Lng-柴油双燃料发动机废气重整装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种LNG-柴油双燃料发动机，特别是指一种LNG-柴油双燃料发动机的废气重整装置。
【背景技术】
[0002]节约能源，健康生活，和谐生态是现在必然的趋势。其中的一项重要内容，就是减少车用、船用废气的排放。因此国家大力发展LNG-柴油双燃料发动机。
[0003]LNG-柴油双燃料发动机，是在不改变原柴油机结构的基础上，加装可燃用液化天然气的混燃系统，使发动机能够使用LNG(液化天然气)作为燃料对外做功。以船用发动机为例，相对于传统的柴油机，采用LNG-柴油双燃料发动机后，柴油的平均替代率达到60%至70%，可实现硫氧化合物减排85%?90%，二氧化碳减排15%?20%，同时，噪声污染与烟尘、废油排放也大幅降低。
[0004]LNG-柴油双燃料发动机排出废气温度一般达800K以上，废气中含有较多的CH4(约10vol% )，如果对部分废气进行重整制氢，即可利用废热，又能将部分CH4R化成氢气后提供给发动机.
[0005]碳氢化合物类重整制氢的方法有水蒸汽重整法、部分氧化重整法和自热重整法。其中，CH4水蒸气重整制氢的分步反应如下:
[0006]CH4+H20 — CO+3H2 (ΔΗ0 = +206KJ/mol)
[0007]C0+H20 — C02+H2 (ΔΗ0= _41KJ/mol)
[0008]总反应是强吸热反应，可考虑回收废气中的废热作为热量来源。
[0009]中国专利申请公开号CN103693618，“一种利用汽车尾气余热进行自热重整制氢的制氢反应器”，公开了一种利用汽车尾气余热进行自热重整制氢的制氢反应器，主要包括汽化单元、反应单元和换热单元。其中，汽化单元、换热单元采用管式结构，占用空间较大；反应单元采用催化剂块，反应器与催化剂的接触面积较小，催化效率较低。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种占用空间小、催化效果好的LNG-柴油双燃料发动机废气重整装置。
[0011]为实现上述目的，本发明所设计的LNG-柴油双燃料发动机废气重整装置包括外壳、中心隔板、两个端盖和两块螺旋板，其中:
[0012]所述两个端盖可拆卸地连接在所述外壳的两端，所述端盖与外壳之间设置有密封垫片，该密封垫片可同时密封螺旋板的端面；
[0013]所述两个端盖的中心各自设置有一个管口，分别为中心换热管口和中心重整管P ；
[0014]所述两块螺旋板位于螺旋中心的一边分别固定在中心隔板的两侧，同向环绕并形成两个螺旋形通道，分别为换热通道和重整通道，所述重整通道的一侧或两侧螺旋板壁面上设置有催化剂层，催化剂层是由重整制氢催化剂(如Ni/Al203)和起辅助作用的物质如载体氧化铝、胶体等通过涂覆、浸泡等方式固定在壁面上形成的。
[0015]所述换热通道在中心处形成的半圆柱形通道的一端封闭，另一端与所述中心换热管口相连；
[0016]所述重整通道在中心处形成的半圆柱形通道的一端封闭，另一端与所述中心重整管口相连；
[0017]所述换热通道在其最外侧缩小形成的管状接口上设置有外侧换热管口 ；
[0018]所述重整通道在其最外侧缩小形成的管状接口上设置有外侧重整管口 ；
[0019]所述外侧换热管口和外侧重整管口分别从外壳侧面穿出。
[0020]工作原理:LNG_柴油双燃料发动机运行产生的含014废气分成两个部分，其中一部分废气(称为换热气)从中心换热管口或外侧换热管口进入换热通道；另一部分废气与水蒸气(必要时加入额外的CH4)形成的混合气体(称为重整气)从外侧重整管口或中心重整管口进入重整通道，再分别从外侧换热管口或中心换热管口、中心重整管口或外侧重整管口中离开相应的换热通道与重整通道。在重整通道内，014与H 20在催化剂的作用下发生前述水蒸气重整制氢反应。在换热通道内，高温废气通过换热将热量补充到重整通道内以维持反应温度。为提高换热效率，换热通道与重整通道内的气体是逆流的。
[0021 ] 优选的，所述外侧换热管口轴向平行于换热通道在外侧换热管口处的螺旋切线方向；所述外侧重整管口轴向平行于重整通道在外侧重整管口处的螺旋切线方向。
[0022]优选的，所述中心隔板的两边分别设置有狭缝，所述两块螺旋板位于螺旋中心的一边分别设置在对应的狭缝内并通过螺栓固定在中心隔板上。采用这种可拆结构，便于将两螺旋板拆分，以进行维护或涂覆催化剂。
[0023]优选的，由于废气温度较高且具有一定的腐蚀性，所述中心隔板、螺旋板采用不锈钢制作。
[0024]优选的，所述密封垫片为紫铜垫片，其在高温下具备较好的密封性能。
[0025]优选的，螺旋板的螺旋圈数N由以下公式确定:
[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 '入厂(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为螺旋板宽度，He [0.3,0.9]m，优选为H = 0.45m ;vP V2分别为换热气、重整气流量，V1E [0.007，0.008]m3/s，v2e [0.0007，0.0008]m3/s ;wPw2分别为换热气、重整气流速，wPW2可任意取值，优选为W1= 0.75m/s，w2= 0.30m/s ； λ ^ λ 2分别为换热气、重整气的气体导热系数，A1G [0.022，0.024] W/(m.K)，λ 2e [0.027，0.029] W/(m.K) ; P PP 2分别为换热气、重整气的密度，P η P 2e [1.1，1.4]kg/m3; μ Ρ μ 2分别为换热气、重整气的动力粘度，μ O y2e [18，20] μ Pa ' s ； λ为钢板导热系数，根据实际使用的钢板确定，一般取λ = 18.7ff/(m.K) 4、C2分别为换热气、重整气的定压比热容，C1E [1200,1300]kj/(kg.K)，C2e [1700，1800]kj/(kg.K) ; δ 为螺旋板厚度，优选值为 1.5mm J1 为板中心直径，屯取值任意，假定(I1= 200mm ;D m为螺旋体平均直径，取值任意，假定D m= 500mm ；t P七2分别为重整气进气温度与反应温度，he [390，410]K，t2 e [780，800]K ;T ”!^分别为换热气入口温度与出口温度，TpT2根据实际情况确定；Q为传热