用于生物质炭制氢装置的加热炉装置及生物质炭制氢装置的制作方法

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1.本发明涉及生物质炭制氢领域，尤其是涉及一种用于生物质炭制氢装置的加热炉装置及生物质炭制氢装置。

背景技术：

2.关于生物质资源，如秸秆、树枝、果壳、废木料、锯末等未被充分利用，相关技术中，通常将生物质直接送进锅炉燃烧，产生蒸汽，再由汽轮机带动发电机发电，但该方案生物质消耗较大且能源产生率较低、存在烟气污染，而且该方案要成本较高、靠政策补贴维持生存，且需要规模化运行。

技术实现要素：

3.本发明旨在众多制氢技术方法中提供一种新路径。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于生物质炭制氢装置的加热炉装置，所述用于生物质炭制氢装置的加热炉装置的结构简单、能有效实现生物质炭的活化，为制氢提供原料。
4.本发明还提出了一种含加热炉装置的生物质炭制氢装置。
5.根据本发明第一方面实施例的用于生物质炭制氢装置的加热炉装置包括：加热炉本体、燃烧器、管式反应器，所述加热炉本体沿竖向布置且所述加热炉本体内限定加热炉室，所述加热炉本体设有第一贯通孔、第二贯通孔以及烟气出口，所述第一贯通孔在竖向方向上的高度高于所述第二贯通孔在竖向方向上的高度；所述燃烧器设于所述加热炉本体以用于对所述加热炉室进行加热；所述管式反应器包括：管体，所述管体沿所述第一贯通孔穿入所述加热炉室后，沿所述第二贯通孔穿出，所述管体包括位于所述管体上段的无孔段和位于所述管体下段的反应段，所述反应段设有多个适于与过热蒸汽管连通的第三贯通孔；气体收集管，所述气体收集管设于所述管体内且所述气体收集管的轴线与所述管体的轴线平行或重合，所述气体收集管的外壁与所述管体的内壁之间形成生物质炭通道，所述气体收集管上设有多个第四贯通孔且所述气体收集管至少部分位于所述反应段内，所述气体收集管的至少一端伸出所述管体；定位件，所述气体收集管通过所述定位件安装于所述管体内；其中，所述气体收集管内的压力小于所述气体收集管外的压力。
6.根据本发明实施例的用于生物质炭制氢装置的加热炉装置，通过设计管式反应器的结构以及管式反应器与加热炉室的布置方式，能有效实现生物质炭的活化，并且制备氢气，提高能源利用且节能环保。
7.根据本发明的一些实施例，所述加热炉本体内设有一个所述管式反应器，或者，所述加热炉本体内设有多个所述管式反应器。
8.根据本发明的一些实施例，所述加热炉本体内设有两个或两个以上所述管式反应器，所述管式反应器沿水平方向间隔开设于所述加热炉本体内。
9.根据本发明的一些实施例，所述第一贯通孔设于所述加热炉本体的顶壁且所述第二贯通孔设于所述加热炉本体的底壁，所述第一贯通孔与所述第二贯通孔相对布置。
10.根据本发明的一些实施例，所述气体收集管的外径与所述管体的内径之比约为：1/3。
11.根据本发明的一些实施例，所述无孔段与所述反应段紧密邻接，所述反应段约占所述管体长度的2/3。
12.根据本发明的一些实施例，多个所述第三贯通孔沿所述反应段的轴向分为多组，每组包括多个，每组中的多个所述第三贯通孔沿所述反应段的周向间隔开均匀布置，多个所述第三贯通孔与多个蒸汽喷嘴一一对应连接，多个所述蒸汽喷嘴适于与过热蒸汽管连接。
13.根据本发明的一些实施例，多个所述第四贯通孔沿所述管体的轴向分为多组，每组所述第四贯通孔与每组所述第三贯通孔在轴向上间隔分布，每组所述第四贯通孔沿所述管体的周向间隔开均匀布置。
14.根据本发明的一些实施例，所述第四贯通孔的孔径小于所述第三贯通孔的孔径。
15.根据本发明的一些实施例，所述定位件包括上定位片和下定位片，所述上定位片的两端分别与所述管体的外壁上侧以及所述加热炉本体的内壁上侧连接，所述下定位片的两端分别与所述管体的外壁下侧以及所述加热炉本体的内壁下侧连接，所述气体收集管的下端穿出所述管体，所述气体收集管的上端连接临排阀。
16.根据本发明第二方面实施例的生物质炭制氢装置，包括根据本发明第一方面实施例的用于生物质炭制氢装置的加热炉装置，蒸汽发生装置，所述蒸汽发生器与所述烟气出口相连，所述蒸汽发生装置被构造成产生蒸汽；蒸汽过热器，所述蒸汽过热器与所述蒸汽发生器相连且所述蒸汽过热器与所述烟气出口相连。
17.根据本发明的一些实施例，所述蒸汽发生装置包括蒸汽发生器和汽水分离器，所述蒸汽发生器通过所述汽水分离器与所述蒸汽过热器相连。
18.根据本发明的一些实施例，生物质炭制氢装置还包括烟道，所述烟道限定出与所述烟气出口连通的烟气进口和烟气出口，所述蒸汽过热器、所述蒸汽发生器在与烟气同流向顺次布置于所述烟道内，且所述汽水分离器设于所述烟道外。
19.根据本发明的一些实施例，生物质炭制氢装置还包括过热蒸汽管，所述过热蒸汽管的一端与所述蒸汽过热器连通且另一端通过管路与多个所述第三贯通孔连通。
20.根据本发明的一些实施例，所述过热蒸汽管的与所述多个第三贯通孔连通的部分形成沿所述反应段的轴向螺旋上升的螺旋状结构。
21.根据本发明的一些实施例，所述用于生物质炭制氢装置的加热炉装置为一个，所述加热炉装置的所述第三贯通孔通过过热蒸汽管与所述蒸汽过热器连通，或者，所述用于生物质炭制氢装置的加热炉装置为多个，多个所述加热炉装置的所述第三贯通孔通过过热蒸汽管管线并联后与所述蒸汽过热器连通。
22.根据本发明的一些实施例，生物质炭制氢装置还包括负压装置，所述负压装置与所述气体收集管相连以使得所述气体收集管内的压力小于所述气体收集管外的压力。
23.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
24.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
25.图1是根据本发明实施例的生物质炭制氢装置的示意图；
26.图2是根据本发明实施例的用于生物质炭制氢装置的加热炉装置的部分结构示意图附图标记：
27.加热炉本体1；管式反应器2；燃烧器3；排渣阀4；蒸汽过热器5；汽水分离器6；蒸汽发生器7；管体8；气体收集管9；上定位片10；蒸汽喷嘴11；下定位片12；临排阀13。
具体实施方式
28.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
29.下面参考附图描述根据本发明第一方面实施例的用于生物质炭制氢装置的加热炉装置。
30.如图1和图2所示，根据本发明实施例的用于生物质炭制氢装置的加热炉装置包括加热炉本体1、管式反应器2、燃烧器3。
31.加热炉本体1沿竖向布置，并且加热炉本体1内限定出加热炉室，加热炉本体1具有第一贯通孔、第二贯通孔和烟气出口，第一贯通孔在竖向方向上的高度高于第二贯通孔的高度，从而保证管式反应器2内的原料炭可以在重力作用下顺利向下运动；
32.管式反应器2包括管体8、气体收集管9、定位件，管体8沿第一贯通孔穿入加热炉室后，沿第二贯通孔穿出，管体8包括位于管体8上段的无孔段和位于管体8下段的反应段，反应段上设有多个贯穿壁厚的第三贯通孔，通过第三贯通孔与过热蒸汽管连通，从而使得过热蒸汽通过第三贯通孔进入反应段内部，进而利用无孔段进行原料炭的预热，并与反应段内部预热后的原料炭在高温状态下发生活化反应，将c+h2o
→
h2+co-129.7kj，产生h2和co；
33.气体收集管9通过定位件设于管体8内，并且与管体8同轴设置或者于管体8平行布置，气体收集管9的外壁与管体8内壁之间形成生物质炭通道(即原料炭通道)，气体收集管9上具有多个贯通其壁厚的第四贯通孔，而且气体收集管9的具有第四贯通孔的部分位于反应段内，气体收集管9的一端封闭(如顶端)，另一端(如底端)穿过管体8后穿出至外部，进一步地与后续除尘、分离、压缩等设备连通；
34.进一步地，燃烧器3设于加热炉本体1，并对加热炉室进行加热，燃烧器3可以包括多个，通过燃烧器3的加热可以使得原料炭和过热蒸汽在800～850
°
高温状态下进行反应。
35.其中，为了保证气体收集管9对于反应产生的h2和co的收集作用，气体收集管9的压力小于气体收集管9外的压力，即气体收集管9内外形成压力梯度，例如，气体收集管9可以形成负压。
36.由此，根据本发明实施例的用于生物质炭制氢装置的加热炉装置，通过设计管式反应器2的结构以及管式反应器2与加热炉室的布置方式，能有效实现生物质炭的活化，并且制备氢气，提高能源利用且节能环保。
37.在一些实施例中，加热炉本体1内设有一个管式反应器2，也可以设有多个管式反
应器2，可选地，如图1所示，加热炉本体1内设有两个或两个以上管式反应器2，两个或两个以上管式反应器2并列设于加热炉本体1内，共用加热炉本体1内，从而在保证产量的同时，进一步简化结构。
38.如图1和图2，在一些示例中，为了保证原料炭可以在自重作用下向下移动，同时，避免内部部件产生阻碍或造成结焦，第一贯通孔设于加热炉本体1的顶壁、第二贯通孔设于加热炉本体1的底壁，第一贯通孔和第二贯通孔相对布置，管体8可以沿竖直方向依次穿过第一贯通孔和第二贯通孔，从而避免管体8折弯，影响原料炭的运动。
39.如图1，在一些示例中，在管体8的底部可以设置排渣阀4，通过排渣阀4可以便于用户从外部进行排渣操作。
40.可选地，为了保证原料炭通道内的原料炭的量，从而平衡反应效率以及气体收集管9的气体收集效率，气体收集管9的外径与管体8的内径之比约为：1/3。
41.可选地，无孔段与反应段紧密邻接，反应段约占管体8长度的2/3，从而既可以避免无孔段过短，导致预热效果差，同时，避免炭粒在蒸汽作用下向上运动，又可以避免无孔段过长导致反应段过短，导致原料炭与过热蒸汽的反应不充分，通过上述设置，从而无孔段的预热作用，以及瓶塞作用，进而利用炭粒的重量堵住蒸汽向上的冲力。
42.如图2，在一些实施例中，多个第三贯通孔沿周向和轴向间隔开均匀布置，第三贯通孔沿反应段的轴向分为多组，每组包括多个，每组中的多个第三贯通孔沿反应段的周向间隔开均匀布置，多个第三贯通孔与多个蒸汽喷嘴11一一对应连接，多个蒸汽喷嘴11适于与过热蒸汽管连接，通过多个第三贯通孔的分布设置，保证过热蒸汽与原料炭通道内的原料炭的充分接触和反应。
43.如图2，在一些示例中，多个第四贯通孔沿周向和轴向间隔开均匀布置，多个所述第四贯通孔沿所述管体8的轴向分为多组，每组所述第四贯通孔与每组所述第三贯通孔在轴向上间隔分布，每组所述第四贯通孔沿所述管体8的周向间隔开均匀布置，从而使得每组第三贯通孔进入的过热蒸汽与通过第四贯通孔进入气体收集管9的气体不产生气流干涉，而且第四贯通孔的布置也可以使得气体收集管9在负压作用下收集高温活化反应生成的h2和co。
44.优选地，第四贯通孔的孔径小于第三贯通孔的孔径，从而既可以保证通过第四贯通孔收集反应产生的氢气，又可以避免一些炭粒通过第四贯通孔进入气体收集管9内。
45.如图2，在一些实施例中，定位件包括上定位片10和下定位片12，上定位片10的两端分别与管体8的外壁上侧以及加热炉本体1的内壁上侧连接，下定位片12的两端分别与管体8的外壁下侧以及加热炉本体1的内壁下侧连接，气体收集管9的下端穿出管体8，气体收集管9的上端连接临排阀13，从而通过临排阀13可以方便用户检测气体收集管9内收集的气体的情况。
46.如图1，根据本发明第二方面实施例的生物质炭制氢装置包括用于生物质炭制氢装置的加热炉装置、蒸汽发生装置和蒸汽过热器5。
47.蒸汽发生器7与所述烟气出口相连，蒸汽发生装置被构造成产生蒸汽，蒸汽过热器5与所述蒸汽发生器7相连且所述蒸汽过热器5与所述烟气出口相连。
48.由此，根据本发明实施例的生物质炭制氢装置，既可以利用加热炉装置实现原料炭的活化反应，生产氢气，提高能源利用，节能环保，而且，通过烟道将烟气出口与蒸汽发生
装置、蒸汽过热器5连通，可以进一步地利用烟气产生的余热，提高节能效果。
49.如图1，在一些实施例中，蒸汽发生装置包括蒸汽发生器7和汽水分离器6，所述蒸汽发生器7通过所述汽水分离器6与所述蒸汽过热器5相连，蒸汽发生器7利用中低压锅炉管制成，外绕螺旋鳍片，传导系数为光管的3～5倍。烟气出口排出的烟气余热将水变成蒸汽，蒸汽进一步吸热，在蒸汽过热器5中变成过热蒸汽，进而通过过热蒸汽管被引入管式反应器2的蒸汽喷嘴11。
50.如图1，可选地，生物质炭制氢装置包括烟道，烟道限定出与烟气出口连通的烟气进口和烟气出口，蒸汽过热器5、蒸汽发生器7在顺烟气的流向依次布置于烟道内，且汽水分离器6设于烟道外。
51.进一步地，生物质炭制氢装置还包括过热蒸汽管，过热蒸汽管的一端与蒸汽过热器5连通且另一端通过管路与多个第三贯通孔连通，从而将蒸汽过热器5的过热蒸汽通过过热蒸汽管引入多个第三贯通孔内，进而进入管式反应器2内，从而与原料炭发生高温活化反应。
52.在一些实施例中，为了保证过热蒸汽在管道内的流路的顺畅以及减少过热蒸汽管与蒸汽喷嘴11连接处产生的应力集中现象，过热蒸汽管的与反应段处的多个第三贯通孔连通的管体部分形成为沿反应段的轴线方向螺旋上升的螺旋状结构。
53.在一些实施例中，如图1，用于生物质炭制氢装置的加热炉装置为一个，加热炉装置的所述第三贯通孔通过过热蒸汽管与所述蒸汽过热器5连通；
54.在另一些实施例中，为了保证产量，并且简化结构，用于生物质炭制氢装置的加热炉装置为多个，多个所述加热炉装置的所述第三贯通孔通过过热蒸汽管管线并联后与所述蒸汽过热器5连通。
55.可选地，生物质炭制氢装置还包括负压装置，负压装置与气体收集管9相连以使得气体收集管9内的压力小于气体收集管9外的压力，例如气体收集管9内的压力小于原料炭通道内的压力。
56.下面结合附图1-2，描述根据本发明实施例的生物质炭制氢装置的工作过程。
57.原料炭从管式反应器2顶部加入，靠重力从上往下运动，水从蒸汽发生器7进入。
58.按图1所示，燃烧器3点火，对炉室加热升温，排出烟气加热蒸汽发生器7，使其内水变成汽水混合物，再经汽水分离器6将汽水分离，蒸汽进入蒸汽过热器5，蒸汽再吸热变成过热蒸汽，进入管式反应器的蒸汽喷嘴11中，在800～850℃的高温环境中，c被活化，与水(h2o，蒸汽状态)生成h2和co气体，完成制氢过程。将h2和co气体经气体收集管9引出，再经冷却、分离，留下就是纯净的h2，可供不同用户使用。
59.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
60.在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。
61.在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
62.在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特
征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。
63.在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
64.根据本发明实施例的用于生物质炭制氢装置的加热炉装置及生物质炭制氢装置的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
65.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
66.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种用于生物质炭制氢装置的加热炉装置，其特征在于，包括：加热炉本体，所述加热炉本体沿竖向布置且所述加热炉本体内限定加热炉室，所述加热炉本体设有第一贯通孔、第二贯通孔以及烟气出口，所述第一贯通孔在竖向方向上的高度高于所述第二贯通孔在竖向方向上的高度；燃烧器，所述燃烧器设于所述加热炉本体以用于对所述加热炉室进行加热；管式反应器，所述管式反应器包括：管体，所述管体沿所述第一贯通孔穿入所述加热炉室后，沿所述第二贯通孔穿出，所述管体包括位于所述管体上段的无孔段和位于所述管体下段的反应段，所述反应段设有多个适于与过热蒸汽管连通的第三贯通孔；气体收集管，所述气体收集管设于所述管体内且所述气体收集管的轴线与所述管体的轴线平行或重合，所述气体收集管的外壁与所述管体的内壁之间形成生物质炭通道，所述气体收集管上设有多个第四贯通孔且所述气体收集管至少部分位于所述反应段内，所述气体收集管的至少一端伸出所述管体；定位件，所述气体收集管通过所述定位件安装于所述管体内；其中，所述气体收集管内的压力小于所述气体收集管外的压力。2.根据权利要求1所述的用于生物质炭制氢装置的加热炉装置，其特征在于，所述加热炉本体内设有一个所述管式反应器，或者，所述加热炉本体内设有多个所述管式反应器。3.根据权利要求2所述的用于生物质炭制氢装置的加热炉装置，其特征在于，所述加热炉本体内设有两个或两个以上所述管式反应器，所述管式反应器沿水平方向间隔开设于所述加热炉本体内。4.根据权利要求1所述的用于生物质炭制氢装置的加热炉装置，其特征在于，所述第一贯通孔设于所述加热炉本体的顶壁且所述第二贯通孔设于所述加热炉本体的底壁，所述第一贯通孔与所述第二贯通孔相对布置。5.根据权利要求1所述的用于生物质炭制氢装置的加热炉装置，其特征在于，所述气体收集管的外径与所述管体的内径之比约为：1/3。6.根据权利要求1所述的用于生物质炭制氢装置的加热炉装置，其特征在于，所述无孔段与所述反应段紧密邻接，所述反应段约占所述管体长度的2/3。7.根据权利要求6所述的用于生物质炭制氢装置的加热炉装置，其特征在于，多个所述第三贯通孔沿所述反应段的轴向分为多组，每组包括多个，每组中的多个所述第三贯通孔沿所述反应段的周向间隔开均匀布置，多个所述第三贯通孔与多个蒸汽喷嘴一一对应连接，多个所述蒸汽喷嘴适于与过热蒸汽管连接。8.根据权利要求7所述的用于生物质炭制氢装置的加热炉装置，其特征在于，多个所述第四贯通孔沿所述管体的轴向分为多组，每组所述第四贯通孔与每组所述第三贯通孔在轴向上间隔分布，每组所述第四贯通孔沿所述管体的周向间隔开均匀布置。9.根据权利要求7所述的用于生物质炭制氢装置的加热炉装置，其特征在于，所述第四贯通孔的孔径小于所述第三贯通孔的孔径。10.根据权利要求1所述的用于生物质炭制氢装置的加热炉装置，其特征在于，所述定位件包括上定位片和下定位片，所述上定位片的两端分别与所述管体的外壁上侧以及所述加热炉本体的内壁上侧连接，所述下定位片的两端分别与所述管体的外壁下侧以及所述加
热炉本体的内壁下侧连接，所述气体收集管的下端穿出所述管体，所述气体收集管的上端连接临排阀。11.一种生物质炭制氢装置，其特征在于，包括：根据权利要求1-10中任一项所述的用于生物质炭制氢装置的加热炉装置；蒸汽发生装置，所述蒸汽发生器与所述烟气出口相连，所述蒸汽发生装置被构造成产生蒸汽；蒸汽过热器，所述蒸汽过热器与所述蒸汽发生器相连且所述蒸汽过热器与所述烟气出口相连。12.根据权利要求11所述的生物质炭制氢装置，其特征在于，所述蒸汽发生装置包括蒸汽发生器和汽水分离器，所述蒸汽发生器通过所述汽水分离器与所述蒸汽过热器相连。13.根据权利要求12所述的生物质炭制氢装置，其特征在于，还包括烟道，所述烟道限定出与所述烟气出口连通的烟气进口和烟气出口，所述蒸汽过热器、所述蒸汽发生器在所述烟道内与烟气同流向顺次布置，且所述汽水分离器设于所述烟道外。14.根据权利要求13所述的生物质炭制氢装置，其特征在于，还包括过热蒸汽管，所述过热蒸汽管的一端与所述蒸汽过热器连通且另一端通过管路与多个所述第三贯通孔连通。15.根据权利要求14所述的生物质炭制氢装置，其特征在于，所述过热蒸汽管的与所述多个第三贯通孔连通的部分形成沿所述反应段的轴向螺旋上升的螺旋状结构。16.根据权利要求11-15中任一项所述的生物质炭制氢装置，其特征在于，所述用于生物质炭制氢装置的加热炉装置为一个，所述加热炉装置的所述第三贯通孔通过过热蒸汽管与所述蒸汽过热器连通，或者，所述用于生物质炭制氢装置的加热炉装置为多个，多个所述加热炉装置的所述第三贯通孔通过过热蒸汽管管线并联后与所述蒸汽过热器连通。17.根据权利要求16所述的生物质炭制氢装置，其特征在于，还包括负压装置，所述负压装置与所述气体收集管相连以使得所述气体收集管内的压力小于所述气体收集管外的压力。

技术总结

本发明公开了一种用于生物质炭制氢装置的加热炉装置和生物质炭制氢装置，加热炉装置包括：加热炉本体、管式反应器、燃烧器，加热炉本体沿竖向布置且加热炉本体内限定加热炉室；管式反应器包括：管体，管体包括位于管体上段的无孔段和位于管体下段的反应段，反应段设有多个适于与过热蒸汽管连通的第三贯通孔；气体收集管，气体收集管设于管体内且气体收集管的轴线与管体的轴线平行或重合，气体收集管的外壁与管体的内壁之间形成生物质炭通道，气体收集管上设有多个第四贯通孔且气体收集管至少部分位于反应段内，气体收集管至少一端伸出管体；其中，气体收集管内的压力小于气体收集管外的压力。根据本发明的加热炉装置的结构简单、节能环保。节能环保。节能环保。