[發明專利]基于貧氧燃燒催化氧化的分布式燃氣能源利用系統及方法

在審

• 申請號: 201810556430.X
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108843428A
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: 劉銀河;張旭;周耀
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F01N3/20
• 分類號: F01N3/20;F01N3/30;F01N13/00;F02B43/10;F02B63/04;F22B1/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

1.基于貧氧燃燒催化氧化的分布式燃氣能源利用系統，其特征在于，包括內燃機(1)、發電機(2)、連接煙道(3)及余熱鍋爐(4)，內燃機(1)內設置有貧氧燃燒室(5)，連接煙道(3)設置有CO催化氧化裝置(14)和換熱器(11)，貧氧燃燒室(5)經過連接煙道(3)與余熱鍋爐(4)連接，余熱鍋爐(4)用于對送入的煙氣進行換熱利用，發電機(2)與內燃機(1)連接組成分布式燃氣能源利用系統。

2.根據權利要求1所述的一種基于貧氧燃燒催化氧化的分布式燃氣能源利用系統，其特征在于，貧氧燃燒室(5)位于內燃機(1)氣缸內的上部空腔中，貧氧燃燒室(5)內保持過量空氣系數為0.8～0.9，用于對送入的天然氣進行貧氧燃燒。

3.根據權利要求1或2所述的一種基于貧氧燃燒催化氧化的分布式燃氣能源利用系統，其特征在于，貧氧燃燒室(5)的上端設置有火花塞(6)，火花塞(6)兩側分別設置有進氣門(9)和排氣門(10)，排氣門(10)與連接煙道(3)連接。

4.根據權利要求1或2所述的一種基于貧氧燃燒催化氧化的分布式燃氣能源利用系統，其特征在于，貧氧燃燒室(5)的下部設置有活塞(7)，活塞(7)的曲軸連桿(8)通過皮帶或齒輪與發電機(2)連接。

5.根據權利要求1所述的一種基于貧氧燃燒催化氧化的分布式燃氣能源利用系統，其特征在于，內燃機(1)設置有排氣門(10)，連接煙道(3)的煙氣入口與排氣門(10)連接，連接煙道(3)的煙氣出口與余熱鍋爐的煙氣入口連接，換熱器(11)位于煙氣入口處，CO催化氧化裝置(14)位于煙氣出口處，換熱器(11)和CO催化氧化裝置(14)之間設置有補風室(13)。

6.根據權利要求5所述的一種基于貧氧燃燒催化氧化的分布式燃氣能源利用系統，其特征在于，補風室(13)上下分層布置有多個高溫空氣入口(12)。

7.根據權利要求5所述的一種基于貧氧燃燒催化氧化的分布式燃氣能源利用系統，其特征在于，CO催化氧化裝置(14)內CO催化劑采用CeO₂氣凝膠擔載CuO催化劑，CO催化氧化裝置(14)的過量空氣系數為1～1.05。

8.根據權利要求1所述的一種基于貧氧燃燒催化氧化的分布式燃氣能源利用系統，其特征在于，余熱鍋爐(4)內設置有用于換熱的蒸汽管道(15)，煙氣經蒸汽管道(15)換熱后通過余熱鍋爐(4)的煙氣出口排出。

9.一種利用權利要求1至8中任一項所述分布式燃氣能源利用系統的方法，其特征在于，采用活塞式結構的內燃機，內燃機的貧氧燃燒室內保持過量空氣系數小于1，天燃氣在貧氧燃燒室內貧氧燃燒帶動曲軸連桿結構輸出機械能發電，然后煙氣進入連接煙道，經高溫空氣入口補風后，低溫煙氣進行補燃，在CO催化氧化裝置作用下煙氣中殘余CO被全部氧化，CO催化氧化裝置中過量空氣系數為1～1.05，最后將煙氣送入余熱鍋爐中，實現熱量回收利用。

10.根據權利要求9所述的一種基于貧氧燃燒余熱利用的分布式燃氣能源利用方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、天然氣經減壓預熱處理后與增壓后的空氣混合后吸入內燃機中，通過火花塞點火后在內貧氧燃燒室中燃燒形成高溫燃燒區，高溫燃燒區內保持過量空氣系數為0.8～0.9，維持反應為貧氧燃燒氛圍；

S2、燃氣膨脹做功帶動活塞往復運動帶動曲軸連桿轉動，通過皮帶或齒輪將內燃機輸出的機械能傳遞到發電機發電，未完全燃燒的高溫煙氣經排氣門進入連接煙道；

S3、從內燃機排出的高溫煙氣通過連接煙道的換熱器降低溫度后進入補風室，補風室由高溫空氣入口分層均勻通入空氣；

S4、通過補風室的混合氣體進入CO催化氧化裝置，在CO催化氧化裝置中未完全燃燒的煙氣中的CO被全部氧化，然后煙氣送入余熱鍋爐中回收熱量；

S5、余熱鍋爐內布置有蒸汽管道，連接煙道中送入的煙氣與蒸汽管道中的水蒸氣對流換熱，降低排煙溫度，并提供熱量，最后煙氣經余熱鍋爐的出口排出。