[發明專利]全預混天然氣催化燃燒裝置彌散燃燒方法

無效

• 申請號: 200710036041.6
• 申請日: 2007-11-05
• 公開（公告）號: CN101149147A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: 艾元方;蔣紹堅;張全;蔣受寶;艾振宙;周孑民;梅熾;徐文耀;徐明
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: F23C13/00
• 分類號: F23C13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于分級燃燒，強化催化體非定向輻射傳熱和氣相空間大火焰定向輻射傳熱原理的全預混型催化燃燒裝置擴大火焰體積方法，具有安全穩定燃燒，高效節能，高燃燒效率，低CO和NO_x排放等優勢，適用于以節能減排為使用目的，燃用天然氣或富甲烷氣的各種工業或民用催化燃燒鍋爐或加熱裝置、高溫工業爐窯使用。

背景技術

在常規火焰燃燒過程中，CO₂排放所引起的地球溫室效應和NO_x排放使人類的可持續發展面臨嚴峻考驗。據2003年統計結果，我國GDP只占世界總量的約4％，但消耗的石油占世界總量的約7.4％，消耗煤炭占世界總量31％。我國未來十幾年內需新增的煤炭需要量約為9～10×10⁹t。我國能源消費占世界8～9％，CO₂排放居世界第2位，NO_x排放量是亞洲的48％。我國高溫爐窯是造成生態環境破壞的最大污染源。大中型工業窯爐煙塵排放大都超標，其中以燃煤爐最為嚴重。其次是NO_x的排放也很高，甚至燃油爐超過了燃煤爐。原因在于燃油以重油為主和對過量空氣量的控制水平低所致。全國窯爐的污染排放狀況也基本如此。由于大多數窯爐的爐溫都很高，因而形成NO_x急劇上升的趨勢。電力部、各省市的火力發電廠、各大型企業的自備電廠和造紙廠的回收鍋爐等共6000余臺發電鍋爐。全國20t/h以下民用、工業和生活鍋爐有近1×10⁶臺。大規模利用天然氣成為改善我國能源結構的重要措施。采用天然氣替代固體燃料煤炭后，大氣環境得到有效改善，但是在天然氣利用過程中依然存在一些重要問題。絕大多數傳統鍋爐是基于非預混式擴散燃燒原理。入爐前燃料和空氣是不混合的，入爐后燃料和空氣邊混合邊燃燒，形成肉眼可見的火焰。火焰體積小，火焰平均溫度不高，裝置熱效率不高；爐膛內存在局部高溫區，燃料和空氣混合物在高溫區里的停留時間很短，加上空氣和燃料混合不充分，燃燒反應不徹底；局部高溫區給NO_x生成創造了條件，NO_x排放偏高。

催化燃燒作為一種新型的燃燒方式，具有多重技術優勢：可在較大燃氣比范圍內使用；能將燃燒反應活化能從常規水平(100～200kJ/mol)降低到更低水平(40～80kJ/mol)，起燃溫度降低，燃燒易達穩定，甚至到起燃溫度后無需外界傳熱就能完成氧化反應；有利于控制NO_x排放；燃燒反應完全；燃燒板面溫度維持在1000℃溫度水平，熱效應顯著；無二次污染，噪音小且燃燒緩和。在空氣預熱到1000℃且含氧體積濃度降低到15％以下的燃燒(彌散燃燒)具有全新特性：出現蘭色或無色火焰，火焰體積擴大，火焰峰值溫度降低，溫度分布均勻，燃燒溫度整體水平升高，燃燒釋熱強度降低。我國鋼鐵行業低氧彌散燃燒應用取得了節能效率高于30％，NO_x排放30～50ppm等良好效果。因此綜合催化燃燒和低氧彌散燃燒關鍵技術，克服傳統火焰燃燒缺點，開發高效節能、低NO_x和CO排放的天然氣燃燒技術，具有顯著的環境效益、經濟效益和社會效益。

發明內容

為了克服傳統火焰燃燒具有的黃色火焰，熱效率偏低，CO和NO_x排放偏高等缺點，本發明綜合催化燃燒，彌散燃燒，分級燃燒，催化體固體表面和氣流通道的非定向輻射傳熱和氣相空間大火焰的定向輻射傳熱等技術優勢，提出一種全預混型天然氣催化燃燒裝置彌散燃燒組織方法。

催化燃燒裝置包括預混室，均孔型支撐板和蜂窩狀中溫催化體，全部燃氣及全部空氣通入預混室，支撐板組成預混室頂部壁面，催化體置于支撐板上且兩者氣流通道軸線重合。

使用上述裝置時，將燃料全部通入催化體下游，設置25～50mm厚催化體，預混氣流過催化體時間不超過0.1s，供應2～3.75倍理論燃燒所需空氣，催化體溫度控制在600～1000℃范圍，催化體下游氣相空間壁面溫度調節到800℃以上。

在上述技術手段齊備時，流出催化體的預混氣溫度高于800℃且含氧濃度低于15％，催化體下游氣相空間壁面溫度高于800℃，能組織彌散燃燒并消耗剩余燃氣。

發明實施簡便，燃燒安全穩定，催化劑使用安全，節能和污染物排放指標達到國家標準GB6932-2001要求，使用干凈且無黑煙。以減少燃燒黑煙、CO和NO_x污染和節能降耗為使用目的，燃用天然氣或富甲烷氣的各種催化燃燒鍋爐及催化燃燒加熱裝置，高溫爐窯均可使用本發明。

附圖說明