CN112696651A - 一种蒸汽发生器和制氢*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒸汽发生器和制氢***。所述蒸汽发生器包括：输入部，用于输入蒸汽发生介质；输出部，用于输出蒸汽；多个输送管道，一端连通所述输入部，另一端连通所述输出部，用于输送所述蒸汽；加热部，设于所述输入部与所述输出部之间，并形成包裹多个所述输送管道的加热空间；其中，所述加热部中通有高温废气，所述高温废气能够对所述蒸汽发生介质和所述蒸汽进行加热。本发明通过所述高温废气加热所述蒸汽发生介质和所述蒸汽，降低了加热成本，实现了对所述高温废气的再利用。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧炉技术领域，尤其涉及一种蒸汽发生器和制氢***领域。
背景技术
随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视。随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视。在各种新能源的研究中，氢气以完全清洁的燃烧方式以及可以再生的优势成为研究者的首选。
现有技术中，氢气的制备往往需要用到蒸汽发生器，蒸汽发生器是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。传统的工业蒸汽发生器采用木柴、煤、柴油、天然气作为燃料加热，我国是当今世界燃煤工业蒸汽发生器生产和使用最多的国家。
但是，燃煤工业蒸汽发生器中煤燃烧后产生大量的高温废气，往往是直接排放到空气当中，产生浪费而且污染环境；而现有的制氢***需要设置单独的电加热或是其他方式进行加热，消耗大量的能源和热量。
发明内容
因此，本发明实施例提供一种蒸汽发生器和制氢***，降低了加热成本，实现了对所述高温废气的再利用，且将该热量用于制氢使用，极大的提高了能源利用率，降低了成本。
一方面，本发明实施例提供一种蒸汽发生器，例如包括：输入部，用于输入蒸汽发生介质；输出部，用于输出蒸汽；至少一个输送管道，一端连通所述输入部，另一端连通所述输出部，用于输送所述蒸汽；加热部，设于所述输入部与所述输出部之间，并形成包裹至少一个所述输送管道的加热空间；其中，所述加热部中通有高温废气，所述高温废气能够对所述蒸汽发生介质和/或所述蒸汽进行加热。
在本发明的一个实施例中，所述蒸汽发生器例如还包括：保温层，同样连接在所述输入部和所述输出部之间，套设所述加热部外部；其中，所述保温层为真空保温层或隔热保温层。
采用该技术方案后所达到的技术效果：阻隔所述加热部向外部环境热量传递，减少热量损失。
在本发明的一个实施例中，所述加热部例如还包括：废气输入通道，连接在所述加热部靠近所述输入部的一端，用于输入所述高温废气至加热部；废气输出通道，连接在所述加热部靠近所述输出部的一端，用于输出换热后的废气；其中，所述高温废气对至少一个所述输送管道进行加热。
采用该技术方案后所达到的技术效果：降低了加热成本，实现了对所述高温废气的再利用，提高了能源利用效率。
在本发明的一个实施例中，所述蒸汽发生器例如还包括：蓄热组件，填充在所述加热空间内。
采用该技术方案后所达到的技术效果：所述蓄热组件能够保存所述高温废气中的热量进行加热，避免高温废气流通速度快，热量来不及吸收就流走，采用蓄热组件后，能够对热量进行充分吸收，使热废气热量被存留在所述蓄热组件中，之后通过蓄热组件再将热量均匀的传递给待加热介质，实现对所述高温废气的再利用及热量传递的均匀性。
在本发明的一个实施例中，所述蓄热组件例如包括：蓄热块，包裹至少一个所述输送管道；其中，所述蓄热块设有废气通孔。
采用该技术方案后所达到的技术效果：所述蓄热块能够保存所述热废气中的热量，避免热废气流通速度快，热量来不及吸收就流走，采用蓄热块后，能够对热量进行充分吸收，使热废气热量被存留在所述蓄热块中，之后通过蓄热块再将热量均匀的传递给待加热介质，实现对所述热废气的再利用。
在本发明的一个实施例中，所述蓄热组件例如包括：翅片，绕设于至少一个所述输送管道，每个所述翅片上设有至少一个蓄热球。
采用该技术方案后所达到的技术效果：所述热废气经过所述蓄热球并对其加热，所述蓄热球充分吸收所述热废气中的热量，避免热废气流通速度快，热量来不及吸收就流走，使热废气热量被存留在所述蓄热球中，之后通过蓄热球均匀持续的向氢气反应部提供热量；所述翅片用于增加所述氢气反应部的受热面积，具有良好的绕热性，从而提高对氢气反应部的加热效率。
在本发明的一个实施例中，所述蒸汽发生器例如还包括：电热器，设于所述输入部或所述输出部。
采用该技术方案后所达到的技术效果：当所述蒸汽温度未达到生产所述温度时，将所述蒸汽输出则会导致制氢反应不完全，造成浪费且制出氢气中的杂质较多，所以采用所述电加热器可以将所述蒸汽进一步进行加热，保证所述蒸汽能够达到生产所述温度，以保障所述制氢反应完全。
在本发明的一个实施例中，所述输入部包括：入口集箱，设有所述电热器并连通至少一个所述输送管道，用于储存所述蒸汽发生介质；输入管，连通所述入口集箱，用于输入所述蒸汽发生介质；其中，所述蒸汽发生介质可以溢出所述入口集箱至至少一个所述输送管道内。
采用该技术方案后所达到的技术效果：当所述蒸汽发生介质进入所述入口集箱内后，所述电加热器对所述蒸汽发生介质进行加热，所述蒸汽发生介质在所述入口集箱内可均匀受热蒸发产生蒸汽；所述蒸汽发生介质溢出所述入口集箱至多个所述输送管道内，所述热废气可对所述蒸汽发生介质进行加热。
在本发明的一个实施例中，所述输出部，包括：出口集箱，设有所述电热器并连通至少一个所述输送管道，用于储存所述蒸汽；输出管，连通所述出口集箱，用于输出所述蒸汽；
采用该技术方案后所达到的技术效果：所述蒸汽发生介质在所述输送管道内受热蒸发产生大量所述蒸汽，所述蒸汽再进行加热后进行膨胀，若直接输出易导致所述输出管因气压过大而损坏，所以增加所述出口集箱对所述蒸汽进行收集缓冲，然后再从所述输出管输出。
另一方面，本发明实施例提供一种制氢***，例如包括：如上述任一实施例所述的蒸汽发生器；至少一个氢气反应装置，连接所述输出管；其中，所述蒸汽发生器通过所述输出部输送所述蒸汽至所述氢气反应装置。
采用该技术方案后所达到的技术效果：降低了制氢工序中对蒸汽发生介质的加热成本，实现了对所述高温废气的再利用。
综上所述，本申请上述各个实施例可以具有如下优点或有益效果：i)降低了加热成本，实现了对所述高温废气的再利用；ii)所述蓄热组件能够保存所述高温废气中的热量进行加热，实现对所述高温废气的再利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例提供的一种蒸汽发生器100的结构示意图。
图2为图1中蒸汽发生器100的***图。
图3为图1中蒸汽发生器100的剖视图。
图4为图2中蓄热块70、隔热保温层50和真空保温层60的位置关系示意图。
图5为图2中输送管道30、蓄热块70、隔热保温层50和真空保温层60的位置关系示意图。
图6为图2中输入部10、废气输入通道41和第一废气集箱的43结构示意图。
图7为图2中输出部20、输送管道30和和废气输出通道42的连接关系示意图。
图8为图2中蓄热块70的结构示意图。
图9为图2中出口集箱21、输出管22和电热器80的位置关系示意图。
图10为图2中输入部10、输送管道30和输出部20的连接关系示意图。
图11为本发明第二实施例提供的一种制氢***200的结构示意图。
图12为图11中一种制氢***200另一视角下的结构示意图。
主要元件符号说明：
100为蒸汽发生器；10为输入部；11为入口集箱；12为输入管；20为输出部：21为出口集箱；22为输出管；23为加固法兰；30为多个输送管道；40为加热部；41 为废气输入通道；42为废气输出通道；43为第一废气集箱；44为第二废气集箱；45 为废气通道法兰；50为隔热保温层；60为真空保温层；70为蓄热块；71为废气通孔； 80为电热器；90为温度传感器；
200为制氢***；210为氢气反应装置；211为蒸汽入口；212为氢气出口；220 为废气管道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
【第一实施例】
参见图1、图2和图3，其为本发明第一实施例提供的一种蒸汽发生器100；一种蒸汽发生器100例如包括：输入部10、输出部20、多个或至少一个输送管道 30和加热部40。其中，输入部10用于输入蒸汽发生介质；输出部20用于输出蒸汽；多个或至少一个输送管道30一端连接输出部10，另一端连接输出部20，用于输送所述蒸汽；加热部40设于输入部10与输出部20之间，并形成包裹多个或至少一个输送管道30的加热空间(图中未标示)；
举例来说，所述蒸汽发生介质可以是水、甲醇或两者混合物等，当所述蒸汽发生介质是水时，所述蒸汽为水蒸汽；进一步的，将水从输入部10输入，加热部40中通有高温废气对水加热得到水蒸汽，所述水蒸汽通过多个或至少一个输送管道30时，所述高温废气对多个或至少一个输送管道30进行加热使所述水蒸汽达到生产所需温度，随后所述水蒸汽通过输出部20排出。
优选的，参见图2、图3和图4，蒸汽发生器100例如还包括：保温层(图中未标示)，连接在输入部10和输出部20之间，套设加热部40外部。其中，所述保温层例如包括：隔热保温层50和真空保温层60；具体的，隔热保护层50套设加热部40 外部，且隔热保护层50与加热部40之间的间隔空间为真空保温层60。
举例来说，隔热保温层50可以是由绝热材料制成，可切断加热部40对外界的热传递，从而有效阻止加热部40热量向外界环境散失；同时，可以在隔热保温层50上涂一层反射涂料以阻挡热辐射；真空保温层60包裹加热部40，有效阻止加热部40 向外界环境的热传导与热对流，从而减少加热部40的热量损失。
进一步的，参见图6和图7，加热部40例如还包括：废气输入通道41和废气输出通道42。其中，废气输入通道41连接在加热部40靠近输入部10的一端，用于输送所述高温废气；废气输出通道42靠近输出部20设置，用于输出换热后的废气；具体的，加热部40中通有所述高温废气，所述高温废气能够对所述蒸汽发生介质和所述蒸汽进行加热。举例来说，先向输入部10中输入所述蒸汽发生介质，然后向废气输入通道41中输入所述高温废气，所述高温废气对所述蒸汽发生介质加热产生所述蒸汽，所述蒸汽经过多个或至少一个输送管道30时经所述高温废气加热后达到生产所需温度，随后所述蒸汽由输出部20输出，且所述高温废气热量被耗尽后经废气输出通道 42排出。
优选的，加热部40例如还包括：第一废气集箱43、第二废气集箱44、废气通道法兰45和温度传感器80。其中，第一废气集箱43设于输入部10和真空保温层60之间，连通废气输入通道41；第二废气集箱44设于输出部20和所述真空保温层60之间，连通废气输出通道42；废气通道法兰45设于废气输入通道41或/和废气输出通道42，用于提高废气输入通道41和废气输出通道42的稳定性与密封性；温度传感器 80设于所述废气输入通道41或/和废气输出通道42，用于检测废气输入通道41或/ 和废气输出通道42中所述高温废气的温度。具体的，废气通道法兰45的连接方式可以是对焊连接、松套连接或螺纹连接等连接方式，温度传感器80可以是温差电偶。
举例来说，所述高温废气经废气输入通道41输入第一废气集箱43内，随后对输入部10和多个或至少一个输送管道30中的所述蒸汽发生介质和所述蒸汽进行加热，所述换热后的废气进入第二废气集箱44后经废气输出通道42排出。
与之相对的，可以在废气输出通道42中输入所述高温废气至第二废气集箱44，所述高温废气进入第一废气集箱43过程中，对输入部10和多个或至少一个输送管道 30中的所述蒸汽发生介质和所述蒸汽进行加热，所述换热后的废气进入第一废气集箱 43后经过废气输入通道41中排出。
更进一步的，参见图8，蒸汽发生器100例如还包括：蓄热块70。所述蓄热块70 用于储存所述高温废气中的热量并对多个或至少一个输送管道30中的所述蒸汽发生介质和所述蒸汽进行加热；所述蓄热块例如包括：废气通孔71。其中，所述高温废气输送过程中经过所述废气通孔71。
举例来说，蓄热块可以是由陶瓷、活性炭等材料制成；若输送管道30共有10根，在10根输送管道30的周围均匀设置多个废气通孔71；当废气输入通道41输入所述高温废气后，所述高温废气经过多个废气通孔71时对蓄热块70进行加热，蓄热块70 可长时间保存热量，不断地对十个输送管道30加热，从而提高加热效率与所述高温废气的利用率。
优选的，加热部40例如还包括：翅片和多个蓄热球。所述翅片绕设于多个或至少一个输送管道30；多个所述蓄热球填充在加热部40内。举例来说，所述翅片可以是由铜、铝、钢或铸铁等材料制成，所述蓄热球可以是碳化硅蓄热球、刚玉质蓄热球或高铝质蓄热球等；当废气输入通道41输入所述高温废气后，所述高温废气对所述蓄热球进行加热，所述蓄热球通过所述翅片对多个或至少一个输送管道30进行加热，从而提高加热效率与所述高温废气的利用率。
优选的，参见图9，蒸汽发生器100例如还包括：电热器80。其中，电热器80设于输入部10和输出部20，电热器80可以对所述蒸汽发生介质和所述蒸汽进行加热。举例来说，当所述蒸汽发生介质在输入部10内或所述蒸汽在输出部20内时，假设需加快所述蒸汽发生介质蒸汽发生速率或所述蒸汽温度达不到生产所需温度时，可使用电热器对所述蒸汽发生介质或所述蒸汽进行加热，从而使得加快所述蒸汽发生介质发生速率或使所述蒸汽温度达到生产所需温度。其中，电热器80可以是电阻加热式加热器或红外线式加热器等加热器。
参见图10，优选的，输入部10例如包括：入口集箱11和输入管12。其中，入口集箱11设有电热器80并连通多个或至少一个输送管道30，用于储存所述蒸汽发生介质；输入管12连通多个或至少一个输送管道30，用于输入所述蒸汽发生介质。进一步的，所述蒸汽发生介质可以溢出入口集箱11至多个或至少一个输送管道30内，从而所述高温废气可直接对所述蒸汽发生介质进行加热，从而提高加热效率。
参见图10，优选的，输出部20例如包括：出口集箱21和输出管22。其中，出口集箱21设有电热器80连通多个或至少一个输送管道30，用于储存所述蒸汽；输出管22,连通所述出口集箱21，用于输出所述蒸汽。具体的，所述蒸汽从多个或至少一个输送管道30到出口集箱21内，再由输出管22排出，出口集箱21在此过程中多所述蒸汽进行缓冲。
优选的，可在出口集箱21远离多个或至少一个输送管道30一侧设置加固法兰23，增强蒸汽发生器100的稳定性，防止所述蒸汽发生器生产所述蒸汽时所产生的气压对蒸汽发生器100产生影响。
举例来说，从输入管12向入口集箱11中输入所述蒸汽发生介质，然后向废气输入通道41输入所述高温废气，所述高温废气对所述蒸汽发生介质进行加热，则所述蒸汽发生介质产生所述蒸汽，然后所述蒸汽经过多个或至少一个输送管道30时,加热部 40对所述蒸汽进行加热，随后所述蒸汽在出口集箱21内缓冲后从输出管22排出。
具体的，通过输入管12向入口集箱11中输入所述蒸汽发生介质，同时通过废气输入通道41向废气容器45中输入所述高温废气，所述高温废气对所述蒸汽发生介质进行加热，所述蒸汽发生介质生成所述蒸汽，若高温废气提供热量不足，则可以使用电热器80提供更多热量；所述高温废气通过废气通孔71对蓄热块70加热，换热后后通过废气输出通道42排出，蓄热块70对多个或至少一个输送管道30进行加热，多个或至少一个输送管道30内的所述蒸汽受热达到生产所需温度，若所述蒸汽没达到生产所需温度，则可以在出口集箱21中使用电热器80加热所述蒸汽，使所述蒸汽达到生产所需温度；所述蒸汽达到生产所需温度后，通过输出口22排出。
【第二实施例】
参见图11，其为本发明第二实施例提供的一种制氢***200，所述制氢*** 200例如包括：至少一个氢气反应装置210(如图示的两个)和如第一实施例所述的蒸汽发生器100。其中，氢气反应装置210连接输出部20，蒸汽发生器100通过输出部20输送所述蒸汽至氢气反应装置210。
举例来说，从蒸汽发生器100中制得的达到生产所需温度的蒸汽经输出部20 经蒸汽入口211输入氢气反应装置210内，所述蒸汽在氢气反应装置210与制氢催化剂反应产生氢气，所述氢气经过氢气出口212输出。
优选的，参见图12，还可以在氢气反应装置210上设置废气输入通道41和废气输出通道42，用废气管道220分别连接废气输入通道41和废气输出通道42，通过废气管道220向氢气反应装置210内输入所述高温废气，提供氢气反应所需温度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种蒸汽发生器，其特征在于，包括：
输入部，用于输入蒸汽发生介质；
输出部，用于输出蒸汽；
至少一个输送管道，一端连通所述输入部，另一端连通所述输出部，用于输送所述蒸汽；
加热部，设于所述输入部与所述输出部之间，并形成包裹至少一个所述输送管道的加热空间；
其中，所述加热部中通有高温废气，所述高温废气能够对所述蒸汽发生介质和/或所述蒸汽进行加热。
2.根据权利要求1所述的蒸汽发生器，其特征在于，还包括：
保温层，连接在所述输入部和所述输出部之间，套设所述加热部外部；
其中，所述保温层为真空保温层或隔热保温层。
3.根据权利要求1或2所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述加热部，还包括：
废气输入通道，连接在所述加热部靠近所述输入部的一端，用于输入所述高温废气至加热部；
废气输出通道，连接在所述加热部靠近所述输出部的一端，用于输出换热后的废气；
其中，所述高温废气对至少一个所述输送管道进行加热。
4.根据权利要求3所述的蒸汽发生器，其特征在于，还包括：
蓄热组件，填充在所述加热空间内。
5.根据权利要求4所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述蓄热组件包括：
蓄热块，包裹至少一个所述输送管道；
其中，所述蓄热块设有废气通孔。
6.根据权利要求4所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述蓄热组件包括：
翅片，绕设于至少一个所述输送管道；
多个蓄热球，填充在所述加热部内。
7.根据权利要求1所述的蒸汽发生器，其特征在于，还包括：
电热器，设于所述输入部和/或所述输出部。
8.根据权利要求7所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述输入部，包括：
入口集箱，设有所述电热器并连通至少一个所述输送管道，用于储存所述蒸汽发生介质；
输入管，连通所述入口集箱，用于输入所述蒸汽发生介质；
其中，所述蒸汽发生介质可以溢出所述入口集箱至至少一个所述输送管道内。
9.根据权利要求7所述的蒸汽发生器，其特征在于，所述输出部，包括：
出口集箱，设有所述电热器并连通至少一个所述输送管道，用于储存所述蒸汽；
输出管，连通所述出口集箱，用于输出所述蒸汽。
10.一种制氢***，其特征在于，包括：
如权利要求1-9任一项所述的蒸汽发生器；
至少一个氢气反应装置，连接所述输出部；
其中，所述蒸汽发生器通过所述输出部输送所述蒸汽至所述氢气反应装置。
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