混合均质催化燃烧系统技术方案

本发明专利技术涉及一种混合燃烧系统(1)，其中，连续地进行富均质燃烧和贫催化燃烧，这导致氮氧化物排放量为零并被用于获取家用热水。本发明专利技术涉及一种燃烧系统，其中，位于富均质燃烧单元的出口和贫催化燃烧单元的出口中的两个串联连接的换热器单元将在燃烧反应过程中所产生的热量传递到加热水和/或自来水的家用散热器，用于产生热水。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合均质催化燃烧系统
本专利技术涉及一种混合燃烧系统，其中，连续地进行富(rich)均质燃烧和贫(poor)催化燃烧，这导致了氮氧化物(NOx)排放量为零并被用于获取家用热水。
技术介绍
减少在气体燃料热水器中产生的废气排放部内侧的氮氧化物排放量就环境和人类健康而言都是非常重要的。在燃烧系统中，氮氧化物以三种不同的方式形成。这些方式如下：包括在液态或固态燃料内容物中所提供的氮源的氮氧化物的形成、在火焰中即刻但少量产生的氮氧化物的形成以及在高温下热的氮氧化物的形成。由于燃料内容物中所包括的氮与燃烧空气中所提供的氧的反应，导致产生了基于燃料的氮氧化物排放。气体燃料中并不会遇到这种问题。然而，在固态和液态燃料中的约一半的总氮氧化物排放量可源自于在燃料的内容物中所提供的氮。由于在空气中存在的氮与烃基之间所发生的快速反应，导致构成了快速型(prompt)氮氧化物的形成。这些类氮氧化物排放量在总氮氧化物排放量内的份额是相当低的。由于燃烧空气中的氧和氮在超过特别是1200℃的火焰温度下的反应，导致发生热的氮氧化物的形成。随着火焰温度增加，热的氮氧化物排放量非常快速地增加。作为气态燃料的燃烧的结果而释放的绝大多数的氮氧化物排放均以这种方式发生。在商用天然气水加热系统中，均质燃烧过程被用作燃烧技术。在天然气的均质燃烧过程中，在化学计量状况下，达到了高火焰温度。热的氮氧化物的形成依靠这些状况下的高温而发生。减少具有气体燃料的燃烧系统中的氮氧化物排放量的最为有效的方式是减少火焰峰值温度以及缩短这些峰值温度下的停留时间。因此，所使用的系统主要通过过量的空气来操作。此外，可向燃烧室提供次级空气供应，以降低火焰峰值温度。作为选择，可通过借助于合适的设备以合适的吸收速率吸收来自火焰的热能来降低火焰温度，避免氮氧化物的形成。为了减少氮氧化物排放所使用的另一方法是通过富燃料混合物开始该均质燃烧过程，并且随后逐渐地通过贫燃料混合物来完成该燃烧过程。在至少两个区域中，在连续的区域中从富混合物朝向贫混合物连续地执行燃烧过程。通过向连续的燃烧区喷射燃料或燃烧空气实现了逐渐燃烧。美国专利文献No.US5195884、No.US5275552、No.US7198482、No.US6695609和国际专利文献No.WO2010092150可被引用作为与该问题相关的示例。在所述专利文献中，在均质燃烧系统中，燃料供应喷嘴被放置在燃烧室上的不同位置中，以便实现逐渐燃烧。在也被称之为扩散火焰的均质燃烧技术中，燃料和氧化剂被通过扩散而混合并且燃烧反应发生在燃烧室中，其中，同时也从该系统中提取热量。在专利文献No.US4904179和No.EP1310737中描述了具有减少了的氮氧化物排放量的扩散火焰式燃烧器。减少燃烧反应中释放的氮氧化物排放量的另一方法是降低燃烧温度。仅通过催化燃烧来实现低温下的燃烧过程是可能的。也被称之为无焰燃烧的催化燃烧发生在催化剂表面上并且具有远低于均质燃烧的活化能量。通常，使用诸如钯和铂之类的贵金属催化剂。铬、锰、铁、钙、镍、铜、锌和锡氧化物也是具有氧化能力的金属并且它们可出于催化燃烧的目的而被使用。由于作为天然气的中间化合物的甲烷是高度对称分子这一事实；它需要被预加热到约250-400℃的温度，以被催化地燃烧。该预加热过程对燃烧系统的能量平衡产生不利的影响。通常；钯基燃烧催化剂的吸引性由于这些催化剂的氧化钯(PdO)活性部位都被转化为超过800℃的非活性金属相而丧失。美国专利文献No.US5464006和No.US5810577公开了处于多个阶段中的催化燃烧系统。在美国专利文献No.US5464006中，在使气体-燃料-空气的混合物穿过电气预加热区之后，燃烧发生在两个不同的催化燃烧阶段中。约70-90％的燃料在第一催化区(催化间隙燃烧器管)中燃烧，而其余的燃烧发生在第二催化区中并发生在整体式(monolith-type)催化剂上。类似的申请也可在美国专利文献No.US5810577中获得。欧洲专利文献No.EP0256322和No.EP0356709公开了一种被浸入到催化剂床中的换热系统。天然气-空气的混合物被加热到催化燃烧通过电加热器或电子点火系统而开始，从而首先实现均质燃烧的温度(320-390℃)。在催化燃烧开始之后，燃烧温度达到400-700℃，并且所述预加热系统停用。当温度下降到低于400℃时，催化燃烧反应结束。预加热系统被临时重新使用用于再次启动。亚铬酸铜被用作催化剂。在德国专利文献No.DE3332572中，在两个连续的燃烧阶段中使用组合表面和催化型燃烧器。在第一阶段中，一次燃烧发生在位于与第二阶段燃烧器平行的位置中的组合式(表面-催化)燃烧器上。该燃烧系统完成，其中，通过位于同一反应器的下方的相同的第二表面-催化组合式燃烧器系统向离开第一区的燃烧气体供应辅助的次级空气供应。供给到位于串联连接的两个燃烧器对的出口上的换热器单元的水被通过燃烧气体的热量加热。德国专利文献No.DE4308017、No.DE422711、No.DE4412714和欧洲专利文献No.EP0671586公开了具有三个燃烧区的系统，其中表面式燃烧器和催化燃烧器一起使用。通过将气体燃料-空气混合物的一部分供给到表面式燃烧器中来均质地执行燃烧。而被供给到催化燃烧器中的气体燃料-空气混合物在加热护套上通过表面式燃烧器中产生的热量被预加热到300-350℃的温度。因此，启动了间隙式催化燃烧器。最后，来自这两个燃烧器(表面式燃烧器、间隙式催化燃烧器)的组合废气进入该整体式催化燃烧器并且完成了该燃烧过程。具有约13kW的热能的燃料在均质表面式燃烧器上燃烧，而燃料-空气混合物的其余部分被通过调制在6-12kW的热能范围中催化地燃烧。通过在环绕全部三个燃烧器的腔室中提供水循环来获得热水。在德国专利文献No.DE19739704中，连续地使用两个催化燃烧器。第一催化燃烧器单元是陶瓷块，并且它同时也被用作表面燃烧器。在表面和催化燃烧器的入口和出口上，存在串联的两个换热器单元。位于燃烧器入口中的换热器被设计成，用以接收通过辐射发出的热量，以防止火焰回火。此外，通过环绕在燃烧块的外侧的冷却水循环从该燃烧室获取所包含的热量。在欧洲专利文献No.EP0789188中，两个催化燃烧器以类似的方式连续地定位。在位于两个催化燃烧器之间的腔室中存在一个点火电极。燃烧过程通过借助于点火电极首先发生在第一催化剂表面上的均质燃烧开始。为了防止催化剂过热，具有红外辐射吸收层的冷却板被放置在定位有点火电极的腔室的两侧上。通过在具有整体几何形状的第二催化燃烧器中燃烧在第一催化燃烧器中并未燃烧的燃料馏分来完成燃烧。在所述专利文献中描述的用于首次点火的点火电极可被定位在位于两个催化燃烧器之间的区域中，并且它也可被定位在被放置到位于气体供应侧的冷却分配板与第一催化燃烧板之间的区域中。作为选择，在该专利文献中，所描述的是，将包括被定位在介于这两个催化燃烧器之间的该区域中的点火电极和催化燃烧器在内的该系统的两个单元彼此平行地放置是可能的。在德国专利文献No.DE4324012中，接连地进行均质燃烧和催化燃烧。作为均质燃烧的结果而产生的废气和未燃烧的碳氢化合物在催化式燃烧器板上通过，并因此排本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃烧系统(1)，主要包括：‑至少一个本体(2)；‑位于所述本体(2)的下方的至少一个表面式燃烧器(3)，其中燃烧富燃料空气混合物；‑点燃所述燃料空气混合物的至少一个电极(4)；‑至少一个燃料阀(5)，由此给出所述表面式燃烧器(3)所需的天然气；‑至少一个压缩机(或风扇)(6)，由此提供所述表面式燃烧器(3)所需的空气；‑位于所述压缩机(6)的下游的至少一个空气阀(7)；其特征在于，‑至少一个主换热器(8)，其中，作为在所述表面式燃烧器(3)中发生的燃烧的结果而产生的废气进入所述主换热器并且加热的水穿过所述主换热器；‑用于使穿过所述主换热器(8)的水增压的至少一个泵(9)；‑位于所述主换热器(8)及测量水流量的至少一个流量计(转子流量计等)(11)的前方的至少一个换热器阀(10)；‑定位在所述主换热器(8)的上方的至少一个管状次级换热器(12)，其中，离开所述主换热器(8)的废气从加热护套穿过并且被泵送用于燃烧的空气通过穿过所述加热护套而被加热；‑控制穿过所述次级换热器(12)的空气的至少一个次级换热器空气阀(13)；‑至少一个气体分配器板(14)，所述气体分配器板位于所述次级换热器(12)的上方并通过使所述废气和离开所述次级换热器(12)的空气混合而产生贫气体混合物；‑至少一个水分捕集器(15)，其中，离开所述气体分配器板(14)的所述贫气体混合物进入所述水分捕集器；‑至少一个催化燃烧器(16)，所述催化燃烧器位于所述水分捕集器(15)的上方，并且在所述催化燃烧器中发生无焰燃烧；‑至少一个第三换热器(17)，其中，离开所述催化燃烧器(16)的气体通过穿过护套部分而被释放到大气，并且离开所述主换热器(8)的水穿过所述第三换热器并且在离开所述系统之前最后一次被加热；以及‑至少一个气体出口排放管(18)，在所述气体出口排放管中，所述气体离开所述本体(2)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.30 TR 2014/076151.一种燃烧系统(1)，主要包括：-至少一个本体(2)；-位于所述本体(2)的下方的至少一个表面式燃烧器(3)，其中燃烧富燃料空气混合物；-点燃所述燃料空气混合物的至少一个电极(4)；-至少一个燃料阀(5)，由此给出所述表面式燃烧器(3)所需的天然气；-至少一个压缩机(或风扇)(6)，由此提供所述表面式燃烧器(3)所需的空气；-位于所述压缩机(6)的下游的至少一个空气阀(7)；其特征在于，-至少一个主换热器(8)，其中，作为在所述表面式燃烧器(3)中发生的燃烧的结果而产生的废气进入所述主换热器并且加热的水穿过所述主换热器；-用于使穿过所述主换热器(8)的水增压的至少一个泵(9)；-位于所述主换热器(8)及测量水流量的至少一个流量计(转子流量计等)(11)的前方的至少一个换热器阀(10)；-定位在所述主换热器(8)的上方的至少一个管状次级换热器(12)，其中，离开所述主换热器(8)的废气从加热护套穿过并且被泵送用于燃烧的空气通过穿过所述加热护套而被加热；-控制穿过所述次级换热器(12)的空气的至少一个次级换热器空气阀(13)；-至少一个气体分配器板(14)，所述气体分配器板位于所述次级换热器(12)的上方并通过使所述废气和离开所述次级换热器(12)的空气混合而产生贫气体混合物；-至少一个水分捕集器(15)，其中，离开所述气体分配器板(14)的所述贫气体混合物进入所述水分捕集器；-至少一个催化燃烧器(16)，所述催化燃烧器位于所述水分捕集器(15)的上方，并且在所述催化燃烧器中发生无焰燃烧；-至少一个第三换热器(17)，其中，离开所述催化燃烧器(16)的气体通...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·C·科尔克马兹，A·萨里奥格兰，F·阿克金，G·萨拉姆，H·恰姆克尔坦恩，E·阿卡尔，Y·苏朱，
申请(专利权)人：土耳其科学技术研究理事会，
类型：发明
国别省市：土耳其,TR