CN219327574U - 一种适用于燃机的天然气掺氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于燃机的天然气掺氢系统，包括通过主管道依次连接的卸气柱、氢气减压单元以及氢气混氢单元，所述卸气柱包括充氮管和充氢气管，充氮管和充氢气管的输出端通过管道与氢气减压单元的输入端连接，所述氢气混氢单元包括混气罐和与混气罐输入端连接的氢气输入管和天然气输入管，所述氢气输入管与主管道连通，氢气输入管和天然气输入管上设有流量调节件，所述流量调节件与控制柜电连接，混气罐的输出端与燃机前置模块连接。将氢能利用与内燃机发电系统结合起来，可以提高燃烧效率、有效降低排放污染、改善环境质量。

Description

一种适用于燃机的天然气掺氢系统

技术领域

本实用新型涉及燃机发电及氢利用技术领域，特别是一种适用于燃机的天然气掺氢系统。

背景技术

氢能源作为一种高效、清洁、可持续的能源已得到世界各国的普遍关注。氢能作为推动全球能源转型的一种可行性技术路线，逐渐成为世界能源领域的关注重点，近年来，国外一些国家已在氢能应用领域建立了一系列的示范运行线，一些技术的成熟度已达到商业化水准。我国也在国民经济和社会发展计划的主要任务中，首次提出要制定国家氢能产业发展战略规划。但是现有的掺氢燃烧技术存在不足：

1、目前内燃机掺氢燃烧发电系统处于起步阶段，配套的内燃机掺氢燃烧系统也尚处于初步设计阶段，传统的在内燃机进气阀组后进气管道上进行天然气与氢气进行掺混，混合效果不理想；

2、同时未考虑绿电制氢系统的间歇性问题，制氢系统出力大时，可能造成氢能浪费，制氢系统出力小时，又供氢不足，无法根据系统需要自由调节掺氢比例，并且当氢气不足时，系统无法直接切换到纯天然气燃烧。

3、因为氢气和天然气都是属于易燃气体，当工作设备故障、氢气和天然气停止掺混时，管道内可能会残存大量可燃气体，容易引发安全事故，不利于工作人员检修。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于燃机的天然气掺氢系统，以解决无法根据系统需要自由调节掺氢比例的技术问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种适用于燃机的天然气掺氢系统，包括通过主管道依次连接的卸气柱、氢气减压单元以及氢气混氢单元，所述卸气柱包括充氮管和充氢气管，充氮管和充氢气管的输出端通过管道与氢气减压单元的输入端连接，所述氢气混氢单元包括混气罐和与混气罐输入端连接的氢气输入管和天然气输入管，所述氢气输入管与主管道连通，氢气输入管和天然气输入管上设有流量调节件，所述流量调节件与控制柜电连接，混气罐的输出端与燃机前置模块连接。

上述实用新型内容中，进一步的，所述卸气柱内的充氮管和充氢气管汇聚到第一管道，所述第一管道上依次设有放空阀、减压阀、电磁阀以及氢气手动开关，所述充氮管上设有充氮阀、安全阀以及逆止阀。

上述实用新型内容中，进一步的，所述卸气柱内设有第二管道，所述第二管道与第一管道设置相同。

上述实用新型内容中，进一步的，所述氢气减压单元的输入端连接有四个相同的卸气柱，所述四个卸气柱的充氮管均与第一氮气疏散管连通，所述第一氮气疏散管的输入端与氮气集装格连通，第一氮气疏散管的输出端与集中放空管连通，所述主管道上设有多根放散管，所述放散管的一端均与氢气集中放空管连接。

上述实用新型内容中，进一步的，所述氢气减压单元包括与主管道连通的多根并列设置的减压管道和依次设置在多根减压管道上的高压侧球阀、减压阀、低压安全阀、以及放散阀。

上述实用新型内容中，进一步的，所述混气罐的输入端连接有多根并列设置的氢气输入管，所述流量调节件包括依次设置在多根氢气输入管上的开关阀、流量计、流量调节阀，所述流量计和流量调节阀与控制柜电连接，流量调节件还包括设置在天然气输入管上的体积修正仪，所述体积修正仪与控制柜电连接。

上述实用新型内容中，进一步的，所述流量调节件还包括设置在混气罐输出端的氢气分析仪，所述氢气分析仪与控制柜电连接。

上述实用新型内容中，进一步的，与混气罐输出端连接的管道上设有单向阀和截止阀。

上述实用新型内容中，进一步的，所述氮气集装格上还设有第二氮气疏散管，所述第二氮气疏散管分别与主管道、氢气减压单元以及氢气混氢单元连通，氮气集装格的输出端设有放空阀、安全阀、减压阀和主气阀。

上述实用新型内容中，进一步的，所述天然气输入管的输入端还通过旁路输入管道直接与燃机前置模块连接。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型在天然气输入管和氢气输入管上都设有流量调节件，通过流量调节件来控制天然气和氢气的输入量，使其充分混合，提高燃烧效率、有效降低排放污染、改善环境质量。

天然气输入管的输入端还通过旁路输入管道直接与燃机前置模块连接，当氢气不足时，系统可直接通过旁路输入管道切换到纯天然气供给燃烧。

本实用新型还设有氮气疏散管、放散管和氢气集中放空管，当需要检修时，将氮气通过氮气疏散管对主管道以及氢气减压单元和混氢DNA内的管道汇总含有的氢气或天然气进行吹扫，再通过放散管和氢气集中放空管将其排出管道内。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型氢气减压单元的结构示意图；

图3为本实用新型氢气混氢单元的结构示意图；

图中，1-卸气柱，101-充氮管，102-充氢气管，103-第一管道，104-氢气手动开关，105-第二管道，2-氢气减压单元，201-减压管道，202-高压侧球阀，203-低压安全阀，204-放散阀，3-氢气混氢单元，301-氢气输入管，302-开关阀，303-流量计，304-流量调节阀，305-天然气输入管，4-混气罐，5-控制柜，6-流量调节件，7-第一氮气疏散管，8-第二氮气疏散管，9-氢气集中放空管，10-放散管，11-氮气集装格，12-氢气分析仪，13-旁路输入管道，14-体积修正仪。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具备特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅附图1-附图3所示，一种适用于燃机的天然气掺氢系统，包括通过主管道依次连接的卸气柱1、氢气减压单元2以及氢气混氢单元，所述卸气柱1包括充氮管101和充氢气管，充氮管101和充氢气管的输出端通过主管道与氢气减压单元2的输入端连接，所述氢气混氢单元包括混气罐4和与混气罐4输入端连接的氢气输入管301和天然气输入管305，所述氢气输入管301与主管道连通，氢气输入管301和天然气输入管305上设有流量调节件6，所述流量调节件6与控制柜5电连接，混气罐4的输出端与燃机前置模块连接。

上述实施例中，优选的，所述卸气柱1内的充氮管101和充氢气管汇聚到第一管道103，所述第一管道103上依次设有放空阀、减压阀、电磁阀以及氢气手动开关104，所述充氮管101上设有充氮阀、安全阀以及逆止阀。所述卸气柱1内设有第二管道105，所述第二管道105与第一管道103设置相同。具体地，第二管道105与第一管道103可同时进行工作，也可以相互作为备用使用，当第一管道103出现故障时，可启用第二管道105。当正常工作时，充氮阀处于关闭状态，只允许氢气通过第一管道103或第二管道105进入掺氢系统；当第二管道105与第一管道103出现故障时，此时关闭充氢气管，打开充氮管101上的充氮阀，使氮气进入第一管道103或第二管道105对其内部的氢气进行吹扫，然后再进行检修。减压阀可以调节管道的内部气压，延长管道使用寿命。

所述氢气减压单元2的输入端连接有四个相同的卸气柱1。所述四个卸气柱1可同时进行工作，也可以单独进行工作，当其中一个损坏时，则启用其余三个卸气柱1。

四个卸气柱1的充氮管101均与第一氮气疏散管7连通，所述第一氮气疏散管7的输入端与氮气集装格11连通，第一氮气疏散管7的输出端与集中放空管连通，所述主管道上设有多根放散管10，所述放散管10的一端均与氢气集中放空管9连接。具体地，在氢气减压单元2、混氢单元以及混气罐4上都设有多根放散管10，当需要检修时，打开从氮气集装格11，使里面的氮气进入第一氮气疏散管7，再通过第一氮气疏散管7输送至充氮管101中，当氮气对管道内的氢气进行吹扫后，使其残留的氢气通过放散管10和氢气集中放空管9排出，再进行检修，避免发生安全事故。

请参阅附图2所示，所述氢气减压单元2包括与主管道连通的多根并列设置的减压管道201和依次设置在多根减压管道201上的高压侧球阀202、减压阀、低压安全阀203、以及放散阀204。具体地，当系统处于工作中时，如果氢气压力较高，高于某一设定值或要进行混合的天然气压力，要对氢气进行减压，氢气减压单元2设有多根减压管道201来对氢气进行降压，打开高压侧球阀202则可以打开减压管道201进行降压，当不需要减压时，可通过高压侧球阀202关闭其中减压管道201部分减压管道201。

请参阅附图2所示，所述混气罐4的输入端连接有多根并列设置的氢气输入管301，多根并列设置的氢气输入管301可以同时进行工作也可以单独进行工作，当其中一根氢气输入管301发生故障时，其余氢气输入管301作为备用使用，提高系统的工作效率，所述流量调节件6包括依次设置在多根氢气输入管301上的开关阀302、流量计303、流量调节阀304，所述流量计303和流量调节阀304与控制柜5电连接，流量调节件6还包括设置在天然气输入管305上的体积修正仪，所述体积修正仪与控制柜5电连接。所述流量调节件6还包括设置在混气罐4输出端的氢气分析仪12，所述氢气分析仪12与控制柜5电连接。

具体地，当氢气进入氢气输入管301时，通过流量计303测得氢气输入管301内氢气的含量，然后氢气的含量数值传输至控制柜5，氢气进入混气罐4与天然气混合后输送到燃机的前置模块，在与混气罐4的输出端连接后主管道上设有氢气分析仪12，氢气分析仪12对混合后的气体中的氢气含量进行分析，如如果氢气含量较低/较高，低于/高于某一设定值或要进行混合的天然气压力，一般要对氢气进行调节，此时，氢气分析仪12对分析后的数值反馈至控制柜5，控制柜5进而通过控制流量调节阀304控制氢气输入含量，或者控制柜5通过体积修正仪控制天然气输入含量，使氢气与天然气在混气罐4中按比例混合。

上述实施例中，优选的，所述氮气集装格11上还设有第二氮气疏散管8，所述第二氮气疏散管8分别与主管道、氢气减压单元2以及氢气混氢单元连通，氮气集装格11的输出端设有放空阀、安全阀、减压阀和主气阀。具体地，当氢气减压单元2或者氢气混氢单元出现故障需要检修时，先要吹扫除管道内残留的天然气或氢气，如果只是通过第一氮气疏散管7来吹扫管道内的天然气或氢气，时间长且不一定确保没跟管道内的残留天然气或氢气都吹扫干净，为加快吹扫时间以及安全性，在各个设备以及管道上上都连接有第二氮气疏散管8，充分将残留的天然气或氢气通过放散管10排出，再进行检修，极大提高了工作效率和安全性。

上述实施例中，优选的，所述天然气输入管305的输入端还通过旁路输入管道13直接与燃机前置模块连接，与混气罐4输出端连接的管道上设有单向阀和截止阀。具体地，系统正常工作状态下，与混气罐4输出端连接的管道上设有单向阀和截止阀处于闭合状态，而旁路输入管道13的开关阀302处于断开状态；当氢气不足时，可断开主管道上的截止阀，闭合旁路输入管道13上的开关阀302使旁路输入管处于工作状态，系统直接切换到纯天然气供给至燃机前置模块进行燃烧。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于燃机的天然气掺氢系统，其特征在于，包括通过主管道依次连接的卸气柱（1）、氢气减压单元（2）以及氢气混氢单元（3），所述卸气柱（1）包括充氮管（101）和充氢气管（102），充氮管（101）和充氢气管（102）的输出端通过管道与氢气减压单元（2）的输入端连接，所述氢气混氢单元（3）包括混气罐（4）和与混气罐（4）输入端连接的氢气输入管（301）和天然气输入管（305），所述氢气输入管（301）与主管道连通，氢气输入管（301）和天然气输入管（305）上设有流量调节件（6），所述流量调节件（6）与控制柜（5）电连接，混气罐（4）的输出端与燃机前置模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于燃机的天然气掺氢系统，其特征在于，所述卸气柱（1）内的充氮管（101）和充氢气管（102）汇聚到第一管道（103），所述第一管道（103）上依次设有放空阀、减压阀、电磁阀以及氢气手动开关（104），所述充氮管（101）上设有充氮阀、安全阀以及逆止阀。

3.根据权利要求2所述的一种适用于燃机的天然气掺氢系统，其特征在于，所述卸气柱（1）内设有第二管道（105），所述第二管道（105）与第一管道（103）设置相同。

4.根据权利要求3所述的一种适用于燃机的天然气掺氢系统，其特征在于，所述氢气减压单元（2）的输入端连接有四个相同的卸气柱（1），所述四个卸气柱（1）的充氮管（101）均与第一氮气疏散管（7）连通，所述第一氮气疏散管（7）的输入端与氮气集装格（11）连通，第一氮气疏散管（7）的输出端与集中放空管（9）连通，所述主管道上设有多根放散管（10），所述放散管（10）的一端均与氢气集中放空管（9）连接。

5.根据权利要求4所述的一种适用于燃机的天然气掺氢系统，其特征在于，所述氢气减压单元（2）包括与主管道连通的多根并列设置的减压管道（201）和依次设置在多根减压管道（201）上的高压侧球阀（202）、减压阀、低压安全阀（203）、以及放散阀（204）。

6.根据权利要求1所述的一种适用于燃机的天然气掺氢系统，其特征在于，所述混气罐（4）的输入端连接有多根并列设置的氢气输入管（301），所述流量调节件（6）包括依次设置在多根氢气输入管（301）上的开关阀（302）、流量计（303）、流量调节阀（304），所述流量计（303）和流量调节阀（304）与控制柜（5）电连接，流量调节件（6）还包括设置在天然气输入管（305）上的体积修正仪（14），所述体积修正仪（14）与控制柜（5）电连接。

7.根据权利要求6所述的一种适用于燃机的天然气掺氢系统，其特征在于，所述流量调节件（6）还包括设置在混气罐（4）输出端的氢气分析仪（12），所述氢气分析仪（12）与控制柜（5）电连接。

8.根据权利要求7所述的一种适用于燃机的天然气掺氢系统，其特征在于，与混气罐（4）输出端连接的管道上设有单向阀和截止阀。

9.根据权利要求4所述的一种适用于燃机的天然气掺氢系统，其特征在于，所述氮气集装格（11）上还设有第二氮气疏散管（8），所述第二氮气疏散管（8）分别与主管道、氢气减压单元（2）以及氢气混氢单元（3）连通，氮气集装格（11）的输出端设有放空阀、安全阀、减压阀和主气阀。

10.根据权利要求1所述的一种适用于燃机的天然气掺氢系统，其特征在于，所述天然气输入管（305）的输入端还通过旁路输入管道（13）直接与燃机前置模块连接。

Images