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CN110982556B - 一种用于氢气生产的设备 - Google Patents

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CN110982556B CN201911364110.5A CN201911364110A CN110982556B CN 110982556 B CN110982556 B CN 110982556B CN 201911364110 A CN201911364110 A CN 201911364110A CN 110982556 B CN110982556 B CN 110982556B
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Abstract

本发明公开了一种用于氢气生产的设备，包括蒸汽锅炉、与所述蒸汽锅炉相配合的反应炉、与所述反应炉相配合的提纯炉及与所述反应炉相配合的进气装置；所述进气装置包括进气管、与所述进气管的一端相连通的支气管及与所述进气管的另一端相连通的送气件；所述蒸汽锅炉内设有辅热装置；本发明通过支气管的设置，将空气均匀的送入反应炉内，从而使得反应炉内的燃料能被更加充分的燃烧，避免燃烧不充分而造成资源的浪费；且燃料的充分燃烧可以更好更快速的加热，提高氢气制备的效率；再通过辅热装置的设置，进一步增加了加热速度。

Description

一种用于氢气生产的设备
技术领域
本发明属于氢气生产技术领域，尤其是涉及一种用于氢气生产的设备。
背景技术
氢气是一种最为清洁的能源，且原料丰富，可反复利用，是较为理想的能源；制备氢气的方法有很多中，其中水煤气法制氢是一种成本低、产量大的方法，该种方法需要一个高温的环境，现多采用燃烧无烟煤来加热；然而现有的设备往往能量利用不够充分，会造成资源的浪费。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种能量利用率高的用于氢气生产的设备。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于氢气生产的设备，包括蒸汽锅炉、与所述蒸汽锅炉相配合的反应炉、与所述反应炉相配合的提纯炉及与所述反应炉相配合的进气装置；所述进气装置包括进气管、与所述进气管的一端相连通的支气管及与所述进气管的另一端相连通的送气件；所述蒸汽锅炉内设有辅热装置；通过支气管的设置，将空气均匀的送入反应炉内，从而使得反应炉内的燃料能被更加充分的燃烧，避免燃烧不充分而造成资源的浪费；且燃料的充分燃烧可以更好更快速的加热，提高氢气制备的效率；再通过辅热装置的设置，进一步增加了加热速度。
进一步的，所述支气管上设有多个沿周向均匀布设的气孔，该气孔上设有扩口段；所述扩口段上设有滤网件；通过多个气孔的设置，使得空气被更好的分散，均匀的送入反应炉内，保证反应炉内的燃料能被充分的燃烧；再通过扩口段的设置，使得从气孔中流出的空气能被更好的扩散开的同时，也起到了降低气压和气流流速的作用，从而防止煤渣等物质被气流吹起，进而使得制得的氢气更为纯净，过滤起来较为简便；再通过滤网件的设置，起到防止煤和煤渣等物质进入支气管，避免支气管被堵塞的问题，且滤网件也起到了进一步打散空气的作用。
进一步的，所述辅热装置包括设于所述蒸汽锅炉的侧壁内的隔热层、设于所述反应炉的外表面上的加热管及与所述加热管相配合的管槽；通过隔热层的设置，起到了防止热量流失的作用，从而大大提高了能量的利用率，节约了生产成本；再通过加热管的设置，为蒸汽锅炉和反应炉提供第二个热量源，从而起到降低污染的作用；管槽的设置除了能令加热管的安装更为方便外，也能使得加热管产生的热量能被更好的传导到反应炉上。
进一步的，所述加热管包括设于所述管槽内的外管、设于所述外管内的加热丝及设于所述外管和所述加热丝之间的粉末填充物；外管的设置起到了防水、导热的作用，保护内部元件；粉末填充物则起到了导热和绝缘的作用，也起到了保护加热丝的作用，延长加热丝的使用寿命。
进一步的，所述反应炉包括与所述蒸汽锅炉相连通的反应室、设于所述反应室下方的加热室、与所述反应室相配合的开关装置及与所述开关装置相配合的阀门组件；通过反应室和加热室的设置，使得将用于与水蒸气反应的煤炭与用于加热的煤炭分开，令两者在两个地方反应，从而避免了燃烧煤炭产生的大量废气与水煤气混合的问题，杂质含量较少，更方便于后续的分离提纯；并且两者的分离设置，使得水蒸气与煤炭的反应可以持续进行，而无需对煤炭进行间歇性加热，从而使得水煤气的生产更为高效快速；再通过阀门组件的设置，使得当需要往反应室和加热室中添加原料时，可以将蒸汽管封闭，从而避免蒸汽烫伤工作人员的同时，也避免了蒸汽不必要的泄漏和浪费。
进一步的，所述反应室通过一排料通道与所述加热室相连通；所述排料通道包括活动槽、设于所述排料通道内的下刮件及可沿所述反应室的底面来回动作的上刮件；通过排料通道的设置，将反应室与加热室相连通，方便将反应室中的煤炭排到加热室中，实现煤炭的二次利用的同时，也使得煤炭的排出更为方便；通过上刮件和下刮件的配合设置，从而使得当排料阀门转动以打开排料通道时，下刮件即会刮过排料阀门的表面，将煤渣刮入排料通道，上刮件即会在传动轴的带动下发生转动，将反应室内的煤渣也刮入排料通道内，从而无需手动去除煤渣，便于操作，省时省力。
进一步的，所述阀门组件包括与所述反应室的内表面活动连接的挡板件、与所述上刮件可拆卸连接的活动臂及设于所述活动臂上的推动件；通过挡板件和推动件的设置，实现了对蒸汽管的开启和关闭，结构简单有效；再通过活动臂与上刮件之间的配合，使得推动件与上刮件形成配合，上刮件将煤渣刮入排料通道中时，挡板件即会将蒸汽管关闭，上刮件复位时，挡板件即会将蒸汽管打开，而无需额外的控制装置，便于工作人员操作。
进一步的，所述推动件包括与所述挡板件相配合的弧形推动段和用于连接所述弧形推动段和所述活动臂的连接段；通过弧形推动段的设置，从而使得推动件与挡板件之间的接触更为光滑，更方便推动件推动挡板件，连接段的设置则起到了对挡板件的支撑作用，从而使得当在生产水煤气时，挡板件不会落下将蒸汽管封闭。
综上所述，本发明通过支气管的设置，将通入反应炉内的空气均匀的散开，从而使得反应炉内的无烟煤能与空气更充分的接触，进而使得无烟煤能被更充分的燃烧利用，避免资源浪费。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A处的放大示意图；
图3为本发明中蒸汽锅炉和反应炉的立体结构剖视图；
图4为图3中B处的放大示意图；
图5为本发明中蒸汽锅炉的俯视图；
图6为图5中A-A处的剖视结构示意图；
图7为图6中C处的放大示意图；
图8为图6中D处的放大示意图；
图9为图5中B-B处的剖视结构示意图；
图10为图9中E处的放大示意图；
图11为本发明中蒸汽锅炉和反应炉的横向剖视示意图；
图12为图11中F处的放大示意图；
图13为本发明中提纯炉的立体结构示意图；
图14为图13中G处的放大示意图。
具体实施方式
如图1-14所示，一种用于氢气生产的设备，包括蒸汽锅炉1、反应炉2及提纯炉3；蒸汽锅炉包括蒸汽室11、蒸汽管12及辅热装置；蒸汽室围设在反应炉外围，将反应炉基本包围，从而使得反应炉可以直接加热蒸汽室，加热效率高，热量流失少，且设备占地面积更小；反应炉包括反应室21、加热室22及开关装置；反应室与蒸汽室紧贴，加热室安装在反应室下方，与反应室紧贴，从而令加热室可以直接加热反应室；为了更好的将加热室中的热量导入到反应室和蒸汽室中，在加热室的内壁上安装了多个导热翅片221，该导热翅片一端露出在加热室内，另一端则位于蒸汽室和反应室内，起到导热的作用；蒸汽管一端与蒸汽室相连通，另一端与反应室相连通，从而将蒸汽从蒸汽室导入到反应室内，用于与放置在反应室内的无烟煤反应生成水煤气，其反应方程式为H2O+C＝C0+H2；加热室内也通过放置无烟煤，令无烟煤与空气中的氧气反应来放出大量的热量来进行加热，其反应方程式为C+O2＝CO2；由于加热室和反应室分开设置，水蒸气和无烟煤的汽化反应与无烟煤燃烧加热的反应即可分开同时进行，而无需先燃烧无烟煤对水和煤进行加热，再将水蒸气通道高温煤中反应，节约了时间，使得制气效率更高的同时，由于无烟煤的燃烧与水煤气的反应分开，燃烧产生的废气即不会与水煤气混合，并且燃烧煤产生的煤灰、煤渣等物也不会混在水煤气里，从而令生成的水煤气更为纯洁，后续的净化更为简单方便。
具体的，辅热装置包括隔热层13、加热管14及管槽15；隔热层为石棉制成，安装在蒸汽锅炉的侧壁内，起到保温的作用，避免热量散失，从而提高了能量的利用率，起到降低成本的作用；管槽开设在反应炉的外壁上，用于安装加热管，且也能使得加热管的热量能更好的传导到反应炉内；而加热管的设置使得在电量较为富余的晚上，可以用加热管辅助加热，从而减少煤炭的燃烧，起到降低污染的作用；其中加热管包括外管141、加热丝142及粉末填充物143，该粉末填充物为氧化镁粉末，起到保护加热丝的作用，延长加热丝的使用寿命的同时，也起到了导热和绝缘的作用，外管与管槽相贴合，便于安装和传导热量。
具体的，加热室包括燃烧腔222、炉渣腔223及排渣通道224；燃烧腔与反应室相邻，炉渣腔与燃烧腔通过排渣通道相连，从而使得燃烧无烟煤得到的煤渣能被快速的排出；而为了保证加热室中的无烟煤能被充分的燃烧，安装了一个进气装置，该进气装置包括进气管23、支气管24及送气件25，该送气件为市场上购买的鼓风机，此为现有技术，故在此不做赘述；支气管开设在燃烧腔的底部，进气管一端与鼓风机相连通，另一端与支气管相连通，支气管上开设了多个均匀分布的气孔241，从而使得从鼓风机中送入燃烧腔中的空气能被分散为多股细小的气流，令无烟煤与空气的接触更为充分，从而保证了无烟煤被充分的燃烧利用，避免浪费资源的情况出现；再在气孔上开设了一个扩口段242，从而使得从气孔中吹出的气流能沿着扩口段更好的往四周吹拂的同时，扩口段也起到了降低气压和气流流速的作用，从而令吹出的气流更为温和，避免扬灰的现象出现；再通过在扩口段上安装了一个滤网件243，从而使得从气孔中吹出的气流能被更好的打散的同时，也起到了防止灰尘掉进气孔中的作用，避免气孔被煤渣堵塞。
具体的，开关装置包括排料阀门41、传动组件、连接杆42、控制杆43、传动链44及进料阀门45；其中传动组件包括传动轴411、第一传动齿轮412、第二传动齿轮413、第三传动齿轮414及转轴415；传动轴安装在排料阀门上，与排料阀门焊接；反应炉内开设了用于安装开关装置的安装腔，第一传动齿轮安装在传动轴上，与传动轴键连接，第二传动齿轮与安装腔的侧壁通过一齿轮轴转动连接，且第二传动齿轮与第一传动齿轮啮合；第三传动齿轮与第二传动齿轮啮合，第三传动齿轮安装在转轴上，与转轴键连接；转轴一端与一支撑杆轴承连接，另一端上开设了两个凹槽4151，连接杆的一端上安装了两个凸轴421，该凸轴正好可以嵌入凹槽内，从而使得连接杆可以相对于转轴上下转动的同时，又可以带动转轴左右转动；连接杆的另一端上安装了一个套筒422，控制杆穿过该套筒与安装腔相连，从而使得连接杆可以沿着控制杆来回滑动，控制杆与用于安装开关装置的安装腔铰链连接，从而使得控制杆可以上下转动的同时也能左右转动，且控制杆上下转动时连接杆即会沿着控制杆滑动，从而使得两者之间不会相互妨碍；而当控制杆左右转动时，即会带动连接杆左右移动，进而带动排料阀门沿活动槽左右转动，以实现排料阀门对排料通道的开关作用；为了便于控制排料阀门的打开和关闭，第三传动齿轮的直径大于第一传动齿轮的直径，第一传动齿轮的直径大于第二传动齿轮的直径，从而使得连接杆只需带动第三传动齿轮转动较小的角度，第二传动齿轮即会转动较多圈数，从而使得第一传动齿轮转动较大的角度，进而带动排料阀门转动较大的角度以完成对排料通道的开启和关闭，使得操作者的操作更为简单，方便快捷；阀门槽内安装了两个复位件48，该复位件为弹簧，弹簧一端作用于进料阀门的底端，另一端作用于阀门槽的底部；进料阀门的底部还固定连接了一根传动链，阀门槽的底部开设了一个供传动链通过的链孔，传动链的另一端与控制杆相连，从而使得当控制杆向下转动时，即会通过传动链带动进料阀门沿阀门槽向下移动，以将进料口的打开，而当控制杆向上转动时，弹簧则起到了将进料阀门向上推以复位的作用，便于进料阀门的对进料口的关闭；为了便于使用者对控制杆的操作，开设了一个杆槽211，控制杆即从杆槽中穿出；杆槽包括第一槽段2111和第二槽段2112；第一槽段横向设置，使得控制杆可以沿着第一槽段左右移动，以控制排料阀门的移动；第二槽段纵向设置，使得控制杆可以沿着第二槽段上下移动，以控制进料阀门的移动，起到了对控制杆的限位作用。
为了方便将被反应过后的无烟煤排出，在反应室底面上开设了一个排料通道46，反应室通过该排料通道与加热室相连，从而使得被反应过后的煤可以直接被排入到加热室中进行二次利用，使得排出煤渣方便的同时，提高了煤的利用率；排料阀门即安装在排料通道口，无烟煤即放置在排料阀门和反应室的底面上与水蒸气进行反应；排料通道上开设了一个活动槽461，活动槽上开设了一个用于供传动轴转动的轴槽，通过轴槽与传动轴之间的配合实现了排料阀门与活动槽的转动连接，使得排料阀门可以沿着活动槽来回移动，达到打开和关闭排料通道的作用，且活动槽与排料阀门的配合也起到了一定的密封作用，再在活动槽和排料阀门之间安装了密封圈，进一步提高了活动槽与排料阀门之间的气密性，从而避免加热室中的废气进入反应室内，提高了产出的水煤气的纯度的同时，又起到了防止空气进入反应室内的作用，从而避免了空气与水煤气混合发生爆炸的可能性，大大提高了生产过程中的安全性；且在把反应室中的煤排入燃烧室之前，需要先多通一段时间的水蒸气，确保反应室中的水煤气被排出后再打开排料通道，确保空气不会与水煤气接触发生保证；为了便于将被水蒸气润湿而粘附在排料阀门和反应室底面上的煤渣铲入排料通道内，安装了刮料组件，该刮料组件包括上刮件463和下刮件462，其中上刮件安装在传动轴上，与传动轴螺栓连接，从而使得当传动轴转动时，即会带动上刮件转动，以将反应室底面上的煤渣全都铲入排料通道内，下刮件安装在活动槽的两侧，与排料阀门紧配合，从而使得当排料阀门往活动槽内收缩的时候，下刮件即会将排料阀门上的煤渣刮下，而无需手动铲除，方便快捷的同时，也避免了活动槽被堵塞的问题；为了方便重新添加用于生成水煤气的无烟煤，在反应室上开设了一个进料口，进料口处开设了一个阀门槽47，进料阀门45即安装在阀门槽47内，可以沿着阀门槽上下滑动以打开和关闭进料口。
为了防止在添加无烟煤时，水蒸气持续往反应室内通入而造成浪费或烫伤工作人员，在反应室内安装了一个阀门组件，该阀门组件包括挡板件51、活动臂52及推动件53；挡板件安装在反应室的内壁上，与反应室的内壁铰链连接，且正好位于反应室与蒸汽管相连的开口处的上方，从而使得挡板件能在重力的作用下自然悬挂下来，将蒸汽管封闭；活动臂安装在上刮件上，与上刮件螺钉连接，推动件安装在活动臂上，与活动臂焊接；从而使得当需要打开进料阀门时，上刮件即会在控制杆的作用下移动，从而电动活动臂移动，进而带动推动件与挡板件分离，使得挡板件在重力的作用下自然翻转下来将蒸汽管封闭，而当进料阀门关闭时，推动件即会重新与挡板件相接触，推动挡板件向上翻转，打开蒸汽管，令水蒸气能重新通入反应室内；其中推动件包括弧形推动段531和连接段532，从而使得推动件与挡板件之间的接触更为平滑，更方便推动挡板件翻转，而连接段则是在进料阀门关闭后，起到了对挡板件的支撑作用，避免挡板件翻下将蒸汽管堵住，保证蒸汽能畅通的通入反应室。
具体的，提纯炉包括反应器31、冷却管32、冷却室33及进水管39；其中反应器包括壳体311、保温层312、反应管道313及催化剂314；该催化剂会三氧化二铁；反应器至少部分嵌设于冷却室内，壳体起到密封防水的作用，保温层安装在壳体内，使得壳体内能始终保持在合适的温度下，便于水煤气与水蒸气之间的反应，且由于反应器嵌设在冷却室内，从反应器中散逸出来的热量也能被冷却室吸收，从而提高了能源的利用率；反应管道的一端与蒸汽管和反应室相连通，另一端与冷却管相连通，从而使得反应室产生的水煤气和蒸汽室产生的蒸汽能同时进入反应管道内反应，该反应方程式为CO+H20＝C02+H2；反应产生的气体再通过冷却管进行冷却，而冷却管安装在冷却室内，从而使得冷却管浸没在冷却水中，从而使得冷却管的冷却效果更好更全面；并且被气体加热后的冷却水通过进水管补充到蒸汽室中，为蒸汽室补充水，从而令蒸汽室内的水始终保持在合适的水位的同时，由于冷却水已经被加热，故而添加到蒸汽室内即无需太多的能量即能沸腾产生蒸汽，起到了对气体余热的回收再利用的作用；而为了令水蒸气与水煤气之间的反应更高效充分；将反应管道设置为了螺旋形管道，且在反应管道上开设了多个通气孔3131，从而使得气体在螺旋管道的作用下形成旋风，使之与催化剂之间的碰撞更为剧烈，接触面积更广，反应更快速的同时，对催化剂的利用率更高。
为了使冷却管对气体的冷却效果更好，将冷却管设置为螺旋形的管道，从而使得冷却管与冷却水的接触面积更广，气体流经的路径更长；再在冷却室内安装了一个搅拌装置，使得冷却水形成流动，从而进一步保证了冷却管的冷却效果；具体的，搅拌装置包括出气管34、通气管35、风车36、搅拌轴37及搅拌桨38；出气管与冷却管相连通，使得被冷却后的气体可以被后续的装置净化并收集(此为现有技术，本实施例中由于篇幅原因并未详细描述)；通气管安装在出气管上，将出气管分隔为两段，使得气体会流经通气管；搅拌轴一端插入通气管内，与通气管的底面轴承连接，一端插入冷却室内；风车安装在通气管内，与搅拌轴键连接，从而使得流经通气管的气流能带动风车旋转，且由于气流流速不快，从而使得风车的转速不会太快，进而使得与风车键连接的搅拌轴的转速不会太快；而搅拌轴位于冷却室内的部分上键连接了两个搅拌桨，从而使得搅拌桨能在搅拌轴的带动下低速转动，进而使得冷却室内的冷却水能在搅拌桨的带动下流动，保证冷却水能均匀受热，起到更好的冷却吸热的效果的同时，水流流速又不会过快，水中的热量不易散失。

Claims (1)

1.一种用于氢气生产的设备，包括蒸汽锅炉(1)、与所述蒸汽锅炉(1)相配合的反应炉(2)、与所述反应炉(2)相配合的提纯炉(3)及与所述反应炉(2)相配合的进气装置；其特征在于：所述进气装置包括进气管(23)、与所述进气管(23)的一端相连通的支气管(24)及与所述进气管(23)的另一端相连通的送气件(25)；所述蒸汽锅炉(1)内设有辅热装置；
所述支气管(24)上设有多个沿周向均匀布设的气孔(241)，该气孔(241)上设有扩口段(242)；所述扩口段(242)上设有滤网件(243)；
所述辅热装置包括设于所述蒸汽锅炉(1)的侧壁内的隔热层(13)、设于所述反应炉(2)的外表面上的加热管(14)及与所述加热管(14)相配合的管槽(15)；
所述加热管(14)包括设于所述管槽(15)内的外管(141)、设于所述外管(141)内的加热丝(142)及设于所述外管(141)和所述加热丝(142)之间的粉末填充物(143)；
所述反应炉(2)包括与所述蒸汽锅炉(1)相连通的反应室(21)、设于所述反应室(21)下方的加热室(22)、与所述反应室(21)相配合的开关装置及与所述开关装置相配合的阀门组件；
所述反应室(21)通过一排料通道(46)与所述加热室(22)相连通；所述排料通道(46)包括活动槽(461)、设于所述排料通道(46)内的下刮件(462)及可沿所述反应室(21)的底面来回动作的上刮件(463)；
所述阀门组件包括与所述反应室(21)的内表面活动连接的挡板件(51)、与所述上刮件(463)可拆卸连接的活动臂(52)及设于所述活动臂(52)上的推动件(53)；
所述推动件(53)包括与所述挡板件(51)相配合的弧形推动段(531)和用于连接所述弧形推动段(531)和所述活动臂(52)的连接段(532)。
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