本發(fā)明涉及一種整合式燃燒裝置節(jié)能系統(tǒng)，特別是一種針對(duì)燃燒裝置的廢熱再利用的整合式燃燒裝置節(jié)能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

依據(jù)統(tǒng)計(jì)，工業(yè)部門(mén)能耗占總體能耗的38％，而燃燒裝置約占工業(yè)能耗70％，因此提升燃燒裝置效能，對(duì)于減少總能源投入應(yīng)有最大助益。

工業(yè)工藝的能源供給方式可分為(燃料)燃燒式及電熱式，例如鍋爐、熔解爐、加熱爐、熱處理爐、鍛造爐、高爐、窯爐等，其中以燃燒式較多。燃燒式裝置除了燃料使用之外，也有耗用電力的周邊元件如鼓風(fēng)機(jī)、液泵、控制電路等，因此燃燒裝置里“油”與“電”的需求同時(shí)存在。在兩種能源型態(tài)缺一不可之下，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不論用油或用電，都與其投入成本有關(guān)，具體而言即是節(jié)油與節(jié)電需同時(shí)并行，才能將提升經(jīng)濟(jì)效益的努力做到最佳化。

就燃燒裝置而言，燃燒裝置的運(yùn)作是將石化能源(天然氣、柴油、重油)與空氣混合進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生大量熱能來(lái)增加原物料或水的溫度，達(dá)到工藝所需的融化、沸騰、蒸發(fā)或熱處理等主要工作。經(jīng)過(guò)這些原物料或水的熱能吸收利用后，多余的熱能通常會(huì)再經(jīng)過(guò)熱回收裝置來(lái)回收部分熱能，剩下的廢熱就以煙氣、輻射熱方式排放。綜看整個(gè)燃燒裝置的能源使用情形，可知設(shè)備的燃燒狀況好壞與制造過(guò)程的熱利用多寡就決定設(shè)備大部分的能源利用率，其他剩下的熱能則是散失或排放掉。而這些運(yùn)作過(guò)程損失的能源可歸因于燃燒器的燃燒不完全、廢熱的排放、設(shè)備壁面和管路經(jīng)保溫后的低溫(>70℃)熱散失。燃燒裝置的燃燒不完全，造成燃料熱值無(wú)法完全貢獻(xiàn)于工藝，還會(huì)產(chǎn)生較多的污染物，例如CO、SOx、NOx及粉粒，進(jìn)一步衍生出設(shè)備臟污及空氣污染問(wèn)題。而廢熱的排放，除了熱能浪費(fèi)外，廠區(qū)環(huán)境的熱污染可能增加空調(diào)負(fù)擔(dān)。

以氫氣作為碳?xì)浠衔锶剂系闹汲煞?，已有相?dāng)多的實(shí)證確認(rèn)其具有減少燃料耗用與降低排氣有害污染物濃度等優(yōu)點(diǎn)。例如在以甲烷為燃料的發(fā)電機(jī) 組，于特定條件下添加少量的氫氣(例如10％vol)，即可有效降低CO₂排放量，同時(shí)大幅提升燃燒效率(例如提升20％以上)而節(jié)省可觀燃料。由于燃料占燃燒設(shè)備生命周期內(nèi)99％的成本，因此些微節(jié)約比例都可節(jié)省龐大費(fèi)用，實(shí)際產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，則需視取得氫氣的方式而定。由于在地球的自然界，氫幾乎都是以化合物型態(tài)存在(例如水)，而甚少存在還原態(tài)的氫氣，因此必須以人工的方法制造。目前最常見(jiàn)且成熟的氫氣制造技術(shù)，主要是化石原料裂解、化學(xué)工業(yè)工藝副產(chǎn)物生成與水電解，其中化石原料裂解的主要作法，是通過(guò)稱之為重整反應(yīng)的程序，將碳?xì)浠衔锱c水的混合物在高溫下分解成碳氧化物與氫，而生成物有時(shí)也會(huì)包括反應(yīng)不全的積碳以及其他碳鏈的碳?xì)浠衔锏?。水電解是以電力?qū)動(dòng)，透過(guò)電極將水分解成氫與氧，程序與成分都較為單純。碳?xì)浠衔镏卣厝慌盘?，電解技術(shù)在系統(tǒng)本身無(wú)碳排放，但若電力是來(lái)自一般以化石燃料運(yùn)作的集中式發(fā)電廠，等于也會(huì)排碳，程度也未必較化石原料重整低。

在作為輔助燃燒的產(chǎn)氫選項(xiàng)上，化石原料重整產(chǎn)氫與電解產(chǎn)氫技術(shù)，除了工作能源形式不同之外，最大的差異在于產(chǎn)物成分?；袭a(chǎn)氫的產(chǎn)物成分主要為氫氣與二氧化碳，并視轉(zhuǎn)化效果會(huì)有殘余反應(yīng)用以及少量一氧化碳等；水電解產(chǎn)物為氫氣與氧氣。由于燃燒反應(yīng)的發(fā)生，是基于燃料與氧氣共同存在并達(dá)一定的濃度比例與溫度條件等，因此從燃料輸送的安全性來(lái)看，以化石原料重整產(chǎn)生的富氫氣體，因?yàn)槠渲胁缓魏窝鯕猓手灰_實(shí)做到管路密封良好以及流速控制得宜等措施，并不會(huì)在進(jìn)入燃燒室之前起燃。水電解產(chǎn)生的氫氧混合氣，若可同樣做好管路密封以及流速控制，并加上嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪嬷龟P(guān)卡等，一樣能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的混合燃燒應(yīng)用。然而與化石原料重整相比，只要氧氣與氫氣同時(shí)存在，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)就是比較高；或可采用氫氧分離的電解系統(tǒng)，但其單價(jià)相對(duì)氫氧混合系統(tǒng)高出許多。另一方面，化石原料重整產(chǎn)氫為高溫觸媒反應(yīng)，需外加熱以促進(jìn)轉(zhuǎn)化，此時(shí)可整合利用燃燒設(shè)備所產(chǎn)生的廢熱作為部分或全部所需的熱能，在能量守衡之下實(shí)現(xiàn)熱能再循環(huán)利用，大幅降低產(chǎn)氫成本，此為利用電力產(chǎn)氫的水電解所無(wú)法達(dá)成的效果。

雖然氫氣輔助燃燒效能已被證實(shí)，且產(chǎn)氫技術(shù)選項(xiàng)亦存在，但實(shí)際上一般產(chǎn)業(yè)或因?qū)錃鈦?lái)源取得了解不足，或?qū)錃獍踩恼J(rèn)知問(wèn)題等，因此甚少實(shí)用的案例。而目前投入此領(lǐng)域或氫氣燃燒的，至今并未有顯著的產(chǎn)業(yè)推廣實(shí)績(jī)出現(xiàn)。

以傳統(tǒng)渦輪發(fā)電機(jī)為手段的工藝廢熱發(fā)電，已是相當(dāng)成熟的技術(shù)，然而其適用的溫度條件多在300℃以上，在此溫度以下的熱源則難以有價(jià)值地被利用。由于工業(yè)廢熱多在300℃以下，占比遠(yuǎn)超過(guò)以上者，加上電力需求逐漸提升的影響，近年來(lái)300℃以內(nèi)的低溫廢熱發(fā)電已逐漸受到各國(guó)重視。目前工業(yè)上已被證實(shí)能夠在經(jīng)濟(jì)性之下有效利用低溫廢熱的發(fā)電技術(shù)，僅有有機(jī)朗肯循環(huán)(Organic rankine cycle，ORC)及其衍生技術(shù)，或是熱電發(fā)電技術(shù)(Thermoelectric power generation，TEG)。有機(jī)朗肯循環(huán)技術(shù)是利用低沸點(diǎn)流體驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)工作原理類似，占地較大，適合較高(例如100kW以上)的發(fā)電規(guī)模；熱電發(fā)電技術(shù)是由特定固體材料在本體存在溫差下，內(nèi)部產(chǎn)生載子移動(dòng)與能量輸送的特性，直接將熱能轉(zhuǎn)為電能，過(guò)程中無(wú)任何動(dòng)件，可從很小的發(fā)電量任意模塊化放大至所需量，因此空間限制小，適合相對(duì)較低(例如100kW以內(nèi))的發(fā)電規(guī)模。由于工業(yè)廢熱規(guī)模種類多，此兩種技術(shù)皆有相對(duì)適合的條件，因此在工業(yè)燃燒裝置廢熱利用的情境上，這兩種技術(shù)都有應(yīng)用的空間與價(jià)值。

綜上所述可知，由于現(xiàn)有燃燒裝置的現(xiàn)況：燃燒裝置排煙中仍有大量廢熱、液態(tài)/固態(tài)燃料不易完全燃燒且污染性高、常見(jiàn)燃料的空燃比有一定限制、燃燒裝置周邊用電量高、技術(shù)改進(jìn)緩慢等，因此現(xiàn)有燃燒裝置存在的問(wèn)題包括：能源浪費(fèi)、損害后端熱回收裝置、煙氣對(duì)環(huán)境造成污染、容易有高NOx(氮氧化物)且熱損高(并容易隨使用期增加而提升)。若能提供一種可利用廢熱進(jìn)行化石原料產(chǎn)氫(能源回收)、以氫氣輔助燃燒提高燃燒效率的技術(shù)、或再將廢熱轉(zhuǎn)換成電力(溫差發(fā)電)后直接回饋設(shè)備使用的裝置，則可達(dá)成總?cè)剂嫌昧繙p少、煙氣品質(zhì)提升、使后端熱回收設(shè)備壽命增加、可自發(fā)電以減少電網(wǎng)電力消耗等效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種針對(duì)燃燒裝置的廢熱再利用的整合式燃燒裝置節(jié)能系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)總?cè)剂嫌昧繙p少、煙氣品質(zhì)提升、使后端熱回收設(shè)備壽命增加及可自發(fā)電以減少電網(wǎng)電力消耗等效果。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種整合式燃燒裝置節(jié)能系統(tǒng)，其包含：

一產(chǎn)氫裝置，用以產(chǎn)生富氫氣體；

一燃燒裝置，連接產(chǎn)氫裝置以接收富氫氣體用以燃燒并產(chǎn)生熱能及煙氣；

一煙氣分配裝置，連接燃燒裝置及產(chǎn)氫裝置，用以控制將煙氣送入產(chǎn)氫裝置或排至大氣；

一產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置，連接煙氣分配裝置，用以擷取該煙氣分配裝置中的煙氣廢熱以預(yù)熱該產(chǎn)氫裝置的產(chǎn)氫進(jìn)料；以及

一發(fā)電裝置，連接產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置，用以接收通過(guò)產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置的煙氣并回收煙氣的余熱以產(chǎn)生電力，并將電力送至產(chǎn)氫裝置或燃燒裝置至少其中之一。

為了更好地實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種整合式燃燒裝置節(jié)能系統(tǒng)，其包含：

一產(chǎn)氫裝置，用以產(chǎn)生富氫氣體；

一燃燒裝置，連接該產(chǎn)氫裝置以接收該富氫氣體用以燃燒并產(chǎn)生熱能及煙氣；

一煙氣分配裝置，連接該燃燒裝置及該產(chǎn)氫裝置，用以控制將該煙氣送入該產(chǎn)氫裝置或排至大氣；以及

一產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置，連接該煙氣分配裝置，用以擷取該煙氣分配裝置中的煙氣廢熱以預(yù)熱該產(chǎn)氫裝置產(chǎn)氫的產(chǎn)氫進(jìn)料。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：

本發(fā)明的整合式燃燒裝置節(jié)能系統(tǒng)，其主要包含上游端的產(chǎn)氫裝置及下游端的發(fā)電裝置，產(chǎn)氫裝置利用燃燒裝置的廢熱為熱源(全部或部分)，以供給富氫氣體予燃燒裝置和原燃料混燒，達(dá)到更高效率和潔凈的燃燒品質(zhì)。其次，由發(fā)電裝置將煙氣廢熱轉(zhuǎn)換為電力，供給燃燒裝置或產(chǎn)氫裝置上各類電力驅(qū)動(dòng)裝置使用，或現(xiàn)場(chǎng)其他用途。本發(fā)明可通過(guò)此組合使燃燒裝置同時(shí)達(dá)到節(jié)約燃料與降低電網(wǎng)用電量的效果，或是在單獨(dú)使用富氫氣體輔助燃燒的下，達(dá)到節(jié)約燃料的效果。導(dǎo)入富氫氣體輔助燃燒的主要目的，在于使燃燒裝置可取得更好的燃燒效率而降低總?cè)剂闲枨螅瑫r(shí)也能降低煙氣的污染性，使后端采用煙氣熱回收技術(shù)時(shí)，皆可因?yàn)闊煔廨^為干凈而降低對(duì)于取熱界面的損害；導(dǎo)入發(fā)電裝置的主要目的，在于試圖減少燃燒裝置對(duì)于電網(wǎng)電力的需求，因此利用其煙氣廢熱產(chǎn)電并回饋制燃燒裝置所使用的周邊用電元件。本發(fā)明能使燃燒裝置排放的廢熱大幅減少，并以回收的廢熱以及燃燒效率的提升，使改善后的燃燒裝 置能比改善前呈現(xiàn)顯著的節(jié)能成效。

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1實(shí)施例設(shè)有燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1實(shí)施例設(shè)有內(nèi)預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖1實(shí)施例設(shè)有煙氣溫度控制熱交換器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為圖5實(shí)施例設(shè)有燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為圖5實(shí)施例設(shè)有內(nèi)預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，附圖標(biāo)記

100、100A、100B、100C、100D、100E、100F 整合式燃燒裝置節(jié)能系統(tǒng)

110 產(chǎn)氫裝置

111 第一溫度感測(cè)器

120 燃燒裝置

121 燃燒裝置用燃料

130 煙氣分配裝置

140 產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置

141 產(chǎn)氫進(jìn)料

142 殘余煙氣

150 發(fā)電裝置

151 預(yù)熱冷流體

160 余熱回收裝置

161 殘余煙氣

170A 燃燒器

170B 內(nèi)預(yù)熱器

180 煙氣溫度控制熱交換器

181 第二溫度感測(cè)器

182 流體流向控制閥

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述：

請(qǐng)參閱圖1所示實(shí)施例，該整合式燃燒裝置節(jié)能系統(tǒng)100包含一產(chǎn)氫裝置110、一燃燒裝置120、一煙氣分配裝置130、一產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140、一發(fā)電裝置150以及一余熱回收裝置160。

產(chǎn)氫裝置110是用以產(chǎn)生包含H₂、CO₂、CO、其他副產(chǎn)物和殘余未反應(yīng)物的富氫氣體。關(guān)于產(chǎn)氫裝置110的形狀結(jié)構(gòu)不限，例如蒸汽重整(steam reforming)產(chǎn)氫裝置或等離子體重整產(chǎn)氫裝置，蒸汽重整產(chǎn)氫裝置是利用化石原料(例如甲烷、液化石油氣、甲醇，或甚至重油、柴油等)與水混合后，經(jīng)過(guò)高溫觸媒反應(yīng)以產(chǎn)生富氫氣體。與蒸汽重整產(chǎn)氫裝置類似者包括自熱重整(auto-thermal reforming)產(chǎn)氫裝置、部分氧化重整(partial-oxidation reforming)產(chǎn)氫裝置等也適用。而等離子體重整(plasma reforming)產(chǎn)氫裝置則是采用等離子體將化石原料裂解方式而產(chǎn)生富氫氣體。產(chǎn)氫裝置110具有一第一溫度感測(cè)器111，用以感測(cè)產(chǎn)氫裝置110的工作溫度，并傳輸信號(hào)至煙氣分配裝置130，以控制煙氣分配裝置130的動(dòng)作。必須說(shuō)明的是，由于產(chǎn)氫反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)，因此必須在高溫下操作，亦即，必須不斷地供熱給產(chǎn)氫裝置110并使產(chǎn)氫裝置110維持在一定標(biāo)準(zhǔn)的高溫，才能確保產(chǎn)氫反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。

燃燒裝置120的形式不限，例如鍋爐、熔解爐、加熱爐、熱處理爐、鍛造爐、高爐、窯爐，使用燃燒裝置用燃料121作為燃燒進(jìn)料。燃燒裝置120連接產(chǎn)氫裝置110，燃燒裝置120可接收由產(chǎn)氫裝置110產(chǎn)生的富氫氣體，將富氫氣體與燃燒裝置120的原燃料混燒，于燃燒過(guò)程中即可產(chǎn)生熱能及煙氣。

煙氣分配裝置130連接于燃燒裝置120及產(chǎn)氫裝置110，煙氣分配裝置130設(shè)置于燃燒裝置120的煙氣出口處，燃燒裝置120燃燒所產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入煙氣分配裝置130后，可通過(guò)第一溫度感測(cè)器111的信號(hào)，調(diào)整該煙氣分配裝置130而控制將煙氣送入產(chǎn)氫裝置110或排至大氣。為達(dá)成上述控制煙氣流向的目的，可將煙氣分配裝置130設(shè)計(jì)為一多向閥的形式，將多向閥連接燃燒裝置120、產(chǎn)氫裝置110及大氣，即可控制使燃燒裝置120與產(chǎn)氫裝置110連通，或使燃燒裝置120與大氣連通。

值得強(qiáng)調(diào)說(shuō)明的是，現(xiàn)有燃燒裝置的煙氣排放管道為單向管道，亦即所產(chǎn)生的煙氣直接排放至大氣，然由于煙氣仍具有高溫，亦即具有熱能，因此本發(fā)明于燃燒裝置120的煙氣出口處設(shè)置一煙氣分配裝置130，并將煙氣送至產(chǎn)氫裝置110，由煙氣供熱給產(chǎn)氫裝置110，可使得煙氣的熱能得到充分利用。而操作人員可按照對(duì)于產(chǎn)氫裝置110加熱的需求程度，通過(guò)調(diào)整煙氣分配裝置130而控制煙氣的流量，以上述多通閥的形式而言，若需要產(chǎn)氫裝置110快速加熱，則將閥開(kāi)度放大，且原本排煙管的開(kāi)度縮小，迫使煙氣流向產(chǎn)氫裝置110；當(dāng)產(chǎn)氫裝置110過(guò)度加熱時(shí)，則關(guān)閉閥門(mén)，使煙氣回到原本排向大氣的路徑。以此即可調(diào)整對(duì)產(chǎn)氫裝置110的加熱強(qiáng)度。

請(qǐng)續(xù)參閱圖1所示，產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140連接于煙氣分配裝置130，用以擷取煙氣分配裝置130中的煙氣的廢熱以預(yù)熱供產(chǎn)氫裝置110產(chǎn)氫的產(chǎn)氫進(jìn)料141(例如，水與化石原料的混合物)。由于產(chǎn)氫反應(yīng)需高溫，因此通過(guò)產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140利用煙氣的廢熱預(yù)熱產(chǎn)氫進(jìn)料141，為最佳能源使用方案。

發(fā)電裝置150連接于產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140，用以接收通過(guò)產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140的煙氣并回收煙氣的余熱以產(chǎn)生電力，并將電力送至產(chǎn)氫裝置110或燃燒裝置120至少其中之一。發(fā)電裝置150可為熱電發(fā)電裝置或有機(jī)朗肯循環(huán)裝置其中之一。無(wú)論熱電發(fā)電裝置或有機(jī)朗肯循環(huán)裝置，由于皆是靠溫度差發(fā)電，因此需要一冷流體151，如圖1所示，例如可采用燃燒用空氣或進(jìn)料水(例如當(dāng)燃燒裝置120為鍋爐時(shí))等作為冷流體151，同時(shí)該冷流體151也可因此獲得預(yù)熱后再進(jìn)入燃燒裝置120。

余熱回收裝置160連接發(fā)電裝置150，用以回收發(fā)電裝置150中的煙氣的余熱。由于在通過(guò)發(fā)電裝置150、或煙氣溫度控制熱交換器之后的冷流體151，其溫度仍可能不高，而通過(guò)發(fā)電裝置150后的煙氣仍可能有一定的溫度，因此可將冷流體151再導(dǎo)入此處的余熱回收裝置160，進(jìn)一步回收廢熱，如圖1粗線箭頭所示路徑。余熱回收裝置160的殘余煙氣161則排放至大氣。除此之外，可依實(shí)際所需而決定是否設(shè)置該余熱回收裝置160，亦即，若通過(guò)發(fā)電裝置150或煙氣溫度控制熱交換器之后的冷流體151的溫度可達(dá)所需高溫，則可不設(shè)置余熱回收裝置160，而是直接將冷流體151導(dǎo)入燃燒裝置120即可。

就圖1所示實(shí)施例而言，尤適用于當(dāng)燃燒裝置120所產(chǎn)生的煙氣溫度足夠產(chǎn)氫裝置110所需(例如，金屬加熱爐煙氣溫度通常在600℃以上)時(shí)，因此可 直接利用煙氣分配裝置130讓煙氣往產(chǎn)氫裝置110流動(dòng)，在產(chǎn)氫裝置110到達(dá)工作溫度后，通過(guò)第一溫度感測(cè)器111發(fā)出一信號(hào)，以控制煙氣分配裝置130保持一定(較少)流量的煙氣進(jìn)入產(chǎn)氫裝置110，其余煙氣則流至原排氣管道，亦即排放至大氣。

請(qǐng)參閱圖2所示實(shí)施例，該整合式燃燒裝置節(jié)能系統(tǒng)100A包含一產(chǎn)氫裝置110、一燃燒裝置120、一煙氣分配裝置130、一產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140、一發(fā)電裝置150以及一余熱回收裝置160。產(chǎn)氫裝置110具有一第一溫度感測(cè)器111，用以感測(cè)產(chǎn)氫裝置110的工作溫度，并傳輸信號(hào)至煙氣分配裝置130，以控制煙氣分配裝置130的動(dòng)作。產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140用以預(yù)熱產(chǎn)氫進(jìn)料141。發(fā)電裝置150用以預(yù)熱冷流體151。上述構(gòu)件的關(guān)聯(lián)性及工作方式與圖1所示實(shí)施例相同，本實(shí)施例與圖1實(shí)施例的差異在于本實(shí)施例于產(chǎn)氫裝置110中設(shè)有一燃燒器170A，利用燃燒器170A提供產(chǎn)氫裝置110熱能，以提升產(chǎn)氫裝置110的溫度。燃燒器170A的燃料可與燃燒裝置120相同，使用燃燒裝置用燃料121作為燃燒進(jìn)料，也可以取用部分產(chǎn)氫進(jìn)料141做為燃料。

請(qǐng)參閱圖3所示實(shí)施例，該整合式燃燒裝置節(jié)能系統(tǒng)100A包含一產(chǎn)氫裝置110、一燃燒裝置120、一煙氣分配裝置130、一產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140、一發(fā)電裝置150以及一余熱回收裝置160。產(chǎn)氫裝置110具有一第一溫度感測(cè)器111，用以感測(cè)產(chǎn)氫裝置110的工作溫度，并傳輸信號(hào)至煙氣分配裝置130，以控制煙氣分配裝置130的動(dòng)作。產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140用以預(yù)熱產(chǎn)氫進(jìn)料141。發(fā)電裝置150用以預(yù)熱冷流體151。上述構(gòu)件的關(guān)聯(lián)性及工作方式與圖1所示實(shí)施例相同，本實(shí)施例與圖1實(shí)施例的差異在于本實(shí)施例于燃燒裝置120中設(shè)有一內(nèi)預(yù)熱器170B，利用內(nèi)預(yù)熱器170B擷取燃燒裝置120的熱能，以提升產(chǎn)氫進(jìn)料141進(jìn)入產(chǎn)氫裝置110的溫度。本實(shí)施例也可以結(jié)合圖2的實(shí)施例，在產(chǎn)氫裝置當(dāng)中加裝一燃燒器，同樣采用燃燒器170A的燃料，或部分產(chǎn)氫進(jìn)料141做為燃料，如此一來(lái)，當(dāng)結(jié)合內(nèi)預(yù)熱器170B后，可更加快提升產(chǎn)氫裝置140的溫度。

如前所述，圖1實(shí)施例尤適用于當(dāng)燃燒裝置120所產(chǎn)生的煙氣溫度足夠產(chǎn)氫裝置110所需的狀況，然由于許多因素影響，可能導(dǎo)致燃燒裝置120所產(chǎn)生的煙氣溫度不足以支撐產(chǎn)氫裝置110所需，因此需要圖2及圖3所示實(shí)施例，通過(guò)于產(chǎn)氫裝置110中設(shè)置一燃燒器170A，或是于燃燒裝置120中設(shè)置一內(nèi) 預(yù)熱器170B，以彌補(bǔ)溫度缺口。換言之，圖2的燃燒器170A的作用與圖3的內(nèi)預(yù)熱器170B的作用相同，都是作為一額外加熱單元，通過(guò)燃燒燃料或從燃燒裝置取得熱能，以供產(chǎn)氫裝置110使用。

請(qǐng)參閱圖3所示，說(shuō)明其工作原理：

(1)燃燒裝置120啟動(dòng)至穩(wěn)定，此時(shí)產(chǎn)氫裝置110尚未啟動(dòng)。以煙氣分配裝置130將大部分煙氣導(dǎo)通至產(chǎn)氫裝置110，使產(chǎn)氫裝置110升溫。煙氣經(jīng)過(guò)產(chǎn)氫裝置110后，可回到煙氣分配裝置130、產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140或發(fā)電裝置150的下游。

(2)產(chǎn)氫裝置110被煙氣升溫到平衡溫度，也就是約略為煙氣的溫度時(shí)，因該溫度不足驅(qū)動(dòng)產(chǎn)氫反應(yīng)，因此可通過(guò)使產(chǎn)氫進(jìn)料141于通過(guò)產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140后進(jìn)入內(nèi)預(yù)熱器170B，使產(chǎn)氫進(jìn)料的溫度大幅提升至超過(guò)產(chǎn)氫反應(yīng)所需溫度，使其在進(jìn)入產(chǎn)氫裝置110后，可以逐步拉高產(chǎn)氫裝置110的溫度。

(3)當(dāng)煙氣不再扮演提高產(chǎn)氫裝置110的溫度的角色時(shí)，則會(huì)在產(chǎn)氫裝置110的腔體外側(cè)作為保溫層，此時(shí)煙氣分配裝置130會(huì)讓大部分的煙氣直接往下游前進(jìn)，而只剩少量煙氣會(huì)導(dǎo)引至煙氣分配裝置130處。上述過(guò)程是通過(guò)產(chǎn)氫裝置110上的第一溫度感測(cè)器111感測(cè)溫度并傳輸信號(hào)給煙氣分配裝置130來(lái)調(diào)控。

(4)發(fā)電裝置150在開(kāi)機(jī)后接收到煙氣時(shí)，即會(huì)開(kāi)始發(fā)電，于發(fā)電初期，由于發(fā)電裝置150本身尚未上升到目標(biāo)工作溫度，因此發(fā)電量較小，但會(huì)逐漸提升。發(fā)電裝置150以燃燒裝置120所需的燃燒用空氣或是水作為冷流體151。發(fā)電裝置150所產(chǎn)生的電力可供應(yīng)給燃燒裝置120、產(chǎn)氫裝置110周邊元件或其他用電裝置使用。

(5)經(jīng)過(guò)發(fā)電裝置150的冷流體151可再進(jìn)入發(fā)電裝置150下游的余熱回收裝置160獲得進(jìn)一步升溫后，再進(jìn)入燃燒裝置150，或也可選擇直接進(jìn)入燃燒裝置120。

請(qǐng)參閱圖4所示實(shí)施例，該整合式燃燒裝置節(jié)能系統(tǒng)100C包含一產(chǎn)氫裝置110、一燃燒裝置120、一煙氣分配裝置130、一產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140、一發(fā)電裝置150以及一余熱回收裝置160。產(chǎn)氫裝置110具有一第一溫度感測(cè)器111，用以感測(cè)產(chǎn)氫裝置110的工作溫度，并傳輸信號(hào)至煙氣分配裝置130，以控制煙氣分配裝置130的動(dòng)作。產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140用以預(yù)熱產(chǎn)氫進(jìn)料 141。發(fā)電裝置150用以預(yù)熱冷流體151。上述構(gòu)件的關(guān)聯(lián)性及工作方式與圖1所示實(shí)施例相同，本實(shí)施例與圖1實(shí)施例的差異在于本實(shí)施例于產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140與發(fā)電裝置150之間設(shè)有一煙氣溫度控制熱交換器180，用以接收由產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140送出的煙氣以及通過(guò)發(fā)電裝置150的冷流體151。冷流體151流入煙氣溫度控制熱交換器180(如圖4粗線箭頭路徑)后，可于煙氣溫度控制熱交換器180中降低煙氣的溫度。

煙氣溫度控制熱交換器180的作用在于，當(dāng)發(fā)電裝置150為熱電發(fā)電裝置時(shí)，其適用溫度在300℃以內(nèi)，然而，當(dāng)發(fā)電裝置150為有機(jī)朗肯循環(huán)裝置時(shí)，其適用溫度為200℃，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致使發(fā)電裝置150損壞。因此，若煙氣溫度太高(例如，金屬熱處理爐排煙溫度常在500℃以上)，則必須在煙氣進(jìn)入發(fā)電裝置150前將煙氣的溫度降低。本實(shí)施的煙氣溫度控制熱交換器180利用先通過(guò)發(fā)電裝置150做散熱用的燃燒用空氣、進(jìn)料水(當(dāng)燃燒設(shè)備為鍋爐時(shí))作為冷流體，同時(shí)該冷流體也可進(jìn)一步獲得預(yù)熱。此外，煙氣溫度控制熱交換器180具有一第二溫度感測(cè)器181，用以感測(cè)冷流體151在通過(guò)煙氣溫度控制熱交換器180后的溫度，若冷流體151在通過(guò)煙氣溫度控制熱交換器180后的溫度低于通過(guò)熱發(fā)電裝置150后的煙氣的溫度，則可將感測(cè)信號(hào)傳送至一流體流向控制閥182，由流體流向控制閥182進(jìn)一步將冷流體151導(dǎo)至余熱回收裝置160。

本發(fā)明在其他的實(shí)施例上，可不包含與發(fā)電相關(guān)的程序，而僅實(shí)施與富氫氣體輔助燃燒相關(guān)的程序，如此亦可達(dá)到單純節(jié)約燃料的目的。

請(qǐng)參閱圖5所示實(shí)施例，該整合式燃燒裝置節(jié)能系統(tǒng)100D包含一產(chǎn)氫裝置110、一燃燒裝置120、一煙氣分配裝置130、一產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140。產(chǎn)氫裝置110具有一第一溫度感測(cè)器111，用以感測(cè)產(chǎn)氫裝置110的工作溫度，并傳輸信號(hào)至煙氣分配裝置130，以控制煙氣分配裝置130的動(dòng)作；使用燃燒裝置用燃料121作為燃燒裝置120的燃燒進(jìn)料，通過(guò)產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140利用煙氣的廢熱預(yù)熱產(chǎn)氫進(jìn)料141，產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140的殘余煙氣142則排放至大氣。本實(shí)施例的實(shí)施方法與圖1相似，但不包含發(fā)電裝置150與余熱回收裝置160相關(guān)的程序。

請(qǐng)參閱圖6所示實(shí)施例，該整合式燃燒裝置節(jié)能系統(tǒng)100E包含一產(chǎn)氫裝置110、一燃燒裝置120、一煙氣分配裝置130、一產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140，一 燃燒器170A。產(chǎn)氫裝置110具有一第一溫度感測(cè)器111，用以感測(cè)產(chǎn)氫裝置110的工作溫度，并傳輸信號(hào)至煙氣分配裝置130，以控制煙氣分配裝置130的動(dòng)作；使用燃燒裝置用燃料121作為燃燒裝置120的燃燒進(jìn)料，通過(guò)產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140利用煙氣的廢熱預(yù)熱產(chǎn)氫進(jìn)料141，產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140的殘余煙氣142則排放至大氣。本實(shí)施例的實(shí)施方法與圖2相似，但不包含發(fā)電裝置150與余熱回收裝置160相關(guān)的程序。

請(qǐng)參閱圖7所示實(shí)施例，該整合式燃燒裝置節(jié)能系統(tǒng)100F包含一產(chǎn)氫裝置110、一燃燒裝置120、一煙氣分配裝置130、一產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140，一內(nèi)預(yù)熱器170B。產(chǎn)氫裝置110具有一第一溫度感測(cè)器111，用以感測(cè)產(chǎn)氫裝置110的工作溫度，并傳輸信號(hào)至煙氣分配裝置130，以控制煙氣分配裝置130的動(dòng)作；使用燃燒裝置用燃料121作為燃燒裝置120的燃燒進(jìn)料，通過(guò)產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140利用煙氣的廢熱預(yù)熱產(chǎn)氫進(jìn)料141，產(chǎn)氫進(jìn)料預(yù)熱裝置140的殘余煙氣142則排放至大氣。本實(shí)施例的實(shí)施方法與圖3相似，但不包含發(fā)電裝置150與余熱回收裝置160相關(guān)的程序。

綜上所述，本發(fā)明所提供的整合式燃燒裝置節(jié)能系統(tǒng)，其主要包含上游端的產(chǎn)氫裝置及下游端的發(fā)電裝置，產(chǎn)氫裝置利用燃燒裝置的廢熱為熱源(全部或部分)，以供給富氫氣體予燃燒裝置和原燃料混燒，達(dá)到更高效率和潔凈的燃燒品質(zhì)。其次，由發(fā)電裝置將煙氣廢熱轉(zhuǎn)換為電力，供給燃燒裝置或產(chǎn)氫裝置上各類電力驅(qū)動(dòng)裝置使用，或現(xiàn)場(chǎng)其他用途。本發(fā)明可通過(guò)此組合使燃燒裝置同時(shí)達(dá)到節(jié)約燃料與降低電網(wǎng)用電量的效果，或是在單獨(dú)使用富氫氣體輔助燃燒之下，達(dá)到節(jié)約燃料的效果。導(dǎo)入富氫氣體輔助燃燒的主要目的，在于使燃燒裝置可取得更好的燃燒效率而降低總?cè)剂闲枨螅瑫r(shí)也能降低煙氣的污染性，使后端而論采用何種煙氣熱回收技術(shù)時(shí)，皆可因?yàn)闊煔廨^為干凈而降低對(duì)于取熱界面的損害；導(dǎo)入發(fā)電裝置的主要目的，在于試圖減少燃燒裝置對(duì)于電網(wǎng)電力的需求，因此利用其煙氣廢熱產(chǎn)電并回饋制燃燒裝置所使用的周邊用電元件。透過(guò)本發(fā)明，期望能使燃燒裝置排放的廢熱大幅減少，并以回收的廢熱以及燃燒效率的提升，使改善后的燃燒裝置能比改善前呈現(xiàn)顯著的節(jié)能成效。

當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。