CN211770294U - 催化制氢系统及氢气燃烧还原氮氧化物系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于制氢技术领域，特别涉及一种催化制氢系统及氢气燃烧还原氮氧化物系统。催化制氢系统包括保温隔热层及设置于保温隔热层内并且依次连接的原料汽化过热器、原料反应温度提升调整器和催化反应器；原料汽化过热器用于将液态制氢原料进行汽化为制氢原料混合气；原料反应温度提升调整器用于提升制氢原料混合气的温度；催化反应器用于在工艺要求的温度和压力条件下将制氢原料混合气通过催化剂的催化作用制取氢气；由催化反应器产生的高温氢气进入原料汽化过热器内，并且与液态制氢原料进行热交换。本实用新型在制氢过程中使反应温度大幅度降低，节约了能源，使反应速率得到大幅提高，增大产氢量，很好控制了制氢原料未参入反应的剩余量。

Description

催化制氢系统及氢气燃烧还原氮氧化物系统

技术领域

本实用新型属于制氢技术领域，特别涉及一种催化制氢系统及氢气燃烧还原氮氧化物系统。

背景技术

目前我国的科学技术水平突飞猛进，社会经济也得到迅猛发展，人们对生活环境要求也越来越高，因此我们必须对环境保护高度重视，特别是在环保节能方面下更大的功夫，做的好上加好，这样要求我们改变传统观念，进一步提高各类燃烧设备的功能，设计出更多能够确保各类燃烧设备都能够充分洁净燃烧，热效率高，安装有烟气超洁净排效的非常理想的烟气处理应用系统的燃烧设备。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种催化制氢系统及氢气燃烧还原氮氧化物系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种催化制氢系统，包括：保温隔热层及设置于所述保温隔热层内并且依次连接的原料汽化过热器、原料反应温度提升调整器和催化反应器；所述原料汽化过热器用于将液态制氢原料进行汽化为制氢原料混合气；所述原料反应温度提升调整器用于提升制氢原料混合气的温度，并达到制氢原料混合气的催化反应温度；所述催化反应器用于在工艺要求的温度和压力条件下将制氢原料混合气通过催化剂的催化作用制取氢气；

由所述催化反应器产生的高温氢气进入所述原料汽化过热器内，并且与液态制氢原料进行热交换，使液态制氢原料得以高温汽化。

所述原料汽化过热器包括原料汽化过热器外壳及设置于所述原料汽化过热器外壳内的多路原料通道，所述原料通道为管束结构或板式结构，并且与所述原料反应温度提升调整器连通；

所述原料汽化过热器外壳上设有高温氢气进气口和高温氢气排气口，所述高温氢气进气口与所述催化反应器连通。

所述原料反应温度提升调整器包括原料反应温度自控调整加热器、原料反应温度提升调整器导热材料和原料反应温度提升调整器受热管，其中原料反应温度自控调整加热器内设有一个或多个原料反应温度提升调整器受热管，所述原料反应温度自控调整加热器和原料反应温度提升调整器受热管之间填充有原料反应温度提升调整器导热材料；所述原料反应温度提升调整器受热管为直管或曲线型管，并且两端分别与所述原料汽化过热器和所述催化反应器连通。

所述催化反应器包括催化反应器恒温调控加热器、催化反应器导热材料及催化剂盛装管，其中催化反应器恒温调控加热器内设有一个或多个催化剂盛装管，所述催化反应器恒温调控加热器和催化剂盛装管之间填充有催化反应器导热材料；所述催化剂盛装管为直管或曲线型管，并且一端通过联通管道与所述原料反应温度提升调整器受热管连接，另一端与所述原料汽化过热器连接。

所述原料反应温度提升调整器导热材料和催化反应器导热材料均采用由紫铜、黄铜、氧化镁、铝或导热石墨制成的导热粉末或导热细颗粒。

所述的催化制氢系统，还包括原料辅助加热汽化装置和原料定量控制输送器，其中原料辅助加热汽化装置连接在所述原料汽化过热器与原料定量控制输送器之间；所述原料定量控制输送器用于定量输送制氢原料；所述原料辅助加热汽化装置用于催化制氢系统首次冷启动时将液态制氢原料进行加热汽化，所述催化制氢系统正常工作后关闭。

所述的催化制氢系统，还包括依次连接的气液分离器、氢气体冷凝器及氢气体净化处理器，所述气液分离器与所述原料汽化过热器内的高温氢气连通；所述原料汽化过热器和气液分离器的底部通过冷凝液排出阀连接，所述气液分离器的底部设有原料液排出口，所述原料液排出口用于排出未反应的液态制氢原料。

一种氢气燃烧还原氮氧化物系统，包括燃烧设备、氢气燃烧器及如上所述的催化制氢系统，其中燃烧设备包括主燃烧室及设置于所述主燃烧室上部的排烟道；所述催化制氢系统通过氢气燃烧器向所述燃烧室的上部和/或排烟道内喷射点燃的氢气，燃烧的氢气将燃烧室的上部和/或排烟道内的烟气中含有的氮氧化物进行还原。

所述氢气燃烧器包括外套、点火组件、中心燃气进气管道、氢气进气管道、氢气喷射燃烧嘴、燃烧头及稳焰燃烧盘，其中外套的侧壁为中空结构，其内充入冷却介质；所述外套内设有一中心燃气进气管道及环绕所述中心燃气进气管道周围的多个氢气进气管道；所述稳焰燃烧盘设置于外套的端部，所述稳焰燃烧盘上设有燃烧头及分布所述燃烧头周围的多个氢气喷射燃烧嘴和多个旋流通风孔；所述燃烧头与所述中心燃气进气管道连接，用于点燃氢气；各所述氢气喷射燃烧嘴分别与各所述氢气进气管道连接；

所述点火组件设置于所述燃烧头的一侧，用于点燃所述燃烧头喷出的燃气。

所述稳焰燃烧盘的外圆周上开设有多个旋流导向槽，所述稳焰燃烧盘的端面上设有至少一组沿周向均布的所述旋流通风孔；所述旋流通风孔倾斜设置，由所述旋流通风孔及旋流导向槽引出的风螺旋上升并且与氢气和烟气中的氮氧化物充分混合。

所述排烟道的侧壁为水冷壁式结构，并且所述排烟道内设有水冷管。

本实用新型的优点及有益效果是：

1.本实用新型利用制氢原料和催化制氢系统，在温度、压力、进料量等要素的提供保障下，同时配合制氢催化剂的应用，使反应温度大幅度降低，节约了能源，也降低了反应中的活化能，使反应速率得到大幅提高，增大了产氢量，很好控制了制氢原料未参入反应的剩余量，其剩余下来的原料可重复使用。

2.本实用新型可以利用燃烧设备的余热和正常热能的配合使用，精准定温，将甲醇和甲醇水在催化剂的催化作用下，反应制取氢气体，用于燃烧设备的燃烧即增加了热能又能作为还原氮氧化物的还原剂，改变现在传统烟气脱硝使用尿素或各种氨类物资，节省大量资金用于脱硝工艺上，我们采用氢气体燃烧还原氮氧化物，即能为燃烧设备增加燃烧热能，又能脱硝，一举两得。

3.本实用新型还可以将热电厂的高温水蒸气在做完功之后(推动蒸气轮机做完功之后)排出来的高温水蒸气，收集利用，可直接做为反应原料之一使用，节省了大量资金用于资源消耗，也可利用这部分水蒸气的热能为原料提温换热，节省常规能量。

附图说明

图1为本实用新型中催化制氢系统的结构示意图；

图2为本实用新型中氢气燃烧还原氮氧化物系统的结构示意图；

图3为本实用新型中氢气燃烧器的结构示意图；

图4为图3的右视图。

图中：1、甲醇水或水蒸汽原料进口，2、甲醇去离子水混合液原料进口， 3、精甲醇原料进口，4、原料定量控制输送器，5、系统控制原料余量溢出回送阀，6、原料辅助加热汽化装置，7、原料汽化过热器，8、催化反应器恒温调控加热器，9、催化反应器导热材料，10、催化剂盛装管，11、催化反应器， 12、原料反应温度提升调整器导热材料，13、原料反应温度自控调整加热器， 14、原料反应温度提升调整器受热管，15、原料反应温度提升调整器，16、联通管道，17、保温隔热层，18、氢气体燃烧防回火安保装置，19、燃烧设备上部氢气体输送管道，20、主燃烧室上部氢气体燃烧控制阀，21、排烟道氢气体控制阀，22、排烟道内氢气燃烧器，23、燃烧区氢气体输送管道，24、氢气体净化处理器，25、主燃烧室上部氢气燃烧器，26、燃烧设备主燃烧室进行燃烧反应后的烟气排出方向，27、氮氧化物燃烧还原区域Ⅱ，28、氮氧化物燃烧还原区域Ⅰ，29、氢气体冷凝器，30、燃烧区氢气体输送管道控制阀门，31、燃烧区氢气燃烧器，32、燃烧区，33、主燃烧室，34、气液分离器，35、原料液排出口，36、冷凝液排出阀，37、高压输电导线，38、中心燃气进气管道，39、火焰温度检测信号回馈导线，40、中环氢气体进气管道， 41、外环氢气体进气管道，42、冷却介质，43、外套，44、外环氢气喷射燃烧嘴，45、中环氢气喷射燃烧嘴，46、火焰温度检测感应针，47、燃烧头， 48、高压放电点火针，49、稳焰燃烧盘，50、旋流导向槽，51、外环旋流通风孔，52为中环旋流通风孔，53为燃烧头燃烧的火焰。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

实施例一

如图1所示，本实用新型提供的一种催化制氢系统包括：保温隔热层17 及设置于保温隔热层17内并且依次连接的原料汽化过热器7、原料反应温度提升调整器15和催化反应器11；原料汽化过热器7用于将液态制氢原料进行汽化为制氢原料混合气；原料反应温度提升调整器15用于提升制氢原料混合气的温度，并达到制氢原料混合气的催化反应温度；催化反应器11用于在工艺要求的温度和压力条件下将制氢原料混合气通过催化剂的催化作用制取氢气；由催化反应器11产生的高温氢气进入原料汽化过热器7内，并且与液态制氢原料进行热交换，使液态制氢原料得以高温汽化。

原料汽化过热器7包括原料汽化过热器外壳及设置于原料汽化过热器外壳内的多路原料通道，原料通道为管束结构或板式结构，并且与原料反应温度提升调整器15连通；原料汽化过热器外壳上设有高温氢气进气口和高温氢气排气口，高温氢气进气口与催化反应器11连通。

原料反应温度提升调整器15包括原料反应温度自控调整加热器13、原料反应温度提升调整器导热材料12和原料反应温度提升调整器受热管14，其中原料反应温度自控调整加热器13内设有一个或多个均匀排列的原料反应温度提升调整器受热管14，原料反应温度自控调整加热器13和原料反应温度提升调整器受热管14之间填充有原料反应温度提升调整器导热材料12；原料反应温度提升调整器受热管14为直管或曲线型管，并且两端分别与原料汽化过热器7的原料通道和催化反应器11连通。

本实用新型的实施例中，原料反应温度提升调整器15的外层为原料反应温度自控调整加热器13，原料反应温度自控调整加热器13包括电加热圈加热器、电热板加热器、履带式陶瓷高温加热器或电磁高温调控加热器等。原料反应温度提升调整器导热材料12为导热粉末，例如：紫铜粉、黄铜粉、氧化镁粉、铝粉或导热石墨粉等；或者原料反应温度提升调整器导热材料12为导热细颗粒，例如：紫铜细颗粒、黄铜细颗粒、氧化镁细颗粒、铝细颗粒或导热石墨细颗粒；在低温时，原料反应温度提升调整器导热材料12还可采用导热油；或者原料反应温度提升调整器导热材料12采用高温导热油、高温干蒸汽(水蒸气)或高温空气等。原料反应温度提升调整器受热管14为耐高温不锈钢管，其外形制做为螺旋管式，或者连续S型管式结构。

催化反应器11包括催化反应器恒温调控加热器8、催化反应器导热材料 9及催化剂盛装管10，其中催化反应器恒温调控加热器8内设有一个或多个均匀排列的催化剂盛装管10，催化反应器恒温调控加热器8和催化剂盛装管 10之间填充有催化反应器导热材料9；催化剂盛装管10为直管或曲线型管，并且一端通过联通管道16与原料反应温度提升调整器受热管14连接，另一端与原料汽化过热器7的高温氢气进气口连接。

本实用新型的实施例中，催化反应器11的外层为催化反应器恒温调控加热器8，催化反应器恒温调控加热器8包括电热圈加热器、电热板加热器、履带式陶瓷高温加热器或电磁高温调控加热器等。催化反应器导热材料9为导热粉末，例如：紫铜粉、黄铜粉、氧化镁粉、铝粉或导热石墨粉等；或者催化反应器导热材料9为导热细颗粒，例如：紫铜细颗粒、黄铜细颗粒、氧化镁细颗粒、铝细颗粒或导热石墨细颗粒。中、低温时使用导热油。

本实用新型的实施例中，催化剂盛装管10为不锈钢直管或连续S型弯管。管内装好制氢催化剂后，两端的管头高出两端的封板10～50毫米，在管头上钻孔(小于催化剂粒径的进气或出气孔)，同时装上或焊上两端封盖(阻止催化剂流出)，在两端封盖上钻有进气或出气孔(小于催化剂粒径的孔)。

本实用新型的实施例中，保温隔热层17包括金属外壳及设置于金属外壳内的耐高温保温材料，其中金属外壳采用不锈钢板或喷漆铁板等制成；耐高温保温材料采用岩棉纤维毡、硅酸铝纤维毡或轻质保温颗粒等。

本实用新型的实施例中，催化制氢系统还包括原料辅助加热汽化装置6 和原料定量控制输送器4，其中原料辅助加热汽化装置6连接在原料汽化过热器7与原料定量控制输送器4之间；原料定量控制输送器4用于定量输送制氢原料，其具有甲醇水或水蒸汽原料进口1、甲醇去离子水混合液原料进口2、精甲醇原料进口3；原料定量控制输送器4的顶部设有系统控制原料余量溢出回送阀5。原料辅助加热汽化装置6用于催化制氢系统首次冷启动时将液态制氢原料进行加热汽化，催化制氢系统正常工作后关闭。

本实用新型的实施例中，原料辅助加热汽化装置6为市购产品，采用张家港市尚亿热能设备有限公司提供的微型蒸汽发生器。原料定量控制输送器4 采用定量输送泵。

本实用新型的实施例中，催化制氢系统还包括依次连接的气液分离器34、氢气体冷凝器29及氢气体净化处理器24，气液分离器34与原料汽化过热器 7内的高温氢气连通；原料汽化过热器7和气液分离器34的底部通过冷凝液排出阀36连接，气液分离器34的底部设有原料液排出口35，原料液排出口 35用于排出未反应的液态制氢原料。

本实用新型的实施例中，包括三组制氢原料和三种制氢催化剂，三种制氢催化剂分别在三个温度段使用，即低温段：150℃～200℃、中温段：200℃～300℃、高温段：300℃～500℃。本实用新型的实施例中，三种制氢催化剂为市购产品，高温制氢催化剂为镍基多元组合金属催化剂；中温制氢催化剂为铜基多元组合金属催化剂；低温制氢催化剂为贵金属稀土组合多元催化剂。

三组制氢原料根据不同制氢所要求的地理环境和不同使用方式来分别选用，三组制氢原料分别为精甲醇(纯度99％)、精甲醇和去离水按1:1比例制成混合液、精甲醇和水蒸气按1:1比例同等质量(重量)，三组制氢原料经过三组管的分别输送，分别进料混合于催化制氢系统中做为制取氢气体的原料(根据实际需要来选择其中一组原料制氢使用)。

以上三组制氢原料在升温到反应温度时，即可达到系统设定的操作压力，一般根据催化制氢系统的单位小时制氢量来确定操作压力，本实施例确定的操作压力为0.3MPa～3MPa，三组原料的进料流速(液空速)是根据催化制氢系统的每小时通过制氢催化剂床层后能完成的制氢量来确定，进料流速为 0.1～3h-1，是本催化制氢系统规定的液空速的计数范围。

三组制氢原料在反应温度、操作压力、液空速及催化剂催化等条件都具备时即可制取氢气体，化学反应式如下：

总式：CH₃0H+H₂0＝C0₂+3H₂ -49.5KJ/mol

分式：1、CH₃0H＝C0+2H₂ -90.7KJ/mol

2、C0+H₂0＝C0₂+H₂ +41.19KJ/mol

其中，本应用系统根据不同的制氢环境和额外所能提供的各种有利条件来分别选用三种制氢催化剂，分别是：低温制氢催化剂，使用温度范围是 150℃～200℃。中温制氢催化剂，使用温度范围是200℃～300℃。高温制氢催化剂，使用温度范围是300℃～500℃。

本实用新型工作过程是：

根据实际需要来选择其中一组制氢原料，将确定的一组制氢原料由管道输送到原料定量控制输送器4中，由原料定量控制输送器4的精准控制制氢原料进入量，与此同时多余的原料就由系统控制余量溢出回送阀5将多余的原料送回存储原料的地方，定量后的原料进入到原料辅助加热汽化装置6中， (此装置只在本催化制氢系统刚开始工作时使用，等系统都正常运行了，生产出高温氢气体之后，原料辅助加热功能随即关闭，系统超压安保联锁功能正常工作)，这时的原料得到高温汽化之后，被输送到原料汽化过热器7中。然后再将汽化、过热后的制氢原料输送到原料反应温度提升调整器15中，进行加热至需要的反应温度之后，再由催化反应器11和原料反应温度提升调整器15之间的联通管道16输送进入到催化反应器11内的催化剂盛装管10中，进行甲醇分解反应和一氧化碳与水蒸气变换反应生成氢气和二氧化碳等高温混合气体(富含氢气的混合气体)，而这些反应后的高温混合气体，离开催化反应器11后，就进入到原料汽化过热器7内。这些反应后的高温混合气体在此空间得到一定时间的冷、热交换(给制氢原料换热、汽化、过热)得到大幅度降温后，进入到气液分离器34内进行气、液分离处理。另外设计本系统时考虑还能有小部分反应后的高温混合气体，待系统停止工作后产生的冷凝液，由冷凝液排出阀36进入气液分离器34中，并且与由气液分离器34冷却分离出来的未参入反应的原料液由原料液排出口35排出回送存储原料的地方。这时经过分离后的氢气体进入到氢气体冷凝器29内，进行冷凝降温后，进入到氢气体净化处理器24内，进行净化处理，让制取氢气体具备一定的使用纯度和要求，然后通过管道进行输送，将制取的氢气体得到实际应用。

氢气体的使用范围有：第一用于保护性气体、氢燃料电池、高能气体燃料、油脂加氢；第二用于燃烧还原氮氧化物，由于大、中型燃烧设备使用的各种燃料在燃烧室内的燃烧过程中，大都使用空气助燃，这就把空气中的氮气被高温氧化成氮氧化物气体，而氮氧化物是有害气体，为清除氮氢化物可通过氢气体燃烧就能将氮气化物还原为氮气和水。

综上所述，利用催化制氢系统制取的氢气体，应用于化学气体保护、氢燃料电池、特殊高能气体燃料、粉末治金、工业金属热处理、生物工程、电子工业、玻璃工业、油脂加氢及高温燃烧产生的氮氧化物还原处理等领域。

实施例二

如图2所示，本实用新型提供的一种氢气燃烧还原氮氧化物系统，包括燃烧设备、氢气燃烧器及如上述任一实施例提供的催化制氢系统，其中催化制氢系统通过氢气燃烧器向燃烧设备的燃烧室上部(也称尾部)和/或排烟道内喷射点燃的氢气，燃烧的氢气将燃烧室上部和/或排烟道内烟气中的氮氧化物进行还原。

由催化制氢系统制取的氢气，在经过氢气体净化处理器24的净化后，纯净的氢气体被输送到氢气体燃烧防回火安保装置18内，这样就可安全的将氢气体应用于常规燃烧和还原烟气中的氮氧化物了。

如图2所示，燃烧设备包括主燃烧室33及设置于主燃烧室33上部的排烟道，其中主燃烧室33的下部为燃烧区32，主燃烧室33的上部为氮氧化物燃烧还原区域Ⅰ28，排烟道的内腔为氮氧化物燃烧还原区域Ⅱ27，排烟道的侧壁为水冷壁式结构，排烟道内设有水冷管，排烟道水冷壁和水冷管均与燃烧设备水冷壁管相互连通，可使排烟道水冷壁及内部的水冷管内的水充分吸收氢气燃烧还原氮氧化物产生的热能。

催化制氢系统制取的氢气体被分配为两条管道输送，分别为燃烧设备上部氢气体输送管道19和燃烧区氢气体输送管道23。燃烧设备上部氢气体输送管道19通过主燃烧室上部氢气燃烧器25和排烟道内氢气燃烧器22分别向主燃烧室33的上部和排烟道内喷射氢气体。燃烧设备上部氢气体输送管道19 上设有主燃烧室上部氢气体燃烧控制阀20和排烟道氢气体控制阀21，其中主燃烧室上部氢气体燃烧控制阀20用于控制进入主燃烧室33的上部的氢气体，排烟道氢气体控制阀21用于控制进入排烟道内的氢气体。燃烧区氢气体输送管道23通过多个燃烧区氢气燃烧器31向燃烧区32内喷射氢气体，燃烧区氢气体输送管道23上设有燃烧区氢气体输送管道控制阀门30。

向燃烧区32内喷射氢气体用于常规燃料燃烧；向主燃烧室33的上部和排烟道内喷射氢气体用于燃烧还原氮氧化物。由于大、中型燃烧设备使用的各种燃料在燃烧室内的燃烧过程中，大都使用空气助燃，这就把空气中的氮气被高温氧化成氮氧化物气体，而氮氧化物是有害气体。为清除氮氢化物可通过氢气体和一氧化碳气体与氮氧化物混合后燃烧，就能将氮氧化物还原为氮气水和二氧化碳。

用氢气燃烧还原氮氧化物化学反应式如下：

用一氧化碳气体燃烧还原氮氧化物化学反应式如下：

如图3-4所示，氢气燃烧器包括外套43、点火组件、中心燃气进气管道 38、氢气进气管道、氢气喷射燃烧嘴、燃烧头47及稳焰燃烧盘49，其中外套 43的侧壁为中空结构，其内充入冷却介质42；外套43内设有一中心燃气进气管道38及环绕中心燃气进气管道38周围的多个氢气进气管道；稳焰燃烧盘49设置于外套43的端部，稳焰燃烧盘49上设有燃烧头47及分布燃烧头 47周围的多个氢气喷射燃烧嘴和多个旋流通风孔；燃烧头47与中心燃气进气管道38连接，用于点燃氢气；各氢气喷射燃烧嘴分别与各氢气进气管道连接；点火组件设置于燃烧头47的一侧，用于点燃燃烧头47喷出的燃气。

点火组件包括高压输电导线37、火焰温度检测信号回馈导线39、火焰温度检测感应针46及高压放电点火针48，其中火焰温度检测感应针46和高压放电点火针48设置于稳焰燃烧盘49上，高压输电导线37与高压放电点火针 48连接，火焰温度检测信号回馈导线39与火焰温度检测感应针46连接。火焰温度检测感应针46的检测信号回送任务由火焰温度检测信号回馈导线39 回送到本应用系统控制终端，确保本应用系统和燃烧设备运行安全。

本实用新型的实施例中，氢气喷射燃烧嘴包括多个沿周向分布的中环氢气喷射燃烧嘴45和多个沿周向分布的外环氢气喷射燃烧嘴44；氢气进气管道包括多个中环氢气体进气管道40和多个外环氢气体进气管道41，其中多个中环氢气体进气管道40分别与各中环氢气喷射燃烧嘴45连接；多个外环氢气体进气管道41分别与各外环氢气喷射燃烧嘴44连接。

如图4所示，稳焰燃烧盘49的外圆周上开设有多个旋流导向槽50，稳焰燃烧盘49的端面上设有至少一组沿周向均布的旋流通风孔；旋流通风孔倾斜设置，由旋流通风孔及旋流导向槽50引出的风螺旋上升并且与氢气和烟气中的氮氧化物充分混合。中环氢气喷射燃烧嘴45和外环氢气喷射燃烧嘴44分别由中环氢气体进气管道40和外环氢气体进气管道41提供氢气体进行喷射燃烧。

本实用新型的实施例中，稳焰燃烧盘49上设有中环旋流通风孔52和外环旋流通风孔51，其中中环旋流通风孔52设置于中环氢气喷射燃烧嘴45和外环氢气喷射燃烧嘴44之间，外环旋流通风孔51设置于外环氢气喷射燃烧嘴44的外侧。

本实用新型的实施例中，外套43为耐高温材料制造，材料包括耐高温不锈钢或耐高温冲击系列陶瓷等，其冷却介质包括冷却水或高压高速冷却空气等。稳焰燃烧盘49用耐高温不锈钢或耐高温冲击系列陶瓷制造，在稳焰燃烧盘49的外径上设有与轴线形成一定角度和深度的旋流导向槽50，在稳焰燃烧盘的端面钻有氢气体喷射燃烧喷嘴通过孔及与轴线形成一定角度的旋流通风孔，稳焰燃烧盘49的端面安装有高压放电点火针48、火焰温度检测感应针 46及燃烧头47等。稳焰燃烧盘49通过设置旋流导向槽50和旋流通风孔提供强进风旋流，从而提高氢气燃烧的稳定性。为了消除高温热腐蚀和高温热传导对氢气体专用燃烧器正常运行的影响，通过外套43内的冷却介质42给专用燃烧器冷却降温。

本实用新型的实施例中，氢气体燃烧防回火安保装置18为市购产品，购置于浙江正轩阀门有限公司，型号为DN15。氢气体燃烧防回火安保装置18由数个并联的氢气回火阻火器和多通路电控氢气阀岛(组合式电磁阀)等组成。氢气体燃烧防回火安保装置18为防止氢气在燃烧过程中，由于氢气体流速小于氢气燃烧速度就出现回火现象，所以必须安装氢气阻火器。另外设计安装的多通路电控氢气阀岛是便于控制多通路管道上的氢气燃烧器的安全使用，假设氢气燃烧器稳焰盘上的火焰温度感应针没有检测到燃气燃烧头燃烧产生的温度，阀岛各自控制氢气管路闭合，提供不了氢气。

本实用新型利用制氢原料(甲醇和水、或甲醇和水蒸汽)在催化制氢系统内，在温度、压力、进料量等要素的提供保障下，同时配合制氢催化剂的应用，使反应温度大幅度降低，节约了能源，也降低了反应中的活化能，使反应速率得到大幅提高，增大了产氢量，很好控制了制氢原料未参入反应的剩余量，其剩余下来的原料可重复使用。

以甲醇水为原料的催化制氢系统，均采用整体保温隔热处理(除需要冷却、冷凝、燃烧还原氮氧化物部分各自组成的装置以外)，其它均采用整体保温隔热包装措施，为的是降低能耗、提高余热回收利用率，便于控制催化制氢系统的整体反应温度，提高制氢催化剂的使用寿命，增加系统的产氢量。

本实用新型提供的一种氢气燃烧还原氮氧化物系统，可以融合于任何使用各种燃料燃烧的设备中，他的作用是即可独立作为常规气体燃料燃烧使用，更可作为还原有害气体氮氧化物的还原剂，无论烟气中有害气体氮氧化物含量多少，都能很好地还原为氮气和水再排放，杜绝污染物对人类的危害，确保人类生活在良好的绿色环境中。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种催化制氢系统，其特征在于，包括：保温隔热层(17)及设置于所述保温隔热层(17)内并且依次连接的原料汽化过热器(7)、原料反应温度提升调整器(15)和催化反应器(11)；所述原料汽化过热器(7)用于将液态制氢原料进行汽化为制氢原料混合气；所述原料反应温度提升调整器(15)用于提升制氢原料混合气的温度，并达到制氢原料混合气的催化反应温度；所述催化反应器(11)用于在工艺要求的温度和压力条件下将制氢原料混合气通过催化剂的催化作用制取氢气；

由所述催化反应器(11)产生的高温氢气进入所述原料汽化过热器(7)内，并且与液态制氢原料进行热交换，使液态制氢原料得以高温汽化。

2.根据权利要求1所述的催化制氢系统，其特征在于，所述原料汽化过热器(7)包括原料汽化过热器外壳及设置于所述原料汽化过热器外壳内的多路原料通道，所述原料通道为管束结构或板式结构，并且与所述原料反应温度提升调整器(15)连通；

所述原料汽化过热器外壳上设有高温氢气进气口和高温氢气排气口，所述高温氢气进气口与所述催化反应器(11)连通。

3.根据权利要求1所述的催化制氢系统，其特征在于，所述原料反应温度提升调整器(15)包括原料反应温度自控调整加热器(13)、原料反应温度提升调整器导热材料(12)和原料反应温度提升调整器受热管(14)，其中原料反应温度自控调整加热器(13)内设有一个或多个原料反应温度提升调整器受热管(14)，所述原料反应温度自控调整加热器(13)和原料反应温度提升调整器受热管(14)之间填充有原料反应温度提升调整器导热材料(12)；所述原料反应温度提升调整器受热管(14)为直管或曲线型管，并且两端分别与所述原料汽化过热器(7)和所述催化反应器(11)连通。

4.根据权利要求3所述的催化制氢系统，其特征在于，所述催化反应器(11)包括催化反应器恒温调控加热器(8)、催化反应器导热材料(9)及催化剂盛装管(10)，其中催化反应器恒温调控加热器(8)内设有一个或多个催化剂盛装管(10)，所述催化反应器恒温调控加热器(8)和催化剂盛装管(10)之间填充有催化反应器导热材料(9)；所述催化剂盛装管(10)为直管或曲线型管，并且一端通过联通管道(16)与所述原料反应温度提升调整器受热管(14)连接，另一端与所述原料汽化过热器(7)连接。

5.根据权利要求4所述的催化制氢系统，其特征在于，所述原料反应温度提升调整器导热材料(12)和催化反应器导热材料(9)均采用由紫铜、黄铜、氧化镁、铝或导热石墨制成的导热粉末或导热细颗粒。

6.根据权利要求1所述的催化制氢系统，其特征在于，还包括原料辅助加热汽化装置(6)和原料定量控制输送器(4)，其中原料辅助加热汽化装置(6)连接在所述原料汽化过热器(7)与原料定量控制输送器(4)之间；所述原料定量控制输送器(4)用于定量输送制氢原料；所述原料辅助加热汽化装置(6)用于催化制氢系统首次冷启动时将液态制氢原料进行加热汽化，所述催化制氢系统正常工作后关闭。

7.根据权利要求1-6任一项所述的催化制氢系统，其特征在于，还包括依次连接的气液分离器(34)、氢气体冷凝器(29)及氢气体净化处理器(24)，所述气液分离器(34)与所述原料汽化过热器(7)内的高温氢气连通；所述原料汽化过热器(7)和气液分离器(34)的底部通过冷凝液排出阀(36)连接，所述气液分离器(34)的底部设有原料液排出口(35)，所述原料液排出口(35)用于排出未反应的液态制氢原料。

8.一种氢气燃烧还原氮氧化物系统，其特征在于，包括燃烧设备、氢气燃烧器及如权利要求1-7任一项所述的催化制氢系统，其中燃烧设备包括主燃烧室(33)及设置于所述主燃烧室(33)上部的排烟道；所述排烟道的侧壁为水冷壁式结构，并且所述排烟道内设有水冷管；

所述催化制氢系统通过氢气燃烧器向所述燃烧室(33)的上部和/或排烟道内喷射点燃的氢气，燃烧的氢气将燃烧室(33)的上部和/或排烟道内的烟气中含有的氮氧化物进行还原。

9.根据权利要求8所述的氢气燃烧还原氮氧化物系统，其特征在于，所述氢气燃烧器包括外套(43)、点火组件、中心燃气进气管道(38)、氢气进气管道、氢气喷射燃烧嘴、燃烧头(47)及稳焰燃烧盘(49)，其中外套(43)的侧壁为中空结构，其内充入冷却介质；所述外套(43)内设有一中心燃气进气管道(38)及环绕所述中心燃气进气管道(38)周围的多个氢气进气管道；所述稳焰燃烧盘(49)设置于外套(43)的端部，所述稳焰燃烧盘(49)上设有燃烧头(47)及分布所述燃烧头(47)周围的多个氢气喷射燃烧嘴和多个旋流通风孔；所述燃烧头(47)与所述中心燃气进气管道(38) 连接，用于点燃氢气；各所述氢气喷射燃烧嘴分别与各所述氢气进气管道连接；

所述点火组件设置于所述燃烧头(47)的一侧，用于点燃所述燃烧头(47)喷出的燃气。

10.根据权利要求9所述的氢气燃烧还原氮氧化物系统，其特征在于，所述稳焰燃烧盘(49)的外圆周上开设有多个旋流导向槽(50)，所述稳焰燃烧盘(49)的端面上设有至少一组沿周向均布的所述旋流通风孔；所述旋流通风孔倾斜设置，由所述旋流通风孔及旋流导向槽(50)引出的风螺旋上升并且与氢气和烟气中的氮氧化物充分混合。

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