甲醇制氢燃烧蒸发器的制作方法

本发明涉及高温蒸汽设备领域，具体地讲是涉及一种甲醇制氢燃烧蒸发器。

背景技术：

1、甲醇来源广泛，生产工艺成熟，主要来自煤化工和天然气合成，可以利用煤炭、天然气、煤层气、生物质等制成，甲醇与其他燃料的理化性能对比，有如下特点，1、热值低，甲醇的热值约为汽油的一半。2、有毒性，甲醇的毒性较大，不可以饮用。3、在高温和空气充足的条件下，将甲醇完全燃烧生成co2和h2o，但是，甲醇燃烧中也可以产生甲醛、氮氧化物等污染物，也需要进行进一步的净化处理。4、甲醇产生单位热量的成本较低，因此可以将甲醇作为汽油添加剂使用，降低燃油成本。以甲醇为燃料的新型绿色环保燃料锅炉由此兴起，其氮氧化和物排放可低于30mg。但是该锅炉仍然会有污染物的排放。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述传统技术的不足之处，提供一种以甲醇为燃料、但是无任何污染物排放的高效、低使用成本的甲醇制氢燃烧蒸发器。

2、本发明的目的是通过以下技术措施来达到的：

3、甲醇制氢燃烧蒸发器，包括甲醇制氢装置和氢燃料蒸发装置，其特征在于，所述甲醇制氢装置包括制氢催化罐，所述制氢催化罐内包括甲醇蒸汽腔、催化反应腔和氢气缓冲腔，所述催化反应腔内安置有若干根反应催化管和加热管，所述反应催化管上端与氢气缓冲腔连通，所述反应催化管的下端与甲醇蒸汽腔连通，所述反应催化管内灌装有甲醇制氢催化剂，所述氢燃料蒸发装置包括风室和燃烧室，所述风室下部与燃烧室上部连通，所述燃烧室下部设有出风口，所述燃烧室内自上而下依次设有氢气燃烧器、蒸发器、甲醇蒸发器、中温加热器和冷凝器，所述氢气燃烧器安置于风室与燃烧室之间，所述氢气燃烧器的燃烧方向朝向下方的蒸发器，所述冷凝器的进水端连接有水泵，所述冷凝器的出水端与中温加热器的进水端连通，所述中温加热器的出水端与蒸发器进水端连通，所述甲醇蒸发器的进液端通过甲醇泵与甲醇储罐连通，所述甲醇蒸发器的出液端通过甲醇蒸汽管与制氢催化罐内的甲醇蒸汽腔连通，所述氢气燃烧器的进气端与制氢催化罐内的氢气缓冲腔连通。在本技术中甲醇制氢装置和氢燃料蒸发装置协同作用，氢燃料蒸发装置的余热汽化甲醇，并使甲醇蒸汽处于最佳催化制氢的温度区间，而系统启动三分钟就可以进入稳定运行阶段，氢燃料蒸发装置内的甲醇蒸汽就可以达到最适宜催化温度，甲醇蒸汽进入甲醇制氢装置后完全不需要另外使用加热装置就可以维持稳定高效制氢，两者间具有良好协同增效、降低能耗、减少使用维护成本的有益效果。本技术中的氢气燃烧器处于燃烧室上方，燃烧产生的高温燃气由气压推动自上而下，由下部的出风口排出，高温燃气被风压驱动，抵抗其自身的上升趋势，就可以使高温燃气更多滞留于燃烧室内，与燃烧室内受热的蒸发器、甲醇蒸发器、中温加热器和冷凝器产生更急紧密和更长时间的接触，高温燃气的滞留可以显著提高高温燃气与受热部件的热传递效率，使热量充分传导，极大的节约能源，避免了高温燃气携带的热量未被充分吸收就排放，能源可以得到最充分的利用，从而降低燃料成本。而且，该逆向燃烧结构因为高温燃气更多的滞留接触受热部件的时间，可以显著缩小受热部件的尺寸，较小的受热部件尺寸就可以达到充分吸收燃气热量的目的，并不需要庞大的受热结构就可以实现，也就节约了制造的成本。

4、作为一种优选方案，制氢催化罐内所述甲醇蒸汽腔与催化反应腔之间设置有蒸汽过滤网，所述蒸汽过滤网为8目不锈钢丝网。

5、作为一种优选方案，所述制氢催化罐内安装有甲醇进出管，所述甲醇进出管的进口与甲醇蒸汽管连通，所述甲醇进出管由催化反应腔上部进入制氢催化罐并且出口延伸至甲醇蒸汽腔内蒸汽过滤网的下方。主体安置于催化反应腔内的甲醇进出管可以使甲醇蒸汽进入制氢催化罐内后有一段距离进行温度的同化，使进入甲醇蒸汽腔内的甲醇蒸汽更接近于最佳制氢反应的催化温度，提高了催化反应的效率，减少热能的浪费，并且可以一定程度上延长催化剂的使用寿命。甲醇进出管由上而下设置于制氢催化罐内，更可以使制氢催化罐下部无任何外部结构，使其可以设计为纯平结构，进而减少安装的麻烦。

6、作为一种优选方案，所述加热管包括第一加热管和第二加热管，所述第一加热管与第二加热管分别安置于催化反应腔下部，所述反应催化管环绕第一加热管和第二加热管设置；所述催化反应腔内设有温度传感器。第一加热管与第二加热管功率可以相同，也可以一个功率大、一个功率小，在设备初始使用时，两个加热管均工作，快速升温，将甲醇汽化，而在燃烧蒸发器逐步升温直至正常作业中，进入甲醇制氢装置的均为已汽化甲醇，加热管可以依次关闭至完全关闭，即可保证甲醇处于最利于催化制氢的温度。

7、作为一种优选方案，所述制氢催化罐上部管道连接有膨胀桶，所述膨胀桶上设有泄压阀。泄压阀管道连接有泄露报警器和燃烧器，一旦膨胀桶内压力过高，泄压阀开始泄压，泄露报警器报警的同时触发燃烧器，燃烧器产生高温，使泄露的可燃气有氧燃烧，消除有毒气体或者温室气体泄露污染风险，防止大气污染。

8、作为一种优选方案，所述氢气燃烧器包括氢气管和火焰喷嘴，所述火焰喷嘴安置于氢气管上且朝向下方的蒸发器，所述火焰喷嘴与蒸发器之间具有高温燃烧腔。氢燃料蒸发装置的高温燃气行进方向与传统燃烧器完全不同，本技术中的高温燃气是被风机强制由上而下循环，在高温燃气上升动力作用下，高温燃气被风机驱动由上而下行进，就可以更好与下方的蒸发器、甲醇蒸发器、中温加热器和冷凝器密切接触，极大的增加两者间的热传递效率，进而提高能源的使用效率，减少热量的浪费，节约使用成本。

9、作为一种优选方案，所述燃烧室内壁设置有防火墙，所述防火墙自高温燃烧腔向下延伸至中温加热器。

10、作为一种优选方案，所述蒸发器和中温加热器均由锅炉管盘绕构成，所述锅炉管外周设置有导热翅，所述锅炉管盘绕构成交错多层和一层多排分布结构，一层多排即由同一高度的所述锅炉管并排或者盘旋构成，交错多层即由上下两层间相邻的锅炉管交错间隔构成。交错多层和一层多排分布结构使得高温燃气呈现复杂缓慢的排出路径，使其与蒸发器和中温加热器进行更多、更久的密切接触，产生良好的热传导，极大优化热量的传递，减少热量外溢。

11、作为一种优选方案，所述甲醇蒸发器由甲醇蒸发管盘绕构成，所述甲醇蒸发管位于构成蒸发器和中温加热器的锅炉管交错形成的间隙之间。由甲醇蒸发管盘绕构成的一平层甲醇蒸发器位于蒸发器和中温加热器之间，能够得到燃烧火焰高温传导，而火焰的高温经由蒸发器吸收后，残余高温足够将甲醇蒸发器的内甲醇温度提升至甲醇制氢的催化适宜温度，所以，在整个系统循环工作稳定后，制氢催化罐内的加热管就可以完全停止电加热，而完全依赖甲醇蒸汽的高温维持制氢。在高温燃气加热汽化甲醇后，高温燃气经由中温加热器进一步吸收热量，其残余热量已经较少，不会对燃烧室外壳产生不利影响，而在更下部的冷凝器进一步吸收热量后就可以直接排放。氢气燃烧仅仅产生少量水蒸气，完全没有任何污染物需要后续处理，也就完全省去了后续污染处理的设备，完全取消了环保设备的投入和维持费用，极大地降低了蒸汽整体的使用成本。

12、由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的优点是：

13、本发明公开了一种甲醇制氢燃烧蒸发器，采用相互协同作业的甲醇制氢装置和氢燃料蒸发装置，在氢燃料蒸发装置中通过氢气燃烧产生蒸汽的同时，产生甲醇蒸汽，而高温的甲醇蒸汽进入甲醇制氢装置，其自身温度就可以完全维持甲醇催化制氢系统运转，该系统产生的氢气进入氢燃料蒸发装置维持工业蒸汽和甲醇蒸汽的生产，系统稳定运行后期自身热量就可以维持稳定运行，而完全不需要大量的额外加热，本技术的氢气燃烧器采用逆向燃烧技术，显著提高了燃烧产生的高温燃气在燃烧室内的滞留时间，进而大幅度增加了高温燃气的对受热部件的热传递效率，不仅仅显著降低了整体的能耗，提升了热效率，更显著降低了整体的能耗，且氢气燃烧方式使得整个系统排出物质仅仅只为水汽，完全不需要其他环保废弃物处理设备，不仅极大地降低了设备投资，也大幅度减少了设备的运行维护成本。

14、下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

技术特征：

1.甲醇制氢燃烧蒸发器，包括甲醇制氢装置和氢燃料蒸发装置，其特征在于，所述甲醇制氢装置包括制氢催化罐，所述制氢催化罐内包括甲醇蒸汽腔、催化反应腔和氢气缓冲腔，所述催化反应腔内安置有若干根反应催化管和加热管，所述反应催化管上端与氢气缓冲腔连通，所述反应催化管的下端与甲醇蒸汽腔连通，所述反应催化管内灌装有甲醇制氢催化剂，所述氢燃料蒸发装置包括风室和燃烧室，所述风室下部与燃烧室上部连通，所述燃烧室下部设有出风口，所述燃烧室内自上而下依次设有氢气燃烧器、蒸发器、甲醇蒸发器、中温加热器和冷凝器，所述氢气燃烧器安置于风室与燃烧室之间，所述氢气燃烧器的燃烧方向朝向下方的蒸发器，所述冷凝器的进水端连接有水泵，所述冷凝器的出水端与中温加热器的进水端连通，所述中温加热器的出水端与蒸发器进水端连通，所述甲醇蒸发器的进液端通过甲醇泵与甲醇储罐连通，所述甲醇蒸发器的出液端通过甲醇蒸汽管与制氢催化罐内的甲醇蒸汽腔连通，所述氢气燃烧器的进气端与制氢催化罐内的氢气缓冲腔连通。

2.根据权利要求1所述的甲醇制氢燃烧蒸发器，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的甲醇制氢燃烧蒸发器，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的甲醇制氢燃烧蒸发器，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的甲醇制氢燃烧蒸发器，其特征在于：

6.根据权利要求1至5中任一所述的甲醇制氢燃烧蒸发器，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的甲醇制氢燃烧蒸发器，其特征在于：

8.根据权利要求6所述的甲醇制氢燃烧蒸发器，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的甲醇制氢燃烧蒸发器，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种甲醇制氢燃烧蒸发器，属于高温蒸汽设备领域，技术方案是包括甲醇制氢装置和氢燃料蒸发装置，甲醇制氢装置包括制氢催化罐，所述制氢催化罐内安置有若干根反应催化管和加热管，所述氢燃料蒸发装置包括氢气燃烧器、蒸发器、甲醇蒸发器、中温加热器和冷凝器，所述氢气燃烧器的燃烧方向朝向下方的蒸发器，所述甲醇蒸发器的出液端通过甲醇蒸汽管与制氢催化罐内的甲醇蒸汽腔连通，所述氢气燃烧器的进气端与制氢催化罐内的氢气缓冲腔连通。在本申请中甲醇制氢装置和氢燃料蒸发装置协同作用，氢气燃烧器余热汽化甲醇使其进入甲醇制氢装置后无需加热就可以稳定高效制氢，实现协同增效、降低能耗；逆向燃烧使高温燃气滞留提高热传递效率。

技术研发人员：牟一泽,王友成,牟春祥
受保护的技术使用者：山东萨尔帕环保科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5