[發明專利]用于操作液體燃料催化燃燒的催化加熱器和反應器中的燃料噴射系統

有效

• 申請號: 201380025318.9
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN104583677B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發明（設計）人: B.林德斯特雷姆;D.哈格斯特雷姆
• 申請（專利權）人: 加熱技術改良控股有限公司
• 主分類號: F23C13/02
• 分類號: F23C13/02;F23R3/40;B60H1/22
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 佘鵬;譚祐祥

技術領域

本發明涉及一種系統，其用于在催化反應器中利用液體燃料（例如柴油和汽油），以便從所述燃料產生清潔的熱。

背景技術

常規的燃料燃燒加熱器利用火焰燃燒來產生熱，此過程與微粒（煙塵、灰）和化學排放（CO、NOx）二者的生成相關聯，所述微粒和化學排放全部都是對環境有害的。

通過用催化氧化系統代替火焰燃燒系統，可以消除燃料相關的排放，并且同時通過降低氧化過程的溫度（通過增加的空氣流量）增加了所述過程的效率。催化氧化的主要特征在于所述過程并不限于較低的空燃比，該特征導致所有碳氫化合物的完全氧化以及反應區中較低的溫度，所述溫度低至阻礙NOx產生的水平。

對于使用多組分液體燃料（例如柴油或汽油）操作的催化加熱器來說，主要挑戰在于在寒冷環境中啟動加熱器，而不產生煙塵，所述煙塵可能對催化劑有害，降低加熱器的使用壽命以及增加對于最終用戶的服務成本。

與啟動液體燃料催化燃燒室相關聯的問題已導致了對用于催化燃燒的實際應用的氣體燃料（例如天然氣和丙烷）的工業關注，如在US-6,223,537中所見，其中，天然氣被用于為燃燒室提供燃料。

發明內容

雖然催化燃燒的概念并不是新的，但本發明描述了一種用于在催化加熱器中使用柴油/汽油類型燃料的新方法，其防止催化反應器中煙塵的形成，并減少加熱器的啟動時間。

因此，本發明的目的在于解決與啟動催化燃燒室以及在催化燃燒室中使用液體燃料相關聯的問題。

因此，發明人已設計了一種如權利要求1中所限定的催化反應器系統。

根據本發明的反應器是一種緊湊的催化燃燒室系統，其用在如重型卡車、客車、船只和住宅房屋中的艙室加熱器那樣的應用中，但并不限于上述應用，在這些應用中需要清潔的熱以滿足客戶和法律的要求。

特別是，已開發出雙反應室解決方案，其中，最初的啟動部段與催化反應區分離，以防止啟動期間對催化劑的煙塵污染，以及在系統的冷啟動期間為催化劑屏蔽熱沖擊，特別是啟動或預熱部段被設置在分隔開的隔室中，所述啟動或預熱部段通過通道連接到反應部段。

反應器系統還被構建成在反應器中具有主燃料噴嘴和副燃料噴嘴，所述主燃料噴嘴和副燃料噴嘴以共同的壓力操作，所述壓力允許系統在啟動和正常操作期間以大范圍的可變燃料動力操作，從而在催化加熱器的啟動序列中以及在其正常操作期間允許最佳的燃料流量。

空氣被供給到反應器，既用于冷卻系統中的部件，又用于在將空氣運送到加熱器中的催化反應器區之前預熱所述空氣，從而允許催化反應器中燃料蒸發過程的熱穩定以及防止由催化劑表面上的燃料蒸發引起的催化劑熱老化。

附圖說明

圖1示出了一種現有技術的系統；

圖2a示意性地圖示了一種現有技術的催化反應器；

圖2b示意性地圖示了所述的新構思；以及

圖3圖示了所述新催化反應器的實施例。

具體實施方式

為了本應用的目的，下面的術語將具有所指示的意義。

“多組分燃料”是在商業上可獲得的燃料，例如柴油和汽油，柴油和汽油是具有不同的沸點、碳鏈長度和結構的不同碳氫化合物的混合物。

這些通常可獲得的商品燃料的使用已被局限于催化燃燒系統中，這是由于：要完全蒸發燃料的較重組分，而不通過高溫分解從燃料中的較輕組分產生焦炭以及不在處于低溫的催化劑起燃期間產生煙塵，是非常復雜的。

參考附圖，在圖1中公開了根據US-6,223,537的一種現有技術的系統。該系統包括燃燒室10，燃燒室10具有大致雙層壁的罐形構造。燃燒室10包括燃燒室罐11、內襯12以及上游端14。燃燒室罐11包圍內襯12，并且內襯12包圍室15。燃燒室罐11和內襯12并不相互接觸，而是限定了通道16，來自壓縮機部段（未示出）的空氣在進入室15之前流動通過通道16。在附圖中所示的實施例中，內襯12通過有孔的凸緣13支撐在燃燒室罐11內。內襯12也可以被可支撐地附接到燃料噴嘴32，優選以寬松配合的方式附接以允許熱膨脹。

順序地向下游移動，燃燒室10包括預混管30、催化劑入口40以及催化劑床41。在附圖中所示的實施例中，在其下游端處，內襯12與催化劑床41的上游端大致相鄰，并且用于催化劑床41的支撐結構由凸緣13接合，以便與內襯12同軸對齊。催化劑床41通向渦輪機部段（未示出），所述渦輪機部段通常包括渦輪機入口和渦輪機葉輪（未示出）。在替代實施例中，催化劑床41不與內襯12同軸對齊，而是如對于給定應用而言可能是適當的那樣，相對于內襯12的軸線成一定角度。