基于余热利用的纯氧燃烧系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于余热利用的纯氧燃烧系统，包括燃料进口管、燃料分流器、燃烧室、发动机、尾气分流器、节流阀、重整器、引流管、引流器、蒸汽发生器、水进口管以及尾气出口管，燃料进口管通过燃料分流器分别与燃烧室、重整器连接，重整器通过节流阀连接燃烧室，燃烧室连接有氧气进口管，燃烧室产生的废气通过尾气分流器分别与重整器、回流管路连接，进入重整器的废气经放热后分别连接尾气出口管、引流管，液态水经水进口管进入蒸汽发生器产生水蒸气进入引流器与来自引流管的废气混合后进入重整器，燃烧室为发动机提供动力，本发明专利技术借助废气回收利用的能量不受等熵膨胀的限制，可以对排气余热进行深度利用，利用效率高，通用性好。

【技术实现步骤摘要】
基于余热利用的纯氧燃烧系统
本专利技术涉及燃料重整燃烧
，具体地，涉及一种基于余热利用的纯氧燃烧系统。
技术介绍
采用纯氧燃烧有许多好处，可以减少废气中氮氧化物的排放，与二氧化碳捕捉结合可以实现“近零排放”，同时可以减少高温废气的流量，提高燃烧系统效率。但是受限于相对较小的体积流量和有限的预热温度，纯氧燃烧炉不能使用传统的余热回收系统。考虑到纯氧燃料炉的废气主要由水蒸气和二氧化碳组成，构建余热回收催化重整系统来提升系统整体热效率成为了一种有前景的方案。将重整燃烧技术应用于动力设备有多种优势，但现有的重整方案仍存在余热利用率低、燃烧室燃烧效率低等缺陷，且大部分的重整设备体积大，不具有通用性。专利文献CN1887691A公开了一种利用内燃机余热的甲醇催化重整制氢装置及控制方法,属于内燃机余热应用领域。该装置主要包括有设置在重整器壳体(5)的前部、中部和后部的甲醇水溶液气化腔(17)、催化反应腔(16)、重整气产物腔(15)。在重整器壳体(5)的中部为多孔蜂窝陶瓷(8),多孔蜂窝陶瓷(8)的内部为催化反应腔(16),在催化反应腔(16)的内壁设置有蜂窝状的小孔,小孔内壁涂敷了重整催化剂,换热管(7)轴向穿过多孔蜂窝陶瓷(8)，但该设计重整器壳体内部增加蜂窝陶瓷，增加了设备的复杂性。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于余热利用的纯氧燃烧系统。根据本专利技术提供的一种基于余热利用的纯氧燃烧系统，包括燃料进口管、燃料分流器、燃烧室、发动机、尾气分流器、节流阀、重整器、引流管、引流器、蒸汽发生器、水进口管以及尾气出口管；所述燃料进口管通过燃料分流器分别与燃烧室、重整器连接，所述重整器通过节流阀连接所述燃烧室，所述燃烧室连接有氧气进口管；所述燃烧室产生的废气通过尾气分流器分别与重整器、连接燃烧室的回流管路连接，进入重整器的废气经放热后一路通过蒸汽发生器经尾气出口管排出，另一路经引流管进入引流器；液态水经水进口管进入蒸汽发生器产生水蒸气进入引流器与来自引流管的废气混合后进入重整器；所述燃烧室为发动机提供动力。优选地，所述燃料进口管燃料的输送，所述燃料采用碳氢燃料，所述碳氢燃料包括甲烷、乙醇、汽油或柴油。优选地，所述引流器能够调节进入重整器中二氧化碳和水蒸气的比例；所述燃料分流器能够调节各出口燃料分配的比例；所述尾气分流器能够调节各出口尾气分配的比例。优选地，还包括控制机构以及传感组件，所述传感组件用于检测燃烧室、尾气出口管的温度；所述控制机构分别与传感组件、引流器、燃料分流器、尾气分流器信号连接。优选地，所述重整器包括旋流器、混合室、收集槽、催化反应室以及壳体；所述壳体的内部从上到下依次设置有依次连接的旋流器、混合室、催化反应室且旋流器、混合室、催化反应室的外壁与壳体之间形成第一容纳空间；来自尾气分流器废气通过高温废气进口进入第一容纳空间的底部并流动至第一容纳空间的顶部经中温废气连接口分别与节流阀、引流管、蒸汽发生器连接；所述混合室上设置有高沸点残留收集槽。优选地，所述蒸汽发生器包括第一流道以及第二流道；废气经中温废气连接口进入第一流道的顶部后并从第一流道的底部经低温废气出口再经尾气出口管排出；水进口管中的液态水经液态水进口进入第二流道的底部并从第二流道的顶部通过引流器进入旋流器、混合室、催化反应室后从重整气出口流出到节流阀；其中，第一流道中的废气与第二流道中的液态水逆流进行热传递进而使废气降温，液态水变为水蒸气；所述蒸汽发生器沿壳体的周向布置。优选地，所述蒸汽发生器采用管壳式换热结构，其中，第一流道为壳程，第二流道为管程，所述第二流道的数量为一个或多个；所述第二流道沿周向延伸出多级肋片。优选地，所述混合室上连接有燃料进口；所述燃料进口通过压力旋流雾化喷嘴将燃料雾化成10-30μm直径大小的液滴喷入到所述混合室中。优选地，所述旋流器采用如下任一种结构：-采用旋流出口17为多根均沿顺时针或均沿逆时针切向均匀或非均匀布置的出口管；-包括旋流出口总管以及固定轴，旋流出口总管和固定轴之间依次均匀布置有多个旋叶片，相邻的两个旋叶片之间形成旋流通道，所述水蒸气通过所述旋流通道形成旋转气流。优选地，从混合室到催化反应室内部形成从扩张段到收缩段再到扩张段的腔室空间布置。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术借助废气回收利用的能量不受等熵膨胀的限制，可以对排气余热进行深度利用，利用效率高，通用性好。2、本专利技术将液体燃料重整后燃料变为富含氢气的合成气，这将对炉内的燃烧与换热产生良好的优化效果，提高燃烧室效率。3、本专利技术将富氢合成气作为燃料燃烧可大幅减少污染物排放(如：CO、HC、NOx等)。4本专利技术利用废气余热进行重整，换热效率高，重整气热值升高，相比其他重整方式，该水蒸气重整方式同时可抑制积碳焦化现象的产生。5、本专利技术通过设计布局集成到一个整体圆柱形重整器中，从而使得整体结构紧凑一体化，占用空间小。6、本专利技术中的蒸发器充分利用外层换热面积进行水蒸气的生成，内层进行换热强化，使热量损失小，提高了换热效率，更充分利用了废气余热。7、本专利技术中的旋流器，利用切向形成旋流的方案，使得水蒸气与燃料的接触更加充分，强化了对流换热及蒸发混合的效果，同时将高沸点残留分离出去，避免了蒸发残留积聚在催化剂表面，对后续重整反应模组产生影响。8、本专利技术中采用压力旋流雾化喷嘴，利用压力旋流雾化原理形成微小液滴，强化燃料蒸发效果。9、本专利技术采用扩张-收缩-扩张混合腔室，通过流道的尺寸设计以改变流动状态，强化湍流及涡流，使流动混合更加充分均匀。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术的结构示意图；图2为重整器的结构示意图；图3为一个优选例中旋流器的结构示意图；图4为一个变化例中旋流器的结构示意图。图中示出：液态水进口1固定轴19旋流器3旋叶片20燃料进口4回流管路21压力旋流雾化喷嘴5燃料进口管101混合室6燃料分流器102收集槽7氧气进口管103催化反应室8燃烧室104重整气出口9发动机105高温废气进口10尾气分流器106中温废气连接口11节流阀107低温废气出口12重整器108壳体13引流管109第一容纳空间14引流器110第一流道15蒸汽发生器111第二流道16水进口管112旋流出口17尾气出口管113旋流出口总管18具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于余热利用的纯氧燃烧系统，其特征在于，包括燃料进口管(101)、燃料分流器(102)、燃烧室(104)、发动机(105)、尾气分流器(106)、节流阀(107)、重整器(108)、引流管(109)、引流器(110)、蒸汽发生器(111)、水进口管(112)以及尾气出口管(113)；/n所述燃料进口管(101)通过燃料分流器(102)分别与燃烧室(104)、重整器(108)连接，所述重整器(108)通过节流阀(107)连接所述燃烧室(104)，所述燃烧室(104)连接有氧气进口管(103)；/n所述燃烧室(104)产生的废气通过尾气分流器(106)分别与重整器(108)、连接燃烧室(104)的回流管路(21)连接，进入重整器(108)的废气经放热后一路通过蒸汽发生器(111)经尾气出口管(113)排出，另一路经引流管(109)进入引流器(110)；/n液态水经水进口管(112)进入蒸汽发生器(111)产生水蒸气进入引流器(110)与来自引流管(109)的废气混合后进入重整器(108)；/n所述燃烧室(104)为发动机(105)提供动力。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于余热利用的纯氧燃烧系统，其特征在于，包括燃料进口管(101)、燃料分流器(102)、燃烧室(104)、发动机(105)、尾气分流器(106)、节流阀(107)、重整器(108)、引流管(109)、引流器(110)、蒸汽发生器(111)、水进口管(112)以及尾气出口管(113)；
所述燃料进口管(101)通过燃料分流器(102)分别与燃烧室(104)、重整器(108)连接，所述重整器(108)通过节流阀(107)连接所述燃烧室(104)，所述燃烧室(104)连接有氧气进口管(103)；
所述燃烧室(104)产生的废气通过尾气分流器(106)分别与重整器(108)、连接燃烧室(104)的回流管路(21)连接，进入重整器(108)的废气经放热后一路通过蒸汽发生器(111)经尾气出口管(113)排出，另一路经引流管(109)进入引流器(110)；
液态水经水进口管(112)进入蒸汽发生器(111)产生水蒸气进入引流器(110)与来自引流管(109)的废气混合后进入重整器(108)；
所述燃烧室(104)为发动机(105)提供动力。


2.根据权利要求1所述的基于余热利用的纯氧燃烧系统，其特征在于，所述燃料进口管(101)燃料的输送，所述燃料采用碳氢燃料，所述碳氢燃料包括甲烷、乙醇、汽油或柴油。


3.根据权利要求1所述的基于余热利用的纯氧燃烧系统，其特征在于，所述引流器(110)能够调节进入重整器(108)中二氧化碳和水蒸气的比例；
所述燃料分流器(102)能够调节各出口燃料分配的比例；
所述尾气分流器(106)能够调节各出口尾气分配的比例。


4.根据权利要求3所述的基于余热利用的纯氧燃烧系统，其特征在于，还包括控制机构以及传感组件，所述传感组件用于检测燃烧室(104)、尾气出口管(113)的温度；
所述控制机构分别与传感组件、引流器(110)、燃料分流器(102)、尾气分流器(106)信号连接。


5.根据权利要求1所述的基于余热利用的纯氧燃烧系统，其特征在于，所述重整器(108)包括旋流器(3)、混合室(6)、收集槽(7)、催化反应室(8)以及壳体(13)；
所述壳体(13)的内部从上到下依次设置有依次连接的旋流器(3)、混合室(6)、催化反应室(8)且旋流器(3)、混合室(6)、催化反应室(8)的外壁与壳体(13)之间形...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰健，郭岍桢，吕田，孙子剑，顾根香，韩东，
申请(专利权)人：上海交通大学，上海齐耀动力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31