[实用新型]一种天然气重整制氢的转化炉

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种天然气重整制氢的转化炉，特别是一种基于催化燃烧的小型天然气重整制氢的转化炉，属于天然气重整制氢转化炉技术领域。

背景技术

氢能和燃料电池作为21世纪清洁高效的能源利用新技术。2016年4月，我国国家发改委和国家能源局联合发布的《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》（发改能源〔2016〕513号），规划了能源技术革命重点创新行动路线图，部署了15项具体任务，“氢能与燃料电池技术创新”位列其中，氢能已经纳入了我国能源战略。氢能产业内涵丰富，按产业链顺序划分为氢能产业基础设施、燃料电池和燃料电池车辆、燃料电池发电（含热电联产）以及其他应用领域等。现燃料电池紧锣密鼓研发中，小型化制氢系统解决氢气的来源，也给现有的加氢站气源的补充（现有加氢站基本为外送氢气）。当前，我国氢气来源是以煤、天然气及石油等化石燃料制氢为主，约占97%，其中以天然气水蒸气重整制氢为主，也最为清洁。因转化炉体积的制约，天然气重整制氢规模较大，热效率较低。现在微小型装置逐渐成为研发热点。

发明内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种结构紧凑的可小型化设计的天然气重整制氢的转化炉，以提高混合气的吸热效率，提高转化率，并保证重整反应稳定。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种天然气重整制氢的转化炉，包括炉体和分布于炉体内的炉管，所述炉体内填充有绝热材料，以及由绝热材料填充而形成的用于燃料气燃烧的燃烧腔、用于燃烧烟气通过的总烟道和若干分布于炉体内的分支烟道，所述燃烧腔连通至总烟道，总烟道再连通至各分支烟道，各炉管位于对应的分支烟道内，燃烧腔内设置有燃烧嘴，各分支烟道通过炉管后汇合于炉体的烟气出口，各炉管汇合于炉体的转化气出口。

进一步的，所述燃烧腔位于炉内的中心，分支烟道以燃烧腔为中心沿环周分布。

进一步的，所述炉管从炉体的顶部进入炉内，沿分支烟道路径穿过炉内而汇合于炉体下部的转化气出口，所述燃烧嘴从炉体的底部进入炉内的燃烧腔，总烟道在炉内的顶部位置与各分支烟道连通，烟气出口口位于炉体的底部。

进一步的，所述绝热材料为高铝陶纤毯。

进一步的，所述燃烧嘴包括燃烧空气进管和燃烧气进管，所述燃烧气进管共轴心套设于燃烧空气进管内，燃烧空气进管管路的出口端具有一个内径先减小再增大的喉部，燃烧气进管的出口位于该喉部的小径位置，喉部的出口装填有燃烧催化剂。

进一步的，所述喉部的出口设置有一蜂窝状板体，燃烧催化剂设置在蜂窝状板体的后端。

进一步的，所述燃烧催化剂的后端还设置有用于限定催化剂位置的挡板。

进一步的，所述喉部前端的燃烧空气进管内设置有用于空气导流的螺旋导流板。

进一步的，所述烟气出口设置有余热利用装置。

进一步的，该余热利用装置包括沿烟气流向依次设置的蒸汽发生器，天然气预热器和空气预热器。

进一步的，所述蒸汽发生器为螺旋管管式换热器，天然气预热器为螺旋管管式换热器，空气预热器为板式换热器。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、该结构的转化炉，能有效的缩小天然气重整制氢转化炉的大小，减小制氢系统规模，适合于为燃料电池提供氢源，适合于～60KW的燃料电池的氢源系统；

2、转化炉中采用新型的烟道设计以及烟道与炉管布置结构设计，能有效的减小吸热过程和放热过程的传热阻力，提高传热效率，各分支烟道能降低烟气流速，提高单位时间内提供的热量，提高换热效率和经济性，在实际工作中烟气与炉管内混合气同向流通，保证炉管的壁温上下均匀，减少由于反应不平衡所造成的局部析碳和过热，能够有效的提高转化率、保证反应的稳定；

3、转化炉主体部分采用圆筒式结构以及炉管、燃烧腔环形分布设计，烟道隔热材料采用高铝陶纤毯填充，有利于减少炉体的热损失，并有效的减小转化炉尺寸；

4、本实用新型中采用了无火催化燃烧的燃烧设计，其无光形式的能量，能减少能量损失，提高能量利用率，减少燃烧反应而形成毒性污染物NOx排放，保护环境，同时重新设计的无火催化燃烧嘴结构，使得其结构紧凑，方便拆卸换取催化剂，相比于传统燃烧嘴设计，可使得炉体的体积得到有效降低，减少制氢系统规模，另外空气设置引流管、烧嘴呈锥型以及设置蜂窝状板体，使尾气和空气充分混合，燃烧均匀、稳定；