CN112283686B - 燃氢换热器 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种燃氢换热器，包括：氢气燃烧室、燃氢载热气体烟道、换热段、燃氢载热气体排出段、饱和蒸汽进气段和过热蒸汽排出段。燃氢载热气体烟道与氢气燃烧室相连通，燃氢载热气体烟道通过换热段与燃氢载热气体排出段相连通。氢气燃烧室包括氢气燃烧室外套管和氢气燃烧内管，氢气燃烧室外套管和氢气燃烧内管之间形成空腔，换热段和过热蒸汽排出段均与空腔相连通，饱和蒸汽进气段通过换热段与空腔相连通。该燃氢换热器能够实现燃氢换热一体化，结构简单紧凑，安全、稳定，且能够实现高效率的换热工作。

Description

燃氢换热器

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种燃氢换热器。

背景技术

氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。20世纪90年代中期以来，多种因素的汇合导致氢经济的吸引力增加。这些因素包括持久的城市空气污染以及对较低或零排放的交通工具的需求等。氢能作为一种高效，清洁，可持续的无碳能源，已得到世界各国的普遍关注。21世纪以来，我国政府多次将氢能列入国家能源发展规划，以达到加速我国氢能发展进程，促进氢能商业化的目标。

目前我国制氢的方法有工业副产氢，电解水制氢，化工原料制氢，化石燃料制氢和其他制氢法。其中，电解水制氢具有工艺简单，无污染，产品纯度高等优势。但这种制氢的方法耗电量很大，而目前电网电价比较高。近年来，我国的风能、太阳能等可再生能源的开发利用发展迅猛，利用风能和太阳能发电去制氢，实际上是将电能储存在氢气中。

氢气的应用方式主要有三种：直接燃烧，也就是利用氢气、氧气发生反应放出热能；通过燃料电池转化为电能；核聚变，利用氢气的热核反应释放出来核能。直接燃烧的方式在可再生能源，特别是“风电+光热+光伏”的发电系统最适合。在需要使用氢储存的能量发电时，将氢气送入燃氢换热器中和氧气反应释放出热量，将饱和水储能罐中的饱和水加热到一定的蒸汽参数，送给汽轮机发电。利用这种直燃氢的模式释放氢气中的能量，需要使用燃氢换热器。现有技术中的燃氢换热器存在结构复杂，换热效率低、安全性和稳定性较差等问题。

发明内容

本发明实施例提供一种燃氢换热器，用以解决现有技术中的燃氢换热器结构复杂、换热效率低等问题。

根据本发明的实施例，提供了一种燃氢换热器，包括：氢气燃烧室、燃氢载热气体烟道、换热段、燃氢载热气体排出段、饱和蒸汽进气段和过热蒸汽排出段。

其中，所述燃氢载热气体烟道与所述氢气燃烧室相连通，所述燃氢载热气体烟道通过所述换热段与所述燃氢载热气体排出段相连通。

其中，所述氢气燃烧室包括氢气燃烧室外套管和氢气燃烧内管，所述氢气燃烧室外套管和所述氢气燃烧内管之间形成空腔，所述换热段和所述过热蒸汽排出段均与所述空腔相连通，所述饱和蒸汽进气段通过所述换热段与所述空腔相连通。

根据本发明的实施例，所述燃氢换热器至少设有一段所述换热段，各所述换热段之间在竖直方向上通过多个所述燃氢载热气体烟道顺次连通，距离所述氢气燃烧室最远端的所述换热段与所述燃氢载热气体排出段相连通，各所述换热段之间在水平方向上彼此相互连通。

根据本发明的实施例，所述换热段内设有蒸汽进气段、蒸汽加热通道、蒸汽排气段、燃氢载热气体进气段、燃氢载热气体通道和燃氢载热气体排气段。

其中，所述蒸汽进气段、所述蒸汽加热通道及所述蒸汽排气段彼此连通，并且所述燃氢载热气体进气段、所述燃氢载热气体通道和所述燃氢载热气体排气段彼此连通。

其中，所述蒸汽加热通道位于所述燃氢载热气体通道上方且两者垂直布置，使得饱和蒸汽和燃氢载热气体能够垂直交叉流动并进行热交换。

根据本发明的实施例，所述蒸汽加热通道和所述燃氢载热气体通道均设有多个，多个所述蒸汽加热通道和所述燃氢载热气体通道按照所述蒸汽加热通道在上、所述燃氢载热气体通道在下的方式依次相间布置。

根据本发明的实施例，每个所述蒸汽加热通道内间隔设置多个蒸汽通道加强板，每个所述燃氢载热气体通道内间隔设置多个燃氢载热气体通道加强板，所述蒸汽通道加强板沿饱和蒸汽气流方向设置，所述燃氢载热气体通道加强板沿燃氢载热气体气流方向设置。

根据本发明的实施例，所述燃氢载热气体烟道内设有耐火构筑层。

根据本发明的实施例，所述氢气燃烧室还包括进汽短节、进汽过渡段、燃氢载热气体排出过渡段和氢气燃烧器。

其中，所述进汽短节通过所述进汽过渡段与所述换热段相连通，并且所述进汽短节还与所述空腔连通。

其中，所述燃氢载热气体排出过渡段与所述燃氢载热气体烟道相连通，所述燃氢载热气体排出过渡段还与所述氢气燃烧内管连通，并且所述氢气燃烧器连接在所述氢气燃烧室外套管上。

根据本发明的实施例，所述氢气燃烧室内还设有高温气体缓冲墙，所述高温气体缓冲墙的中心为圆锥体结构。

其中，所述圆锥体结构的四周为设有与所述氢气燃烧内管连通的多个开孔的平面结构，所述高温气体缓冲墙设于所述氢气燃烧室外套管的内侧。

其中，所述圆锥体结构的顶端的突出方向与所述氢气燃烧内管中的流体流动方向相迎设置。

根据本发明的实施例，所述氢气燃烧器包括氢气喷嘴、氢气调节阀、扩散段、空气进气口、空气调节阀、空气腔外环和点火器。

其中，所述氢气喷嘴部分伸入到所述空气腔外环中，所述氢气喷嘴置于所述空气腔外环以外的部分上设有所述氢气调节阀。

其中，所述空气腔外环的内端部连接所述扩散段，所述点火器安装在所述空气腔外环上并且点火端位于所述扩散段处。

其中，所述空气进气口与所述空气腔外环连通并且安装有所述空气调节阀。

根据本发明的实施例，所述氢气燃烧器还包括氢气浓度检测传感器。

其中，所述点火器配置成基于所述氢气浓度检测传感器检测到的氢气体积浓度进行点火。

其中，所述氢气调节阀和所述空气调节阀的开度基于所述氢气浓度检测传感器检测到的氢气体积浓度进行调整。

在本发明实施例提供的燃氢换热器中，所述燃氢载热气体烟道与所述氢气燃烧室相连通，所述燃氢载热气体烟道通过所述换热段与所述燃氢载热气体排出段相连通。所述氢气燃烧室包括氢气燃烧室外套管和氢气燃烧内管，所述氢气燃烧室外套管和所述氢气燃烧内管之间形成空腔，所述换热段和所述过热蒸汽排出段均与所述空腔相连通，所述饱和蒸汽进气段通过所述换热段与所述空腔相连通。

通过这种结构设置，氢气和氧气在所述氢气燃烧室内燃烧产生高温燃氢载热气体，所述高温燃氢载热气体通过所述燃氢载热气体烟道进入所述换热段，饱和蒸汽通过所述饱和蒸汽进气段进入所述换热段，所述饱和蒸汽和所述高温燃氢载热气体在所述换热段内进行热交换后，过热蒸汽由所述过热蒸汽排出段排出，经过热交换后的低温燃氢载热气体从所述燃氢载热气体排出段排出。由此能够使燃氢和换热工作同时进行，实现燃氢换热一体化和高效率换热。同时，该燃氢换热器具有结构紧凑的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的燃氢换热器的结构示意图；

图2是图1沿B-B方向的剖视图；

图3是图2沿C-C方向的剖视图；

图4是本发明实施例提供的燃氢换热器的氢气燃烧室的结构示意图；

图5是图4的A向视图；

图6是本发明实施例提供的燃氢换热器的氢气燃烧器结构示意图。

附图标记：

1：氢气燃烧室；101：进汽短节；102：进汽过渡段；103：燃氢载热气体排出过渡段；104：高温气体缓冲墙；105：氢气燃烧室外套管；106：氢气燃烧内管；107：氢气燃烧器；1071：氢气喷嘴；1072：氢气调节阀；1073：扩散段；1074：空气进气口；1075：空气调节阀；1076：空气腔外环；1077：点火器；1078：氢气浓度检测传感器；2：燃氢载热气体烟道；201：第一燃氢载热气体烟道；202：第二燃氢载热气体烟道；203：第三燃氢载热气体烟道；3：换热段；301：第一换热段；302：第二换热段；303：第三换热段；304：蒸汽进汽段；305：蒸汽加热通道；306：蒸汽排气段；307燃氢载热气体进气段；308：燃氢载热气体通道；309：燃氢载热气体排气段；310：蒸汽通道加强板；311：燃氢载热气体通道加强板；4：燃氢载热气体排出段；5：饱和蒸汽进气段；6：过热蒸汽排出段。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1至图6对本发明实施例提供的燃氢换热器进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施方式，并不对本发明构成任何特别限定。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种燃氢换热器，包括：氢气燃烧室1、燃氢载热气体烟道2、换热段3、燃氢载热气体排出段4、饱和蒸汽进气段5和过热蒸汽排出段6。

其中，燃氢载热气体烟道2与氢气燃烧室1相连通，燃氢载热气体烟道2通过换热段3与燃氢载热气体排出段4相连通。

其中，氢气燃烧室1包括氢气燃烧室外套管105和氢气燃烧内管106，氢气燃烧室外套管105和氢气燃烧内管106之间形成空腔，换热段3和过热蒸汽排出段6均与空腔相连通，饱和蒸汽进气段5通过换热段3与空腔相连通。

根据以上描述的实施例可知，燃氢载热气体烟道2与氢气燃烧室1相连通，燃氢载热气体烟道2通过换热段3与燃氢载热气体排出段4相连通。换热段3和过热蒸汽排出段6均与氢气燃烧室1中的空腔相连通，饱和蒸汽进气段5通过换热段3与空腔相连通。

通过这种结构设置，氢气和氧气在氢气燃烧室1内燃烧产生高温燃氢载热气体，高温燃氢载热气体通过燃氢载热气体烟道2进入换热段3，饱和蒸汽通过饱和蒸汽进气段5进入换热段3，饱和蒸汽和高温燃氢载热气体在换热段3内进行热交换后，过热蒸汽由过热蒸汽排出段6排出，经过热交换后的低温燃氢载热气体从燃氢载热气体排出段4排出。由此能够使燃氢和换热工作同时进行，实现燃氢换热一体化和高效率换热。同时，该燃氢换热器具有结构紧凑的优势。

在本发明的一个实施例中，燃氢换热器至少设有一段换热段3，各换热段3之间在竖直方向上通过多个燃氢载热气体烟道2顺次连通，距离氢气燃烧室1最远端的换热段3与燃氢载热气体排出段4相连通，各换热段3之间在水平方向上彼此相互连通。换热段3中设有耐火材料构筑层。

如图1所示，在本发明的一个可选实施例中，燃氢换热器中设有三段换热段3，分别为第一换热段301、第二换热段302和第三换热段303，相对应设有三个燃氢载热气体烟道2，分别为第一燃氢载热气体烟道201、第二燃氢载热气体烟道202和第三燃氢载热气体烟道203，例如，第一燃氢载热气体烟道201、第二燃氢载热气体烟道202和第三燃氢载热气体烟道203均为半圆弧形圆管结构或方形弯管结构。

其中，第一燃氢载热气体烟道201的右端与氢气燃烧室1连通，第一燃氢载热气体烟道201的左端与第一换热段301的上端连通，第一换热段301的下端与第二燃氢载热气体烟道202的右端连通，第二燃氢载热气体烟道202的左端与第二换热段302的下端连通，第二换热段302的上端与第三燃氢载热气体烟道203的右端连通，第三燃氢载热气体烟道203的左端与第三换热段303的上端连通，第三换热段303的下端与燃氢载热气体排出段4连通。

其中，第一换热段301的右端与氢气燃烧室1连通，第一换热段301的左端与第二换热段302的右端连通，第二换热段302的左端与第三换热段303的右端连通，第三换热段303的左端与饱和蒸汽进气段5连通。

此处应当说明的是，第一燃氢载热气体烟道201、第二燃氢载热气体烟道202和第三燃氢载热气体烟道203与第一换热段301、第二换热段302和第三换热段303之间的连接方式可以是法兰连接，例如配置中压法兰，并配设有抗高温法兰密封垫。

第一换热段301、第二换热段302和第三换热段303之间的连接方式可以是法兰连接，例如配置高压法兰，并配设有高压密封垫。

此处应当理解的是，第一燃氢载热气体烟道201、第二燃氢载热气体烟道202和第三燃氢载热气体烟道203与第一换热段301、第二换热段302和第三换热段303之间的连接方式，第一换热段301、第二换热段302和第三换热段303之间的连接方式，包括但不限于法兰连接。

根据以上描述的实施例可知，通过这种结构设置，第三换热段303为预热段，第二换热段302为中温换热段，第一换热段301为高温换热段，饱和蒸汽进入第三换热303段实现预热，经第二换热段302进行中温换热，再由第一换热段301进行高温换热。

燃氢载热气体由第一燃氢载热气体烟道201进入第一换热段301中，在第一换热段301中进行高温换热，换热后的燃氢载热气体经第二燃氢载热气体烟道202进入第二换热段302中进行中温换热，在第二换热段302中换热结束的燃氢载热气体的温度骤降，再经第三燃氢载热气体烟道203进入第三换热段303中，对饱和蒸汽进行预热。

在第三换热段303中，燃氢载热气体已经进入一定压力下的露点，在第三换热段303中燃氢载热气体已形成气水混合的双方流。因此，第三换热段303要装设防止双相流的气水侵蚀的内衬层。

饱和蒸汽和燃氢载热气体得换热过程是异向过程。在这个过程中，饱和蒸汽沿其前进方向的温度逐渐升高，而燃氢载热气体沿其前进方向的温度逐渐降低。例如，在第三换热段303的出口处设计为燃氢载热气体在一定压力下进入尾汽回收再利用的系统。此处应当理解的是，第一换热段301、第二换热段302和第三换热段303的结构是完全相同的，只是执行的任务不同。

饱和蒸汽能够与燃氢载热气体实现多级热交换产生过热蒸汽，充分利用了氢气燃烧时释放出的能量，进一步提升了换热效率。

在本发明的一个实施例中，如图2和图3所示，在换热段3内设有蒸汽进气段304、蒸汽加热通道305、蒸汽排气段306、燃氢载热气体进气段307、燃氢载热气体通道308和燃氢载热气体排气段309。

其中，蒸汽进气段304、蒸汽加热通道305及蒸汽排气段306彼此连通，并且燃氢载热气体进气段307、燃氢载热气体通道308和燃氢载热气体排气段309彼此连通。

其中，蒸汽加热通道305位于燃氢载热气体通道308上方且两者垂直布置，使得饱和蒸汽和燃氢载热气体能够垂直交叉流动并进行热交换。

根据以上描述的实施例可知，饱和蒸汽通过蒸汽进气段304流向蒸汽加热通道305，燃氢载热气体通过燃氢载热气体进气段307流向燃氢载热气体通道308，而蒸汽加热通道305位于燃氢载热气体通道308上方且两者垂直布置，能够使饱和蒸汽和燃氢载热气体垂直交叉流动并进行热交换，增大了热交换面积，从而提升了换热效率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，蒸汽加热通道305和燃氢载热气体通道308均设有多个，多个蒸汽加热通道305和燃氢载热气体通道308按照蒸汽加热通道305在上、燃氢载热气体通道308在下的方式依次相间布置。

更进一步地，在本发明的一个实施例中，每个蒸汽加热通道305内间隔设置多个蒸汽通道加强板310，每个燃氢载热气体通道308内间隔设置多个燃氢载热气体通道加强板311，蒸汽通道加强板310沿饱和蒸汽气流方向设置，燃氢载热气体通道加强板311沿燃氢载热气体气流方向设置。

根据以上描述的实施例可知，在蒸汽加热通道和燃氢载热气体通道内设置加强板，能够有效加强蒸汽加热通道和燃氢载热气体通道的强度，减少高压蒸汽和燃氢载热气体对蒸汽加热通道和燃氢载热气体通道的冲击破坏。

在本发明的一个实施例中，燃氢载热气体烟道2内设有耐火构筑层。

其中，与氢气燃烧室1出口连接的第一燃氢载热气体烟道201要承受1000℃左右的高温，在这个温度下第一燃氢载热气体烟道201外层的钢板会发生蠕变，从而导致其强度降低。

在燃氢载热气体烟道2内设置耐火构筑层，能够将燃氢载热气体烟道2外层的钢板结构与高温燃氢载热气体分隔开，有效保护燃氢载热气体烟道2外层的钢板结构，防止其因高温发生蠕变，降低强度。并且，耐火构筑层还能实现燃氢载热气体的保温作用，减少燃氢载热气体的热量损失。

如图4和图5所示，在本发明的一个实施例中，氢气燃烧室1还包括进汽短节101、进汽过渡段102、燃氢载热气体排出过渡段103和氢气燃烧器107。

其中，进汽短节101通过进汽过渡段102与换热段3相连通，并且进汽短节101还与空腔连通。

其中，燃氢载热气体排出过渡段103与燃氢载热气体烟道2相连通，燃氢载热气体排出过渡段103还与氢气燃烧内管106连通，并且氢气燃烧器107连接在氢气燃烧室外套管105上。此处应当说明的是，氢气燃烧器107与氢气燃烧室外套管105之间的连接方式包括但不限于法兰连接。

通过如上结构设置，饱和蒸汽和燃氢载热气体经过多段换热段3换热后，饱和蒸汽由进汽短节101进入空腔中，由于氢气燃烧室1内氢气燃烧导致空腔中的温度极高，因此在氢气燃烧室1的空腔内可以实现饱和蒸汽的最后一级热交换，进一步提升了换热效率。

在本发明的一个实施例中，氢气燃烧室1内还设有高温气体缓冲墙104，高温气体缓冲墙104的中心为圆锥体结构，并且高温气体缓冲墙104由耐火材料构筑而成，具有耐高温和抗冲击性。

其中，圆锥体结构的四周为设有与氢气燃烧内管106连通的多个开孔的平面结构，高温气体缓冲墙104设于氢气燃烧室外套管105的内侧。

其中，圆锥体结构的顶端的突出方向与氢气燃烧内管106中的流体流动方向相迎设置。

根据以上描述的实施例可知，通过设置高温气体缓冲墙104，使得氢气燃烧后产生的高温燃氢载热气体不会直冲进入燃氢载热气体烟道2中，通过高温气体缓冲墙104中的圆锥体结构将高温燃氢载热气体反弹回来一部分后再经过布设在圆锥体结构四周的开孔中进入燃氢载热气体烟道2。由此减小了高温燃氢载热气体进入燃氢载热气体烟道2中的流速，有效保护了燃氢载热气体烟道2，并且，经过高温缓冲墙104后再进入燃氢载热气体烟道2中的高温燃氢载热气体的气流温度更加均匀。

此处应当说明的是，在氢气燃烧室1的出口、饱和蒸汽进气段5的进口处均设有天方地圆的过渡段，以使进出的流体均匀通畅。

如图6所示，在本发明的一个实施例中，氢气燃烧器107包括氢气喷嘴1071、氢气调节阀1072、扩散段1073、空气进气口1074、空气调节阀1075、空气腔外环1076和点火器1077。

其中，氢气喷嘴1071部分伸入到空气腔外环1076中，氢气喷嘴1071置于空气腔外环1076以外的部分上设有氢气调节阀1072；空气腔外环1076的内端部连接扩散段1073，点火器1077安装在空气腔外环1076上并且点火端位于扩散段1073处；空气进气口1074与空气腔外环1076连通并且安装有空气调节阀1075。

进一步地，在本发明的又一实施例中，氢气燃烧器107还包括氢气浓度检测传感器1078；点火器1077配置成基于氢气浓度检测传感器1078检测到的氢气体积浓度进行点火；氢气调节阀1072和空气调节阀1075的开度基于氢气浓度检测传感器1078检测到的氢气体积浓度进行调整。

氢气在空气中的燃烧体积浓度为4％-94％。当氢气和空气在氢气燃烧器107内的体积混合比例达到4％时，点燃这一混合气体的需要的能量非常小，为900KJ，使用氢气燃烧器107中的点火器1077引燃，使得氢气和空气进行化学反应，放出热能。每燃烧1kg氢气，可获得142351KJ热能，氢气得发热值是汽油发热值的3倍。

氢气在空气中的爆炸体积浓度为18％～59％。控制氢气在空气中的体积浓度在18％～59％以外的数值，不会有爆炸风险。

将氢气和空气的体积浓度比控制在4％～10％时进行点火。当混合气体正常燃烧时，逐渐提高氢气与空气的体积浓度比。待两者体积浓度比达到16％时，逐步加大混合气体的流量，用温控进行调节，可以将373℃的饱和蒸汽加温到600℃以上的过热蒸汽。

氢气和空气的混合气体燃烧时，氢气和氧气反应生成水。这个次生水在释放出的反应热的作用下瞬间由液态变成了高温气态，将氢气燃烧火焰中心的热量变成了这个高温气态次生水的潜热，它包围了氢气燃烧的火焰中心。之后在连续生成水的同时，水继续吸取火焰中心的热量变成高温气态。这种情况，使得氢气燃烧的火焰白天是一点也看不到的，夜间也只能看到火焰中心一个亮点。被加热的二次水瞬间化作气态，充满了氢气燃烧内管106，将热量传给氢气燃烧内管106的管壁，氢气燃烧内管106的管壁将热量传导给氢气燃烧内管106和氢气燃烧室外套管105之间形成的空腔，在空腔中形成高温区，来流的蒸汽经过这个空腔被加热，使之在过热蒸汽排出段6的出口处达到所要求参数值的蒸汽。

使用氢气燃烧器107时，氢气在氢气调节阀1072的控制下由氢气喷嘴1071以一定速度喷出。根据气动力学的原理，氢气喷嘴1071的周围会形成一个真空区，也就在空气腔外环1076中形成真空。空气在空气调节阀1075的控制下由空气进气口1074吸入至空气腔外环1076中。

在扩散段1073中空气与氢气混合均匀，氢气浓度检测传感器1078检测到氢气和空气的体积浓度比达到4％时，用点火器1077进行点火，使氢气实现燃烧。氢气在氢气燃烧室1中实现非常安全的低能量燃烧。

待低能量燃烧稳定之后，将氢气的体积浓度提高到10％，使其进行中能量燃烧。

待中能量燃烧稳定之后，将氢气的体积浓度提高到接近18％的高能量燃烧时，检测过热蒸汽排出段6中排出的蒸汽的参数是否达到设计要求。如果达到要求，则维持这个状态稳定燃烧；如果达不到要求，不能再提高氢气的体积浓度，只能通过调节空气调节阀1075和氢气调节阀1072来加大氢气和空气的混合气体的流量来调整温度。

氢气燃烧室1内氢气燃烧释放热量，该热量通过氢气燃烧内管106传递至氢气燃烧内管106与氢气燃烧室外套管105之间形成的空腔内，被加热蒸汽经过进汽短节101进入氢气燃烧内管106与氢气燃烧室外套管105之间形成的空腔中进行最后一次换热，使得过热蒸汽排出段6处的蒸汽参数达到设计要求。燃氢载热气体经过在氢气燃烧室1进行第一次释放能量之后，由燃氢载热气体排出过渡段103进入燃氢载热气体烟道2中。

根据以上描述的实施例可知，该氢气燃烧器107的点火系统简单，燃烧效率高。同时，极易实现氢气稀薄燃烧，运行稳定、安全可靠，不受外界环境的影响，可全天候使用，且其受控污染物和CO₂的排放量均为零。

在本发明的一个实施例中，该燃氢换热器可以做成撬装式结构，能够较为方便地进行运输、安装以及维修工作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种燃氢换热器，其特征在于，包括：氢气燃烧室、燃氢载热气体烟道、换热段、燃氢载热气体排出段、饱和蒸汽进气段和过热蒸汽排出段，

其中，所述燃氢载热气体烟道与所述氢气燃烧室相连通，所述燃氢载热气体烟道通过所述换热段与所述燃氢载热气体排出段相连通，

其中，所述氢气燃烧室包括氢气燃烧室外套管和氢气燃烧内管，所述氢气燃烧室外套管和所述氢气燃烧内管之间形成空腔，所述换热段和所述过热蒸汽排出段均与所述空腔相连通，所述饱和蒸汽进气段通过所述换热段与所述空腔相连通，

所述燃氢换热器至少设有一段所述换热段，各所述换热段之间在竖直方向上通过多个所述燃氢载热气体烟道顺次连通，距离所述氢气燃烧室最远端的所述换热段与所述燃氢载热气体排出段相连通，各所述换热段之间在水平方向上彼此相互连通，饱和蒸汽和燃氢载热气体得换热过程是异向过程，距离所述氢气燃烧室最远端的所述换热段内装设防止双相流的气水侵蚀的内衬层，

所述氢气燃烧室内还设有高温气体缓冲墙，所述高温气体缓冲墙的中心为圆锥体结构，

其中，所述圆锥体结构的四周为设有与所述氢气燃烧内管连通的多个开孔的平面结构，所述高温气体缓冲墙设于所述氢气燃烧室外套管的内侧，

其中，所述圆锥体结构的顶端的突出方向与所述氢气燃烧内管中的流体流动方向相迎设置，通过所述高温气体缓冲墙中的所述圆锥体结构将高温燃氢载热气体反弹回来一部分后再经过布设在所述圆锥体结构四周的开孔中进入燃氢载热气体烟道。

2.根据权利要求1所述的燃氢换热器，其特征在于，所述换热段内设有蒸汽进气段、蒸汽加热通道、蒸汽排气段、燃氢载热气体进气段、燃氢载热气体通道和燃氢载热气体排气段，

其中，所述蒸汽进气段、所述蒸汽加热通道及所述蒸汽排气段彼此连通，并且所述燃氢载热气体进气段、所述燃氢载热气体通道和所述燃氢载热气体排气段彼此连通，

其中，所述蒸汽加热通道位于所述燃氢载热气体通道上方且两者垂直布置，使得饱和蒸汽和燃氢载热气体能够垂直交叉流动并进行热交换。

3.根据权利要求2所述的燃氢换热器，其特征在于，所述蒸汽加热通道和所述燃氢载热气体通道均设有多个，多个所述蒸汽加热通道和所述燃氢载热气体通道按照所述蒸汽加热通道在上、所述燃氢载热气体通道在下的方式依次相间布置。

4.根据权利要求3所述的燃氢换热器，其特征在于，每个所述蒸汽加热通道内间隔设置多个蒸汽通道加强板，每个所述燃氢载热气体通道内间隔设置多个燃氢载热气体通道加强板，所述蒸汽通道加强板沿饱和蒸汽气流方向设置，所述燃氢载热气体通道加强板沿燃氢载热气体气流方向设置。

5.根据权利要求1所述的燃氢换热器，其特征在于，所述燃氢载热气体烟道内设有耐火构筑层。

6.根据权利要求1所述的燃氢换热器，其特征在于，所述氢气燃烧室还包括进汽短节、进汽过渡段、燃氢载热气体排出过渡段和氢气燃烧器，

其中，所述进汽短节通过所述进汽过渡段与所述换热段相连通，并且所述进汽短节还与所述空腔连通，

其中，所述燃氢载热气体排出过渡段与所述燃氢载热气体烟道相连通，所述燃氢载热气体排出过渡段还与所述氢气燃烧内管连通，并且所述氢气燃烧器连接在所述氢气燃烧室外套管上。

7.根据权利要求6所述的燃氢换热器，其特征在于，所述氢气燃烧器包括氢气喷嘴、氢气调节阀、扩散段、空气进气口、空气调节阀、空气腔外环和点火器，

其中，所述氢气喷嘴部分伸入到所述空气腔外环中，所述氢气喷嘴置于所述空气腔外环以外的部分上设有所述氢气调节阀，

其中，所述空气腔外环的内端部连接所述扩散段，所述点火器安装在所述空气腔外环上并且点火端位于所述扩散段处，

其中，所述空气进气口与所述空气腔外环连通并且安装有所述空气调节阀。

8.根据权利要求7所述的燃氢换热器，其特征在于，所述氢气燃烧器还包括氢气浓度检测传感器，

其中，所述点火器配置成基于所述氢气浓度检测传感器检测到的氢气体积浓度进行点火，

其中，所述氢气调节阀和所述空气调节阀的开度基于所述氢气浓度检测传感器检测到的氢气体积浓度进行调整。