本实用新型属于清洁能源技术领域，具体地说，是关于工业化制氢装置中的一种关键设备-氢氧分离炉。
背景技术：
氢能是公认的清洁能源，作为零碳能源被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，它具有其他能源望尘莫及的优点。
(一)氢气燃烧后的产物是水，不污染环境，更不会产生二氧化碳，造成温室效应。
(二)氢气燃烧时的启动、停止，燃烧强度的控制都极为方便，避免了化石能源(如煤)生火、留火时的热损失，大大地节约了能源。
(三)最重要的是，氢气不仅是一种优质的燃烧燃料，而且还是一种优质的电化学原料，它除在化学工业有广泛的用途之外，还可以在燃料电池里直接转化成电能或动力能，不必先把能量转变成热能，避免了热能转化成电能或动力能时产生的热损失，成倍地提高了能量转换效率。据1995年7月出版的上海高中化学教科书中悉知，我国90年代利用燃料电池将氢气转化为电能，其能量转换率就高达75％，而我国现在火力发电厂，400克标煤(2800大卡)发一度电(860大卡)的能量转换率仅为30.7&，原子能发电厂发电，其能量转换率就更低了。
中国工程院院士，中国工程院副院长，承担国家“973”项目的首席科学家谢克昌，在2015年3月出版的“煤化工概论”第25页中明确指出“要发展化石能源低碳化利用技术，最为关键的问题，是廉价氢的制备技术开发。”。然而，由于水蒸气在高温条件下，热分解后的氢氧混合气体，又无法在高温条件下进行分离，注：
所以，洁净高效低成本的工业化制氢装备至今都没有研发成功。因此，研发一种氢氧分离炉是解决水蒸气在高温条件下热分解后的氢氧混合气体无法在高温条件下进行分离的难题，从而达到高效、低成本工业化制氢的目的。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种氢氧分离炉，能够及时将制备得到的氢气和氧气混合物中的氧气分离，从而达到高效、低成本工业化制氢的目的。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种氢氧分离炉，从上至下依次包括煤仓、煤炭干馏室，反应腔室、排灰部分和进气部分，所述煤仓和煤炭干馏室之间还设置空气清除仓，所述煤仓的底部设置进料口，空气清除仓的底部设置落料口，所述进料口和落料口分别通过双钟密封装置密封；
所述空气清除仓的顶部一侧开设水蒸汽入口，底部一侧开设空气排出口，所述煤炭干馏室和反应腔室通过隔板隔开。
根据本实用新型，所述煤炭干馏室上部的炉墙上安装有一圈环形的第一气流导向板，所述第一气流导向板与炉墙之间形成第一气流导向槽，在所述第一气流导向槽处的炉墙上开设焦炉煤气出口，所述第一气流导向板上开设若干个第一气体通孔。
根据本实用新型，所述反应腔室上部的炉墙上安装有一圈环形的第二气流导向板，所述第二气流导向板与炉墙之间形成第二气流导向槽，在所述第二气流导向槽处的炉墙上开设一氧化碳-二氧化碳-氢气混合气出口，所述第二气流导向板上开设若干个第二气体通孔。
根据本实用新型，所述排灰部分包括设置于反应腔室下端外部的灰盘和设置于灰盘底部的蝎轮转盘，所述蝎轮转盘由驱动总程驱动，带动灰盘转动；
所述进气部分包括混合进气管道和进气主管，所述混合进气管道的一端连接制氢装置，另一端连接进气主管，所述进气主管的顶部安装炉栅，底部水封，所述炉栅位于反应腔室的底部。
根据本实用新型，所述空气排出口连接空气出口管道，所述空气出口管道穿过炉墙并沿着炉墙向下连接至混合进气管道。
根据本实用新型，所述空气出口管道上连接一支管，所述支管和空气出口管道上分别设置切断阀。
根据本实用新型，所述隔板上开设若干个下料孔，所述下料孔的底部安装下料管。
根据本实用新型，所述一氧化碳-二氧化碳-氢气混合气出口连接混合气出口管道，所述混合出气管道上安装有排气阀门及废气检测机构。
根据本实用新型，所述反应腔室及煤炭干馏室内分别设置温度检测器和压力检测器，所述煤炭干馏室内设置物料检测器。
根据本实用新型，所述氢氧分离炉通过DCS控制。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益技术效果：
本实用新型的氢氧分离炉，能够及时将制氢装置制得的氢气和氧气混合物中的氧气分离，得到氢气、一氧化碳为主的混合物气体进一步通过分离装置分离，从而极大地提高了氢气的分离效率和产率。
附图说明
图1为本实用新型的氢氧分离炉的结构示意图。
图中：1-煤仓、2-煤炭干馏室、3-反应腔室、4-排灰部分、5-进气部分、6-空气清除仓、7-双钟密封装置、8-隔板、9-下料管、10-炉栅、11-进料口、21-第一气流导向板、22-第一气流导向槽、23-焦炉煤气出口、24-第一气体通孔、31-第二气流导向板、32-第二气流导向槽、33-一氧化碳-二氧化碳-氢气混合气出口、34-第二气体通孔、35-混合出气管道、41-灰盘、42-蝎轮转盘、43-落灰管、44-驱动总程、50-支耳、51-混合进气管道、52-进气主管、53-垫子、61-落料口、62-水蒸汽入口、63-空气排出口、64-空气出口管道、65-支管、81-下料孔、20-第二层框架、30-第一层框架、40-水封槽。
具体实施方式
下面结合附图，以具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限定本实用新型的范围。
经过近二十年的研发，通过间接法的方式解决了水蒸气在高温条件下热分解后的氢氧混合气体又无法在高温条件下进行分离的难题，成功的研发出了间接式氢氧分离炉。注：所谓间接式氢氧分离炉就是将在高温条件下无法分离的高温氢气、氧气混合气体从进气主管进入分离炉，氧气与煤团在高温下反应并转化为一氧化碳或二氧化碳，从而实现氢氧分离的目的。
为实现上述目的，本实用新型采用如下具体方案。
如图1所示，本实用新型的氢氧分离炉，从上至下依次包括煤仓1、煤炭干馏室2，反应腔室3、排灰部分4和进气部分5，所述煤仓1和煤炭干馏室2之间还设置空气清除仓6，所述煤仓1的底部设置进料口11，空气清除仓6的底部设置落料口61，所述进料口11和落料口61分别通过双钟密封装置7密封；
所述空气清除仓6的顶部一侧开设水蒸汽入口62，底部一侧开设空气排出口63，所述煤炭干馏室2和反应腔室3通过隔板8隔开。
本实用新型，通过双钟密封装置密封实现煤炭的进料和空气的密封，氢氧分离炉开启时或反应过程中加入煤炭后，空气清除仓内会存在大量空气，如果被带入煤炭干馏室，则空气中的氧气就会与干馏时蒸馏出来的焦炉煤气混合成爆炸性混合气体，不利于焦炉煤气的安全。通过从空气清除仓的顶部一侧的水蒸汽入口通入水蒸汽，密度较小的水蒸气集中在空气清除仓的顶部，将密度较大的空气挤压下降至底部，并从空气排出口排出。
根据本实用新型，所述煤炭干馏室2上部的炉墙上安装有一圈环形的第一气流导向板21，所述第一气流导向板21与炉墙之间形成第一气流导向槽22，在所述第一气流导向槽22处的炉墙上开设焦炉煤气出口23，所述第一气流导向板21上对称开设若干个第一气体通孔24，煤炭干馏室内干馏得到的焦炉煤气(主要是甲烷)向上从第一气体通孔24进入第一气流导向槽22，沿着第一气流导向槽22环绕一圈，从焦炉煤气出口23排出。
根据本实用新型，所述反应腔室3上部的炉墙上安装有一圈环形的第二气流导向板31，所述第二气流导向板31与炉墙之间形成第二气流导向槽32，在所述第二气流导向槽32处的炉墙上开设一氧化碳-二氧化碳-氢气混合气出口33，所述第二气流导向板31上对称开设若干个第二气体通孔34，反应腔室3顶部得到的一氧化碳-氢气混合气向上从第二气体通孔34进入第二气流导向槽32，沿着第二气流导向槽32环绕一圈，从一氧化碳-二氧化碳-氢气混合气出口33排出。
所述第一气体通孔24和第二气体通孔34可以是圆形通孔，也可以是开在导向板上的垂直的槽。煤炭干馏室和反应腔室中，靠近焦炉煤气出口和一氧化碳-二氧化碳-氢气混合气出口处的气体优先排出，使得该处附近的煤团较其他部位的煤团反应更快，使得炉内反应不均匀，影响反应的正常进行。
当在煤炭干馏室和反应腔室上部的炉墙上安装一圈环形的气流导向板后，气流可从环形的气流导向板上的气体通孔进入气流导向槽，远离焦炉煤气出口和混合气出口的气体沿着气流导向槽旋转一周后从气体出口出去，使得煤炭干馏室和反应腔室内的气流流出均匀，从而保证炉内各处的煤炭的干馏和反应具有均匀性。
根据本实用新型，所述排灰部分4包括设置于反应腔室3下端外部的灰盘41和设置于灰盘41底部的蝎轮转盘42和落灰管43，所述蝎轮转盘42由驱动总程44驱动，带动灰盘转动。所述驱动总程44可以是气动或液动的驱动形式。所述蝎轮转盘42的中心安装轴承421。
所述进气部分5包括混合进气管道51和进气主管52，所述混合进气管道51的一端连接制氢装置(图中未示出)，另一端连接进气主管52，所述进气主管52向上穿过蝎轮转盘42的轴承421，其顶部安装炉栅10，底部水封，所述炉栅10位于反应腔室3的底部。
根据本实用新型，所述空气排出口63连接空气出口管道64，所述空气出口管道64穿过炉墙并沿着炉墙向下连接至混合进气管道51。
进一步地，所述空气出口管道64上连接一支管65，所述支管65和空气出口管道64上分别设置切断阀。当氢氧分离炉开启时，打开所述支管上的切断阀，关闭所述空气出口管道上的切断阀，空气沿着空气出口管道排出至支管，释放进入大气。
根据本实用新型，所述隔板8上开设若干个下料孔81，所述下料孔81的底部安装下料管9。
根据本实用新型，所述一氧化碳-二氧化碳-氢气混合气出口33连接混合气出口管道35，所述混合出气管道35上安装有排气阀门及废气检测机构(图中未示出)。当废气检测机构检测到排出的气体合格时，排气阀门自动关闭。所述排气阀门优选电磁阀。
根据本实用新型，所述反应腔室3及煤炭干馏室2内分别设置温度检测器和压力检测器，用于检测内部的温度和压力。所述煤炭干馏室内设置物料检测器。
根据本实用新型，所述氢氧分离炉通过DCS控制。
根据本实用新型，所述煤团10为多孔煤或者实心煤。
根据本实用新型，所述氢氧分离炉为圆筒形。所述氢氧分离炉的截面也可以为其他工业上可行的形状，如正方形，长方形。
根据本实用新型，所述氢氧分离炉安装于框架内，所述反应腔室的外部固定安装支耳50，所述支耳50支承于第二层框架20的梁上，所述蝎轮转盘42和驱动总程44安装于第一层框架30上，所述进气总管52从向上穿过第一层框架30进入反应腔室，地面层开设水封槽40，所述进气总管52的底端插入水封槽40内进行水封。
根据本实用新型，所述进气总管52内设置垫子53(例如石棉板)，所述垫子53浮在水面上，可减少进气总管52内水分的蒸发。
根据本实用新型，所述煤仓1和空气清除仓6之间通过法兰连接，所述空气清除仓6和煤炭干馏室2之间通过法兰连接。法兰连接有利于对中安装和拆卸检修。
根据本实用新型，所述第一气流导向板21和第二气流导向板31底部具有U型钩状结构，通过U型钩状结构挂在炉壁上。
进一步地，所述第一气流导向板21的第一气体通孔24和第二气流导向板31的第二气体通孔34内侧设置弧形的气孔调节板。可通过炉内的实际燃烧情况具体调节第一气体通孔24和第二气体通孔34的大小。离焦炉煤气出口23和一氧化碳-二氧化碳-氢气混合气出口33较近的地方，气流速度快，煤炭燃烧得快，因此可调小其附近的第一气体通孔24和第二气体通孔34以控制气流速度。离焦炉煤气出口23和一氧化碳-二氧化碳-氢气混合气出口33较远的地方，气流速度慢，煤炭燃烧得慢，因此可调大其附近的第一气体通孔24和第二气体通孔34以控制气流速度。
基于上述结构，氢氧分离炉运行时，采用如下操作步骤：
首先，向空气清除仓内通入高温水蒸气，通过高温水蒸气将密度较大的空气下压，打开空气排出管道上的支管上的切断阀，空气从支管排出至大气中，当空气排尽后，切换切断阀，高温水蒸气从空气出口管道排至混合进气管道。
然后，停止通蒸汽，关闭双钟密封装置，通入高温(1000℃)氢气、氧气和水蒸气的混合气体，开始反应。起始阶段煤团温度不高，经过反应腔室后进入混合气出口管道内的混合气体为不合格气体，此时混合气出口管道阀门关闭，废气管道阀门打开，不合格气体通过废气管道排出，输送至废气接收装置，所述废气管道内的气体混合物通过废气检测机构检测合格后，DCS控制系统自动控制关闭排气阀门，开启出气管道上的出气阀门。
当反应腔室底部的煤团燃烧完后，煤渣下落至灰盘，反应腔室顶部空出，煤炭干馏室底部的煤团从隔板的开孔处沿着下料管下落至反应腔室的顶部，填补空缺。
当物料检测器检测到煤炭干馏室内的煤团少于设计值时，向系统发出反馈信号，系统自动开启双钟密封装置，进料口打开，落料口关闭，煤团从进料口加入空气清除仓内，然后关闭进料口，打开落料口，空气清除仓内的煤团从落料口向下掉落至煤炭干馏室内。
当灰盘中煤渣较多时，启动驱动总程，蝎轮转盘带动灰盘转动，煤渣从灰盘中掉落至落灰管，并沿着落灰管下落。
以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。