一种极低污染物排放的催化无焰燃烧装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种燃烧装置，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。本实用新型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。本实用新型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。
【专利说明】
一种极低污染物排放的催化无焰燃烧装置
技术领域
[0001]本实用新型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。【背景技术】
[0002]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(C0)，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。C0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。
[0003]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(C0)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 C0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。
[0004]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。
[0005]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C0排放增加和热效率降低。【实用新型内容】
[0006]本实用新型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lpprn以下。
[0007]为达此目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0008]本实用新型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，气体预混器为一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〇.〇l-l〇mm，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;无焰燃烧腔位于集气室内，集气室内壁面与无焰燃烧腔外壁面间留有空隙，该空隙的截面积为气体导流器出口截面积的1倍以上，可将燃烧后尾气收集，并经排气口排出，排气口可以安装在集气室的任意位置，也可在集气室的两个以上的多个位置安装两个以上的多个排气口，排气口截面积之和为气体导流器出口横截面积(垂直于出口气流方向的截面积)的1倍以上，于无焰燃烧腔内、无焰燃烧腔外壁面上、集气室内、集气室外壁面上中的一个或两个以上位置处可安装换热装置，所述换热装置可以是管壳式、翅片式或板式换热器等中的一种或两种以上。
[0009]本实用新型所述的燃烧方法，包括控制分别经燃料进口和助燃气进口通入气体预混腔内的燃气和助燃气预混后空气系数为1.01-2.5,根据本领域普通技术人员已知的所用燃料的回火线速度与脱火线速度，调节预混气的线速度介于回火线速度与脱火线速度之间，开启点火器点火后，加热无焰燃烧腔及填充于其中的催化剂至红热或600度以上，然后增加预混气线速度到脱火线速度以上，使火焰熄灭，同时令预混气继续在无焰燃烧腔及填充于其中的催化剂上发生无焰燃烧，气流到达燃烧腔底部后返回并带走大部分热量，高温尾气经集气室收束，经换热器换热后，自排气口排出，燃烧产物为二氧化碳和/或水蒸汽，有害物质一氧化碳(C0)、碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)排放浓度分别低于lppm，助燃气进口通入的气体为空气、氧气以及其他除空气之外的含氧量为1-99.9vol %的含氧混合气，燃料进口通入的气体为气态燃料、雾状液体燃料、以及以空气、氮气等非可燃气体中的一种或二种以上稀释至终浓度为〇.1-99.9vol %的上述气态燃料和雾状液体燃料中的一种或二种以上;气态燃料为天然气、液化石油气等中的一种或二种以上，雾状液体燃料为汽油、柴油等中的一种或二种以上，催化剂含有多孔隙耐火材料和金属氧化物活性组分，所述多孔隙耐火材料可以是纤维状、颗粒状、蜂窝状或其他透气形状中的一种或两种以上的陶瓷、石英、尖晶石、碳化硅及不锈钢等中的一种或两种以上，所述金属氧化物活性组分可以是氧化铝、氧化铺、氧化镁、氧化镧、氧化钛、氧化铁、氧化猛、氧化娃、氧化钠、氧化铜、氧化镍、氧化钴、氧化铂、氧化钯、氧化钌、氧化铑、氧化银等中的一种或两种以上，所述金属氧化物活性组分的质量分数可以为〇.1 % -85 %。
[0010]本实用新型的有益效果为:
[0011]本实用新型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。
[0012]本实用新型公开的催化无焰燃烧装置可用于各种气态及雾状液体等非固体燃料燃烧取热过程，依据所述的燃烧方法，可在千瓦及兆瓦级功率下催化无焰燃烧，有益效果是:燃料燃烧完全，燃烧效率高，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lppm，具备高效、节能、环保、安全、结构简单、稳定性好等特点。【附图说明】[〇〇13]图1是根据本实用新型实施例的催化无焰燃烧装置示意图。
[0014]附图标记:
[0015]助燃气进口(1)，燃料进口(2)，气体预混器(3)，气体预混腔(4)，燃烧板(5)，点火器(6)，气体导流器(7)，无焰燃烧腔(8)，催化剂(9)，固定支架(10)，集气室(11)及排气口 (⑵。
[0016]图中单虚线箭头代表空气流向，单实线箭头代表燃气流向，双虚线箭头代表预混气流向，双实线箭头代表烟气流向。
[0017]图2是根据本实用新型实施例的一种带有换热器的催化无焰燃烧装置的示意图。
[0018]附图标记:
[0019]助燃气进口(1)，燃料进口(2)，气体预混器(3)，气体预混腔(4)，燃烧板(5)，点火器(6)，气体导流器(7)，无焰燃烧腔(8)，催化剂(9)，固定支架(10)，集气室(11)及排气口 (12)翅片式换热器(13)，导热流体入口(14)，导热流体出口(15)。
[0020]图中单虚线箭头代表空气流向，单实线箭头代表燃气流向，双虚线箭头代表预混气流向，双实线箭头代表烟气流向。【具体实施方式】
[0021]下面详细描述实用新型的实施例，所述实施例的实例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0022]下面结合附图1和附图2具体描述本实用新型催化无焰燃烧装置的实施例。
[0023]实施例1，如图1所示，一种催化无焰燃烧装置，包括一上端开口下端密闭的中空圆筒体，圆筒体的底端设有一个助燃气进口 1和一个燃料进口 2,于圆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，圆筒体底端与燃烧板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,圆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圆筒状导管，圆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圆柱形容器，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，气体导流器7的上开口端从无焰燃烧腔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，无焰燃烧腔8通过固定支架10固定连接于集气室11所在中空容器上，集气室11为一中空容器，其上设有排气口 12，集气室11将无焰燃烧腔8的下开口端包裹在其中空的容腔内部。
[0024]可选地，中空圆筒体直径为100mm，助燃气进口 1进空气，燃料进口 2进天然气，气体预混器3是目数为200目的堇青石陶瓷，厚度为25.4mm，使气体在预混腔4内混合均匀，燃烧板5是目数为400目的堇青石陶瓷，燃烧板厚度为25.4mm，点火器6可将通过燃烧板5的预混气引燃，气体导流器7出口为圆形，气体导流器7出口方向与无焰燃烧腔8进口相向设置，气体导流器7出口直径为60mm，无焰燃烧腔8进口横截面积是导流器7出口横截面积的1.8倍， 导流器7出口伸进无焰燃烧腔8进口内10mm，气体导流器7出口截面为平面，无焰燃烧腔8为一端开口的圆柱形空腔，深度为60mm，无焰燃烧腔8进口为直径为80mm的圆形，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，催化剂填充70 %无焰燃烧腔体积，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，催化剂9含有多孔隙陶瓷材料和质量分数为40%的金属氧化物活性组分，固定支架10将无焰燃烧腔8固定在导流器7出口附近位置，可与集气室11或导流器或预混腔等其他部位连接，集气室11可将燃烧后尾气收集，并经排气口 12排出，排气口 12可以安装在集气室11的顶部，排气口截面积为气体导流器7出口横截面积的2倍。[〇〇25]有利地，使助燃气经助燃气进口 1进入后与燃料气经燃料进口 2进入后的气流互相对冲，以增加助燃气与燃料气流经预混器3后在预混腔4中的混合效果，燃烧板5气孔为1_， 点火器6为点火针，导流口 7伸进无焰燃烧腔8内15_，导流口 7与无焰燃烧腔8间空隙面积为导流口 7截面积的2.2倍，集气室与无焰燃烧腔8间空隙面积为导流口 7截面积的2.5倍。
[0026]实施例2,如图2所示，一种带有换热器的催化无焰燃烧装置，包括一上端开口下端密闭的中空圆筒体，圆筒体的底端设有一个助燃气进口 1和一个燃料进口 2,于圆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，圆筒体底端与燃烧板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,圆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圆筒状导管，圆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半球形容器，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，气体导流器7的上开口端从无焰燃烧腔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,无焰燃烧腔8通过固定支架10固定连接于集气室11所在中空容器上，集气室11为一中空容器， 其上设有排气口 12，集气室11将无焰燃烧腔8的下开口端包裹在其中空的容腔内部，在集气室11内无焰燃烧腔8的上方以及集气室11外壁面上安装翅片式换热装置，利用水为导热流体，使水从导热流体进口 14进入，经过翅片式换热器换热后从导热流体出口 15流出。[〇〇27]可选地，中空圆筒体直径为80mm，助燃气进口 1进空气，燃料进口 2进天然气，气体预混器3是目数为200目的堇青石陶瓷，厚度为12mm，使气体在预混腔4内混合均匀，燃烧板5 是目数为300目的堇青石陶瓷，燃烧板厚度为20mm，点火器6可将通过燃烧板5的预混气引燃，气体导流器7出口为圆形，气体导流器7出口方向与无焰燃烧腔8进口相向设置，气体导流器7出口直径为50mm，无焰燃烧腔8进口横截面积是导流器7出口横截面积的1.5倍，导流器7出口伸进无焰燃烧腔8进口内5_，气体导流器7出口截面为平面，无焰燃烧腔8为一端开口的半球形空腔，深度为40mm，无焰燃烧腔8进口为直径为70mm的圆形，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，催化剂填充60%无焰燃烧腔体积，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，催化剂9含有多孔隙陶瓷材料和质量分数为30%的金属氧化物活性组分，固定支架10将无焰燃烧腔8固定在导流器7出口附近位置，可与集气室11或导流器或预混腔等其他部位连接，集气室11可将燃烧后尾气收集，流经翅片式换热器13,由经导热流体进口 14和出口 15进出的导热流体换热后，经排气口 12排出，排气口 12可以安装在集气室11的顶部，排气口截面积为气体导流器7出口横截面积的2倍。[〇〇28]实施例3, 一种额定热功率为20KW的千瓦级天然气催化无焰燃烧装置，采取如图2 所示结构，中空圆筒体直径为70mm，助燃气进口 1为内径为40mm不锈钢管，助燃气为由无级变速鼓风机提供的风量可调的空气，燃气进口 2为内径为9_的不锈钢管，燃气为电磁阀控制的流量可调的天然气(甲烷)，气体预混器3是目数为200目的堇青石陶瓷，厚度为12_，使气体在预混腔4内混合均匀，燃烧板5是目数为300目的堇青石陶瓷，燃烧板厚度为20mm，预混腔4为内径为65mm的不锈钢管，气体导流器7为连接在预混腔4内壁的圆环，向上倾斜角度为75度，出口直径为50mm，导流器7出口伸进无焰燃烧腔8进口内5mm，气体导流器7出口截面为平面，无焰燃烧腔8为一端开口的半球形空腔，深度为40mm，无焰燃烧腔8进口为直径为 70mm的圆形，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，催化剂填充60 %无焰燃烧腔体积，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，催化剂9含有多孔隙陶瓷材料和质量分数为30 %的金属氧化物活性组分，换热器13置于集气室11上半部，导热流体为水，排气口为内径为70mm的不锈钢管。[〇〇29]采用如下操作方法:点火时控制甲烷流速为7L/min，空气为80L/min，即空气系数为1.20，线速度为0.5m/s，热功率约为4.6KW，在此小功率火焰燃烧状况下，C0、HC和NOx排放值都为〇(检测器分辨率为lppm)，燃烧20s后，燃烧腔和催化剂即可达到红热，此时保持空气系数为1.20，1分钟内将甲烷流速增大为30L/min，空气增大为345L/min，即线速度为2.0m/ s，热功率达到20KW，在此流量增大过程中以及到达后，C0、HC和NOx排放值都为0(检测器分辨率为1卯m)，连续燃烧3小时，C0、HC和NOx排放值都一直为0。利用该实施例额定功率为 20KW的千瓦级天然气催化无焰燃烧装置以及上述使用方法，可实现的有益效果是，燃料完全燃烧，换热效率大95%以上，污染物C0、HC和NOx排放值为0(低于lppm)。
[0030]实施例4，一种额定热功率为80KW的千瓦级天然气催化无焰燃烧装置，采取如图2 所示结构，中空圆筒体直径为150mm，助燃气进口 1为内径为100mm不锈钢管，助燃气为由无级变速鼓风机提供的风量可调的空气，燃气进口 2为内径为30_的不锈钢管，燃气为电磁阀控制的流量可调的天然气(甲烷)，气体预混器3是目数为200目的堇青石陶瓷，厚度为 25.4mm，使气体在预混腔4内混合均匀，燃烧板5是目数为300目的堇青石陶瓷，燃烧板厚度为40mm，预混腔4为内径为150_的不锈钢管，气体导流器7为连接在预混腔4内壁的圆环，向上倾斜角度为75度，出口直径为100mm，导流器7出口伸进无焰燃烧腔8进口内20mm，气体导流器7出口截面为平面，无焰燃烧腔8为一端开口的半球形空腔，深度为60mm，无焰燃烧腔8 进口为直径为160mm的圆形，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，催化剂填充70 %无焰燃烧腔体积，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，催化剂9含有多孔隙陶瓷材料和质量分数为50%的金属氧化物活性组分，换热器13置于集气室11上半部，导热流体为水，排气口为内径为120_的不锈钢管。 [〇〇31]采用如下操作方法:点火时控制甲烷流速为14L/min，空气为160L/min，即空气系数为1.20，线速度为0.35m/s，热功率约为9.3KW，在此小功率火焰燃烧状况下，C0、HC和NOx 排放值都为〇(检测器分辨率为lppm)，燃烧15s后，燃烧腔和催化剂即可达到红热，此时保持空气系数为1.20，1分钟内将甲烷流速增大为120L/min，空气增大为1380L/min，即线速度为 3.2m/s，热功率达到80KW，在此流量增大过程中以及到达后，C0、HC和NOx排放值都为0(检测器分辨率为lppm)，连续燃烧2小时，C0、HC和NOx排放值都一直为0。利用该实施例额定功率为80KW的千瓦级天然气催化无焰燃烧装置以及上述使用方法，可实现的有益效果是，燃料完全燃烧，换热效率大95%以上，污染物CO、HC和NOx排放值为0(低于lppm)。
[0032]实施例5,一种额定热功率为1.2兆瓦的兆瓦级天然气催化无焰燃烧装置，由15组实施例4中所述的单个80千瓦的催化无焰燃烧器共同组合而成。[〇〇33]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、 “顶”、“底”“内'“外”、“流向”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0034]虽然本文中已参考随附图式详细地揭示本实用新型之阐释性实施例，但是应了解，本实用新型不限于精确实施例，且可在本实用新型中借由熟习此项技术者实现各种改变及修改而不脱离如借由随附申请专利范围及其等效物定义之本实用新型之范畴。
【主权项】
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、棒状或蜂窝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。3.根据权利要求1所述的催化无焰燃烧装置，其特征在于: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、方形或 狭缝中的一种或二种以上，通孔直径或狭缝宽度为〇.〇l-l〇mm，燃烧板厚度为0.l-1000mm。4.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。5.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)出口可为圆形或方形中的 一种或二种，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1.〇 1-20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。6.根据权利要求1或4所述的催化无焰燃烧装置，其特征在于:无焰燃烧腔(8)为一端开 口的腔体，腔体是半球形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为圆 形，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导流器(7)出口在相同方向上尺寸，即无焰燃烧腔(8)进口在沿气流方向上的投影能完全 覆盖气体导流器(7)出口在该方向上的投影，无焰燃烧腔(8)进口截面可以是平面或非平 面。7.根据权利要求1所述的催化无焰燃烧装置，其特征在于:还包括一集气室(11)，集气 室(11)为一中空容器，其上设有排气口(12)，集气室(11)将无焰燃烧腔(8)的下开口端包裹 在其中空的容腔内部。8.根据权利要求1或7所述的催化无焰燃烧装置，其特征在于:还包括一固定支架(10)， 固定支架(10)将无焰燃烧腔(8)固定在气体导流器(7)出口附近位置，固定支架(10)可与集 气室(11)或气体导流器(7)或气体预混腔(4)所在中空容器固定连接。9.根据权利要求7所述的催化无焰燃烧装置，其特征在于:集气室(11)下端设有开口， 开口的周边与气体导流器(7)或气体预混腔(4)所在中空容器外壁面密闭连接;无焰燃烧腔 (8)位于集气室(11)内，集气室(11)内壁面与无焰燃烧腔(8)外壁面间留有空隙，该空隙的 截面积为气体导流器(7)出口截面积的1倍以上，可将燃烧后尾气收集，并经排气口(12)排 出，排气口(12)可以安装在集气室(11)的任意位置，也可在集气室(11)的两个以上的多个 位置安装两个以上的多个排气口，排气口截面积之和为气体导流器(7)出口横截面积(垂直 于出口气流方向的截面积)的1倍以上。10.根据权利要求7所述的催化无焰燃烧装置，其特征在于:于无焰燃烧腔(8)内、无焰 燃烧腔(8)外壁面上、集气室(11)内、集气室(11)外壁面上中的一个或两个以上位置处可安 装换热装置，所述换热装置可以是管壳式、翅片式或板式换热器等中的一种或两种以上。
【文档编号】F23C13/08GK205606542SQ201620323227
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】李为臻, 陈志强, 张景才, 吴春田, 张涛
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所