一种蒸气发生器以及制氢方法与流程

本发明涉及化工技术领域，具体而言，涉及一种蒸气发生器以及制氢方法。

背景技术：

蒸气发生器是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸气的机械设备。在现有技术中，蒸气发生器以燃煤蒸气发生器为主，但由于煤炭燃烧会产生大量的废气且大量煤炭无法完全燃烧，因此燃煤加热方式具有污染环境，利用率低，经济效益低等缺点；为了减少对环境的污染，目前，电热蒸气发生器被大量采用，虽然电加热器不会产生废气，但是电加热器的耗电量巨大，因此电加热器具有耗能大，经济效益低等缺点。

综上所述，现有的蒸气发生器存在不够绿色环保，经济效益低的问题。

技术实现要素：

本发明解决的问题是现有的蒸气发生器存在不够绿色环保，经济效益低的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种蒸气发生器，包括：储液腔，设于蒸气发生器的一端；第一电加热装置，连接所述储液腔，用于加热所述储液腔内的液体介质；催化燃烧加热装置组，设于所述蒸气发生器的另一端；至少一个蒸气管，每一个所述蒸气管的一端连接所述储液腔；其中，所述蒸气管穿过所述催化燃烧加热装置组，所述催化加热装置组可以对所述蒸气管进行加热。

通过所述第一电加热装置和所述催化燃烧加热装置组加热所述储液腔内的液体介质和所述蒸气管，得到蒸气并沿所述蒸气管输出至所述蒸气发生器连通的外部管道。

进一步的，所述催化燃烧加热组至少包括：尾气入口腔；燃烧催化腔；蓄热加热腔；蒸气过热腔；其中，所述尾气入口腔、所述燃烧催化腔、所述蓄热加热腔和所述蒸气过热腔依次叠放设置，两两之间通过多孔板分隔。

本实施例中，所述尾气入口腔、所述燃烧催化腔、所述蓄热加热腔和所述蒸气过热腔可充分利用尾气中的余能和热废气中的余热对所述蒸气管内的介质进行加热，提高了能源的利用率。

进一步的，所述尾气入口腔还包括：尾气入口，所述尾气入口设于所述蒸气发生器壳体外侧；其中，所述尾气入口腔设于所述催化燃烧腔下部。

本实施例中，所述尾气入口用于通入尾气，且将其设置在催化燃烧腔的下部，尾气可以在所述尾气入口腔中混合均匀后再进入所述催化燃烧腔，提高其温度均匀性。

进一步的，所述燃烧催化腔还包括：废气入口，设于所述蒸气发生器壳体外侧；燃烧催化剂，设于所述蒸气发生器和所述蒸气管之间；其中，所述燃烧催化腔设于所述尾气入口腔上部。

本实施例中，所述废气入口用于通入热废气,所述燃烧催化剂用于催化燃烧所述尾气来产生热量。一方面，热废气的热量能够被吸收，提高能源利用率；另一方面，热废气可以对燃烧催化剂进行适当加热，使其温度达到和尾气反应燃烧的最佳温度，提高其反应效率。

进一步的，所述蓄热加热腔还包括：蓄热球，设于所述蒸气发生器和所述蒸气管之间；翅片，设于每一个所述蒸气管外侧；或者在所述蓄热加热腔内设置蓄热块，所述蓄热块上设置有与所述蒸气管配合的通孔，用于插入所述蒸气管；其中，所述蓄热加热腔设于所述燃烧催化腔上部。

本实施例中，所述蓄热球或所述蓄热块可以降低所述热废气热损失，提高热废气内热能的利用率,所述翅片可增大所述蒸气管的换热面积，提高换热效率。蓄热球或蓄热块能保存热废气的部分热量，从而将热废气的热量充分吸收，并存储在蓄热球或蓄热块中，防止热量被热废气带走而造成热量浪费，进而蓄热球或蓄热块在热废气流走以后，不断将热量释放给蒸气管，并不断加热其内的蒸气，提高其温度。通过设置蓄热球或蓄热块，使得热废气的热量被大量保存下来，并完成了热传递，提高了热量利用率。

进一步的，所述蒸气过热腔还包括：废气出口，设于所述蒸气发生器壳体外侧；其中，所述蒸气过热腔采用电加热和/或催化燃烧加热和/或热废气加热的方式进行过热，且所述蒸气过热腔设于所述蓄热加热腔上部。

本实施例中，所述蒸气过热腔通过所述和/或所述催化燃烧加热和/或所述热废气加热的方式，将所述蒸气加热成具有一定温度的过热蒸气，有利于提高经济效益。

进一步的，所述蒸气发生器还包括第二电加热装置，所述第二电加热装置连接所述催化燃烧加热装置组，且所述蒸气管套设于所述第二电加热装置上。

本实施例中，所述第二电加热装置可将所述蒸气过热，蒸气过热后可以到达最佳制氢催化反应温度，提高制氢效率。

进一步的，所述第一电加热装置和所述第二电加热装置均包括多个间距设置的电加热器，其中每个所述电加热器包括：电加热底座；电加热管，连接设于所述电加热底座靠近所述蒸气管的一侧。

本实施例中，所述电加热管设于所述蒸气管内。

另一方面，本发明实施例提供的一种制氢方法，包括所述蒸气发生器，所述蒸气发生器的加热实时调整方法包括：步骤s1，启机时，先启动所述第一电加热装置，和/或开启所述废气入口，加热所述储液腔和所述蒸气管内的液体介质以产生蒸气；步骤s2，启动所述第二电加热装置，对所述蒸气进行过热处理；步骤s3，检测所述蒸气的温度，当蒸气温度达到设定的上限阈值t0时，则关闭电加热器和/或减少所述废气入口和所述尾气入口处的进气量；步骤s4，开启所述尾气入口，将尾气引入所述燃烧催化腔，与所述燃烧催化剂反应并加热所述蒸气管内的介质；步骤s5，检测所述蒸气的温度，当所述蒸气温度低于设定的下限阈值t1时，提高所述蒸气温度。

本实施例中，通过多种加热方式相配合，有效提高加热效率，减少了所述热废气排放和能源消耗，实现了节能减排、绿色环保的技术目的。

进一步的，所述步骤s5具体包括：当所述蒸气温度低于设定的下限阈值t1时，开启所述第一电加热装置和/或第二电加热装置和/或增加所述废气入口和所述尾气入口处的进气量，提高所述蒸气温度。

本实施例中，由于所述蒸气温度的不可控性，因此当所述蒸气温度过低时可采用多种加热方式进行加热。

采用本发明的技术方案后，能够达到如下技术效果：

(1)通过所述第一电加热装置和所述催化燃烧加热装置组混合加热所述所述储液腔内的液体介质和所述蒸气管内介质，提高了加热效率并节约了能源。

(2)通过充分利用所述尾气中的余能和所述热废气中的余热对所述蒸气管内的所述介质进行加热，提高了能源的利用率并减少了所述热废气的排放。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的蒸气发生器100的结构示意图；

图2为图1中蒸气发生器100的剖视图；

图3为电加热器的结构示意图；

图4为本发明第二实施例提供的蒸气发生器的加热实时调整方法的流程示意图；

附图标记说明：

1为储液腔；2为第一电加热装置；3为催化燃烧加热装置组；4为蒸气管；5为第二电加热装置；6为蒸气容纳腔；31为尾气入口腔；32为燃烧催化腔；33为蓄热加热腔；34为蒸气过热腔；70为电加热管；80为电加热底座；100为加热装置；311尾气入口；321为废气入口；322为控制阀；323为温度检测装置；331为翅片；332为加料接头；341为废气出口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

【第一实施例】

参见图1与图2，其为本发明第一实施例提供的蒸气发生器100的结构示意图，所述蒸气发生器100例如包括：储液腔1、第一电加热装置2、催化燃烧加热装置组3以及至少一个蒸气管4。其中，蒸气管4穿过催化燃烧加热装置组3，并连接储液腔1，；第一电加热装置2连接储液腔1；催化燃烧加热装置组3与储液腔1叠放设置。

具体的，催化燃烧加热装置组3例如包括：尾气入口腔31，尾气入口腔31设置在催化燃烧加热装置组3下部，并连接储液腔1，尾气入口腔31设有尾气入口311，尾气从尾气入口311输入所述蒸气发生器并均匀分布在尾气入口腔31内。

优选的，尾气入口311包括空气进气管，尾气进气管以及甲醇进气管，空气和尾气分别通过所述空气进气管和所述尾气进气管预热后进入尾气入口311，且为了提高催化燃烧加热的效率和放热量，将部分甲醇通过所述甲醇进气管过热汽化后通入尾气入口311，与所述空气和所述尾气混合得到混合气体。

进一步的，在催化燃烧加热装置组3内设置燃烧催化腔32，燃烧催化腔32连接尾气入口腔31，燃烧催化腔32设有废气入口321和燃烧催化剂；其中，尾气入口腔31和燃烧催化腔32之间设有多孔板，从而可以使尾气入口腔31内的所述混合气体均匀进入燃烧催化腔32与所述燃烧催化剂发生催化燃烧放热反应，防止所述混合气体仅与一部分所述燃烧催化剂反应，有效提高了所述催化燃烧剂的使用效率和反应放热效率。

优选的，废气入口321设有控制阀322，控制阀322设于废气入口321内，控制废气入口处热废气流量。所述控制阀可以为电动控制阀，也可以是其他可以实现控制所述热废气流量功能的装置，此处不做限定。

优选的，尾气入口腔31和燃烧催化腔32可以设置为一个腔体，尾气入口311、废气入口321以及所述燃烧催化剂均设于所述腔体，简化了所述催化燃烧加热装置3的结构。

进一步的，在催化燃烧加热装置组3内设置蓄热加热腔33，蓄热加热腔33连接燃烧催化腔32，燃烧催化腔32和蓄热加热腔33之间设有多孔板，蓄热加热腔33内设有蓄热块，所述蓄热块上设置有与蒸气管配合的通孔，用于插入蒸气管4，当所述热废气通过所述燃烧催化腔32和蓄热加热腔33之间的多孔板至蓄热加热腔33内时，所述蓄热块保存所述热废气中的热量进行加热，避免所述热废气流通速度快，热量来不及吸收就流走，采用所述蓄热块后，能够对热量进行充分吸收，使所述热废气热量被存留在所述蓄热块中，之后通过所述蓄热块再将热量均匀的传递给每个蒸气管4内的待加热介质，实现对所述高温废气的再利用及热量传递的均匀性。优选的，蓄热加热腔33内还可以设有蓄热球、翅片331以及加料接头332，可通过加料接头332更换蓄热加热腔33内的所述蓄热球；其中，所述蓄热球和翅片331互相配合，当所述热废气通过所述燃烧催化腔32和蓄热加热腔33之间的多孔板至蓄热加热腔33内时，所述蓄热球可延长所述热废气在蓄热加热腔33内的存留时间，且采用所述蓄热球后，能够对所述热废气的热量进行充分吸收，使所述热废气的热量被存留在所述蓄热球中，之后通过所述蓄热球再将热量均匀的传递至每个蒸气管4外侧的翅片331，再通过每个蒸气管4外侧的翅片331将热量均匀传递给每个蒸气管4内的待加热介质，实现对所述高温废气的再利用及热量传递的均匀性

进一步的，在催化燃烧加热装置组3内设置蒸气过热腔34，蒸气过热腔34连接蓄热加热腔33，蓄热加热腔33和蒸气过热腔34之间设有多孔板，蒸气过热腔34设有废气出口341；其中，蒸气过热腔34采用电加热和/或催化燃烧加热和/或热废气加热的方式进行过热；优选的，废气出口341和加料接头332可配合设置为一体化结构，用于提高所述蒸气发生器的密封性。

优选的，尾气入口腔31或燃烧催化腔32或蓄热加热腔33或蒸气过热腔34均可根据实际需求设置一个或多个，并叠放设置。

优选的，所述催化燃烧加热装置组3还包括真空保温壳体和隔热层，所述真空保温壳体和所述隔热层互相配合，用于提高所述催化燃烧加热装置组3的加热效率。

继续参见图2，储液腔1设置在所述蒸气发生器的一端，储液腔1包括第一法兰盘和第二法兰盘，所述第一法兰盘和所述第二法兰盘连接后形成储液腔1，所述第一法兰盘设有补液口，所述第二法兰盘靠近所述第一法兰盘的一侧设有凹槽。通过在所述第一法兰盘和/或所述第二法兰盘中间设置凹陷形成凹腔，可以在整个设备中不增加新的结构而形成储液腔1，一方面，节约了成本；另一方面，法兰盘凹陷形成的凹腔体积较小，能够使得溶液直接进入凹腔后即可进行循环加热，使得整个设备容积进一步缩小，不构成压力容器，从而减少检查次数。

优选的，所述蒸气发生器100还包括蒸气容纳腔6，蒸气容纳腔6设于所述蒸气发生器的另一端，蒸气容纳腔6设有蒸气输出口，所述蒸气输出口用于将蒸气容纳腔6内的蒸气输出，并在所述蒸气输出口出设有温度检测装置322，用于检测所述蒸气温度。

举例来说，催化燃烧加热装置组3连接设于储液腔1和蒸气容纳腔6之间，蒸气管4的一端连接储液腔1，另一端连接蒸气容纳腔6，蒸气管4穿过催化燃烧加热装置组3，且蒸气管4连通储液腔1和蒸气容纳腔6。

优选的，所述蒸气发生器100还包括液位检测装置，所述液位检测装置连接设于所述蒸气发生器外侧，连通储液腔1和蒸气容纳腔6，用于检测所述蒸气发生器内部水位高低。

优选的，所述蒸气发生器100还包括压力检测装置，所述压力检测装置连接设于所述蒸气发生器外侧，用于检测所述蒸气发生器内压力，防止所述蒸气发生器因压力过大而发生爆炸等生产事故。

继续参见图2，所述蒸气发生器100还包括第一电加热装置2和第二电加热装置5，第一电加热装置2和第二电加热装置5结构相同，均包括多个间距设置的电加热器，参见图3，所述电加热器包括电加热管70和电加热底座80，电加热管70连接设于电加热底座80上；优选的，电加热管70为u型发热元件，也可以为其他可实现发热功能的结构，此处不做限定。

进一步的，第一电加热装置2连接储液腔1，每一个所述第一电加热装置2的电加热器穿过储液腔1，并插入蒸气管4靠近储液腔1的一端；第二电加热装置5设置于蒸气容纳腔6与蒸气过热腔34内，每一个所述第二电加热装置5的电加热器穿过蒸气容纳腔6，并插入蒸气管4内。

优选的，所述蒸气发生器100还可以通过使用长度可以贯穿储液腔1、催化燃烧加热装置组3以及蒸气容纳腔6的电加热管70，实现仅设置第一电加热装置2或仅设置第二电加热装置5就可以对所述蒸气发生器整体进行电加热。

【第二实施例】

参见图4，其为本发明第二实施例提供的一种制氢方法，包括实施例一所述蒸气发生器，所述蒸气发生器的加热实时调整方法例如包括：

步骤s1，启机时，先启动所述第一电加热装置，和/或开启所述废气入口，加热所述储液腔和所述蒸气管内的液体介质以产生蒸气；

步骤s2，启动所述第二电加热装置，和/或开启所述废气入口，对所述蒸气进行过热处理；

步骤s3，检测所述蒸气的温度，当蒸气温度达到设定的上限阈值t0时，则关闭电加热器和/或减少所述废气入口的进气量；

步骤s4，开启所述尾气入口，将尾气引入所述燃烧催化腔，在燃烧催化剂作用下反应并加热所述蒸气管内的介质；

步骤s5，检测所述蒸气的温度，当所述蒸气温度低于设定的下限阈值t1时，提高所述蒸气温度。

结合图1至图3对所述蒸气发生器的加热实时调整方法的过程进行详细说明，具体为：

首先，通过所述补液口向储液腔1内通入所述液体介质，所述液体介质部分位于蒸气管4内，且所述液体介质应小于30l；优选的，通过所述液位检测装置对所述蒸气发生器内的液位进行检测，当水位过低时，通过补液口将所述液体介质输送至所述储液腔1内。

接着启动所述第一电加热装置2并开启废气入口321，对储液腔1和蒸气管4内的所述液体介质进行加热以得到所述蒸气，其中，废气入口321处的所述热废气流量大小由控制阀322控制，所述热废气为工厂内所有高温废弃排放气体的集合体；优选的，通过所述压力检测装置，对所述蒸气发生器内压力进行检测，防止所述蒸气发生器因压力过大而发生爆炸等生产事故，并通过调整所述热废气流量来调控所述蒸气发生器内压力。

然后，通过温度检测装置323检测蒸气容纳腔6内的蒸气温度，若所述蒸气温度低于预设蒸气输出温度，则启动第二电加热装置5，并维持废气入口321为开启状态，将所述蒸气进一步加热，得到过热蒸气；当所述蒸气温度达到预设蒸气输出温度时，则关闭第二电加热装置5。优选的，所述过热方式还可以采用热废气加热方式和/或催化燃烧加热方式对所述蒸气进行过热处理。

接着，检测所述蒸气发生器内的所述蒸气温度，当所述蒸气温度达到所述上限阈值t0时，关闭第一电加热装置2并通过尾气入口311向所述蒸气发生器内通入所述尾气，在所述燃烧催化剂作用下发生催化燃烧放热反应，加热蒸气管4内的所述介质并产生废气，得到的所述废气与从所述废气入口321通入的所述热废气混合，进入蓄热加热腔33，通过所述蓄热球以及翅片331或通过所述蓄热块向蒸气管4传递热量。

最后，持续检测所述蒸气发生器内的所述蒸气温度，当所述蒸气温度低于设定的所述下限阈值t1时，开启第一电加热装置2加热，或者通过增加所述热废气和所述尾气的进气量，提高所述蒸气温度。

当然，可以根据所述蒸气实时温度及实时压力，增加或减少所述热废气和所述尾气的进气量，也可以选择开启或关闭所述第一电加热装置2，实现对所述蒸气温度的实时调控。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。