CN219991155U - 一种具有强稳燃能力的天然气重整器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有强稳燃能力的天然气重整器，涉及氢能生产技术领域。该实用新型包括壳体，壳体内设有一端含开口一的折流筒，折流筒上部远离开口一端设有蓄热陶瓷，蓄热陶瓷下表面为波浪型面，用于增加辐射面积，同时在表面涂敷高辐射性陶瓷涂层；壳体下部设有可分隔腔体的多孔阻力板，多孔阻力板上侧设有稳燃筒，多孔阻力板下侧设有腔体一，壳体上设有与腔体一连通的进气口一。本实用新型中，天然气重整制氢反应器内布置带高辐射特性的波浪形蓄热陶瓷，增强内部辐射换热，能够将高温火焰热量反射至燃烧着火初期区域，提高了燃烧稳定性，进而提高整个系统对负荷的适应性。
Description
技术领域
本实用新型涉及氢能生产技术领域，更具体地说，它涉及一种具有强稳燃能力的天然气重整制氢反应器。
背景技术
氢能具有“清洁、高效、零碳”等优点，受到各国学者的普遍关注，被认为是未来最有前景的新能源之一。天然气重整制氢是目前工业上大规模制氢的主要方式之一，占据70%左右的市场份额。
天然气重整制氢是强吸热的高温反应，需要提供高温热源。因此，传统的天然气/蒸汽重整制氢工艺存在能耗大、能源利用率较低等问题，因此开发新型高效天然气重整制氢反应器具有重要的战略意义。
氢气常作为燃料电池系统的发电能源，如果和燃料电池与制氢反应器进行串联，则整个系统将具有较高的能量利用效率。一方面，制氢反应器为燃料电池提供氢能；另一方面，燃料电池排出的高温尾气进行燃烧后，能够为制氢反应器提供高温热源。不过，由于实际使用中燃料电池负荷和工作条件有一定的波动，排出的尾气温度、流量和成分也不稳定，导致后续的制氢反应器中的燃烧反应难以稳定进行。
中国专利公告号CN102452642A，公告日2012年5月12日，该发明公开了一种紧凑式天然气重整制氢反应器，主体部分为套筒式结构，将点火腔和燃烧腔、重整腔有机结合，提高了反应器的紧凑度，降低了反应器的加工难度，易于规模放大。本发明的反应器采用非催化燃烧放热反应作为供热源，集燃烧反应、重整反应于一体；燃烧腔和重整腔之间物流的流动方式为并流和逆流相结合，内部不同物流之间的能量匹配合理，传热效率高。它存在燃烧反应稳定性较差的不足。
实用新型内容
本实用新型克服了现有天然气重整器内的燃烧反应稳定性较差的不足，提供了一种具有强稳燃能力的天然气重整器，它能够大幅提高天然气重整制氢反应器内的燃烧稳定性，提高整个系统对负荷的适应性。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种具有强稳燃能力的天然气重整器，包括壳体，壳体内设有一端含开口一的折流筒，折流筒上部远离开口一端设有蓄热陶瓷，蓄热陶瓷下表面为波浪型面，用于增加辐射面积，同时在表面涂敷高辐射性陶瓷涂层。本实用新型中，天然气重整制氢反应器内布置带高辐射特性的波浪形蓄热陶瓷，增强内部辐射换热，能够将高温火焰热量反射至燃烧着火初期区域，提高了燃烧稳定性，进而提高整个系统对负荷的适应性。
作为优选，壳体下部设有可分隔腔体的多孔阻力板，多孔阻力板下侧设有腔体一，壳体上设有与腔体一连通的进气口一。将进气口一的气流进行分流，仅一部分作为助燃风，这样可以避免燃烧初期助燃风量过大问题，降低了燃料着火热，进一步提高了稳燃能力。
作为优选，多孔阻力板上设有稳燃筒，壳体上设有进气管，进气管一端伸出壳体，使进气管端部进气口二与外界连通，另一端穿过多孔阻力板伸入稳燃筒内，使进气管端部出气口与稳燃筒连通。进气口二进入气体为电堆阳极气，其含有H2和CO等可燃组分，可作为燃料，从进气口二进入反应器，便于提高设备工作效率。
作为优选，稳燃筒为筒状结构，且远离多孔阻力板一侧设有开口二，稳燃筒的开口二直径小于折流筒的开口一直径，且稳燃筒的部分开口套设在折流筒内，进而形成一“S”形通道。该稳燃筒和折流筒的布置，使高温燃烧烟气能够进行两次折流，促进了混合，使烟气温度更均匀。
作为优选，壳体下部的稳燃管外侧设有环形结构的重整气入口集箱，重整气入口集箱上设有重整气入口，壳体上部的折流筒外侧设有环形结构的重整气出口集箱，重整气出口集箱上设有重整气出口，重整气入口集箱和重整气出口集箱之间设有若干使两者连通的重整管。反应器内布置8-20根重整管。
作为优选，若干重整管周向等距布置的折流筒周侧。便于气体均匀流通。
作为优选，壳体外侧壁体设有若干周向间隔布置的通孔，通孔外侧的壳体上设有环形外壳，环形外壳内设有环形腔体，环形外壳上设有与环形腔体连通的燃烧尾气出口。提高了燃烧尾气的排出效率。
作为优选，靠近出气口一侧的进气管内设有多孔介质陶瓷。便于气体过滤。
作为优选，重整管内设有重整催化剂。便于气体过滤。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：（1）天然气重整器内布置带高辐射特性的波浪形蓄热陶瓷，增强内部辐射换热，能够将高温火焰热量反射至燃烧着火初期区域，提高着火稳定性；（2）将进气口二的气流进行分流，仅一部分作为助燃风，这样可以避免燃烧初期助燃风量过大问题，降低了燃料着火热，进一步提高了稳燃能力；（3）系统利用了电堆排气的可燃成分和显热，具有很好的能量利用效率。
附图说明
图1是本实用新型的一种具有强稳燃能力的天然气重整器的结构示意图；
图2是本实用新型的一种具有强稳燃能力的天然气重整器的整体剖视图；
图3是图2中“A-A”处的剖视图；
图中：壳体1；折流筒2；蓄热陶瓷3；波浪型面4；多孔阻力板5；稳燃筒6；进气管7；进气口二8；出气口9；多孔介质陶瓷10；重整气入口集箱11；重整气入口12；重整气出口集箱13；重整气出口14；重整管15；重整催化剂16；通孔17；环形外壳18；环形腔体19；燃烧尾气出口20；腔体一21；进气口一22。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对实用新型的技术方案作进一步的具体描述：
实施例1：参见附图1至附图3，一种具有强稳燃能力的天然气重整器，包括壳体1，壳体1内设有一端含开口一的折流筒2，折流筒2上部远离开口一端设有蓄热陶瓷3，蓄热陶瓷3下表面为波浪型面4，用于增加辐射面积，同时在表面涂敷高辐射性陶瓷涂层。
壳体1下部设有可分隔腔体的多孔阻力板5，多孔阻力板5下侧设有腔体一21，壳体1上设有与腔体一21连通的进气口一22。多孔阻力板5上设有稳燃筒6，稳燃筒6为筒状结构，且远离多孔阻力板5一侧设有开口二，稳燃筒6的开口二直径小于折流筒2的开口一直径，且稳燃筒6的部分开口套设在折流筒2内，进而形成一“S”形通道；该稳燃筒6和折流筒2的布置，使高温燃烧烟气能够进行两次折流，促进了混合，使烟气温度更均匀。壳体1上设有进气管7，进气管7一端伸出壳体1，使进气管7端部进气口二8与外界连通，另一端穿过多孔阻力板5伸入稳燃筒6内，使进气管7端部出气口9与稳燃筒6连通；靠近出气口9一侧的进气管7内设有多孔介质陶瓷10。将进气口一22的气流进行分流，仅一部分作为助燃风，这样可以避免燃烧初期助燃风量过大问题，降低了燃料着火热，进一步提高了稳燃能力。
参见附图2至附图3，壳体1下部的稳燃管6外侧设有环形结构的重整气入口集箱11，重整气入口集箱11上设有重整气入口12，壳体1上部的折流筒2外侧设有环形结构的重整气出口集箱13，重整气出口集箱13上设有重整气出口14，重整气入口集箱11和重整气出口集箱13之间设有若干使两者连通的重整管15，重整管15内设有重整催化剂16。反应器内布置8-20根重整管。重整管15周向等距布置的折流筒2周侧。便于气体均匀流通。
参见附图2，壳体1外侧壁体设有若干周向间隔布置的通孔17，通孔17外侧的壳体1上设有环形外壳18，环形外壳18内设有环形腔体19，环形外壳18上设有与环形腔体19连通的燃烧尾气出口20。提高了燃烧尾气的排出效率。
具有强稳燃能力的天然气重整器，其工作方法是：天然气重整器使用电堆尾气作为燃料，为之提供热量。电堆阳极气含有H2和CO等可燃组分，可作为燃料，从进气口8进入反应器。电堆阴极气含有约25%的氧气，可作为助燃风，从进气口二22进入反应器。随后，在多孔阻力板5和稳燃筒6的作用下进行气流分流，约30%-60%进入稳燃筒6内，与电堆阳极气混合燃烧。由于初期助燃风量较少，降低了着火热，促进了稳定燃烧。同时，反应器上部的蓄热陶瓷3在运行中起到高温热源的作用，波浪型面的下表面涂敷高辐射性陶瓷涂层，能够将高温火焰热量辐射至着火燃烧初期区域，进一步提高了燃烧稳定性。燃烧后的高温烟气，在稳燃筒5和折流筒6的作用下，进行了两次折流，并于另一部分电堆阴极气混合，然后对重整管15进行加热。水蒸气和天然气从重整气入口12进入反应器，在重整气入口集箱13的分配下，均匀通过重整管15，完成甲烷-水蒸气重整反应，产生氢气，随后通过重整气出口集箱和重整气出口14排出。
有益效果：（1）天然气重整器内布置带高辐射特性的波浪型面的蓄热陶瓷，增强内部辐射换热，能够将高温火焰热量反射至燃烧着火初期区域，提高着火稳定性；（2）将进气口二的气流进行分流，仅一部分作为助燃风，这样可以避免燃烧初期助燃风量过大问题，降低了燃料着火热，进一步提高了稳燃能力；（3）系统利用了电堆排气的可燃成分和显热，具有很好的能量利用效率。
以上所述的实施例只是本实用新型较佳的方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (10)
1.一种具有强稳燃能力的天然气重整器，其特征是，包括壳体，壳体内设有一端含开口一的折流筒，折流筒上部远离开口一端设有蓄热陶瓷，蓄热陶瓷下表面为波浪型面，用于增加辐射面积，同时在表面涂敷高辐射性陶瓷涂层。
2.根据权利要求1所述的一种具有强稳燃能力的天然气重整器，其特征是，壳体下部设有可分隔腔体的多孔阻力板，多孔阻力板上侧设有稳燃筒，多孔阻力板下侧设有腔体一，壳体上设有与腔体一连通的进气口一。
3.根据权利要求2所述的一种具有强稳燃能力的天然气重整器，其特征是，壳体上设有进气管，进气管一端伸出壳体，使进气管端部进气口二与外界连通，另一端穿过多孔阻力板伸入稳燃筒内，使进气管端部出气口与稳燃筒连通。
4.根据权利要求3所述的一种具有强稳燃能力的天然气重整器，其特征是，稳燃筒为筒状结构，且远离多孔阻力板一侧设有开口二，稳燃筒的开口二直径小于折流筒的开口一直径，且稳燃筒的部分开口套设在折流筒内，进而形成一“S”形通道。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种具有强稳燃能力的天然气重整器，其特征是，壳体下部的稳燃管外侧设有环形结构的重整气入口集箱，重整气入口集箱上设有重整气入口，壳体上部的折流筒外侧设有环形结构的重整气出口集箱，重整气出口集箱上设有重整气出口，重整气入口集箱和重整气出口集箱之间设有若干使两者连通的重整管。
6.根据权利要求5所述的一种具有强稳燃能力的天然气重整器，其特征是，若干重整管周向等距布置的折流筒周侧。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的一种具有强稳燃能力的天然气重整器，其特征是，壳体外侧壁体设有若干周向间隔布置的通孔，通孔外侧的壳体上设有环形外壳，环形外壳内设有环形腔体，环形外壳上设有与环形腔体连通的燃烧尾气出口。
8.根据权利要求6所述的一种具有强稳燃能力的天然气重整器，其特征是，壳体外侧壁体设有若干周向间隔布置的通孔，通孔外侧的壳体上设有环形外壳，环形外壳内设有环形腔体，环形外壳上设有与环形腔体连通的燃烧尾气出口。
9.根据权利要求3所述的一种具有强稳燃能力的天然气重整器，其特征是，靠近出气口一侧的进气管内设有多孔介质陶瓷。
10.根据权利要求6或8所述的一种具有强稳燃能力的天然气重整器，其特征是，重整管内设有重整催化剂。
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