專利名稱：一種催化燃燒裝置低溫起燃裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于非預(yù)混燃燒、平面燃燒、空氣預(yù)熱燃燒 和蜂窩蓄熱原理，操作簡(jiǎn)單、方便、經(jīng)濟(jì)和快捷的催化燃燒低溫起燃裝置。 適用于流向變換型催化反應(yīng)器，燃用石油液化氣、天然氣或合成燃?xì)獾母鞣N 民用和工業(yè)催化燃燒鍋爐，熱力發(fā)電、燃?xì)廨啓C(jī)或高溫爐窯使用。
背景技術(shù)：
催化燃燒是一種清潔高效的熱能供應(yīng)途徑，符合我國中長(zhǎng)期規(guī) 劃低排放、高效率增長(zhǎng)方式要求。研究開發(fā)催化燃燒技術(shù)，可以大規(guī)模推廣普 及應(yīng)用天然氣燃料，改善我國大氣污染狀況，改善我國能源結(jié)構(gòu)。
催化劑應(yīng)用于燃燒領(lǐng)域需要解決經(jīng)濟(jì)且便捷起燃問題。北京建筑工程學(xué)
院學(xué)報(bào)2006年第3期報(bào)道，實(shí)驗(yàn)室研究專門設(shè)置一個(gè)基于電加熱原理的空氣預(yù) 熱器，提出和嘗試起燃階段在混合氣中引入氫氣，使得催化劑在不經(jīng)火焰預(yù) 熱的情況下就能起燃。如附圖2所示，催化反應(yīng)器由monolith反應(yīng)器14，流量 調(diào)節(jié)閥15，空氣進(jìn)口管16，氫氣進(jìn)口管17，甲垸氣進(jìn)口管18組成，實(shí)驗(yàn)開始 時(shí)先調(diào)節(jié)合適的氫氣和空氣流量。在室溫下，氫氣和空氣能在鉑催化劑上燃 燒，反應(yīng)器溫度能逐步升到40(TC以上。氫氣燃燒速度快，增加了燃燒不安全 性?；W(xué)報(bào)2003年第9期報(bào)道的流向變換型催化反應(yīng)器只能在反應(yīng)氣體積百 分?jǐn)?shù)極低條件下使用，利用體積大比表面積小的陶瓷蓄熱球吸收較弱的反應(yīng) 放熱以提高催化操作經(jīng)濟(jì)性，切換周期長(zhǎng)達(dá)十幾小時(shí)。流向變換型催化反應(yīng) 器的蓄熱過程只是完成低溫起燃以后的催化反應(yīng)過程，低溫起燃仍然是一個(gè) 亟待解決的問題。民用燃?xì)馊紵蛣?dòng)力燃燒領(lǐng)域的催化燃燒技術(shù)能普遍推廣 的不多，大多數(shù)尚處于研發(fā)階段，很難見到有關(guān)低溫起燃設(shè)計(jì)操作報(bào)道
發(fā)明內(nèi)容
吸收高效蓄熱材料研發(fā)成果，結(jié)合非預(yù)混燃燒、平面燃燒、 空氣預(yù)熱燃燒和蜂窩蓄熱技術(shù)，設(shè)計(jì)出催化燃燒低溫起燃裝置，滿足催化燃 燒低溫起燃操作簡(jiǎn)單、方便、安全、經(jīng)濟(jì)和快捷等要求。
催化燃燒低溫起燃裝置，主要包括兩套結(jié)構(gòu)相同緊湊并列垂直布置的蓄 熱式燃燒器和空煙氣四通換向閥，燃燒器主要包括穩(wěn)壓室，蜂窩狀陶瓷蓄熱 體，蜂窩狀催化體，常開型點(diǎn)火器，燃?xì)饪烨虚y和石英供氣管，爐壁和兩個(gè) 催化體頂面圍成燃燒室，四通換向閥置于兩個(gè)燃燒器底部中間位置，換向閥位置對(duì)稱的兩個(gè)氣口分別和兩穩(wěn)壓室進(jìn)氣口相連接，蓄熱體置于穩(wěn)壓室頂面 之上且空煙氣全部從蓄熱體蜂窩通道中流過，蓄熱體間壁薄且比表面積大于
800m7m3，催化體置于蓄熱體之上，催化體和蓄熱體蜂窩通道軸線重合，燃?xì)?快切閥置于爐外且沿燃?xì)饬鲃?dòng)方向置于石英供氣管上游，石英供氣管穿過爐 壁，石英供氣管出口端高出催化體頂面15 20mm且和催化體頂面中心在同一 條垂直線上，點(diǎn)火器穿過石英供氣管和催化體頂面之間的爐壁。
由換向閥送入的空氣依次流經(jīng)一個(gè)燃燒器的穩(wěn)壓室，蓄熱體和催化體后 進(jìn)入燃燒室，該燃燒器燃?xì)饪烨虚y處于開啟狀態(tài)使得燃?xì)饨?jīng)石英供氣管進(jìn)入 燃燒室，煙氣經(jīng)過另一個(gè)燃燒器的催化體，蓄熱體和穩(wěn)壓室后引入換向閥， 該燃燒器燃?xì)饪烨虚y處于關(guān)閉狀態(tài)切斷燃?xì)夤?yīng)，15 60s后兩燃燒器燃?xì)饪?切閥開關(guān)狀態(tài)改變，同時(shí)空煙氣換向閥動(dòng)作使得空氣和煙氣交換流動(dòng)管道。
本發(fā)明適用于燃用低熱值、低品位和低能量密度氣體燃料，低溫起燃操 作時(shí)間短，經(jīng)濟(jì)性好，穩(wěn)定簡(jiǎn)便，催化體使用安全，燃燒安全，蓄熱體和催 化體溫度易于控制調(diào)節(jié)。各類流向變換型催化反應(yīng)器，燃用石油液化氣、天 然氣或合成燃?xì)獾母鞣N民用或工業(yè)催化燃燒鍋爐、加熱裝置，熱力發(fā)電，燃 氣輪機(jī)發(fā)電或高溫爐窯均可使用本發(fā)明。


圖1為發(fā)明涉及的一種催化燃燒低溫起燃裝置；
圖2為monolith催化反應(yīng)器原理圖。14為monolith反應(yīng)器，15為流量 調(diào)節(jié)閥，16為空氣進(jìn)口管，17為氫氣進(jìn)口管，18甲垸氣進(jìn)口管。 下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，催化燃燒低溫起燃裝置主要包括穩(wěn)壓室1和12，蓄熱體2 和ll，催化體4和9，供氣管6和7，燃?xì)饪烨虚y3和10，點(diǎn)火器5和8，空 煙氣四通換向閥13。穩(wěn)壓室l，蓄熱體2，催化體4，點(diǎn)火器5，燃?xì)饪烨虚y 3和供氣管6組成左側(cè)蓄熱式平面燃燒器，穩(wěn)壓室12，蓄熱體ll，催化體9， 點(diǎn)火器8，燃?xì)饪烨虚y10和供氣管7組成右側(cè)蓄熱式平面燃燒器。兩燃燒器 燃燒面寬且集中并列布置。爐壁和催化體4和9的頂面圍成燃燒室。四通換 向閥13置于兩個(gè)燃燒器底部中間位置，換向閥13位置對(duì)稱的兩個(gè)氣口分別和穩(wěn)壓室1和12的進(jìn)氣口相連接。穩(wěn)壓室1和12起均勻分配空氣或集氣作 用。點(diǎn)火器穿過石英供氣管和催化體頂面之間的爐壁，點(diǎn)火器5置于催化體4 和燃?xì)夤?之間，點(diǎn)火器8置于催化體9和燃?xì)夤?之間。蓄熱體置于穩(wěn)壓 室頂面之上且空煙氣全部均勻流過蓄熱體，蓄熱體2兩端分別和穩(wěn)壓室1及 催化體4緊密連接，蓄熱體11兩端分別和穩(wěn)壓室12及催化體9緊密連接， 燃燒室和催化體4及9緊密連接，蓄熱體2和11主要材質(zhì)為A1203，設(shè)置蜂窩 狀氣流通道，中間壁厚0.5 lmm，比表面積大于800m7m3。催化體4和9呈 球狀或蜂窩狀，可以是稀土型或貴金屬型催化劑，可以是涂敷型或整體型催 化體，內(nèi)部設(shè)置均勻的氣流通道。催化體置于蓄熱體之上，催化體和蓄熱體 氣流通道中心軸線重合。催化體4將燃燒室和蓄熱體2分隔開，催化體9將 燃燒室和蓄熱體11分隔開。燃?xì)饪烨虚y置于爐壁之外且沿燃?xì)饬鲃?dòng)方向置于 石英供氣管上游。供氣管6和7用高溫性能良好的中空剛玉管作成。供氣管 穿過爐壁，供氣管出口端高出催化體頂面15 20mm且和催化體頂面中心在同 一條垂直線上，將燃?xì)馑腿肴紵覂?nèi)催化體4或9中心區(qū)域。燃燒室不設(shè)置 水冷管。
由換向閥13送入的空氣依次流經(jīng)一個(gè)燃燒器的穩(wěn)壓室，蓄熱體和催化體 后進(jìn)入燃燒室，該燃燒器燃?xì)饪烨虚y處于開啟狀態(tài)使得燃?xì)饨?jīng)石英供氣管進(jìn) 入燃燒室，煙氣經(jīng)過另一個(gè)燃燒器的催化體，蓄熱體和穩(wěn)壓室后引入換向閥， 該燃燒器燃?xì)饪烨虚y處于關(guān)閉狀態(tài)切斷燃?xì)夤?yīng)，15 60s后兩燃燒器燃?xì)饪?切閥開關(guān)狀態(tài)改變，同時(shí)空煙氣換向閥動(dòng)作使得空氣和煙氣交換流動(dòng)管道。 兩燃燒器配合工作， 一燃燒器組織高溫預(yù)熱燃燒時(shí)另一燃燒器排放煙氣并起 回收煙氣余熱功能，切換周期不超過lmin。燃?xì)饪烨虚y3及10和燃燒器、空 煙氣切換裝置13動(dòng)作相一致。兩點(diǎn)火燒嘴5和8為兩燃燒器提供穩(wěn)定著火源， 處于常開狀態(tài)，不隨兩燃燒器燃燒周期性切換而變化。
以左側(cè)燃燒器組織燃燒為例，進(jìn)一步說明本發(fā)明涉及的低溫起燃裝置和 使用方法。左側(cè)燃?xì)饪烨虚y3開啟，右側(cè)燃?xì)饪烨虚y10關(guān)閉?？諝庖来谓?jīng)過 換向閥13，穩(wěn)壓室1，蓄熱體2和催化體4進(jìn)入燃燒室內(nèi)，燃?xì)庖来瘟鬟^燃 氣快切閥3和燃?xì)夤?注入燃燒室內(nèi)催化體4頂部中心區(qū)域。由于左側(cè)蓄熱 體2溫度高加上其比表面積大，空氣流過蓄熱體2時(shí)并迅速預(yù)熱到高溫水平。 在點(diǎn)火器5作用下高溫空氣和燃?xì)饣旌虾笾穑l(fā)生擴(kuò)散控制型預(yù)熱空氣燃燒，出現(xiàn)平面狀火焰。燃燒室沒有水冷管帶走熱量，但有爐壁蓄熱。由于爐 壁溫度低，在爐壁蓄熱作用下流至催化體9的煙氣溫度低于催化體失活溫度。
在引風(fēng)機(jī)作用下，煙氣依次經(jīng)過催化體9和蓄熱體11流入穩(wěn)壓室12，再被引 入換向閥13。在右側(cè)蓄熱體11里煙氣放熱降溫到高出環(huán)境溫度50 10(TC的 溫度水平。
隨著換熱過程進(jìn)行，左側(cè)蓄熱體2溫度越來越低，右側(cè)蓄熱體ll溫度越 來越高。15 60s后，空煙氣換向閥13動(dòng)作，空氣和煙氣交換流通管路，燃 燒改到右側(cè)組織，左側(cè)蓄熱體2回收煙氣余熱，為空煙氣換向閥13再動(dòng)作后 預(yù)熱預(yù)混物儲(chǔ)存熱量。此時(shí)右側(cè)燃?xì)饪烨虚y10開啟，左側(cè)燃?xì)饪烨虚y3關(guān)閉。 燃?xì)庖来瘟鬟^燃?xì)饪烨虚y10和燃?xì)夤?注入燃燒室內(nèi)催化體9中心區(qū)域，空 氣依次經(jīng)過穩(wěn)壓室12，蓄熱體11和催化體9進(jìn)入燃燒室內(nèi)，煙氣依次經(jīng)過催 化體4和蓄熱體2流入穩(wěn)壓室1。
整個(gè)周期內(nèi)催化體4和9溫度變化小，溫度整體水平逐漸升高，不會(huì)出 現(xiàn)因催化體大量吸熱導(dǎo)致催化劑溫度迅速升高而失活等問題。變化切換周期、 燃?xì)饬髁炕蚩諝膺^剩系數(shù)是調(diào)節(jié)蓄熱體2和11、催化體4和9溫度分布的主 要手段。低溫起燃操作基于蜂窩陶瓷蓄熱、預(yù)熱空氣燃燒和平面燃燒原理， 熱效率高，燃燒效率高，加熱時(shí)間短。低溫起燃基于非預(yù)混燃燒原理，操作 安全，無熄火和爆燃現(xiàn)象，沒有明火對(duì)著催化體，催化體使用安全。另外， 本發(fā)明能很方便地實(shí)現(xiàn)"低溫起燃"和"催化燃燒"工作方式的轉(zhuǎn)變。
實(shí)驗(yàn)表明發(fā)明能燃用原本廢棄熱值低于800kCal/i/的低熱值燃?xì)?，?溫起燃操作能在不到60rnin時(shí)間里將催化體溫度提高到800°C以上，經(jīng)濟(jì)性好， 穩(wěn)定簡(jiǎn)便，燃燒穩(wěn)定安全，催化體溫度分布均勻、無局部高溫且易于調(diào)控。
權(quán)利要求
1. 一種催化燃燒低溫起燃裝置，其特征在于包括兩套結(jié)構(gòu)相同且緊湊并列垂直布置的蓄熱燃燒器和空煙氣四通換向閥，蓄熱燃燒器包括穩(wěn)壓室，蜂窩狀的陶瓷蓄熱體，蜂窩狀的催化體，常開型點(diǎn)火器，燃?xì)饪烨虚y和石英供氣管，爐壁和兩個(gè)催化體的頂面圍成燃燒室，在兩個(gè)蓄熱燃燒器底部的中間位置放置空煙氣四通換向閥，空煙氣四通換向閥位置對(duì)稱的兩個(gè)氣口分別和兩個(gè)穩(wěn)壓室的進(jìn)氣口相連接，在穩(wěn)壓室的頂面上設(shè)置陶瓷蓄熱體，空煙氣全部從陶瓷蓄熱體的蜂窩通道中流過，陶瓷蓄熱體間壁薄且比表面積大于800m2/m3，在陶瓷蓄熱體的上面放置催化體，催化體和陶瓷蓄熱體的蜂窩通道軸線重合，燃?xì)饪烨虚y置于爐外且沿燃?xì)饬鲃?dòng)方向置于石英供氣管的上游，石英供氣管穿過爐壁，石英供氣管出口端高出催化體頂面15～20mm且和催化體頂面的中心在同一條垂直線上，常開型點(diǎn)火器穿過石英供氣管和催化體頂面之間的爐壁。
全文摘要
一種綜合平面燃燒、空氣預(yù)熱燃燒和蜂窩蓄熱優(yōu)勢(shì)的催化燃燒低溫起燃裝置。本發(fā)明包括兩套結(jié)構(gòu)相同且緊湊布置的蓄熱燃燒器和空煙氣四通換向閥，蓄熱燃燒器包括穩(wěn)壓室，蜂窩蓄熱體，蜂窩催化體，常開型點(diǎn)火器，燃?xì)饪烨虚y和石英供氣管，蓄熱體置于穩(wěn)壓室之上且比表面積＞800m²/m³，催化體置于蓄熱體之上，供氣管出口端高出催化體15～20mm且在催化體中垂線上，點(diǎn)火器置于供氣管和催化體之間。蓄熱燃燒器以1/(15～60)頻率周期性組織燃燒和冷卻煙氣。發(fā)明能燃用低熱值燃?xì)?，能?0min內(nèi)完成起燃操作，經(jīng)濟(jì)安全穩(wěn)定簡(jiǎn)便，催化體溫度均勻且易于調(diào)控。本發(fā)明適用于流向變換型催化反應(yīng)器，催化燃燒鍋爐，燃?xì)廨啓C(jī)或爐窯。
文檔編號(hào)F23C13/02GK101430089SQ20071003604
公開日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2007年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月5日
發(fā)明者周孑民, 全 張, 明 徐, 徐文耀, 熾 梅, 艾元方, 艾振宙, 蔣受寶, 蔣紹堅(jiān) 申請(qǐng)人:中南大學(xué)