[發(fā)明專利]基于貧氧燃燒催化氧化的分布式燃?xì)饽茉蠢孟到y(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810556430.X
• 申請(qǐng)日: 2018-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN108843428A
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉銀河;張旭;周耀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): F01N3/20
• 分類號(hào): 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(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

本發(fā)明公開了一種基于貧氧燃燒催化氧化的分布式燃?xì)饽茉蠢孟到y(tǒng)及方法，內(nèi)燃機(jī)內(nèi)設(shè)置的貧氧燃燒室的一端經(jīng)過連接煙道與余熱鍋爐連接，連接煙道設(shè)置有CO催化氧化裝置和用于熱量傳遞的換熱器，余熱鍋爐用于對(duì)送入的煙氣進(jìn)行換熱利用，發(fā)電機(jī)、余熱鍋爐與內(nèi)燃機(jī)連接組成分布式燃?xì)饽茉蠢孟到y(tǒng)。本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)在還原性氣氛下燃燒，以及在CO催化氧化裝置內(nèi)低溫氧化幾乎無NOx的生成，因此可嚴(yán)格控制NOx排放水平，減少環(huán)境污染；本發(fā)明的貧氧燃燒催化氧化余熱利用的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)方法，可有效降低NOx的排放的同時(shí)回收熱量，避免傳統(tǒng)SCR裝置的一系列不利影響，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有較好的經(jīng)濟(jì)性。該系統(tǒng)適用范圍廣，可應(yīng)用于各種類型的內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天然氣分布式能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于貧氧燃燒催化氧化的分布式燃?xì)饽茉蠢孟到y(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

近年來，國家大力倡導(dǎo)“分布式能源”，是相較于傳統(tǒng)的“集中式”能源利用方式而言的，是指建立在用戶負(fù)荷中心附近而非遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪茉淳C合利用系統(tǒng)，涵蓋發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)、儲(chǔ)能和能源管理系統(tǒng)等多種形式在環(huán)境保護(hù)上，將部分污染分散化、資源化，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)適度排放的目標(biāo)；在能源的輸送和利用上分片布置，減少長(zhǎng)距離輸送能源的損失，有效地提高了能源利用的安全性和靈活性。

該系統(tǒng)的原動(dòng)機(jī)，內(nèi)燃機(jī)是一種動(dòng)力機(jī)械，它是通過使燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動(dòng)力的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。廣義上的內(nèi)燃機(jī)不僅包括往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，也包括旋轉(zhuǎn)葉輪式的燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)等。

燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的發(fā)電效率通常在30％～40％之間，比較常見的機(jī)型一般可以達(dá)到35％。燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)正是發(fā)電效率比較高，其次是設(shè)備集成度高，安裝快捷，對(duì)于氣體中的粉塵要求不高，基本不需要水，設(shè)備的單位千瓦造價(jià)也比較低。但是其產(chǎn)生的廢熱煙氣溫度高達(dá)450～550℃，造成一定的能量浪費(fèi)。

對(duì)于燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)而言，通常過量空氣系數(shù)對(duì)其有一定影響。天然氣燃燒過程中過量空氣系數(shù)小于1時(shí)，CO排放加劇，天然氣消耗量增加，但發(fā)動(dòng)機(jī)能夠達(dá)到最大功率；而過量空氣系數(shù)大于1時(shí)，NOx排放加劇，發(fā)動(dòng)機(jī)功率降低，但燃燒完全，降低CO排放。

目前燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組在發(fā)電過程中，通常會(huì)遇到NO排放較高的問題，有的甚至高達(dá)300ppm，嚴(yán)重制約了天然氣分布式能源的發(fā)展。天然氣內(nèi)燃機(jī)中NOx主要以熱力型NOx為主,有利于NOx生成的3個(gè)條件是高溫、富氧、高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，而溫度對(duì)NOx的生成影響最為顯著。NO是主要大氣污染物之一，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定的影響。因此燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組NOx減排問題迫在眉睫。對(duì)于傳統(tǒng)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組，通常采用SCR脫硝及CO脫除裝置處理尾氣，然而該技術(shù)在應(yīng)用中經(jīng)常面臨很多嚴(yán)重問題，例如SCR催化劑活性溫度區(qū)間為320℃～400℃，低負(fù)荷下脫硝裝置入口煙溫低于活性溫度，脫硝效率較差；SCR催化劑與氨的廢料處理問題；氨逃逸對(duì)其他設(shè)備影響問題；噴氨與煙氣能否混合均勻等。這些存在的問題會(huì)導(dǎo)致脫硝效率難以到達(dá)國家要求水平。

研究表明，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)當(dāng)量比φ(實(shí)際燃空比/理論燃空比)為0.88時(shí)，NOx的生成量達(dá)到最大值，當(dāng)量比在0.88<φ<1.2時(shí)，NOx生成量隨φ的增加急劇減少，因此研究天然氣內(nèi)燃機(jī)貧氧燃燒很有意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供基于貧氧燃燒催化氧化的分布式燃?xì)饽茉蠢孟到y(tǒng)及方法，通過將天然氣低溫分級(jí)燃燒，尾氣催化氧化處理，可實(shí)現(xiàn)高效低NO_x排放，降低大氣污染；實(shí)現(xiàn)建立在用戶側(cè)的熱電聯(lián)合、熱量合理回收利用的清潔高效分布式能源利用系統(tǒng)。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：