逆流式LNG发动机废气重整器
技术领域
本实用新型属于利用LNG发动机余热技术领域，具体涉及一种逆流式LNG发动机废气重整器。
背景技术
液化天然气(LNG)作为发动机的代用燃料，生命周期内温室气体排放量低，正受到国内外的广泛关注。但天然气中的主要成分甲烷燃烧速度慢，使纯天然气发动机燃烧定容度低，导致热效率不高，并且，天然气发动机在低负荷运行工况时易出现稀燃失火等问题，同时，在发动机气门重叠期，扫气过程存在天然气的逃逸，使得HC排放增加，这些问题成为天然气发动机的发展阻力。相比之下，氢气火焰传播速率快、稀释燃烧极限高，天然气掺氢燃烧能加快其火焰传播速度，缓解后燃现象，促使天然气完全燃烧。
发明内容
本实用新型的目的就是针对上述技术的不足，提供一种既能有效提高燃料利用率和发动机效率又能提高换热效率的逆流式LNG发动机废气重整器。
为实现上述目的，本实用新型所设计的逆流式LNG发动机废气重整器，包括中空前端盖、筒形外壳、中空后端盖、焊接在所述筒形外壳的一端且与筒形外壳内腔连通的加热废气排气管、焊接在所述筒形外壳的另一端且与筒形外壳内腔连通的加热废气进气管、焊接在所述中空前端盖上的重整废气进气管及焊接在所述中空后端盖上的重整废气排气管，以及布置在所述筒形外壳内部的推拉件；所述推拉件包括端盖、重整管束及多个折流板，所述端盖的边缘向外延伸有一圈凸台，对应地，所述中空前端盖在壁厚上开有一圈供所述凸台插入的前凹槽。
进一步地，所述筒形外壳的一端开口焊接有前法兰，所述筒形外壳的另一端开口焊接有后法兰；所述中空前端盖包括前中空筒形本体及球形前端盖，所述球形前端盖与前中空筒形本体对合焊接形成前空腔，所述重整废气进气管焊接在所述球形前端盖上且与前空腔连通；所述中空后端盖包括后板及球形后端盖，所述球形后端盖与后板对合焊接形成封闭的后空腔，所述重整废气排气管焊接在球形后端盖上且与后空腔连通；所述筒形外壳一端的前法兰与前中空筒形本体对合后通过螺栓固定连接，所述筒形外壳另一端的后法兰与后板对合后通过螺栓固定连接。
进一步地，所述前中空筒形本体在壁厚上开有一圈所述前凹槽。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：本实用新型利用部分废气余热进行废气重整反应，将重整产生的氢气通入发动机中，实现天然气在线掺氢，有效提高燃料利用率和发动机效率，实现较大幅度的节能与减排；采用废气分流，部分废气重整，部分废气加热，简化了装置的结构；并且采用了可拆卸式结构，使得重整器可以拆卸清理，有利于提高反应速率，而且保证了气密性，整个装置操作方便结构简单，便于实行；重整废气和加热废气流动方向相反，实现逆向换热，换热效率更高。
附图说明
图1为本实用新型逆流式LNG发动机废气重整器结构示意图；
图2为图1中筒形外壳结构示意图；
图3为图1中中空前端盖结构示意图；
图4为图1中推拉件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1、2所示逆流式LNG发动机废气重整器包括中空前端盖1、筒形外壳2、中空后端盖3、加热废气排气管4、加热废气进气管5、重整废气进气管6及重整废气排气管15，以及布置在筒形外壳2内部的推拉件。其中，加热废气排气管4焊接在筒形外壳2的一端且与筒形外壳2的内腔连通，加热废气进气管5焊接在筒形外壳2的另一端且与筒形外壳2的内腔连通，且筒形外壳2的一端开口焊接有前法兰7，筒形外壳2的另一端开口焊接有后法兰8；中空前端盖1包括前中空筒形本体9及球形前端盖14，球形前端盖14与前中空筒形本体9对合焊接形成前空腔16，前中空筒形本体9在壁厚上开有一圈前凹槽10，重整废气进气管6焊接在球形前端盖14上且与前空腔16连通；中空后端盖3包括后板18及球形后端盖13，球形后端盖13与后板18对合焊接形成封闭的后空腔，重整废气排气管15焊接在球形后端盖13上且与后空腔连通。
结合图3推拉件包括端盖12、重整管束11及多个折流板17，端盖12的边缘向外延伸有一圈凸台19。安装时，推拉件从筒形外壳2的后端推送进入筒形外壳2内，直至端盖12上的凸台19插入前中空筒形本体的前凹槽10内，达到密封效果，端盖12与中空前端盖1围合形成封闭的前空腔16；筒形外壳2一端的前法兰7与前中空筒形本体9对合后通过螺栓固定连接，筒形外壳2另一端的后法兰8与后板18对合后通过螺栓固定连接，使得重整器方便拆卸方便清理。重整管束11的一端依次穿过每一个折流板17后插入端盖12的前固定通孔内且与前空腔16相连通，重整管束11的另一端插入后板18的后固定通孔内且与后空腔相连通。
废气通过两部分进入重整器，一部分重整废气通过重整废气进气管6进入重整管束，重整废气经重整废气排气管15排出；一部分加热废气从筒形外壳2外侧的加热废气进气管5进入筒形外壳给筒形外壳2加热，加热废气经加热废气排气管4排出，所以重整废气和加热废气流动方向相反，实现逆向换热，相比于顺流的方式换热效率要高。
在换热器中，两流体平行同向流动称为“顺流”，平行逆向流动称为“逆流”。随着热量的转移，冷、热流体的温度也同时起着变化。因此，沿传热表面不同的截面上，冷、热流体间的温差也是不断改变的。用Fluent作为数值计算软件，进行三维数值模拟，计算采用标准的k-ε模型。分别将顺流和逆流在相同条件下进行数值模拟，并将结果进行比较，采用如图4所示的一个套筒式的模型进行计算，20为加热废气腔，21为重整废气腔。
顺逆流设置相同的边界条件，逆流流动迭代60次左右达到稳定，顺流流动迭代70次左右达到稳定，从Fluent模拟出的Total Heat Transfer Rate的比较，可以看出传热量逆流式比顺流式多，表现在：
(1)对同一圆柱或圆环的进出口，逆流式净换热比顺流式的大。
(2)对同一截面上的传热量，逆流式比顺流要多。
另外，在传热计算中，采用一个对数平均温差来代表整个换热器中冷、热流体间的温度差。
平均温差的大小与冷、热流体的相对流向有关。在冷、热流体的性质、流量、进出口温度及换热面积都相同的条件下，平均温差越大，传热量就越大，换热效果就好。对于传递同样多的热量，所需传热面积就可减少。通过模拟得出的进出口温度，计算后得出逆流式的对数平均温差要比顺流式的对数平均温差大，所以进一步说明了逆流式的传热效果好于顺流式。此外，在换热器中同一截面位置的热流体温度一定高于冷流体温度，如果采用顺流布置，则热流体出口的终温仍需高于冷流体出口的终温；而采用逆流布置，则热流体的出口温度可以远低于冷流体的出口温度。所以得出换热器逆流布置比顺流布置换热量多，换热效果强，换热效率高。
由于重整器属于一个热化学回收的反应器，所以还需要考虑其内部化学反应对换热的影响。通过耦合了流动，传热以及重整的详细化学反应后的数值模拟计算发现，沿管内流向，重整反应先发生放热反应后发生吸热反应，所以管内温度先上升后下降，所以如果顺流的话会抑制换热，而逆流的话，高温废气首先接触低温区，较大的温差有助于提高换热量，整个反应管内的平均温度也有所上升，这有利于加快重整反应效率提高产氢量。
综上所述，本实用新型利用部分废气余热进行废气重整反应，将重整产生的氢气通入发动机中，实现天然气在线掺氢，有效提高燃料利用率和发动机效率，实现较大幅度的节能与减排；采用废气分流，部分废气重整，部分废气加热，简化了装置的结构；并且采用了可拆卸式结构，使得重整器可以拆卸清理，有利于提高反应速率，而且保证了气密性，整个装置操作方便结构简单，便于实行；重整废气和加热废气流动方向相反，实现逆向换热，换热效率更高。
