CN214468627U - 一种高温尾气燃烧供热的燃烧重整器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高温尾气燃烧供热的燃烧重整器，包括燃烧器和重整装置，燃烧器包括高温尾气进气管和空气进气管，高温尾气和空气燃烧后组成混合气；重整装置包括壳体，该壳体具有容纳腔、分别与容纳腔连通的混合气进入口和混合气排出口，高温尾气进气管和空气进气管均与混合气进入口连通，容纳腔内设置有用于容纳重整反应的催化剂的重整管，壳体还具有与重整管的入口连通的重整原料进气口、与重整管的出口连通的重整气体出气口，重整管与容纳腔不连通；重整原料进气口和重整气体出气口均位于壳体的底部，重整管呈弯曲状。重整管与壳体对应位置的密封性较好，不容易漏气。

Description

一种高温尾气燃烧供热的燃烧重整器

技术领域

本实用新型涉及固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种高温尾气燃烧供热的燃烧重整器。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)发电系统是一种高效的能源转化装置，能将天然气、氢气、合成气等燃料中的化学能直接转化为电能，是一种可用于构建分布式发电系统的新型能源转化装置，具有很好的商业应用前景。而氢气是SOF C常用的能源，氢气可以通过天然气和水蒸气重整制取。

例如，申请号为201611224792.6(公告号为CN106602111B)的中国发明专利公开了《一种高温尾气燃烧供热的燃烧重整器》包括催化燃烧器和重整装置，重整装置包括壳体，壳体内环向竖直设有多个重整管，壳体内重整管的上下两端分别设有让重整气体均匀流经重整管的上集气腔和下集气腔，壳体的顶部设有燃烧尾气出口，催化燃烧器包括一多孔管，多孔管穿置在重整管围绕成的腔体内，催化燃烧器的底部通过快装法兰与壳体相连接，多孔管的外腔为填充有催化剂的催化燃烧腔，催化燃烧腔通过表面孔与燃烧尾气出口相连通，催化燃烧器的底部设有燃气进气管和预热的空气进气管与多孔管的内腔相连通。该专利的燃烧重整器结构合理紧凑，装配快捷方便，体积小成本低，无需点火装置，大大简化了燃烧重整器的整体结构，同时燃烧均匀，有效提高了重整转化率和重整处理量。

但是，上述专利的燃烧重整器具有以下问题：一是上述专利的重整管是直管，重整管的上下端分别与壳体的顶部和壳体的底部相连，重整管上下端具有一定温差而容易变形，容易导致重整管的上下端与壳体对应位置脱离，从而影响密封性，导致漏气等问题；二是上述专利的重整管外的催化燃烧腔内填充有催化剂，催化剂一般为颗粒状，这些颗粒状填充物会对燃烧产生的气体有一定的阻力，影响气体流动，使得燃烧器背压较大，重整管受热不均匀。

实用新型内容

本实用新型所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种密封性较好的高温尾气燃烧供热的燃烧重整器。

本实用新型解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种高温尾气燃烧供热的燃烧重整器，包括

燃烧器，包括高温尾气进气管和空气进气管，高温尾气和空气燃烧后组成混合气；

重整装置，包括壳体，该壳体具有容纳腔、分别与容纳腔连通的混合气进入口和混合气排出口，所述高温尾气进气管和空气进气管均与混合气进入口连通，所述容纳腔内设置有用于容纳重整反应的催化剂的重整管，所述壳体还具有与重整管的入口连通的重整原料进气口、与重整管的出口连通的重整气体出气口，重整管与容纳腔不连通；

其特征在于：

所述重整原料进气口和所述重整气体出气口均位于壳体的底部，所述重整管呈弯曲状。

为了使供热比较均匀，所述混合气进入口位于壳体的底部中间位置，所述高温尾气进气管的顶部和空气进气管的顶部均与混合气进入口相连通。

为了使燃烧充分，所述高温尾气进气管的顶部贯穿空气进气管，所述燃烧器还包括设置在高温尾气进气管顶部的多孔燃烧头，该多孔燃烧头向下开口且其侧壁具有连通高温尾气进气管和空气进气管的多个通孔。这样，高温尾气和空气在多孔燃烧头的位置进行燃烧，有利于高温尾气和空气混合均匀，从而使燃烧充分。

为了使重整原料进气比较均匀，所述重整装置还包括重整原料进气腔室，该重整原料进气腔室套装在燃烧器的顶部外侧且位于壳体的底部，所述重整原料进气口位于混合气进入口的外侧且与重整原料进气腔室上下连通。通过设置重整原料进气腔室，重整原料在进气腔室进一步混匀，有利于重整反应进行。

为了使出气比较均匀，所述重整装置还包括重整气体出气腔室，该重整气体出气腔室套装在重整原料进气腔室外且位于壳体的底部，所述重整气体出气口位于重整原料进气口的外侧且与重整气体出气腔室上下连通。通过设置重整气体出气腔室，这样，重整气体通过该出气腔室出气，出气比较均匀。

重整管的形状可以有多种，优选地，所述重整管具有多个且均呈倒U型，壳体上的重整原料进气口和重整气体出气口的数量与重整管的个数相对应，所有重整管周向间隔排列，各所述重整管具有两个相对设置的第一部分和第二部分，第一部分与壳体的重整原料进气口相连通，第二部分与壳体的重整气体出气口相连通；

所述重整装置还包括设置在容纳腔内、用于导流的上下贯通的内筒，重整管的第一部分和第二部分分别位于内筒的内外两侧，该内筒的底部与壳体的内底壁相连，且混合气进入口位于内筒的内侧。

通过设置内筒，对混合气具有向上导流的作用。

为进一步解决本实用新型的第二个技术问题：所述重整装置还包括设置在容纳腔内的多孔导热材料层，所述多孔导热材料层具有多层，每层多孔导热材料层均呈环状，所有多孔导热材料层均与内筒同轴设置。

通过去掉填充的颗粒状催化剂，这样燃烧器燃烧产生的气体受到的阻力较小，便于气体流动，降低燃烧器的背压，燃烧也比较稳定，通过设置多孔导热材料层，燃烧器也便于径向和轴向导热，使得对重整管的供热比较均匀。

为了使出气比较均匀，所述壳体的侧壁靠近底部的位置具有周向向外的扩径段，所述混合气排出口位于该扩径段上；

所述重整装置还包括与混合气排出口连通且沿壳体的外壁向上延伸的混合气排出管道。

通过设置扩径段，这样气体排出时，先经过扩径段而出气比较均匀；通过设置混合气排出管道，这样气体从下而上沿混合气排出管道流动并排出，增加了混合气的流动路径。

为了测量容纳腔内的温度，所述重整装置还包括设置在容纳腔内用于检测容纳腔内温度的热电偶。通过设置热电偶，便于测量容纳腔内的温度。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：重整管呈弯曲状，重整原料进气口和重整气体出气口均位于壳体的底部，也就是说重整管的入口和重整管的出口均设置在壳体的底部，这样重整管的两端所处的环境比较一致，重整管不容易变形而不容易与壳体脱离，另外，重整管呈弯曲状，对形变有一定的缓冲，重整管也不容易与壳体脱离，这样重整管与壳体对应位置的密封性较好，不容易漏气。

附图说明

图1为本实用新型实施例的立体示意图；

图2为本实用新型实施例中燃烧器的立体示意图；

图3为本实用新型实施例中重整装置的立体示意图；

图4为图3的分解图；

图5为本实用新型实施例中壳体的第一底板的立体示意图；

图6为本实用新型实施例中壳体的第二底板的立体示意图；

图7为本实用新型实施例中多孔燃烧头的立体示意图；

图8为本实用新型实施例中重整管的立体示意图；

图9为图1去掉重整装置的顶壁后的立体示意图(去掉部分重整管)；

图10为图1的纵向剖视图；

图11为图10另一角度的示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1～图11所示，为本实用新型的高温尾气燃烧供热的燃烧重整器的一个优选实施例。该高温尾气燃烧供热的燃烧重整器，包括燃烧器1和重整装置2。

其中，燃烧器1包括高温尾气进气管11、空气进气管12和多孔燃烧头13。高温尾气和空气燃烧后组成混合气，高温尾气进气管11的顶部贯穿空气进气管12，空气进气管12的内壁和高温尾气进气管11的外壁围成的通道为空气进气通道，为了使燃烧充分和提高供热效果，多孔燃烧头13通过其底部的凸台132(图7)固定在高温尾气进气管11顶部，并且多孔燃烧头13的外壁通过上下贯通的保持架14(图10、图11)与空气进气管12的内壁相连，该多孔燃烧头13向下开口且其侧壁具有连通高温尾气进气管11和空气进气管12的多个通孔131，这样，高温尾气和空气在多孔燃烧头13的位置燃烧，又因为多孔燃烧头13靠近重整装置2而热量损失较小。

重整装置2包括壳体21、重整管22、重整原料进气腔室23、重整气体出气腔室24、内筒25、多孔导热材料层26、混合气排出管道27、热电偶28。

壳体21具有容纳腔、分别与容纳腔连通的混合气进入口2a和混合气排出口2b，高温尾气进气管11和空气进气管12均与混合气进入口2a连通，壳体21还具有与重整管22的入口连通的重整原料进气口2c、与重整管22的出口连通的重整气体出气口2d，重整原料进气口2c和重整气体出气口2d均位于壳体21的底部，混合气进入口2a位于壳体21的底部中间位置，高温尾气进气管11的顶部和空气进气管12的顶部均与混合气进入口2a相连通。壳体21的侧壁靠近底部的位置具有周向向外的扩径段211，混合气排出口2b位于该扩径段211上。为了防止重整管22内的催化剂掉落，同时又保证重整管22内的气体流通，参见图5～图7、图10，壳体21的底部包括第一底板212和两个第二底板213，重整原料进气口2c和重整气体出气口2d设置在第一底板212上，第二底板213呈环状且与第一底板212的底面相连，第二底板213具有多个尺寸较小的贯孔213a。本实施例中，第二底板213具有两块，其中一块第二底板213与重整原料进气口2c对应，并且，第二底板213的每三个贯孔213a上下连通一个重整原料进气口2c；另外的一块第二底板213与重整原料出气口2d对应，也是第二底板213的每三个贯孔213a上下连通一个重整气体出气口2d，这样，通过多个设置小的贯孔213a，重整管22内的催化剂不容易掉落，同时又能使重整管22内气体流通。为了便于内筒25安装，第一底板212具有用于内筒25定位的卡槽212a(图5)。

重整管22设置在容纳腔内且用于容纳重整反应的催化剂，重整管22与容纳腔不连通。重整管22呈弯曲状，优选地，重整管22具有多个且均呈倒U型，这样可以增加重整管22的长度，从而增加重整管22内气体的路径长度，有利于重整管22内的气体充分反应，在其它实施例中，重整管22的形状也可以呈S型或回字型，重整管22里面装填有用于催化重整反应的催化剂。壳体21上的重整原料进气口2c和重整气体出气口2d的数量与重整管22的个数相对应，所有重整管22周向间隔排列，各重整管22具有两个相对设置的第一部分221和第二部分222，第一部分221与壳体21的重整原料进气口2c相连通，第二部分222与壳体21的重整气体出气口2d相连通。

重整原料进气腔室23套装在燃烧器1的顶部外侧且位于壳体21的底部，重整原料进气口2c位于混合气进入口2a的外侧且与重整原料进气腔室23上下连通，通过设置重整原料进气腔室23，有利于重整原料混合均匀。

重整气体出气腔室24套装在重整原料进气腔室23外且位于壳体21的底部，重整气体出气口2d位于重整原料进气口2c的外侧且与重整气体出气腔室24上下连通。

内筒25设置在容纳腔内、用于导流且上下贯通，重整管22的第一部分221和第二部分222分别位于内筒25的内外两侧，该内筒25的底部与壳体21的内底壁相连，且混合气进入口2a位于内筒25的内侧。

多孔导热材料层26设置在容纳腔内，多孔导热材料层26具有多层，每层多孔导热材料层26均呈环状，所有多孔导热材料层26均与内筒25同轴设置。本实施例中，4层多孔导热材料层26径向均匀分布在重整管22外，每层多孔导热材料层26均呈环状，另外的多孔导热材料层26位于壳体21的中部，优选地，多孔导热材料层26采用铁铬铝，这样在不增加对气体阻力的情况下，有利于壳体21内部传热，有利于重整反应进行。在其它实施例中，多孔导热材料层26的数量可以根据需要调整，多孔导热材料层26也可以根据需要采用其它材料。

混合气排出管道27与混合气排出口2b连通且沿壳体21的外壁向上延伸。

热电偶28设置在容纳腔内用于检测容纳腔内温度。

高温尾气燃烧供热的燃烧重整器可以供25kW SOFC系统使用，也可以根据需要调整，以供相应功率的SOFC系统使用，即可以根据功率不同调整燃烧重整器的结构大小，以使其适合不同功率的需要。

本实施例的高温尾气燃烧供热的燃烧重整器的工作原理和使用过程如下。

在燃烧器1的多孔燃烧头13的位置，高温尾气和空气接触后反应而产生热量，并给重整管22供热，供重整管22内的重整原料在重整管22内的催化剂的作用下发生重整反应而得到氢气，氢气用于SOFC电池堆发电。

应用到固体氧化物燃料电池发电系统，具体过程为：固体氧化物燃料电池阳极高温尾气(高温尾气的温度为600～900℃，含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气等)通过高温尾气进气管11进入多孔燃烧头13；

空气(可以来自固体氧化物燃料电池阴极尾气，温度为600～900℃，)通过空气进气管12进入多孔燃烧头13；在多孔燃烧头13的位置，高温尾气中的氢气、一氧化碳与空气混合后燃烧而产生热量，并得到混合气，这样既能给重整装置2供热，便于换热、减少热量损失，又能消除高温尾气中的一氧化碳；

混合气从重整装置2的混合气进入口2a，在内筒25的作用下，先在内筒25内从下往上流动，再在内筒25的外侧从上往下流动，接着在混合气排出管道27内从下往上流动并排出，这样混合气在重整装置2中的流动路径较长，有利于增加混合气的停留时间，从而混合气与重整管22的外壁充分接触，使得供热比较充分；

天然气和水蒸气的重整反应具体是：CH₄+H₂O＝3H₂+CO，也就是天然气和水蒸气经反应后生成氢气。具体是，天然气和水蒸气混合后组成重整原料，从重整原料进气腔室23进入对应的重整管22，在重整管22内的催化剂和重整管22外的混合气的加热下，重整原料发生反应并生成氢气，此外产物中还含少量有一氧化碳、二氧化碳等，这些重整后的气体从重整气体出气腔室24排出。

Claims (9)

1.一种高温尾气燃烧供热的燃烧重整器，包括

燃烧器(1)，包括高温尾气进气管(11)和空气进气管(12)，高温尾气和空气燃烧后组成混合气；

重整装置(2)，包括壳体(21)，该壳体(21)具有容纳腔、分别与容纳腔连通的混合气进入口(2a)和混合气排出口(2b)，所述高温尾气进气管(11)和空气进气管(12)均与混合气进入口(2a)连通，所述容纳腔内设置有用于容纳重整反应的催化剂的重整管(22)，所述壳体(21)还具有与重整管(22)的入口连通的重整原料进气口(2c)、与重整管(22)的出口连通的重整气体出气口(2d)，重整管(22)与容纳腔不连通；

其特征在于：

所述重整原料进气口(2c)和所述重整气体出气口(2d)均位于壳体(21)的底部，所述重整管(22)呈弯曲状。

2.根据权利要求1所述的高温尾气燃烧供热的燃烧重整器，其特征在于：所述混合气进入口(2a)位于壳体(21)的底部中间位置，所述高温尾气进气管(11)的顶部和空气进气管(12)的顶部均与混合气进入口(2a)相连通。

3.根据权利要求2所述的高温尾气燃烧供热的燃烧重整器，其特征在于：所述高温尾气进气管(11)的顶部贯穿空气进气管(12)，所述燃烧器(1)还包括设置在高温尾气进气管(11)顶部的多孔燃烧头(13)，该多孔燃烧头(13)向下开口且其侧壁具有连通高温尾气进气管(11)和空气进气管(12)的多个通孔(131)。

4.根据权利要求2所述的高温尾气燃烧供热的燃烧重整器，其特征在于：所述重整装置(2)还包括重整原料进气腔室(23)，该重整原料进气腔室(23)套装在燃烧器(1)的顶部外侧且位于壳体(21)的底部，所述重整原料进气口(2c)位于混合气进入口(2a)的外侧且与重整原料进气腔室(23)上下连通。

5.根据权利要求4所述的高温尾气燃烧供热的燃烧重整器，其特征在于：所述重整装置(2)还包括重整气体出气腔室(24)，该重整气体出气腔室(24)套装在重整原料进气腔室(23)外且位于壳体(21)的底部，所述重整气体出气口(2d)位于重整原料进气口(2c)的外侧且与重整气体出气腔室(24)上下连通。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的高温尾气燃烧供热的燃烧重整器，其特征在于：所述重整管(22)具有多个且均呈倒U型，壳体(21)上的重整原料进气口(2c)和重整气体出气口(2d)的数量与重整管(22)的个数相对应，所有重整管(22)周向间隔排列，各所述重整管(22)具有两个相对设置的第一部分(221)和第二部分(222)，第一部分(221)与壳体(21)的重整原料进气口(2c)相连通，第二部分(222)与壳体(21)的重整气体出气口(2d)相连通；

所述重整装置(2)还包括设置在容纳腔内、用于导流的上下贯通的内筒(25)，重整管(22)的第一部分(221)和第二部分(222)分别位于内筒(25)的内外两侧，该内筒(25)的底部与壳体(21)的内底壁相连，且混合气进入口(2a)位于内筒(25)的内侧。

7.根据权利要求6所述的高温尾气燃烧供热的燃烧重整器，其特征在于：所述重整装置(2)还包括设置在容纳腔内的多孔导热材料层(26)，所述多孔导热材料层(26)具有多层，每层多孔导热材料层(26)均呈环状，所有多孔导热材料层(26)均与内筒(25)同轴设置。

8.根据权利要求1～5中任一项所述的高温尾气燃烧供热的燃烧重整器，其特征在于：所述壳体(21)的侧壁靠近底部的位置具有周向向外的扩径段(211)，所述混合气排出口(2b)位于该扩径段(211)上；

所述重整装置(2)还包括与混合气排出口(2b)连通且沿壳体(21)的外壁向上延伸的混合气排出管道(27)。

9.根据权利要求1～5中任一项所述的高温尾气燃烧供热的燃烧重整器，其特征在于：所述重整装置(2)还包括设置在容纳腔内用于检测容纳腔内温度的热电偶(28)。

Images