[发明专利]催化无焰燃烧器

说明书

催化无焰燃烧器，燃烧器为中空的壳体上安装催化器或燃烧器为中空的整体的催化器，壳体一端或整体的催化器一端设有燃气与助燃气混合气的气体入口，催化器为多孔结构。本发明的催化无焰燃烧器，在壳体上安装催化器或将催化器作为整体的燃烧器结构，形成单层穿透式的催化器结构，助燃气和燃气的混合气经过催化器进行无焰燃烧产生热量，结构简单，适用于热水器、锅炉等多种设备；实现点火后火焰燃烧快速转变为催化无焰燃烧，从而避免局部燃烧温度过高，减少NOx的生成，同时催化无焰燃烧效率高，不完全燃烧产物CO和HC生成量小，燃烧尾气可满足直接排放要求。

技术领域

本发明涉及燃料燃烧器技术领域，尤其涉及催化燃烧器技术领域。

背景技术

气体燃烧方式有扩散燃烧和预混燃烧，两者均为火焰燃烧。火焰燃烧有两大致命的缺点：(1)火焰燃烧是燃烧物质在自由基参与下的氧化反应，涉及到自由基(特别是氧自由基)的气相引发，不可避免地生成部分电子激发态产物，以可见光的形式释放能量，这部分能量无法利用而损失掉，造成能量利用率低。(2)自由基的气相引发使空气中的氮气参与燃烧反应而形成毒性污染物NOx，低的燃烧效率产生可观的未完全燃烧的HC和CO，排入大气会造成环境污染。

传统的燃烧器大多采用火焰燃烧的方式，这种方式即存在上述问题，造成气体燃料燃烧不完全、热效率低、燃料利用率低、CO排放浓度高等问题。

低氮火焰燃烧技术是通过降低火焰温度来一定程度上减少热力型NOx的生成，或通过形成高温还原性气氛将已生成NOx还原为N2，最终达到低NOx排放的目的。现有低氮火焰燃烧技术主要包括空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术、烟气再循环技术、贫燃预混燃烧技术和全预混表面燃烧技术等。空气分级燃烧首先利用富燃区的贫氧燃烧降低燃烧速度和温度，然后利用燃尽区的富氧燃烧燃尽燃料同时避免火焰温度过高，从而降低热力型NOx的生成；燃料分级燃烧是利用二次燃料在高温下燃烧形成的还原性碳氢基团将主燃烧区已生成的NOx还原为N2以实现NOx减排；烟气再循环是将部分烟气返回至送气系统吸热并降低混合气氧浓度，从而降低燃烧速度和温度抑制NOx生成，但循环烟气在增加排烟热损失的同时，酸性的烟气冷凝水容易腐蚀风机叶轮和燃烧器内部元件；贫燃预混燃烧是指少量燃气与大量空气在分子层面完全混合后再均匀燃烧以降低火焰温度减少NOx生成，同时富氧条件下均匀而充分的燃烧使HC和CO的排放也得到显著降低，但是过量的空气既增加了排烟热损失又增加了风机负荷，热效率低能耗大；全预混表面燃烧是在燃气与空气分子完全混合的基础上使燃烧在多孔均流板等网状材料的表面进行，燃烧速度快，火焰长度短温度低，能够大幅度降低热力型NOx的生成，但是所用金属纤维编织物等容易堵塞，使燃烧机性能大大降低。目前不同功率的燃气锅炉通常采用以上一种或多种燃烧技术来达到降低NOx排放的目的，上述技术的缺陷使得当前燃烧器普遍价格昂贵且操作复杂。

相对于火焰燃烧，无焰燃烧可以让燃烧更加均匀稳定地进行，无局部高温，因此氮氧化物生成量极低。无焰燃烧包括高温空气无焰燃烧和催化无焰燃烧。高温空气燃烧利用高温空气加热燃气使其超过自燃温度，进而使无焰燃烧在一个相对宽广的区域发生，避免局部高温并有效降低NOx排放。

解决火焰燃烧的低效和高排放的有效途径之一是催化燃烧，具有燃烧效率高(CO和未完全燃烧的HC排放低)、燃烧温度低(1200℃，因此NOx排放低)、燃烧过程稳定可控(通过控制催化反应)等优点。催化燃烧是低碳烃在催化剂表面进行的氧化反应，是一种以无焰燃烧为主的燃烧方式。催化燃烧技术应用的关键是设计、研究和开发出高效催化燃烧器，目前，市场上已出现了催化燃烧器，但现有的催化燃烧器通常结构复杂，在热水器、锅炉等设备的使用中存在局限性。

发明内容

为了解决现在的催化燃烧器存在的上述问题，本发明提供了一种催化无焰燃烧器。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：催化无焰燃烧器，燃烧器为中空的壳体上安装催化器或燃烧器为中空的整体的催化器，壳体一端或整体的催化器一端设有燃气与助燃气混合气的气体入口，催化器为多孔催化剂结构。