CN115814578B - 一种燃氢供能装置水汽回收节能箱系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种燃氢供能装置水汽回收节能箱系统，包含水汽回收节能箱和水净化处理器，水汽回收节能箱用于回收燃氢供能装置排放尾气的余热和水分，包括节水冷凝腔体和余热吸收腔体，节水冷凝腔体连接燃氢供能装置的尾气排气口，余热吸收腔体本系统连接燃氢供能装置的进水口。本发明用于燃氢供能装置燃烧系统中，回收燃氢供能装置燃烧后尾气的余热和水分，节约能源和水资源，安全可靠、实用性强，有很好的经济效益和推广价值。

Description

一种燃氢供能装置水汽回收节能箱系统

技术领域

本发明涉及燃氢供能装置技术领域，具体为一种燃氢供能装置水汽回收节能箱系统。

背景技术

氢能在当前能源结构的调整中，具有非常重要的意义。在中国，氢能产业产值未来可能达到万亿元以上的规模，而且这种新兴产业符合时代潮流，正在蓄势待发，导致相关产业的资本市场也应势大涨。但从总体上看，氢能产业目前仍然处于发展初期，还远没有进入产业发展的快速增长期，离进入发展成熟期还需要较长时间

目前，氢能锅炉尾气排烟系统效仿天然气锅炉排烟方式，燃烧后的锅炉尾气通过烟囱直接排向大气，未充分考虑氢能锅炉独特环保特性和余热利用的效益。天然气锅炉燃烧后的尾部烟气主要成分为二氧化碳、水蒸气、氮气、二氧化硫、颗粒物、氮氧化物和少量的硫化物等，因考虑硫化物特殊腐蚀性，烟气经环保处理后直接排向大气。然而，燃氢尾气主要成分为水蒸气、氮气和少量的颗粒物，因此，用天然气锅炉的尾气处理方式并不适合燃氢供能装置。

发明内容

本发明的目的是为解决氢气应用场景单一和氢燃料产业经济性差这个弊端，提出一种回收氢气燃烧后尾气的余热和水分的方案，提高氢气供能项目的经济性和可持续性。为此，本发明采用以下技术方案：

一种燃氢供能装置水汽回收节能箱系统，其特征在于包含水汽回收节能箱和水净化处理器，所述水汽回收节能箱设置尾气排风装置；

水汽回收节能箱为双腔体结构，分为节水冷凝腔体和余热吸收腔体两个独立的相邻腔体，节水冷凝腔体通过尾气管道和燃氢供能装置的尾气排气口连接，余热吸收腔体通过给水管道和燃氢供能装置的进水口连接；两个腔体采用不同的换热结构，两个腔体之间设置热管平衡热差；

换热管的一端连至节水冷凝腔体的原水侧，另一端连至余热吸收腔体纯净水侧，平衡两侧的温差；

燃氢供能装置燃烧工况下排出的尾气经导流管先进入节水冷凝腔体，与其内置的原水直接换热，大部分水汽冷凝滞留在原水中，换热后的尾气经导流管穿过余热吸收腔体，与余热吸收腔体的纯净水间接换热，尾气得到进一步释放余能；两次换热后的尾气经尾气排风装置排出。

所述系统为双节能系统设计，原水加热后可以提高水净化处理器的效率，纯净水加热后可以提高燃氢锅炉系统效率。

所述余热吸收腔体内换热管内设置引水槽，回收冷凝和滞留的水珠；

在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案或对这些进一步的技术方案组合使用：

节水冷凝腔体和余热吸收腔体为水汽回收节能箱通过隔板隔离的的两个独立腔体；节水冷凝腔体和余热吸收腔体内分别设置原水和净化水，且净化水液面高于原水液面，在原水液面之下，节水冷凝腔体和余热吸收腔体之间的中间隔板设有多组热管，平衡两个腔体之间的温差。

所述水冷凝腔体内的底部设置尾气分配装置，所述尾气分配装置包括导流管，导流管与所述水冷凝腔体的尾气进气口连接，导流管横向布置，其管壁连接多根导流管竖管，用于将尾气均匀释放至节水冷凝腔体内。

在节水冷凝腔体和余热吸收腔体之间设置水净化处理器，节水冷凝腔体和水净化处理器之间通过原水管道连接，原水管道上设置原水加压泵、原水加压泵进口切断阀、原水加压泵进口过滤器、原水加压泵出口止回阀和原水加压泵出口切断阀；水净化处理器和余热吸收腔体的净水入口之间通过净水管道连接。

节水冷凝腔体的补水阀为能自动控制的流量调节阀，节水冷凝腔体设置原水液位计与所述补水阀连锁，原水液位计的液位信号用于控制所述补水阀，当节水冷凝腔体到达设定液位后，停滞补水，在燃氢供能装置燃烧期间，依靠回收尾气中的水汽和外部供水实现液位平衡；余热吸收腔体设置洁净水液位计，洁净水液位计的液位信号用于控制所述原水加压泵，洁净水液位计与原水加压泵连锁，当余热吸收腔体内的洁净水低于设定液位时，增大原水加压泵的供给量，当余热吸收腔体内的洁净水高于设定液位时，减小原水加压泵的供给量，平衡节水冷凝腔体和余热吸收腔体之间的水位。

余热吸收腔体的净水入口位于其顶部，在余热吸收腔体内的顶部设置布水管，所述净水入口通过管道与布水管连接，在布水管和净水液面之间设置除气结构，用于脱除水中的氧气。

所述余热吸收腔体内的换热管外缘设置换热肋板，所述除气结构设置为多层蜂巢结构，蜂巢结构的支撑件为换热管上部的换热肋板，蜂巢结构与换热肋板连接而使得蜂巢结构同时也作为换热结构，对余热吸收腔体的洁净水进水在除气的同时也进行预热。

所述尾气排风装置设置在余热吸收腔体顶部，尾气排风装置前设置脱水装置，最大程度捕捉尾气中的水分，脱水后的尾气经尾气排风装置加压，通过尾气放空管排向大气。

余热吸收腔体内的换热管内部设置了多组螺旋引水槽，将换热和脱水装置收集的水分沿引水槽回流至节水冷凝腔体内；

节水冷凝腔体设置氢气含量分析仪和泄放阀，当氢气含量检测仪监测到腔体内部氢气体积分数超过设定值时，打开腔体顶部泄放阀，排尽腔体内所含氢气的尾气，同时连锁燃氢供能装置的进风系统，增加空气富裕系数燃尽氢气。

氢气在空气中燃烧产物为水，燃氢供能装置的尾气的主要成分为水蒸汽、氮气和空气中微量不燃气体。本发明燃氢供能装置水汽回收节能箱系统利用此特点回收尾气中的水分和余热，将回收冷凝的水分作为供能介质（蒸汽或热水）的补水。尾气中的余热加热原水，升温后的原水更有利于净化处理，尾气的余热与净化后的洁净水换热升温，降低燃烧氢能用量，提高单位氢能的利用率，实现燃氢系统的能量和水资源回收再利用。综上，本发明具有以下有益技术效果：

首先，本发明采用换热技术，燃烧后的尾气通过浸没式换热，释放余热的同时，冷凝回收了尾气中大部分水汽。冷凝回收后的水净化后作为供能系统的补水，最大限度的回收并节约了水资源。

其次，本发明在余热吸收腔体内设置了尾气换热器，尾气加热腔体内部的纯净水，节约了燃氢供能装置用氢量；

第三、本发明在余热吸收腔体内的尾气换热器顶部肋板作为脱气装置的加热元件，最大限度的回收了尾气的余热。

第四、本发明水冷凝腔体设置了氢气含量分析仪和泄放阀，并与燃氢供能装置燃烧系统连锁，增加了系统的安全系数。

第五、本发明余热吸收腔体替换了功能系统中的补水箱，通过液位计调整补水量，并实现了给水自动除氧功能。

第六、本发明的技术方案的水回收和余热利用技术用途广泛，可适用于不同类别的燃氢供能装置、掺氢锅炉、燃氢燃机和掺氢燃机等系统。

附图说明

图1是本发明燃氢供能装置水汽回收节能箱系统的系统示意图。

图2是水汽回收节能箱的结构示意图。

图3是节水冷凝腔体横截面图。

图4是余热吸收腔体横截面图。

实施方式

以下结合附图和优选实施方式对本发明作进一步详细说明。需要说明的是，以下实施方式只是本发明诸多实施方式中的一种，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

参照附图。本发明提供的燃氢供能装置水汽回收节能箱系统，包括水汽回收节能箱1和水净化处理器4，水汽回收节能箱1包括节水冷凝腔体101和余热吸收腔体102，节水冷凝腔体101和余热吸收腔体102相邻设置。所述水汽回收节能箱1在其顶部还设置排烟风机103。

节水冷凝腔体101的下部设置尾气进气口，所述尾气进气口通过尾气管道与燃氢供能装置的尾气排气口连接。

所述水冷凝腔体101内能够设置一定量的原水，并在原水设计液位以下设置尾气分配装置。本实施例中，所述尾气分配装置包括位于水冷凝腔体101底部的导流管104，导流管104与所述尾气进气口连接，导流管104横向布置，其管壁连接多根导流管竖管105，用于将尾气均匀释放至节水冷凝腔体101内。

在节水冷凝腔体101和余热吸收腔体102之间设置水净化处理器4，节水冷凝腔体101和水净化处理器4之间通过原水管道连接，原水管道上设置原水加压泵3、原水加压泵进口切断阀6、原水加压泵进口过滤器7、原水加压泵出口止回阀8和原水加压泵出口切断阀9。尾气中的水分冷凝在原水中，水冷凝腔体101的原水通过原水加压泵进口切断阀6、原水加压泵进口过滤器7、原水加压泵3、原水加压泵出口止回阀8、原水加压泵出口切断阀9升压送至水净化处理器4。

水净化处理器4和余热吸收腔体102之间通过净水管道连接，余热吸收腔体102的净水入口位于其顶部。净水管道上设置水净化处理器出口阀门10。净化后的洁净水经净水管道进入余热吸收腔体102。

优选地，节水冷凝腔体101设置原水液位计112与节水冷凝腔体101的补水阀连锁，当到达设定液位后，停滞补水。余热吸收腔体102设置洁净水液位计113，洁净水液位计113与原水加压泵3连锁，当余热吸收腔体102内的洁净水低于设定值时，增大原水加压泵3的供给量；当余热吸收腔体102内的洁净水高于设定值时，减小原水加压泵3的供给量。

在余热吸收腔体102与燃氢供能装置之间通过给水管道连接，给水管道上设置给水加压泵5、给水加压泵进口切断阀11、给水加压泵进口过滤器12、给水加压泵出口止回阀13、给水加压泵出口切断阀14，给水加压泵5与燃氢供能装置进水口之间的给水管道为高压给水管道。

所述余热吸收腔体102能够设置一定量的净水。优选地，在余热吸收腔体102内的顶部设置布水管109，所述净水入口通过管道与布水管109连接，在布水管109和净水液面之间设置除气结构108。净化后的洁净水经水净化处理器出口阀门10进入余热吸收腔体102，通过布水管108均匀与除气结构108接触，脱除水中的氧气。

优选地，所述排烟风机103设置在余热吸收腔体102的顶部，在余热吸收腔体102中的净水液面之下设置管式换热管106，所述管式换热管106的一端与水冷凝腔体101的上部接通，另一端与排烟风机103连接，用于将悬浮在节水冷凝腔体101上部的经过一级换热后的尾气通过管式换热管106及其上所带的加强换热肋板107在余热吸收腔体102内的净水进行二级换热，与余热吸收腔体102内的洁净水换热，然后再由排烟风机103排出，进一步优选的，余热吸收腔体高于节水冷凝腔体，所述净水液面高于所述原水液面。所述排烟风机103前可设置脱水器111，所述排烟风机103后可设置所述尾气放空管2，二级换热后的尾气经脱水器111经脱水器111和尾气放空管2排向大气。

进一步优选的设施方式是将除气结构8也设置为换热结构；在本实施例中，所述除气结构8设置为多层蜂巢结构，蜂巢结构的支撑件为换热管上部的换热肋板107，蜂巢结构与换热肋板连接而使得蜂巢结构同时也作为换热结构，对余热吸收腔体的洁净水进水在除气的同时也进行预热。

燃氢供能装置的尾气进入水汽回收节能箱1，首先进入节水冷凝腔体101内，经导流管104及其导流管竖管105将尾气均匀释放至腔体内，与节水冷凝腔体101内的原水直接接触冷凝换热，尾气中的绝大部分水分冷凝滞留在原水中。换热后的尾气悬浮在节水冷凝腔体101上部，基于排烟风机103的动力而进入管式换热管106。洁净水与管式换热管106中的尾气换热升温后，经给水加压泵进口切断阀11、给水加压泵进口过滤器12、给水加压泵5、给水加压泵出口止回阀13、给水加压泵出口切断阀14升压后送至燃氢供能装置进水口。

优选地，节水冷凝腔体101和余热吸收腔体102并列相邻设置，为一个大的箱体也即水汽回收节能箱1通过隔板隔离的两个独立腔体。在原水液面之下，节水冷凝腔体101和余热吸收腔体102之间的中间隔板设有多组水平热管110，平衡两个腔体之间的温差。

节水冷凝腔体101设置氢气成分检测仪117和泄放阀118，当氢气成分检测仪117监测到腔体内部氢气体积分数超过设定值时，打开腔体顶部泄放阀118，排尽腔体内所含尾气的尾气，同时连锁燃氢供能装置的进风系统，增加空气富裕系数燃尽氢气。

节水冷凝腔体101与余热吸收腔体102底部分别设有原水排污口114和净水排污口115，实现设备检修排污。节水冷凝腔体101与余热吸收腔体102底部好分别设置弹簧支座116。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种燃氢供能装置，其特征在于包括水汽回收节能箱系统，所述水汽回收节能箱系统包含水汽回收节能箱和水净化处理器，所述水汽回收节能箱设置尾气排风装置；

水汽回收节能箱为双腔体结构，分为节水冷凝腔体和余热吸收腔体两个独立的相邻腔体，节水冷凝腔体通过尾气管道和燃氢供能装置的尾气排气口连接，余热吸收腔体通过给水管道和燃氢供能装置的进水口连接；两个腔体采用不同的换热结构，两个腔体之间设置热管平衡热差；

热管的一端连至节水冷凝腔体的原水侧，另一端连至余热吸收腔体纯净水侧，平衡两侧的温差；

燃氢供能装置燃烧工况下排出的尾气经导流管先进入节水冷凝腔体，与其内置的原水直接换热，大部分水汽冷凝滞留在原水中，换热后的尾气经导流管穿过余热吸收腔体，与余热吸收腔体的纯净水间接换热，尾气得到进一步释放余能；两次换热后的尾气经尾气排风装置排出；

在节水冷凝腔体和余热吸收腔体之间设置水净化处理器；节水冷凝腔体和水净化处理器之间通过原水管道连接，原水管道上设置原水加压泵、原水加压泵进口切断阀、原水加压泵进口过滤器、原水加压泵出口止回阀和原水加压泵出口切断阀；水净化处理器和余热吸收腔体的净水入口之间通过净水管道连接；

所述系统为双节能系统设计，原水加热后可以提高水净化处理器的效率，纯净水加热后可以提高燃氢锅炉系统效率；

节水冷凝腔体和余热吸收腔体为水汽回收节能箱通过隔板隔离的两个独立腔体；节水冷凝腔体和余热吸收腔体内分别设置原水和纯净水，且纯净水液面高于原水液面，在原水液面之下，节水冷凝腔体和余热吸收腔体之间的中间隔板设有多组热管，平衡两个腔体之间的温差；

排烟风机设置在余热吸收腔体的顶部，在余热吸收腔体中的纯净净水液面之下设置管式换热管，所述管式换热管的一端与节水冷凝腔体的上部接通，另一端与排烟风机连接。

2.如权利要求1所述的一种燃氢供能装置，其特征在于所述节水冷凝腔体内的底部设置尾气分配装置，所述尾气分配装置包括导流管，导流管与所述节水冷凝腔体的尾气进气口连接，导流管横向布置，其管壁连接多根导流管竖管，用于将尾气均匀释放至节水冷凝腔体内。

3.如权利要求1所述的一种燃氢供能装置，其特征在于节水冷凝腔体的补水阀为能自动控制的流量调节阀，节水冷凝腔体设置原水液位计与所述补水阀连锁，原水液位计的液位信号用于控制所述补水阀，当节水冷凝腔体到达设定液位后，停止补水；余热吸收腔体设置洁净水液位计，洁净水液位计的液位信号用于控制所述原水加压泵，洁净水液位计与原水加压泵连锁，当余热吸收腔体内的洁净水低于设定液位时，增大原水加压泵的供给量，当余热吸收腔体内的洁净水高于设定液位时，减小原水加压泵的供给量。

4.如权利要求1所述的一种燃氢供能装置，其特征在于余热吸收腔体的净水入口位于其顶部，在余热吸收腔体内的顶部设置布水管，所述净水入口通过管道与布水管连接，在布水管和净水液面之间设置除气结构，用于脱除水中的氧气。

5.如权利要求4所述的一种燃氢供能装置，其特征在于所述余热吸收腔体内的换热管外缘设置换热肋板，所述除气结构设置为多层蜂巢结构，蜂巢结构的支撑件为换热管上部的换热肋板，蜂巢结构与换热肋板连接而使得蜂巢结构同时也作为换热结构，对余热吸收腔体的纯净水进水在除气的同时也进行预热。

6.如权利要求1所述的一种燃氢供能装置，其特征在于所述尾气排风装置设置在余热吸收腔体顶部，尾气排风装置前设置脱水装置，最大程度捕捉尾气中的水分，脱水后的尾气经尾气排风装置加压，通过尾气放空管排向大气。

7.如权利要求1所述的一种燃氢供能装置，其特征在于余热吸收腔体内的换热管内部设置了多组螺旋引水槽，将换热和脱水装置收集的水分沿引水槽回流至节水冷凝腔体内。

8.如权利要求1所述的一种燃氢供能装置，其特征在于节水冷凝腔体设置氢气含量分析仪和泄放阀，当氢气含量检测仪监测到腔体内部氢气体积分数超过设定值时，打开腔体顶部泄放阀，排尽腔体内所含氢气的尾气，同时连锁燃氢供能装置的进风系统，增加空气富裕系数燃尽氢气。

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