一种自热式氢氧催化燃烧器及自热启动方法技术

本发明专利技术公开了一种自热式氢氧催化燃烧器及自热启动方法，包括气体混合室以及呈垂直布置在气体混合室内的空气管道与氢气管道，空气管道和氢气管道内分别布置有空气管道阻火器和氢气管道阻火器，气体混合室的下方设置有由催化板卷成的蜂窝状催化燃烧室，气体混合室与催化燃烧室之间连接有气体布料器。本发明专利技术提供了适用于供热的安全可靠的氢催化燃烧器，其自热功能尤其适用于野外使用，启动时按氢气与氮气比为2：3～3：2比例通入混合气，经3～6min即可达到160℃以上，实现自热启动；以氢气与空气反应时，控制氢气体积比例在10%以下，通过控制混合气流量、氢气体积比例获得不同温度的燃烧尾气，用于不同的供热场合。

A Self-Heating Hydrogen-Oxygen Catalytic Burner and Its Self-Heating Starting Method

The invention discloses a self-heating hydrogen-oxygen catalytic burner and a self-heating starting method, which comprises a gas mixing chamber, an air pipeline and a hydrogen pipeline vertically arranged in the gas mixing chamber, an air pipeline flame arrester and a hydrogen pipeline flame arrester respectively arranged in the air pipeline and the hydrogen pipeline, and a honeycomb catalytic combustion chamber rolled up by a catalytic plate is arranged below the gas mixing chamber. A gas distributor is connected between the gas mixing chamber and the catalytic combustion chamber. The invention provides a safe and reliable hydrogen catalytic burner suitable for heating, and its self-heating function is especially suitable for field use. When starting, the mixture is fed into the mixture according to the ratio of hydrogen to nitrogen of 2:3-3:2. After 3-6 minutes, it can reach above 160 degrees C and realize self-heating startup. When hydrogen reacts with air, the volume ratio of hydrogen gas is controlled below 10%, and the flow rate of mixed gas and hydrogen are controlled. Combustion tail gas at different temperatures can be obtained by gas volume ratio, which can be used in different heating occasions.

【技术实现步骤摘要】
一种自热式氢氧催化燃烧器及自热启动方法
本专利技术属于氢能应用领域，尤其涉及一种自热式氢氧催化燃烧器，以及其自热启动方法。
技术介绍
氢气具有绿色无污染、质量能量密度高、可再生、资源丰富等优点，被认为是21世纪的绿色能源，应用潜力巨大。世界各国对氢气的生产、储存、运输与应用的研究开展的正如火如荼，以期在未来的
和新能源竞争中占据优势。供热是氢气的重要应用之一，然而氢气燃烧具有燃烧速度快、温度极高、容易回火、安全隐患大的缺点，因此氢气燃烧供热尚未广泛推广。氢气与氧气在催化剂作用下，在较低的温度实现完全燃烧被称为氢催化燃烧，由Sharer等人于1974年提出。氢催化燃烧温度低于500℃、无火焰，通过氢气浓度和氢气燃烧量两个参数调控燃烧温度。催化剂一般采用贵金属铂或者钯以及它们的氧化物。催化燃烧原理研究较多，日本在大阪工业试验中发现氢氧在催化剂表面，在室温条件下即能燃烧。芬兰人研究了氢氧催化燃烧，并应用于房屋取暖，并用燃烧尾气调节房屋内的湿度。美国通用汽车研究氢氧催化燃烧，用于加热储氢系统放氢。日本丰田汽车研究催化燃烧用于氢空燃烧电池尾氢的消除。目前氢氧催化燃烧有三个重要应用领域：一是供热，比如房屋取暖、加热；二是氢气的消除，主要用于氢氧燃料电池、核电站等；三是氢气内除氧。其中供热领域目前存在燃烧器内温度分布不均匀，存在热点的问题。燃烧器内一旦存在热点，即有发生爆炸的危险。专利201410205980.9公开了一种氢气催化燃烧器，氢气与空气在气体混合腔混合后进入催化剂层，但未见到防止空气进入氢气管道的措施，其次采用催化床层时，一旦催化层填充不均匀势必存在热点。专利201310330722.9公开了一种自燃型氢催化燃烧器，氢气与空气在混合腔预混合后进入低温催化层，然后进入催化燃烧层。混合气通过喷嘴喷入催化层，未见防止回火措施，存在安全隐患。
技术实现思路
为解决氢气管道回火，催化燃烧存在热点的难题，本专利技术提供一种自热防回火式氢氧催化燃烧器。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自热式氢氧催化燃烧器，包括具有一空腔的气体混合室以及呈垂直布置在气体混合室内的空气管道与氢气管道，所述的氢气管道布置在空气管道的上方，所述的空气管道和氢气管道均沿气体混合室圆周切面向外延伸，同时与水平线呈10～20°夹角，所述的空气管道和氢气管道内分别布置有空气管道阻火器和氢气管道阻火器；所述的气体混合室的下方设置有由特制催化板卷成的蜂窝状催化燃烧室，所述的气体混合室与催化燃烧室之间连接有气体布料器，气体布料器通过布料器支撑板安装固定，具有自热功能，启动时不需外界提供能量；所述的催化燃烧室下方设置有催化燃烧器箱体，催化燃烧器箱体下端设置有尾气管道，空气管道和尾气管道上分别设置有空气管道法兰和尾气管道法兰，所述的催化燃烧器箱体上还设有压力传感器套管和温度传感器套管，用于分别安装压力传感器和温度传感器，气体混合室的顶部端面设置有法兰螺栓孔。所述的一种自热式氢氧催化燃烧器，其催化板由催化板平板和催化板折叠板组成，所述的催化板平板由3～6mm厚铝箔或铜片的基底、涂刷在基底上的20～50μm厚疏水性γ三氧化二铝过渡层以及通过化学沉积在过渡层上的0.5～2μm厚铂活性催化剂层组成，所述的铂占过渡层质量的0.5～2%，优选的铂粒子直径为1～10nm。所述的一种自热式氢氧催化燃烧器，催化板折叠板折叠时通过催化板峰谷与峰顶间距离控制蜂窝孔径，优选的蜂窝孔径为200～600μm。所述的一种自热式氢氧催化燃烧器，其空气管道阻火器和氢气管道阻火器由厚度5～10mm、孔数30～50PPI、孔隙率40～80%的泡沫金属加工而成。所述的一种自热式氢氧催化燃烧器，其气体布料器由厚度3～8mm、孔数30～50PPI、孔隙率40～80%的泡沫金属加工而成。进一步，气体布料器由海绵镍加工而成。所述的一种自热式氢氧催化燃烧器，其气体布料器与气体混合室为一体式结构，通过气体混合室法兰与催化燃烧室连接。所述的一种自热式氢氧催化燃烧器，其催化燃烧室外设置有挂耳。本专利技术的第二个方面，提供了一种自热启动方法，使用上述的本专利技术提供的氢氧催化燃烧器，启动时将氢气与氮气按2：3～3：2的比例混合通入气体混合室燃烧，经1～3min即可达到160℃以上，然后停止通入氮气，改为通入空气,0.5～1min后达到稳定燃烧，将混合气空速控制在10000～20000h-1，催化燃烧器启动时不需外界提供热能。本专利技术的有益效果是：通过设计氢气与空气的流道，改进催化剂形式，实现氢氧催化燃烧的顺行，解决氢气催化燃烧时回火、热点等问题，从而实现稳定供热的目的，确保应用安全。本氢氧催化燃烧器可用于供热场合，具有绿色无污染的优点。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术气体混合室的结构示意图；图3是图2中A—A方向的剖视图；图4是图2中B—B方向的剖视图；图5是本专利技术催化燃烧室的结构示意图；图6是图5中C—C方向的剖视图；图7是本专利技术催化板的结构示意图；图8是图7中D—D方向的剖视图；图9是图7中E—E方向的剖视图；图10是本专利技术催化板的组成图。各附图标记为：1—气体混合室，2—空气管道，3—空气管道法兰，4—空气管道阻火器，5—氢气管道，6—气体布料器，7—气体混合室法兰，8—催化燃烧室，9—挂耳，10—催化板，10-1—催化板平板，10-1-1—基底，10-1-2—过渡层，10-1-3—活性催化剂层，10-2—催化板折叠板，11—催化燃烧器箱体，12—尾气管道，13—尾气管道法兰，14—压力传感器套管，15—温度传感器套管，16—法兰螺栓孔，17—布料器支撑板，18—氢气管道阻火器。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例1参照图1至图4所示，本专利技术公开了一种自热式氢氧催化燃烧器，包括具有一空腔的气体混合室1以及呈垂直布置在气体混合室1内的空气管道2与氢气管道5，所述的氢气管道5布置在空气管道2的上方，所述的空气管道2和氢气管道5均沿气体混合室1圆周切面向外延伸，同时与水平线呈10～20°夹角，这样空气与氢气呈切向流进入气体混合室1，通气时控制氢气、空气的流速在0.2马赫以且保证氢气压力大于空气压力，以避免氧气（或者空气）进入氢气管道5，防止氢气和氧气在氢气管道5内发生燃烧，所述的空气管道2和氢气管道5内分别布置有空气管道阻火器4和氢气管道阻火器18，其中空气管道阻火器4和氢气管道阻火器18由厚度5～10mm、孔数30～50PPI、孔隙率40～80%的泡沫金属加工而成；所述的气体混合室1的下方设置有由特制催化板10卷成的蜂窝状催化燃烧室8，所述的气体混合室1与催化燃烧室8之间连接有气体布料器6，其中气体布料器6由厚度3～8mm、孔数30～50PPI、孔隙率40～80%的泡沫金属加工而成，优选由海绵镍加工而成，气体布料器6通过布料器支撑板17安装固定，具有自热功能，启动时不需外界提供能量；所述的催化燃烧室8下方设置有催化燃烧器箱体11，催化燃烧器箱体11下端设置有尾气管道12，空气管道2和尾气管道12上分别设置有空气管道法兰3和尾气管道法兰13，用于连接其他设备，所述的催化燃烧器箱体11上还设有压力传感器套管14和温度传感器套管15，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自热式氢氧催化燃烧器，其特征在于：包括气体混合室（1）以及呈垂直布置在气体混合室（1）内的空气管道（2）与氢气管道（5），所述的氢气管道（5）布置在空气管道（2）的上方，所述的空气管道（2）和氢气管道（5）均沿气体混合室（1）圆周切面向外延伸，同时与水平线呈10～20°夹角，所述的空气管道（2）和氢气管道（5）内分别布置有空气管道阻火器（4）和氢气管道阻火器（18）；所述的气体混合室（1）的下方设置有由催化板（10）卷成的蜂窝状催化燃烧室（8），所述的气体混合室（1）与催化燃烧室（8）之间连接有气体布料器（6），所述的催化燃烧室（8）下方设置有催化燃烧器箱体（11），催化燃烧器箱体（11）下端设置有尾气管道（12）。

【技术特征摘要】
1.一种自热式氢氧催化燃烧器，其特征在于：包括气体混合室（1）以及呈垂直布置在气体混合室（1）内的空气管道（2）与氢气管道（5），所述的氢气管道（5）布置在空气管道（2）的上方，所述的空气管道（2）和氢气管道（5）均沿气体混合室（1）圆周切面向外延伸，同时与水平线呈10～20°夹角，所述的空气管道（2）和氢气管道（5）内分别布置有空气管道阻火器（4）和氢气管道阻火器（18）；所述的气体混合室（1）的下方设置有由催化板（10）卷成的蜂窝状催化燃烧室（8），所述的气体混合室（1）与催化燃烧室（8）之间连接有气体布料器（6），所述的催化燃烧室（8）下方设置有催化燃烧器箱体（11），催化燃烧器箱体（11）下端设置有尾气管道（12）。2.根据权利要求1所述的一种自热式氢氧催化燃烧器，其特征在于，所述的催化板（10）由催化板平板（10-1）和催化板折叠板（10-2）组成，所述的催化板平板（10-1）由3～6mm厚铝箔或铜片的基底（10-1-1）、涂刷在基底（10-1-1）上的20～50μm厚疏水性γ三氧化二铝过渡层（10-1-2）以及化学沉积在过渡层（10-1-2）上的0.5～2μm厚铂活性催化剂层（10-1-3）组成，所述的铂占过渡层（10-1-2）质量的0.5～2%。3.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海港，彭恩高，吴飞，程臣，曾辉，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42