一种极低污染物排放的催化无焰燃烧装置及燃烧方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种燃烧装置，特别是关于一种极低污染物排放的催化无焰燃烧装置。包括燃料和助燃气进口，气体预混器，燃烧板及点火器，气体导流器，无焰燃烧腔及填充于其中的催化剂，集气室及排气口。本发明专利技术描述了一种用于起动极低污染物排放的催化无焰燃烧装置的方法，其包括初始利用小功率火焰燃烧加热无焰燃烧腔及填充于其中的催化剂，然后增大流速切换为大功率催化无焰燃烧。本发明专利技术催化无焰燃烧装置可用于各种非固体燃料燃烧取热过程，有益效果是：燃料完全燃烧，燃烧尾气中碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物的排放量都低于1ppm，具备高效、节能、环保、安全、结构简单、燃烧稳定性好等特点。

Catalytic flameless combustion device with extremely low pollutant emission and combustion method

The present invention relates to a combustion device, especially a catalytic flameless combustion device with extremely low pollutant emissions. It includes fuel and gas inlet, gas premix, combustion plate and igniter, gas deflector, flameless combustion chamber, catalyst packed in it, gas collection chamber and exhaust port. The invention describes a method for very low pollutant emissions starting catalytic flameless combustion method and its device, including the initial use of small power flame heating cavity and no catalyst filling in the flame, and the increase of the flow rate for high power switching catalytic flameless combustion. The invention of the catalytic flameless combustion device can be used for a variety of non heat of combustion process of solid fuels, the beneficial effect is that the full combustion of fuel and combustion gas in hydrocarbon, carbon monoxide and nitrogen oxide emissions are less than 1ppm, has the characteristics of high efficiency, energy saving, environmental protection, safety, simple structure, good combustion stability etc..

【技术实现步骤摘要】
一种极低污染物排放的催化无焰燃烧装置及燃烧方法
本专利技术涉及一种燃料燃烧装置及燃烧方法，特别是关于一种极低氮氧化物排放的燃料无焰燃烧装置及燃烧方法。
技术介绍
近年来，大气污染成为我国主要的环境问题之一。大气污染物主要来源于各种化石燃料的燃烧。相比于燃煤和燃油，天然气燃烧过程产生的粉尘、二氧化硫等污染物显著降低，是更为清洁的燃料，但一氧化碳(CO)，碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)的排放量仍在同一个量级。以北京市为例，现有燃气锅炉配置的都是传统燃烧机，根据有关部门抽样调查的结果，其中85％以上的燃气锅炉NOx值在150毫克/立方米以上。面对严峻的大气污染防治形势，我国环保法规对这些污染物的排放标准要求也越来越高，如2015年出台了《北京市锅炉大气污染污染物排放标准》(DB11/139-2015)，要求到2017年4月1日，北京地区新建燃气锅炉氮氧化物排放浓度要降至30毫克/立方米以下，现有燃气锅炉要降低至80毫克/立方米以下。目前一般采用改进燃烧技术减少污染物生成或通过尾气净化技术消除产生的污染物。CO和HC可通过增加空气与燃料的比例形成贫燃燃烧而大幅降低，也可通过在尾气中加装氧化催化剂实现氧化消除。但目前低NOx排放燃烧技术仍不能满足排放法规要求，需要加装尿素或者氨法催化选择还原脱硝装置，成本高，覆盖率低，大量分布式或小型的燃烧器仍需在燃烧技术上寻求突破。燃烧根据有无可见火焰可分为两类：火焰燃烧和无焰燃烧。火焰燃烧实质上是燃气在自由基参与下发生的氧化反应，这种燃烧方式天然的具有如下两方面问题：1)燃烧不完全会产生甲醛，一氧化碳(CO)等有毒有害气体，且燃料利用率低；2)高温富氧条件下燃烧会导致热力型NOx的大量生成。火焰燃烧技术主要有传统扩散燃烧技术、分级燃烧技术(又称浓淡燃烧技术)、烟气再循环技术、贫燃预混燃烧技术等。传统扩散燃烧会产生明显的火焰面，温度太高，会产生大量NOx，温度梯度大，燃烧不均匀，不完全燃烧产物多；分级燃烧分为燃料分级和空气分级，形成温度较低的浓淡火焰面，可降低NOx生成，温度梯度小，不完全燃烧产物少；烟气再循环是将外部烟气或内部烟气重新进入燃烧区域，利用烟气吸热并降低氧浓度，使燃烧速度和炉内温度降低从而降低NOx生成，但过量烟气使得排烟热损失增大；贫燃预混燃烧是将大量空气与少量燃气在点燃之前在分子层面完全混合，并组织旋流燃烧过程，火焰温度相对较低，NOx生成量小，由于氧气充足且燃料与氧气混合均匀，碳烟和CO生成量较小，但存在排烟热损失和风机能耗过大的问题。无焰燃烧包含催化燃烧技术和高温空气燃烧技术。催化燃烧指在燃烧器入口处添加催化剂，使燃料分子和氧化剂分子在催化剂表面进行反应，常用于低于燃料点火浓度情况下可燃物的燃烧净化过程，而非高浓度燃气燃烧取热；高温空气燃烧是指通过预热空气使反应物超过自燃温度，燃烧反应弥散在一个宽广的区域，无局部高温区，因此NOx排放低。目前催化燃烧器普遍采用顺流式结构，即燃料气与助燃气流经催化剂层时发生催化燃烧反应，然后流过催化剂层后不再返回；高温空气燃烧技术采用的无焰燃烧器也都采用顺流式结构，高温预混气在一个宽广的中空的燃烧腔内自燃，燃烧后气体顺流排出。这种顺流式结构往往导致气体分子横向扩散受限于气体预混程度以及气体流速，燃烧产物中仍存在较高浓度的各种污染物。当前不同功率的燃烧器通常是应用其中的一种技术，降氮效果有限，不能满足日益严格的环保标准要求，且常伴随CO排放增加和热效率降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种极低污染物排放的催化无焰燃烧装置以及燃烧方法，实现多种燃气或汽化燃料在千瓦及兆瓦级功率下催化无焰燃烧，燃烧效率高，污染物排放浓度低至1ppm以下。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术所述的催化无焰燃烧装置，包括一上端开口下端密闭的中空筒体，筒体的下部或底端设有至少一个助燃气进口和至少一个燃料进口，于筒体的中下部助燃气进口和燃料进口上方设有气体预混器，气体预混器上方设有燃烧板，筒体底端与燃烧板之间留有空隙形成气体预混腔，气体预混器置于气体预混腔内，于燃烧板上方设有点火器，筒体的上开口端设有气体导流器，气体导流器为上下二端开口的中空筒状导管，筒状导管的下开口端与中空筒体的上开口端密闭连接，于气体导流器的上方设有无焰燃烧腔，无焰燃烧腔为下端开口上端密闭的中空容器，气体导流器的上开口端与无焰燃烧腔的下开口端相对设置，即气体导流器的上开口端置于无焰燃烧腔的下开口端下方、处于同一平面内或从无焰燃烧腔的下开口端伸入至无焰燃烧腔内，于无焰燃烧腔内的中上部填充有催化剂，气体预混器为1个以上固接于气体预混腔内壁上的片状、棒状、蜂窝状或其他形状的器件中的一种或二种以上，所述器件内部或器件间留有空隙，使预混腔内的气体可由助燃气进口和燃料进口向燃烧板流动，同时气体预混器又可于其内部的部分区域改变助燃气和燃料气的射流方向，形成湍流，使气体在预混腔内混合均匀，燃烧板为一板状结构，其上设有允许预混气通过的贯穿板体上下表面的孔隙或通孔，孔隙或通孔可为圆形、方形、狭缝或其他无规则形状中的一种或二种以上，通孔直径或狭缝宽度为0.01-10mm，燃烧板厚度为0.1-1000mm，点火器可将通过燃烧板的预混气引燃，所述点火器可以是点火针和/或电加热丝；气体预混器和燃烧板均与中空筒体的内壁面固接，催化剂放置于无焰燃烧腔内，并由无焰燃烧腔内壁上支架托住固定，催化剂可填充部分或全部无焰燃烧腔，可与经气体导流器出口完全进入无焰燃烧腔的气体充分接触，气体导流器下开口端连接气体预混腔的上开口端，气体导流器的上开口端作为出口的面积可大于、等于或小于气体预混腔作为出口的上开口端的面积，气体导流器出口可为圆形、方形或其他形状中的一种或二种以上，气体导流器出口可为一个或两个及以上通孔，气体导流器出口方向与无焰燃烧腔作为进口的下开口端相向设置，气体导流器出口尺寸在任何方向上都小于无焰燃烧腔进口尺寸，气体导流器出口和无焰燃烧腔进口沿垂直气流方向上任一平面投影，气体导流器出口的投影位于无焰燃烧腔进口的投影区域内，无焰燃烧腔进口横截面积(垂直于入口气流方向的截面积)是导流器7出口横截面积(垂直于出口气流方向的截面积)的1.01-20倍，气体导流器出口可以伸进无焰燃烧腔进口内，也可与之平齐或离开一段距离，离开的距离需保证自气体导流器出口流出的气体能够完全进入无焰燃烧腔进口，气体导流器出口截面可以是平面或非平面，无焰燃烧腔为一端开口的腔体，腔体可以是半球形或任意形状的只有一端开口的空腔，无焰燃烧腔作为进口的下开口端可为圆形或其他形状中的一种或二种以上，无焰燃烧腔进口可为一个或两个及以上通孔，开口处任一方向的口径尺寸都大于气体导流器出口在相同方向上尺寸，即无焰燃烧腔进口在沿气流方向上的投影能完全覆盖气体导流器出口在该方向上的投影，无焰燃烧腔进口截面可以是平面或非平面，还包括一集气室，集气室为一中空容器，其上设有排气口，集气室将无焰燃烧腔的下开口端包裹在其中空的容腔内部，还包括一固定支架，固定支架将无焰燃烧腔固定在气体导流器出口附近位置，固定支架可与集气室或气体导流器或气体预混腔所在中空容器固定连接，集气室下端设有开口，开口的周边与气体导流器或气体预混腔所在中空容器外壁面密闭连接；无焰燃烧腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极低污染物排放的催化无焰燃烧装置，其特征在于，包括一上端开口下端密闭的中空筒体，筒体的下部或底端设有至少一个助燃气进口(1)和至少一个燃料进口(2)，于筒体的中下部助燃气进口(1)和燃料进口(2)上方设有气体预混器(3)，气体预混器(3)上方设有燃烧板(5)，筒体底端与燃烧板(5)之间留有空隙形成气体预混腔(4)，气体预混器(3)置于气体预混腔(4)内，于燃烧板(5)上方设有点火器(6)，筒体的上开口端设有气体导流器(7)，气体导流器(7)为上下二端开口的中空筒状导管，筒状导管的下开口端与中空筒体的上开口端密闭连接，于气体导流器(7)的上方设有无焰燃烧腔(8)，无焰燃烧腔(8)为下端开口上端密闭的中空容器，气体导流器(7)的上开口端与无焰燃烧腔(8)的下开口端相对设置，即气体导流器(7)的上开口端置于无焰燃烧腔(8)的下开口端下方、处于同一平面内或从无焰燃烧腔(8)的下开口端伸入至无焰燃烧腔(8)内，于无焰燃烧腔(8)内的中上部填充有催化剂(9)。

【技术特征摘要】
1.一种极低污染物排放的催化无焰燃烧装置，其特征在于，包括一上端开口下端密闭的中空筒体，筒体的下部或底端设有至少一个助燃气进口(1)和至少一个燃料进口(2)，于筒体的中下部助燃气进口(1)和燃料进口(2)上方设有气体预混器(3)，气体预混器(3)上方设有燃烧板(5)，筒体底端与燃烧板(5)之间留有空隙形成气体预混腔(4)，气体预混器(3)置于气体预混腔(4)内，于燃烧板(5)上方设有点火器(6)，筒体的上开口端设有气体导流器(7)，气体导流器(7)为上下二端开口的中空筒状导管，筒状导管的下开口端与中空筒体的上开口端密闭连接，于气体导流器(7)的上方设有无焰燃烧腔(8)，无焰燃烧腔(8)为下端开口上端密闭的中空容器，气体导流器(7)的上开口端与无焰燃烧腔(8)的下开口端相对设置，即气体导流器(7)的上开口端置于无焰燃烧腔(8)的下开口端下方、处于同一平面内或从无焰燃烧腔(8)的下开口端伸入至无焰燃烧腔(8)内，于无焰燃烧腔(8)内的中上部填充有催化剂(9)。2.根据权利要求1所述的催化无焰燃烧装置，其特征在于：气体预混器(3)为1个以上固接于气体预混腔(4)内壁上的片状、棒状、蜂窝状或其他形状的器件中的一种或二种以上，所述器件内部或器件间留有空隙，使预混腔(4)内的气体可由助燃气进口(1)和燃料进口(2)向燃烧板(5)流动，同时气体预混器(3)又可于其内部的部分区域改变助燃气和燃料气的射流方向，形成湍流，使气体在预混腔(4)内混合均匀；燃烧板(5)为一板状结构，其上设有允许预混气通过的贯穿板体上下表面的孔隙或通孔，孔隙或通孔可为圆形、方形、狭缝或其他无规则形状中的一种或二种以上，通孔直径或狭缝宽度为0.01-10mm，燃烧板厚度为0.1-1000mm。3.根据权利要求1所述的催化无焰燃烧装置，其特征在于：点火器(6)可将通过燃烧板(5)的预混气引燃，所述点火器可以是点火针和/或电加热丝；气体预混器(3)和燃烧板(5)均与中空筒体的内壁面固接；催化剂(9)放置于无焰燃烧腔(8)内，并由无焰燃烧腔(8)内壁上支架托住固定，催化剂可填充部分或全部无焰燃烧腔，可与经气体导流器(7)出口完全进入无焰燃烧腔(8)的气体充分接触。4.根据权利要求1所述的催化无焰燃烧装置，其特征在于：气体导流器(7)下开口端连接气体预混腔(4)的上开口端，气体导流器(7)的上开口端作为出口的面积可大于、等于或小于气体预混腔(4)作为出口的上开口端的面积，气体导流器(7)出口可为圆形、方形或其他形状中的一种或二种以上，气体导流器(7)出口可为一个或两个及以上通孔，气体导流器(7)出口方向与无焰燃烧腔(8)作为进口的下开口端相向设置，气体导流器(7)出口尺寸在任何方向上都小于无焰燃烧腔(8)进口尺寸，气体导流器(7)出口和无焰燃烧腔(8)进口沿气流方向上任一平面投影，气体导流器(7)出口的投影位于无焰燃烧腔(8)进口的投影区域内，无焰燃烧腔(8)进口横截面积(垂直于入口气流方向的截面积)是导流器7出口横截面积(垂直于出口气流方向的截面积)的1.01-20倍，气体导流器(7)出口可以伸进无焰燃烧腔(8)进口内，也可与之平齐或离开一段距离，离开的距离需保证自气体导流器(7)出口流出的气体能够完全进入无焰燃烧腔(8)进口，气体导流器(7)出口截面可以是平面或非平面；无焰燃烧腔(8)为一端开口的腔体，腔体可以是半球形或任意形状的只有一端开口的空腔，无焰燃烧腔(8)作为进口的下开口端可为圆形或其他形状中的一种或二种以上，无焰燃烧腔(8)进口可为一个或两个及以上通孔，开口处任一方向的口径尺寸都大于气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：李为臻，陈志强，张景才，吴春田，张涛，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21