Lng-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣重整裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種LNG-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是指一種LNG-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣重整裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]節(jié)約能源，健康生活，和諧生態(tài)是現(xiàn)在必然的趨勢(shì)。其中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，就是減少車用、船用廢氣的排放。因此國(guó)家大力發(fā)展LNG-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0003]LNG-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，是在不改變?cè)裼蜋C(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，加裝可燃用液化天然氣的混燃系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠使用LNG(液化天然氣)作為燃料對(duì)外做功。以船用發(fā)動(dòng)機(jī)為例，相對(duì)于傳統(tǒng)的柴油機(jī)，采用LNG-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)后，柴油的平均替代率達(dá)到60%至70%，可實(shí)現(xiàn)硫氧化合物減排85%?90%，二氧化碳減排15%?20%，同時(shí)，噪聲污染與煙塵、廢油排放也大幅降低。
[0004]LNG-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)排出廢氣溫度一般達(dá)800K以上，廢氣中含有較多的CH4(約10vol% )，如果對(duì)部分廢氣進(jìn)行重整制氫，即可利用廢熱，又能將部分CH4R化成氫氣后提供給發(fā)動(dòng)機(jī).
[0005]碳?xì)浠衔镱愔卣茪涞姆椒ㄓ兴羝卣?、部分氧化重整法和自熱重整法。其中，CH4水蒸氣重整制氫的分步反應(yīng)如下:
[0006]CH4+H20 — CO+3H2 (ΔΗ0 = +206KJ/mol)
[0007]C0+H20 — C02+H2 (ΔΗ0= _41KJ/mol)
[0008]總反應(yīng)是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，可考慮回收廢氣中的廢熱作為熱量來(lái)源。
[0009]中國(guó)專利申請(qǐng)公開號(hào)CN103693618，“一種利用汽車尾氣余熱進(jìn)行自熱重整制氫的制氫反應(yīng)器”，公開了一種利用汽車尾氣余熱進(jìn)行自熱重整制氫的制氫反應(yīng)器，主要包括汽化單元、反應(yīng)單元和換熱單元。其中，汽化單元、換熱單元采用管式結(jié)構(gòu)，占用空間較大；反應(yīng)單元采用催化劑塊，反應(yīng)器與催化劑的接觸面積較小，催化效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種占用空間小、催化效果好的LNG-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣重整裝置。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的LNG-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣重整裝置包括外殼、中心隔板、兩個(gè)端蓋和兩塊螺旋板，其中:
[0012]所述兩個(gè)端蓋可拆卸地連接在所述外殼的兩端，所述端蓋與外殼之間設(shè)置有密封墊片，該密封墊片可同時(shí)密封螺旋板的端面；
[0013]所述兩個(gè)端蓋的中心各自設(shè)置有一個(gè)管口，分別為中心換熱管口和中心重整管P ；
[0014]所述兩塊螺旋板位于螺旋中心的一邊分別固定在中心隔板的兩側(cè)，同向環(huán)繞并形成兩個(gè)螺旋形通道，分別為換熱通道和重整通道，所述重整通道的一側(cè)或兩側(cè)螺旋板壁面上設(shè)置有催化劑層，催化劑層是由重整制氫催化劑(如Ni/Al203)和起輔助作用的物質(zhì)如載體氧化鋁、膠體等通過(guò)涂覆、浸泡等方式固定在壁面上形成的。
[0015]所述換熱通道在中心處形成的半圓柱形通道的一端封閉，另一端與所述中心換熱管口相連；
[0016]所述重整通道在中心處形成的半圓柱形通道的一端封閉，另一端與所述中心重整管口相連；
[0017]所述換熱通道在其最外側(cè)縮小形成的管狀接口上設(shè)置有外側(cè)換熱管口 ；
[0018]所述重整通道在其最外側(cè)縮小形成的管狀接口上設(shè)置有外側(cè)重整管口 ；
[0019]所述外側(cè)換熱管口和外側(cè)重整管口分別從外殼側(cè)面穿出。
[0020]工作原理:LNG_柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的含014廢氣分成兩個(gè)部分，其中一部分廢氣(稱為換熱氣)從中心換熱管口或外側(cè)換熱管口進(jìn)入換熱通道；另一部分廢氣與水蒸氣(必要時(shí)加入額外的CH4)形成的混合氣體(稱為重整氣)從外側(cè)重整管口或中心重整管口進(jìn)入重整通道，再分別從外側(cè)換熱管口或中心換熱管口、中心重整管口或外側(cè)重整管口中離開相應(yīng)的換熱通道與重整通道。在重整通道內(nèi)，014與H 20在催化劑的作用下發(fā)生前述水蒸氣重整制氫反應(yīng)。在換熱通道內(nèi)，高溫廢氣通過(guò)換熱將熱量補(bǔ)充到重整通道內(nèi)以維持反應(yīng)溫度。為提高換熱效率，換熱通道與重整通道內(nèi)的氣體是逆流的。
[0021 ] 優(yōu)選的，所述外側(cè)換熱管口軸向平行于換熱通道在外側(cè)換熱管口處的螺旋切線方向；所述外側(cè)重整管口軸向平行于重整通道在外側(cè)重整管口處的螺旋切線方向。
[0022]優(yōu)選的，所述中心隔板的兩邊分別設(shè)置有狹縫，所述兩塊螺旋板位于螺旋中心的一邊分別設(shè)置在對(duì)應(yīng)的狹縫內(nèi)并通過(guò)螺栓固定在中心隔板上。采用這種可拆結(jié)構(gòu)，便于將兩螺旋板拆分，以進(jìn)行維護(hù)或涂覆催化劑。
[0023]優(yōu)選的，由于廢氣溫度較高且具有一定的腐蝕性，所述中心隔板、螺旋板采用不銹鋼制作。
[0024]優(yōu)選的，所述密封墊片為紫銅墊片，其在高溫下具備較好的密封性能。
[0025]優(yōu)選的，螺旋板的螺旋圈數(shù)N由以下公式確定:
[0026]N = (V1/(2.H.W1) +V2/ (2.H.w2) -(I1) + V ((V1/ (2.H.W1) +V2/(2.H.w2) -Cl1) ~2) +2.4.Q.η.(2 ' H ' V1/ (0.023 '入廠(1 + 7.08Η、!/(Dm (H~ 2.W^v1)).(2.H.V1.W1.P ^ ( μ ! ' (H~2.W^v1))) ~0.8.(C1.μ 丄/^、”+石/入+之.H.ν2/ ( 0.0 2 3.λ2.(1 + 7.08.H.v J(Dm(H~2.w2+v2)).(2.H.v2.w2.P2Zin2' (H~2.w2+v2)))~0.8.(C2.μ 2/λ?))/0.H.1n ((Tft2) / (T2-1^)).(V1/ (Η.W1) +V2/ (Η ' w2) +2 δ )) / (V1/ (Η.W1) +V2/(H.w2) +2 δ )
[0027]其中，H為螺旋板寬度，He [0.3,0.9]m，優(yōu)選為H = 0.45m ;vP V2分別為換熱氣、重整氣流量，V1E [0.007，0.008]m3/s，v2e [0.0007，0.0008]m3/s ;wPw2分別為換熱氣、重整氣流速，wPW2可任意取值，優(yōu)選為W1= 0.75m/s，w2= 0.30m/s ； λ ^ λ 2分別為換熱氣、重整氣的氣體導(dǎo)熱系數(shù)，A1G [0.022，0.024] W/(m.K)，λ 2e [0.027，0.029] W/(m.K) ; P PP 2分別為換熱氣、重整氣的密度，P η P 2e [1.1，1.4]kg/m3; μ Ρ μ 2分別為換熱氣、重整氣的動(dòng)力粘度，μ O y2e [18，20] μ Pa ' s ； λ為鋼板導(dǎo)熱系數(shù)，根據(jù)實(shí)際使用的鋼板確定，一般取λ = 18.7ff/(m.K) 4、C2分別為換熱氣、重整氣的定壓比熱容，C1E [1200,1300]kj/(kg.K)，C2e [1700，1800]kj/(kg.K) ; δ 為螺旋板厚度，優(yōu)選值為 1.5mm J1 為板中心直徑，屯取值任意，假定(I1= 200mm ;D m為螺旋體平均直徑，取值任意，假定D m= 500mm ；t P七2分別為重整氣進(jìn)氣溫度與反應(yīng)溫度，he [390，410]K，t2 e [780，800]K ;T ”!^分別為換熱氣入口溫度與出口溫度，TpT2根據(jù)實(shí)際情況確定；Q為傳熱