管家婆精选心水资料站

  • 东营市宝泽能源科技有限公司2018年中秋联欢会报道    • 主要产品包括改性瓜胶、聚季胺粘土稳定剂、原油降粘降凝剂、破乳助排剂    

管家婆精选心水资料站


——  水氢能源锅炉  ——


产品介绍

专利技术,国内一流:
水蒸汽裂解氢燃烧方法是一项具有重要意义的高效清洁能源技术,其主要燃烧燃料是生物质燃料甲醇,借助蒸汽雾化技术及氢气助燃技术,使得液体燃料的燃烧有非常高的效率。利用这项技术来加热工业锅炉中的水表明,相对于煤燃烧加热,这一新的技术具有加热快、燃料使用量少等特点;且所用燃料的总体成本相对于使用煤炭有所下降。最重要的是由于本技术使用的燃料是清洁燃料,因此基本没有PM2.5 及其它粉尘的排放,大大改善了周围和城市的环境,是一项值得在工业锅炉、船舶及舰艇等方面大规模推广的工业化高效清洁燃烧技术。该技术由重庆市永川区陈怀超发明(专利号:201210364826.7)
燃烧效率高:
水蒸汽裂解氢燃烧方法的原理是,通过使用含氢气的水蒸汽来雾化液体甲醇燃料,并用水蒸汽中的氢气促进甲醇的燃烧。由于雾化甲醇的比表面积大、与空气中的氧气接触充分、因此,短时间内燃烧完全。同时,水蒸汽中的氢气燃烧进一步加热和汽化了甲醇,使甲醇的燃烧更彻底,燃烧温度更高。因此。相对于燃煤锅炉,水蒸汽裂解氢燃烧锅炉具有更高的热效率。
污染物排放低:
由于水蒸汽裂解氢燃烧方法使用的主要燃料为甲醇和氢气,因此,燃烧后废气中的粉尘、二氧化硫及氮氧化物的浓度比燃煤锅炉、燃油锅炉及燃气锅炉的低很多。这一技术的推广和应用将极大地改善城市的环境、减少雾霾天气的出现。
技术推广利用空间大、改造费用低:
水蒸汽裂解氢燃烧方法的装置可在原有燃煤锅炉的基础上作简单的改装可完成,同时,改装的成本也不高,因此,这一方法的推广将没有大的困难非常容易推广。这一新的清洁燃烧技术可广泛应用于我国中小型蒸汽锅炉,同时也可用于大型船舶和舰艇等。由于目前我国甲醇行业的产能过剩,因此,这一新的燃烧技术也为我国甲醇工业的发展提供了机遇和出路,是一项利国利民的好技术。将来即使化石能源耗尽,但甲醇可通过可再生的生物质材料制取,因此,这一新的清洁燃烧技术在未来也不存在燃料枯竭的问题。
锅炉系统介绍:
由于本技术的应用主要是相对于燃煤锅炉有比较优势,因此,我们首先来分析一下燃煤锅炉的燃烧过程。虽然国内有些工业锅炉采用先进的层燃工业锅炉技术及煤粉和流化床工业锅炉技术能部分提高锅炉的热效率,但在一些中小城市,大部分锅炉为了节省成本还是采用一般的煤燃烧技术。由于煤炭是固体,因此,煤炭是放置在炉膛的底部进行燃烧,这样其燃烧反应只发生在煤炭的上部表面部分,燃烧反应的面积有限。由于煤炭的主要成分是碳,因此,燃烧的主要反应方程式是
C + O2燃烧 CO2 ↑
当空气与煤炭燃烧时会消耗空气中的氧气,因此,只有空气有足够的流动才能补充足够的氧气来维持煤炭的燃烧。然而只有底部的流动空气中的氧气参与燃烧,因此,流动空气中氧气的利用率低,需要快速的空气流动才能维持煤的燃烧。我们知道流动的空气会带走很大一部分煤燃烧产生的热量,由于煤燃烧需要快速的空气流动,因此,空气废气带走的热量很高,影响和降低了燃煤锅炉的热效率。
另一方面,煤炭的颗粒尺寸大部分处在毫米级别以上,因此,比表面积较小,进一步降低了煤炭燃烧反应面积,导致煤完全燃烧需要的时间长。由于煤完全燃烧需要的时间长,因此,散热的时间也长,由此导致煤燃烧的热量经周围墙壁散热损耗的量也大,降低了煤燃烧的热效率。最后,煤颗粒燃烧的不完全性不仅影响煤炭和降低煤燃烧的有效热效率,而且形成粉尘随排出的废气散发到大气中造成大气污染,是形成雾霾天气的原因之一。
陈怀超发明的水蒸汽裂解氢燃烧方法相对于以上煤燃烧加热锅炉方法有明显的优势,水蒸汽裂解氢燃烧方法的主要燃料为甲醇混合燃料,其主要成分是液态甲醇,如果使用普通的喷嘴将液态甲醇喷出雾化燃烧,会有与煤燃烧一样的问题,即燃烧不完全。这是因为普通喷嘴喷出雾化的液体其液滴尺寸仍然很大,由于这些液滴与周围空气中的氧气接触有限,因此,在短时间内完全燃烧存在困难。陈怀超使用的技术与普通喷嘴雾化技术不同,他的方法是用含氢气的水蒸汽来雾化液体甲醇燃料,并用水蒸汽中的氢气促进甲醇的燃烧。我们知道,甲醇有较低的沸点64.5°C,因此,使用160°C 高温的水蒸汽很容易将液态甲醇汽化成气态。由于气态物质的比表面积远远大于液态雾化液滴的比表面积,因此,甲醇蒸汽与空气中的氧气接触充分、短时间内燃烧完全。另一方面,水蒸汽中的氢气燃烧可能进一步加热和汽化甲醇,使甲醇的燃烧更完全,燃烧温度更高。
2CH3OH + 3O2燃烧→ 2CO2 + 4H2O ↑
2H2 + O2燃烧→ 2H2O ↑
同时,水蒸汽中的氢气和甲醇蒸汽的燃烧可能存在协同效应,使甲醇的完全燃烧时间更短,热效率更高。陈怀超的实验表明,如果没有氢气的存在甲醇的燃烧仍能不完全,产生的热量不足于在短时间内加热锅炉,因此,氢气的存在是甲醇雾化和完全燃烧的关键因素。我个人认为氢气在促进甲醇快速完全燃烧过程中的作用目前还不十分清楚,还需要专业的实验室作细致定量的研究才能解析其中的机理和奥秘。
另一方面,陈怀超发明的方法其燃烧的火焰位置容易调整,使其更接近锅炉的底部,使燃烧产生的热容易传递给锅炉中的水,提高了热效率。而燃煤锅炉由于煤处于炉的底部及需要通风空间,因此,燃烧的火焰与锅炉的底部有一定的距离,燃烧产生的热不容易传递给锅炉中的水,热效率低。
总结起来,陈怀超发明的水蒸汽裂解氢燃烧方法相对于以上煤燃烧加热锅炉方法有以下优点:
(1) 陈怀超使用的技术其燃料的燃烧完全,而煤炭的燃烧不完全。
(2) 陈怀超使用的技术加热的速度快,而煤炭的燃烧加热的速度慢,因此,陈怀超的技术经周围墙壁散热的时间短,散热量少,提高了热效率。
(3) 陈怀超使用的技术可充分利用空气中的氧气,其空气流动的速度慢,因此,抽风机的功率小,节省能源;同时,由废气带走的热量也少,提高了整体热效率。而煤炭的燃烧空气流动的速度快,因此,抽风机的功率大,浪费能源;同时,由废气带走的热量多,降低了整体热效率。
(4) 陈怀超使用的技术其燃烧火焰的位置容易调整,使其更接近锅炉的底部,提高了热效率。而燃煤锅炉由于煤处于炉的底部及需要通风空间,火焰与锅炉的底部有一定的距离,热效率低。
(5) 陈怀超使用的技术其燃料的燃烧基本没有粉尘和SiO2 排放,而煤炭的燃烧粉尘和SiO2 排放严重。
(6) 陈怀超使用的技术燃料的燃烧可立刻终止,节省能源,而煤炭的燃烧要终止需要剩余的煤烧完,浪费能源。
综合以上分析可知,陈怀超使用的技术用于加热锅炉其热效率及节能方面明显优于煤炭燃烧方法。
装置原理:
由于陈怀超发展的水蒸汽裂解氢燃烧技术其目标是取代现在的燃煤锅炉技术。燃煤锅炉结构简单,其主要结构有炉膛、盛水容器、蒸汽外输系统、排废气用抽风机和管道等。使用陈怀超发明的水蒸汽裂解氢燃烧技术,其锅炉的结构与燃煤锅炉结构完全相同,如图6 所示,只需要外加水蒸汽自循环系统、催化热解装置、燃料供应系统、热蒸汽雾化甲醇喷头等。因此,水蒸汽裂解氢燃烧锅炉装置可以在不改变燃煤锅炉基本结构的基础上通过简单的改装即外供蒸汽锅炉,这非常有利于这一高效清洁燃烧技术的规模化推广。
水蒸汽裂解氢燃烧锅炉装置在燃煤锅炉基础上增加的部分没有贵重的部件和复杂的装置,因此,改造成本不高。因此,从经济的角度考虑,大规模推广水蒸汽裂解氢燃烧锅炉技术不存在困难。
 水氢锅炉系统图

 

总体热过程及热效率分析:
从上面的分析可知水蒸汽裂解氢燃烧锅炉相对于一般的燃煤蒸汽锅炉有比较高的热效率,即燃料燃烧产生的热被锅炉中的水吸收的比例高。
燃料燃烧产生的热(ΔQ 总)一部分被锅炉中的水吸收(ΔQ 水吸收),使锅炉中的水温度升高,另一部分通过废气和周围的墙壁等散发掉了,这部分热属于浪费掉的热量。蒸汽锅炉的热效率可定义为:
锅炉中水吸收的热值在燃烧产生的总热量中的比重。
因此,锅炉中的水吸收的热量比例越高,锅炉的热效率越高。
管家婆精选心水资料站 下表为容量为4 吨/小时的蒸汽锅炉用煤燃烧和用水蒸汽裂解氢燃烧加热实验数据对比的实验数据。

  锅炉水量 水初温 水终温 燃料量 外来蒸汽量
煤燃烧 3 吨 24°C 100°C 煤200千克 0
水蒸汽裂解氢燃烧 3 吨 24°C 100°C 甲醇54 千克 40 千克
*实验数据经重庆市永川区经济和信息化委员会现场见证,煤燃烧实验数据由陈怀超直接提供。
为了计算煤燃烧和水蒸汽裂解氢燃烧锅炉的热效率,我们首先讨论煤和甲醇的热值:
(1) 煤的热值约为:U 煤= 5000 kcal/kg ≈ 21 MJ/kg
(2) 甲醇的热值约为:U 甲醇 = 4500 kcal ≈ 19 MJ/kg
(3) 水的比热容为:C = 4.2 kJ/kg•°C
(4) 氢气的热值:U 氢 = 142 MJ/kg
1、表中加热3 吨水所需要的热量为:
ΔQ 水吸收 = mC(T2 – T1)
= 3000 × 4.2 × 10-3 × (100 – 24)
= 960 MJ
2、表中煤燃烧产生的总热值:
ΔQ 煤总 = 200 × 21
             = 4200 MJ
3、甲醇和氢气的总热值:
1 kg 水分解最多只能产生0.11 kg 氢气,假定40千克蒸汽有1千克水蒸汽参与分解,那么产生的氢气量为:
m氢 =1 × 0.11
       = 0.11 kg
因此,水蒸汽裂解氢燃烧过程中甲醇和氢气的总热值为:
ΔQ 甲醇+氢 = 54 × 19 + 0.11 × 142
                   ≈ 1042 MJ
可计算燃煤锅炉和水蒸汽裂解氢燃烧锅炉的热效率,结果列于表2。
下表为容量为4 吨/小时的蒸汽锅炉用煤燃烧和水蒸汽裂解氢燃烧的热效率
燃料类型 热效率(η)
燃煤锅炉 23%
水蒸汽裂解氢燃烧锅炉 92%

CONGSHANGBIAODESHUJUKEYIKANDAO,SHUIZHENGQILIEJIEQINGRANSHAOGUOLUDEREXIAOLVDADAO92%,YUANGAOYURANMEIGUOLUDEREXIAOLV。BIAOZHONGRANMEIGUOLUDEREXIAOLVWEI23%,ZHEIYISHUJUYUPUTONGYIBANRANMEIGUOLUDEREXIAOLV~50%DESHUJUXIANGBIYOUXIEDI,YINCI,RANMEIGUOLUDEREXIAOLVBIJIAOCEDINGSHIYANHAIXUYAOJINYIBUDESHIYANJIAYUZHENGSHIHEQUEREN。

燃料类型 废气抽风机的功率
燃煤锅炉 20kW
水蒸汽裂解氢燃烧锅炉 5kW

上表中给出了容量为4 吨/小时的蒸汽锅炉用煤燃烧和水蒸汽裂解氢燃烧时废气抽风机的功率。由于水蒸汽裂解氢燃烧方法的燃料为蒸汽雾化的甲醇,因此,燃料与空气中的氧气能够充分接触,其需要空气流动的速度慢,因此,抽风机的功率小。而煤炭的燃烧要求空气流动的速度快,因此,抽风机的功率大。表3表明,如果工业用电的价格为毎度0.8 元,一台容量为4 吨/小时的蒸汽锅炉使用陈怀超的技术其废气抽风机的电费相对于燃煤可节省12 元,一天可节省近300元,如满负荷工作一年可节省约10 万元。因此,陈怀超的水蒸汽裂解氢燃烧锅炉技术相对于燃煤锅炉技术在节能和提高锅炉的热效率方面都成效显著。
本项目技术的环境影响分析:
前面的分析表明,陈怀超发明的水蒸汽裂解氢燃烧方法其主要燃料是工业甲醇及由水蒸汽裂解产生的氢气,因此,燃烧的产物主要为二氧化碳和水没有粉尘污染物的排放。为了证明水蒸汽裂解氢燃烧方法是一项清洁的燃烧方法,陈怀超委托中国原子能科学研究院对所使用的水蒸汽裂解催化剂样品作了放射性性能测试(见附件),并委托重庆市永川区环境监测站对水蒸汽裂解氢燃烧方法加热锅炉产生的废气进行了粉尘、二氧化硫及氮氧化物的监测,相关数据列于下表。
管家婆精选心水资料站 水蒸汽裂解催化剂300g 样品放在探测器表面测量25 小时的伽马放射性检查数据

伽马射线能量keV 放射性计数/1000 秒
238.6 11
295.3 4
352.1 6
583.5 2
609.6 6

SHUIZHENGQILIEJIEQINGRANSHAOFANGFAJIAREGUOLUCHANSHENGDEFEIQIJIANCESHUJU

锅炉类别 烟(粉)尘(mg/m3) 二氧化硫(mg/m3) 氮氧化物(mg/m3)
水蒸汽裂解氢燃烧锅炉 9.4(实测) 3.5(实测) 8.44(实测)
燃煤锅炉(一类区) 80 900 /
燃油锅炉(一类区) 80 500 400
燃气锅炉 50 100 400
从上表可以看出陈怀超使用的水蒸汽裂解催化剂样品的放射性为微量天然铀的放射性,与土壤样品的天然放射性基本一致,没有发现人工放射性或者放射性污染,因此,不存在放射性污染环境问题。表5 同时还列出了一类地区燃煤锅炉、燃油锅炉和燃气锅炉的粉尘、二氧化硫及氮氧化物的最高排放浓度。图8是根据表5 的数据绘制的四种锅炉产生的污染物对比图。从上表可以看出,水蒸汽裂解氢燃烧方法加热锅炉产生的废气中以上三种污染物的浓度远远低于燃煤锅炉、燃油锅炉和燃气锅炉污染物的排放浓度。因此,陈怀超发明的水蒸汽裂解氢燃烧方法用于加热锅炉对于减少粉尘、二氧化硫及氮氧化物等污染物的排放具有重要的作用。如果这一技术能够推广,将对我国城市环境的改善发挥作用。