CN117000073A - 一种氢气与天然气的混气装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢气与天然气的混气装置，包括有混合器主管道，所述混合器主管道上设置有第一进气口，所述混合器主管道上设置有连接部，所述连接部上连接有第二进气管组，所述连接部周向方向上设置有若干分流通孔，所述第二进气管组包括有环形套管，所述环形套管套接在连接部上，所述环形套管内设置有与分流通孔连通的储流空腔。本发明提供了一种氢气与天然气的混气装置，能够提高天然气、氢气的混合率，扩大了两者的混合面积，同时除了天然气与氢气的混合外，并不会产生过多的干涉因素，保证了天然气、氢气的混合充分性以及传输流畅性。

Description

一种氢气与天然气的混气装置

技术领域

本发明涉及气体混合技术领域，尤其涉及一种氢气与天然气的混气装置。

背景技术

氢能是一种绿色清洁的二次能源，可推动能源转型及深度脱碳，具有丰富的应用场景，主要应用于交通、工业、储能和建筑等领域。其中，氢燃气轮机作为未来新型电力系统的主要设备之一，是未来氢能大规模应用的重要途径，可带动氢能上中下游全产业链发展，目前燃机电站的燃料主要为天然气，在燃料向纯氢扩展的过程中，氢气、天然气混合气体作为燃料进入燃气轮机中燃烧是燃机装备重要的研发方向。

例如公开号“CN217367921U”，公开了“一种氢气天然气混合器”，包括两端具有开口的壳体，左侧开口边缘焊接氢气扩散段，右侧开口边缘焊接混合气收缩段；氢气扩散段另一端焊接氢气入口法兰；混合气收缩段另一端焊接混合气出口法兰；壳体上表面设有供天然气连接管穿过的开口，天然气连接管与开口连接处焊接；天然气连接管上端焊接天然气入口法兰，下端焊接天然气收缩段；天然气收缩段另一端焊接天然气喉道，天然气喉道另一端焊接天然气扩散段；天然气扩散段开口处焊接内导流片；天然气喉道外表面上焊接外导流片。但是在实际应用中，由于天然气与氢气的混合面积较小，因此会导致混合不充分。

发明内容

针对背景技术中提到的现有技术存在天然气、氢气的反应不充分问题，本发明提供了一种氢气与天然气的混气装置，能够提高天然气、氢气的混合率，扩大了两者的混合面积，同时除了天然气与氢气的混合外，并不会产生过多的干涉因素，保证了天然气、氢气的混合充分性以及传输流畅性。

本发明的第二发明目的是提高气体混合的均匀性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种氢气与天然气的混气装置，包括有混合器主管道，所述混合器主管道上设置有第一进气口，所述混合器主管道上设置有连接部，所述连接部上连接有第二进气管组，所述连接部周向方向上设置有若干分流通孔，所述第二进气管组包括有环形套管，所述环形套管套接在连接部上，所述环形套管内设置有与分流通孔连通的储流空腔。混合器主管道上设置的第一进气口与第二进气管组，其中氢气与天然气能够分别从第一进气口或第二进气管组内部输送至混合器主管道内，其中第一进气口的口径与第二进气管组的口径不同，第一进气口作为主要的进气口，通入大体积流量的氢气(氢气体积流量比例大于50％)或是大体积流量的天然气(天然气体积流量比例大于50％)，根据混合气体的需求自适应选择不同的进气口；其中在混合器主管道上设置的连接部与第二进气管组连接，并且连接部上设置有分流通孔，能够传输第二进气管组内输送的气体，连接部为混合器主管道的部分筒壁，且多个分流通孔的设置能够使得第二进气管组的气体更加分散地进入到混合器主管道内部，提高了氢气与天然气的混合质量，同时也避免了第二进气管组直接贯穿至混合器主管道内，避免了第二进气管组直接干涉到混合器主管道内的气体混合与气体输送，并且由于分流通孔设置在混合器主管道的筒壁上，且第二进气管组包括有环形套管以及储流空腔，使得气体能够充斥整个储流空腔，并且沿着连接部的周向方向上布置的分流通孔从混合器主管道的360°方向上进入到管道内部，与第一进气口中进入的气体进行混合，从而提高了混合的面积，并且在所有分流通孔的孔面积之和相等的情况下，本方案中的各个分流通孔之间的间距更大，减少气流之间的干涉，并使得有效接触混合面积更大，储流空腔使得第二进气管组中的气体能够分散到各个分流通孔中，同时在第一进气口的气体流入到混合器主管道内部时，在分流通孔上形成的流速会加快储流空腔内部的气体进入到混合器主管道内，并且由于第二进气管组与混合器主管道之间没有结构上的干涉，从而使得混合器管组中的气体在各处的流速不受影响，能够均匀进行混合输送。

作为优选，所述第二进气管组包括有连接管，所述连接管一端设置有第二进气口，另一端与储流空腔连通。第二进气口与外部输气管连接，其中第二进气口上设置有用于连接的法兰，连接管连通第二进气口与储流空腔，连接管与环形套管连接，在安装过程中，可以根据管道排布需求，改变环形套管的连接角度，从而改变连接管的设置方位，且不会影响到混合器主管道的布置位置，其中连接管与环形管道之间的相对位置可以垂直、相切、存在夹角，根据设置需求进行布置，其中连接管与环形套管垂直连接，从而保证布置的整齐性，进一步地连接管可沿着环形套管的周向偏移(即存在夹角)，优选地连接管与环形套管相切连接，从而使得连接管中的气体能够沿着环形套管的导向更快、更均匀地充斥在储流空腔中，减少了动能损耗，使得气流能够更加平稳地输送，也避免了连接管中的气体直接对准部分分流通孔，导致储流空腔各区域上的分流通孔的进气不均匀。

作为优选，所述连接管靠近分流通孔一侧连接有能带动气体旋转分流的散流组件，所述散流组件转动连接在连接管内，所述散流组件包括有若干倾斜设置的散流通道，当气流经过所述散流通道时带动散流组件转动。在连接管靠近分流通孔一侧设置散流组件，散流组件上设置有若干散流通道，能够将连接管内输送的气体通过各个散流通道输送至储流空腔中的各个方向，从而尽快充斥储流空腔，并且能保证气流在储流空腔中的均匀充斥，同时由于散流通道为倾斜设置，因此在气流经过时能够产生一定的推力，从而带动转动连接在连接管上的散流组件转动，从而产生旋转加速的效果，优选地，散流通道的进气口口径大于出气口口径，从而加快旋出气体的流速，通过此方案实现了本发明的第二发明目的。

作为优选，所述环形套管为斜环结构，所述环形套管的横截面与混合器主管道的横截面之间存在夹角α。环形套管设置成斜环结构，即环形套管的横截面与混合器主管道的横截面之间存在夹角，从而使得环形套管沿着混合器主管道轴线方向上的跨度更长，使得不同区域上的分流通孔能够在不同的跨度上输入第二进气管组中的气体，拉长了气体的混合路径，从而使得混合过程更加平稳、充分，避免了所有从分流通孔进入到混合器主管道中的气体在同一区域内混合，通过此方案实现了本发明的第二发明目的。

作为优选，所述第二进气口的进气压力大于第一进气口的进气压力。第二进气口的口径小于第一进气口的口径，因此设置第二进气口的进气压力大于第一进气口的进气压力，保证了第二进气口中的气体能够顺利进入到混合器主管道中。

作为优选，各个所述分流通孔面积之和大于连接管横截面积。设置分流通孔的面积之和大于连接管的横截面积，从而避免出现截流减压，保证连接管中的气体都能够顺利进入到混合器主管道中。

作为优选，所述混合器主管道设置有混合气体出口，所述混合器主管道包括有设置在连接部与混合气体出口之间的折流组件。在连接部与混合气体出口上设置的折流组件能够使得气体改变流向，并进行充分地混合，并且还能够对混合器主管道起到支撑作用。

作为优选，所述折流组件包括有若干折流板组。设置多个折流板组能够最大程度增减气体的混合质量，根据实际的掺混比例以及模拟、实验结果来增加或减少折流板组，其中不同的折流板组不同转角布置，优选地为90°转角布置，从而提高折流板组对于混合气体的混气效果。

作为优选，所述折流组件两端设置有检测根阀。在折流组件的两端设置检测根阀，检测根阀能够外接检测装置，例如压差表，当存在杂质堵塞管道时，压差表数值升高，从而反馈给工作人员进行及时清理，保证内部的管道通畅。

作为优选，所述混合器主管道底部设置有排污阀。设置排污阀，在工作人员对混合器主管道内进行清理时，能够通过排污阀及时将底部沉降的杂质进行及时排出，提高了清理效率。

本发明的有益效果如下：

(1)通过在连接部周向上设置均布的分流通孔，并与储流空腔连通，从而使得第二进气口中的气体能够均匀地从连接部的各个方向上进入到混合器主管道内，并且增大了反应面积，减少了各个分流通孔之间气流的干涉；

(2)第二进气管组与混合器主管道之间除了气体之间的混合外没有其余干涉因素，使得整体结构简单，降低压损，保证了混合器主管道内部的气流通畅；

(3)设置连接管与环形套管相切、设置散流组件、能够使得第二进气口进入的气体更快、更均匀地充斥在储流空腔中，保证了各个分流通孔中流通气流的均匀性；

(4)将环形套管设置成斜环形状，使得环形套管在混合器主管道上所占跨度更长，从而使得不同区域上的分流通孔能够在不同的跨度上进行混合，使得整个混合过程更加平缓充分，同时减少干涉。

附图说明

图1是本发明的轴测图。

图2是本发明的爆炸视图。

图3是本发明的结构示意图。

图4是实施例2的结构示意图。

图5是实施例3的结构示意图。

图6是图5中散流组件的轴测图。

图7是图5中散流组件的剖视图。

图8是实施例4的结构示意图。

图中：1混合器主管道，11第一进气口，12连接部，13分流通孔，14混合气体出口，2第二进气管组，21环形套管，22储流空腔，23连接管，24第二进气口，3散流组件，31散流通道，4折流组件，41折流板组，5检测根阀，6排污阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：

如图1、2、3所示，一种氢气与天然气的混气装置，包括有混合器主管道1，混合器主管道1上设置有第一进气口11，混合器主管道1上设置有连接部12，连接部12上连接有第二进气管组2，连接部12周向方向上设置有均布的分流通孔13，第二进气管组2包括有环形套管21，环形套管21套接在连接部12上，环形套管21内设置有与分流通孔13连通的储流空腔22，第二进气口24的进气压力大于第一进气口11的进气压力。

混合器主管道1上设置的第一进气口11与第二进气管组2，本实施例中氢气从第二进气管组2内部输送至混合器主管道1内，天然气则从第一进气口11输入，其中在混合器主管道1上设置的连接部12与第二进气管组2连接，并且连接部12上设置有分流通孔13，能够传输第二进气管组2内输送的气体，连接部12为混合器主管道1的部分筒壁，且多个分流通孔13的设置能够使得第二进气管组2的气体更加分散地进入到混合器主管道1内部，提高了氢气与天然气的混合质量，同时也避免了第二进气管组2直接贯穿至混合器主管道1内，避免了第二进气管组2直接干涉到混合器主管道1内的气体混合与气体输送，并且由于分流通孔13设置在混合器主管道1的筒壁上，且第二进气管组2包括有环形套管21以及储流空腔22，使得气体能够充斥整个储流空腔22，并且沿着连接部12的周向方向上布置的分流通孔13从混合器主管道1的360°方向上进入到管道内部，与第一进气口11中进入的气体进行混合，从而提高了混合的面积，并且在所有分流通孔13的孔面积之和相等的情况下，本方案中的各个分流通孔13之间的间距更大，减少气流之间的干涉，并使得有效接触混合面积更大，储流空腔22使得第二进气管组2中的气体能够分散到各个分流通孔13中，同时在第一进气口11的气体流入到混合器主管道1内部时，在分流通孔13上形成的流速会加快储流空腔22内部的气体进入到混合器主管道1内，并且由于第二进气管组2与混合器主管道1之间没有结构上的干涉，从而使得混合器管组中的气体在各处的流速不受影响，能够均匀进行混合输送，第二进气口24的口径小于第一进气口11的口径，因此设置第二进气口24的进气压力大于第一进气口11的进气压力，保证了第二进气口24中的气体能够顺利进入到混合器主管道1中。

如图3所示，第二进气管组2包括有连接管23，连接管23一端设置有第二进气口24，另一端与储流空腔22连通，各个分流通孔13面积之和大于连接管23横截面积。

第二进气口24与外部输气管连接，其中第二进气口24上设置有用于连接的法兰，连接管23连通第二进气口24与储流空腔22，连接管23可以与环形套管21垂直连接，从而保证布置的整齐性，设置分流通孔13的面积之和大于连接管23的横截面积，从而避免出现截流减压，保证连接管23中的气体都能够顺利进入到混合器主管道1中。

如图1、3所示，混合器主管道1设置有混合气体出口14，混合器主管道1包括有设置在连接部12与混合气体出口14之间的折流组件4，折流组件4包括有两个呈90°转角布置的折流板组41。

在连接部12与混合气体出口14上设置的折流组件4能够使得气体改变流向，并进行充分地混合，并且还能够对混合器主管道1起到支撑作用，设置多个折流板组41能够最大程度增减气体的混合质量，根据实际的掺混比例以及模拟、实验结果来增加或减少折流板组41。

如图1、2所示，折流组件4两端设置有检测根阀5。在折流组件4的两端设置检测根阀5，检测根阀5外接压差表，当存在杂质堵塞管道时，压差表数值升高，从而反馈给工作人员进行及时清理，保证内部的管道通畅。

如图1、2所示，混合器主管道1底部设置有排污阀6。设置排污阀6，在工作人员对混合器主管道1内进行清理时，能够通过排污阀6及时将底部沉降的杂质进行及时排出，提高了清理效率。

本实施例中氢气与天然气的混气装置的装配和工作过程如下：在本实施例中，氢气体积流量比例小于50％，因此氢气从第二进气口24中输送，而天然气从第一进气口11中进行输送，第二进气管组2包括有环形套管21，环形套管21套接在连接部12上，连接部12上沿着周向上均布有多个分流通孔13，分流通孔13与环形套管21中的储流空腔22连通，本实施例中连接管23垂直于环形套管21，在第一进气口11与第二进气口24上均连接有法兰，连接部12与混合气体出口14之间设置有折流组件4，折流组件4包括有两个折流板组41，折流组件4的两端分别连接有检测根阀5，检测根阀5连接压差表，在混合器主管道1的底部设置有排污阀6，在工作过程中从第二进气口24中输入氢气，在第一进气口11中输入天然气，在连接部12对应的管道内完成混合，并在折流组件4中再次进行充分混合，从而提高混合的质量。

实施例2：

如图4所示，与实施例1不同的是，本实施例中连接管23与环形套管21相切连接，从而使得连接管23中的气体能够沿着环形套管21的导向更快、更均匀地充斥在储流空腔22中，减少了动能损耗，使得气流能够更加平稳地输送，也避免了连接管23中的气体直接对准部分分流通孔13，导致储流空腔22各区域上的分流通孔13的进气不均匀。

实施例3：

如图5、6、7所示，与实施例1不同的是，本实施例中连接管23靠近分流通孔13一侧连接有能带动气体旋转分流的散流组件3，散流组件3转动连接在连接管23内，散流组件3包括有环形排列倾斜设置的散流通道31，散流通道31的开口朝向与连接管23垂直，当气流经过散流通道31时带动散流组件3转动。在连接管23靠近分流通孔13一侧设置散流组件3，散流组件3上设置有环形排列的多个散流通道31，能够将连接管23内输送的气体通过各个散流通道31输送至储流空腔22中的各个方向，从而尽快充斥储流空腔22，并且能保证气流在储流空腔22中的均匀充斥，同时由于散流通道31为倾斜设置，因此在气流经过时能够产生一定的推力，从而带动转动连接在连接管23上的散流组件3转动，从而产生旋转加速的效果，优选地，散流通道31的进气口口径大于出气口口径，从而加快旋出气体的流速，实施例4：

如图8所示，与实施例1不同的是，本实施例中环形套管21为斜环结构，环形套管21的横截面与混合器主管道1的横截面之间存在夹角α，其中第二进气管组2设置在环形套管21靠近第一进气口11一侧。环形套管21设置成斜环结构，即环形套管21的横截面与混合器主管道1的横截面之间存在夹角，从而使得环形套管21沿着混合器主管道1轴线方向上的跨度更长，使得不同区域上的分流通孔13能够在不同的跨度上输入第二进气管组2中的气体，拉长了气体的混合路径，从而使得混合过程更加平稳、充分，避免了所有从分流通孔13进入到混合器主管道1中的气体在同一区域内混合，当连接管垂直环形套管设置时，由于距离连接管较近的分流通孔中流通的气体更多，由于第二进气管组的设置位置更加靠近第一进气口，使得流经连接管对准区域上分流通孔的气体在混合器主管道中有更多的后续混合行程，保证混合的充分性。

Claims (10)

1.一种氢气与天然气的混气装置，其特征在于，包括有混合器主管道(1)，所述混合器主管道(1)上设置有第一进气口(11)，所述混合器主管道(1)上设置有连接部(12)，所述连接部(12)上连接有第二进气管组(2)，所述连接部(12)周向方向上设置有若干分流通孔(13)，所述第二进气管组(2)包括有环形套管(21)，所述环形套管(21)套接在连接部(12)上，所述环形套管(21)内设置有与分流通孔(13)连通的储流空腔(22)。

2.根据权利要求1中所述的一种氢气与天然气的混气装置，其特征在于，所述第二进气管组(2)包括有连接管(23)，所述连接管(23)一端设置有第二进气口(24)，另一端与储流空腔(22)连通。

3.根据权利要求2中所述的一种氢气与天然气的混气装置，其特征在于，所述连接管(23)靠近分流通孔(13)一侧连接有能带动气体旋转分流的散流组件(3)，所述散流组件(3)转动连接在连接管(23)内，所述散流组件(3)包括有若干倾斜设置的散流通道(31)，当气流经过所述散流通道(31)时带动散流组件(3)转动。

4.根据权利要求1或2或3中所述的一种氢气与天然气的混气装置，其特征在于，所述环形套管(21)为斜环结构，所述环形套管(21)的横截面与混合器主管道(1)的横截面之间存在夹角α。

5.根据权利要求2中所述的一种氢气与天然气的混气装置，其特征在于，所述第二进气口(24)的进气压力大于第一进气口(11)的进气压力。

6.根据权利要求2中所述的一种氢气与天然气的混气装置，其特征在于，各个所述分流通孔(13)面积之和大于连接管(23)横截面积。

7.根据权利要求1中所述的一种氢气与天然气的混气装置，其特征在于，所述混合器主管道(1)设置有混合气体出口(14)，所述混合器主管道(1)包括有设置在连接部(12)与混合气体出口(14)之间的折流组件(4)。

8.根据权利要求7中所述的一种氢气与天然气的混气装置，其特征在于，所述折流组件(4)包括有若干折流板组(41)。

9.根据权利要求7或8中所述的一种氢气与天然气的混气装置，其特征在于，所述折流组件(4)两端设置有检测根阀(5)。

10.根据权利要求1中所述的一种氢气与天然气的混气装置，其特征在于，所述混合器主管道(1)底部设置有排污阀(6)。