风机连通管路，风机连通管路由两条相互并联的管路构成，一条管路上设有第三手动阀和点火空气阀，另一条管路上设有空气调节阀、空气涡街流量计，天然气管路由两条相互并联的管路构成，一条管路上设有第四手动阀、点火天然气阀，另一条管路上设有过滤器、天然气电磁阀、减压阀、天然气涡街流量计、天然气电动阀、第二截止阀，空气调节阀、天然气电磁阀还配套有第三控制器，第三控制器的输入端连接有催化室侧面穿出壳体设置的温度传感器，第三控制器的输出端用于控制空气调节阀、天然气电磁阀。工作时，温度传感器检测到催化室的温度信号，将温度信号传输给第三控制器，第三控制器依据内部温度的设定值与检测到的温度信号进行比较，比较后输出信号控制空气调节阀和天然气电磁阀，通过控制空气调节阀和天然气电磁阀来控制燃烧室内的燃烧程度，进而实现对催化室温度监测与自动控制的目的，使得供热装置输出的热量更加稳定（风机连通管路和天然气管路上使用的各种阀以及其他配件的如何安装使用以及安装时的前后顺序是本领域人员公知的）。

进一步地，还包括用于将甲醇与水进行搅拌的搅拌机，搅拌机设有原料液进口、原料液出口，制氢机的原料液室中设有液位探针，液位探针将原料液室液位设置为高、中、低三个液位，搅拌机的原料液出口经管路与制氢机的补液口连通，连通管路上设有制氢机供液泵、原料涡街流量计、制氢机供液阀、第一截止阀、第二手动阀（如何安装使用以及安装时的前后顺序是本领域人员公知的），制氢机供液泵与制氢机供液阀配套有第四控制器，第四控制器的输入端与液位探针连接，第四控制器的输出端用于控制制氢机供液泵与制氢机供液阀。工作时，当液位探针将检测到的液位信号传输给第四控制器时，第四控制器通过与其内部的设定值比较，当第四控制器通过比较得出原料液室的液位处于中液位时，第四控制器控制制氢机供液泵与制氢机供液阀开启，向制氢机的原料液室进行原料液的输送；当第四控制器通过比较得出原料液室的液位处于高液位时，第四控制器控制制氢机供液泵与制氢机供液阀关闭，停止向制氢机的原料液室进行原料液的输送，当第四控制器通过比较得出原料液室的液位处于下液位时，第四控制器输出信号给总控制器（每个需要控制的装置上都有总控制器，且总控制器的输入、输出是本领域技术人员的公知常识），控制本供热装置关闭。

进一步地，原料液进口还连接有用于向搅拌机输送甲醇与水的管路，管路上设有储液罐供液泵、储液罐供液阀、第一手动阀（如何安装使用以及安装时的前后顺序是本领域人员公知的），储液罐供液泵、储液罐供液阀还配套有第五控制器，搅拌机中设有液位变送器，液位变送器将搅拌机设置为高、中、低三个液位，第五控制器的输入端与液位变送器连接，第五控制器的输出端用于控制储液罐供液泵、储液罐供液阀。工作时，液位变送器将检测到的液位信号传输给第五控制器，第五控制器通过将液位变送器传输的信号与第五控制器内设定的对应高、中、低液位的特定值进行比较，当第五控制器检测到搅拌机的液位处于中液位时，第五控制器控制储液罐供液泵与储液罐供液阀开启，向搅拌机进行原料液的输送；当第五控制器检测到搅拌机的液位处于高液位时，第五控制器控制储液罐供液泵与储液罐供液阀关闭，停止向搅拌机进行原料液的输送。

本发明所产生的有益效果如下：在人们的传统思维里，制氢机就是制作氢气的，而本发明通过将制氢机的出气接口与燃烧室的燃料进口连通，燃烧出口连通所需供热的装置，创造性地将制氢机改造成为供热装置，开发了制氢机的新用途，这样的设计不仅使得制氢机制作的氢气省去了储存的麻烦以及安全隐患，同时也不需要单独的燃烧器将氢气燃烧进行供热，节省了供热成本；另外，将制氢机改造成为供热装置后进行供热的过程是一个涉及多个化学反应的复杂过程，由于无法掌握本装置的内部情况，而且内部化学反应的状况会因工况、催化剂活性的不同而发生变化，因此，从控制科学的角度来看，本装置的供热过程是一个多输入输出、非线性的复杂系统，并且模型参数会因工况、催化剂活性的不同而发生变化，这使得使用本装置供热时的自动控制具有很大的困难，而本发明通过将控制算法投入到实际系统、对反应过程实现监测、操控以及自动控制和数据采集，成功地解决了这一困难，实现供热装置的自控控制，使本装置供热时能够平稳高效运行。

附图说明

图1为制氢机的结构示意图；

图2为本发明储液控制部分的结构示意图；

图3为本发明反应制氢控制部分的结构示意图；

图4为本发明风机控制部分的结构示意图；

图5为本发明天然气控制部分的结构示意图。

图中：1—制氢机供液阀，2—原料涡街流量计，3—制氢机供液泵，4—搅拌机，5—第一手动阀，6—储液罐供液阀，7—储液罐供液泵，8—第一截止阀，9—第二手动阀，10—蒸汽压力开关，11—蒸汽放散电磁阀，12—第一电热阻，13—蒸汽电磁阀，14—蒸汽涡街流量计，15—氢气压力变送器，16—氢气放散电磁阀，17—氢气电磁阀，18—氢气涡街流量计，19—氢气压力表，20—制氢机，21—蒸汽压力表，22—安全阀，23—风机，24—空气调节阀，25—空气涡街流量计，26—第三手动阀，27—点火空气阀，28—第二截止阀，29—天然气电动阀，30—天然气涡街流量计，31—点火天然气阀，32—天然气电磁阀，33—减压阀，34—第四手动阀，35—过滤器，36—第二电热阻，37—补液口，38—炉胆，39—壳体，40—炉壁，41—燃烧室，42—燃料进口，43—燃料出口，44—储气室，45—原料液室，46—催化室，47—蒸汽室，48—蒸汽出口， 49—出气接口，50—温度传感器。

具体实施方式

一种供热装置，包括制氢机20，制氢机20包括炉胆38和环套在炉胆38外的壳体39，炉胆38包括炉壁40和位于炉壁40内的燃烧室41，燃烧室41包括燃料进口42、燃烧出口43，在壳体39与炉胆38之间环状设置有储气室44，储气室44上部环状设有原料液室45，储气室44下部环状设置催化室46、蒸汽室47，蒸汽室47与催化室46相连通，催化室46与储气室44相连通，原料液室45包括蒸汽出口48，蒸汽出口48经管路与蒸汽室47的入口连通，制氢机20上设有用于输出氢气的出气接口49以及用于添加原料液的补液口37，出气接口49经管路与燃烧室41的燃料进口42连通，燃烧出口43连通所需供热的装置。

供热过程如下：原料液经补液口37进入制氢机20，制氢机20内部点火燃烧提供热量，原料液受热产生混合蒸汽，混合蒸汽经过蒸汽出口48导入蒸汽室47入口从而进入蒸汽室47，再从蒸汽室47进入催化室46，混合蒸汽在催化剂的作用下发生反应生成氢气，氢气经出气接口49与燃烧室41的燃料进口42连通的管路进入燃烧室内进行燃烧，，当氢气平稳输出时，可关掉一部分天然气的供给，变成天然气与氢气混合燃烧产生热量，产生后的热量一部分用于加热催化反应，另一部分热量通过燃烧出口输出，将燃烧出口连通所需供热的装置，用于给所需供热的装置供热，实现供热功能。

具体实施时，出气接口49与燃烧室41的燃料进口42连通的管路为氢气管路，氢气管路上设有氢气压力变送器15、氢气放散电磁阀16、氢气压力表19、氢气电磁阀17、氢气涡街流量计18，氢气放散电磁阀16、氢气电磁阀17还配套有第一控制器，第一控制器的输入端与氢气压力变送器15连接，第一控制器的输出端用于控制氢气放散电磁阀16以及氢气电磁阀17。

具体实施时，原料液室45上设有蒸汽压力表21、安全阀22和蒸汽压力开关10，蒸汽出口48与蒸汽室47的入口连通的管路为蒸汽管路，蒸汽管路上设有蒸汽放散电磁阀11、蒸汽电磁阀13、蒸汽涡街流量计14，蒸汽电磁阀13和蒸汽放散电磁阀11还配套有第二控制器，第二控制器的输入端与蒸汽压力表21连接，第二控制器的输出端用于控制蒸汽电磁阀13和蒸汽放散电磁阀11。

具体实施时，一种供热装置，还包括风机23以及与燃料进口42连通的天然气管路，风机23经管路与燃料进口42连通，形成风机连通管路，风机连通管路由两条相互并联的管路构成，一条管路上设有第三手动阀26和点火空气阀27，另一条管路上设有空气调节阀24、空气涡街流量计25，天然气管路由两条相互并联的管路构成，一条管路上设有第四手动阀34、点火天然气阀31，另一条管路上设有过滤器35、天然气电磁阀32、减压阀33、天然气涡街流量计30、天然气电动阀29、第二截止阀28，空气调节阀24、天然气电磁阀32还配套有第三控制器，第三控制器的输入端连接有催化室46侧面穿出壳体39设置的温度传感器，第三控制器的输出端用于控制空气调节阀24、天然气电磁阀32。

具体实施时，本供热装置还包括用于将甲醇与水进行搅拌的搅拌机4，搅拌机4设有原料液进口、原料液出口，制氢机20的原料液室45中设有液位探针，液位探针将原料液室45液位设置为高、中、低三个液位，搅拌机4的原料液出口经管路与制氢机的补液口37连通，连通管路上设有制氢机供液泵3、原料涡街流量计2、制氢机供液阀1、第一截止阀8、第二手动阀9，制氢机供液泵3与制氢机供液阀1配套有第四控制器，第四控制器的输入端与液位探针连接，第四控制器的输出端用于控制制氢机供液泵3与制氢机供液阀1。

具体实施时，原料液进口连接有用于向搅拌机输送原料液的管路，管路上设有储液罐供液泵7、储液罐供液阀6、第一手动阀5，储液罐供液泵7、储液罐供液阀6还配套有第五控制器，搅拌机4中设有液位变送器，液位变送器将搅拌机4设置为高、中、低三个液位，第五控制器的输入端与液位变送器连接，第五控制器的输出端用于控制储液罐供液泵7、储液罐供液阀6。

本具体实施方式中，温度传感器50采用热电阻，热电阻为三个且均匀布置在催化室46高、中、低三个位置，此三个位置作为温度的检测点，以三个热电阻的平均温度作为反应的真实温度。具体实施时，热电阻采用Pt100铂电阻。第三控制器采用PID控制器，由于温度检测点（热电阻）位于催化室46中，而温度的控制点在风机管路和天然气管路，这样温度检测点和控制点存在一定的距离，经计算整个温度调节过程时间大约滞后0.3秒，因此使用PID控制器进行调节，使用比例微分作用去除系统滞后的影响。第一控制器、第二控制器、第四控制器、第五控制器均采用PLC控制器。蒸汽管路上和氢气管路上均设有第一电热阻12和第二电热阻36，通过电热阻反应蒸汽管路和氢气管路上的温度，方便后期对数据进行分析研究。

Claims (7)

1.一种供热装置，包括制氢机（20），制氢机（20）包括炉胆（38）和环套在炉胆（38）外的壳体（39），炉胆（38）包括炉壁（40）和位于炉壁（40）内的燃烧室（41），燃烧室（41）包括燃料进口（42）、燃烧出口（43），在壳体（39）与炉胆（38）之间环状设置有储气室（44），储气室（44）上部环状设有原料液室（45），储气室（44）下部环状设置催化室（46）、蒸汽室（47），蒸汽室（47）与催化室（46）相连通，催化室（46）与储气室（44）相连通，原料液室（45）包括蒸汽出口（48），蒸汽出口（48）经管路与蒸汽室（47）的入口连通，制氢机（20）上设有用于输出氢气的出气接口（49）以及用于添加原料液的补液口（37），出气接口（49）经管路与燃烧室（41）的燃料进口（42）连通，燃烧出口（43）连通所需供热的装置，出气接口（49）与燃烧室（41）的燃料进口（42）连通的管路为氢气管路，其特征在于，氢气管路上设有氢气压力变送器（15）、氢气压力表（19）、氢气放散电磁阀（16）、氢气电磁阀（17）、氢气涡街流量计（18），氢气放散电磁阀（16）、氢气电磁阀（17）还配套有第一控制器，第一控制器的输入端与氢气压力变送器（15）连接，第一控制器的输出端用于控制氢气放散电磁阀（16）以及氢气电磁阀（17）；原料液室（45）上设有蒸汽压力表（21）、安全阀（22）和蒸汽压力开关（10），蒸汽出口（48）与蒸汽室（47）的入口连通的管路为蒸汽管路，蒸汽管路上设有蒸汽放散电磁阀（11）、蒸汽电磁阀（13）、蒸汽涡街流量计（14），蒸汽电磁阀（13）和蒸汽放散电磁阀（11）还配套有第二控制器，第二控制器的输入端与蒸汽压力表（21）连接，第二控制器的输出端用于控制蒸汽电磁阀（13）和蒸汽放散电磁阀（11）；还包括风机（23）以及与燃料进口（42）连通的天然气管路，风机（23）经管路与燃料进口（42）连通形成风机连通管路，风机连通管路由两条相互并联的管路构成，一条管路上设有第三手动阀（26）和点火空气阀（27），另一条管路上设有空气调节阀（24）、空气涡街流量计（25），天然气管路由两条相互并联的管路构成，一条管路上设有第四手动阀（34）、点火天然气阀（31），另一条管路上设有过滤器（35）、减压阀（33）、天然气电磁阀（32）、天然气涡街流量计（30）、天然气电动阀（29）、第二截止阀（28），空气调节阀（24）、天然气电磁阀（32）还配套有第三控制器，第三控制器的输入端连接有催化室（46）侧面穿出壳体（39）设置的温度传感器（50），第三控制器的输出端用于控制空气调节阀（24）、天然气电磁阀（32）。

2.根据权利要求1所述的一种供热装置，其特征在于，还包括用于将甲醇与水进行搅拌的搅拌机（4），搅拌机（4）设有原料液进口、原料液出口，制氢机（20）的原料液室（45）中设有液位探针，液位探针将原料液室（45）液位设置为高、中、低三个液位，搅拌机（4）的原料液出口经管路与制氢机的补液口（37）连通，连通管路上设有制氢机供液泵（3）、原料涡街流量计（2）、制氢机供液阀（1）、第一截止阀（8）、第二手动阀（9），制氢机供液泵（3）与制氢机供液阀（1）配套有第四控制器，第四控制器的输入端与液位探针连接，第四控制器的输出端用于控制制氢机供液泵（3）与制氢机供液阀（1）。

3.根据权利要求2所述的一种供热装置，其特征在于，原料液进口连接有用于向搅拌机输送原料液的管路，管路上设有储液罐供液泵（7）、储液罐供液阀（6）、第一手动阀（5），储液罐供液泵（7）、储液罐供液阀（6）还配套有第五控制器，搅拌机（4）中设有液位变送器，液位变送器将搅拌机（4）设置为高、中、低三个液位，第五控制器的输入端与液位变送器连接，第五控制器的输出端用于控制储液罐供液泵（7）、储液罐供液阀（6）。

4.根据权利要求3所述的一种供热装置，其特征在于，温度传感器（50）采用热电阻，热电阻为三个且均匀布置在催化室（46）高、中、低三个位置。

5.根据权利要求4所述的一种供热装置，其特征在于，第三控制器采用PID控制器。

6.根据权利要求5所述的一种供热装置，其特征在于，第一控制器、第二控制器、第四控制器、第五控制器均采用PLC控制器。

7.根据权利要求6所述的一种供热装置，其特征在于，蒸汽管路上和氢气管路上分别设有第一电热阻（12）和第二电热阻（36）。

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