CN101430091B - 催化燃烧预混器 - Google Patents

Abstract

一种强化燃气-空气分子接触搅混的催化燃烧预混器，本发明包括圆锥台侧面状的上壁面，圆锥台侧面状且内壁光滑的导流壁面，下壁面和圆柱状薄壁燃气喷射器，导流壁面分别和下壁面与上壁面大底面紧密连接，喷射器中心轴线与预混器中心轴线重合，和导流壁面高度相等。预混气出口半径为1.5～2.0倍喷射器高度，上壁面高度为9～11倍喷射器高度，导流壁面与预混器中心轴线夹角为42～46°，导流壁面大底面和预混器中心轴线与导流壁面延长线相交点的距离为1.5～2.0倍喷射器高度。本发明可在燃气压力不稳定时使用，燃空气搅混均匀，火焰均匀稳定缓和安全，催化体温度差不超过5℃。适用于催化燃烧锅炉、燃气轮机和高温炉窑。

Description

催化燃烧预混器

技术领域  本发明涉及一种在预混器里强化燃气-空气分子接触搅混，具有燃空气均匀搅混，燃烧稳定安全，结构紧凑和运行费用低等优势的催化燃烧预混器，适用于各类催化燃烧锅炉、燃气轮机和高温炉窑，预混型弥散燃烧装置使用。

背景技术  燃烧反应热力学和动力学条件是影响燃烧过程速度的主要因素。组织燃烧时首先要求燃气分子和氧气分子充分接触并均匀混合，然后是已搅混的预混气体发生燃烧反应并被完全消耗。前者是燃烧热力学条件，由炉内燃气和空气流流动方式决定。燃烧热力学条件不能满足时，机械不完全燃烧损失会增加，出现黑烟和污染物排放超标，车间空气污染加剧等问题。

燃气和空气预先混合是催化燃烧重要前提。在预混器里形成预混气体，预混气分子均匀通过催化体发生表面催化燃烧反应，燃气被部分或全部消耗。催化体内部均匀设置有气流通道，不同通道里的预混气体要求流动速度，温度和燃气分子浓度大致相同，预混气以活塞流方式流过催化体，只有沿气流通道方向的一维温度变化。预混器燃空气混合不均匀，形成明显的富燃区域和稀燃区域，催化燃烧反应不均匀，催化体吸热和温度分布不均匀，出现局部高温区和催化剂局部烧损失活，床温无法调控，最终威胁到燃烧装置安全稳定运行；预混器燃空气混合不均匀，会引起起燃阶段点火不稳定，出现不着火、熄火和脱火问题；另外燃空气搅混好坏还影响催化体下游气相燃烧行为，燃空气搅混均匀是气相空间组织弥散燃烧的重要前提。预混器空间小，燃气和空气压力势能和动能明显不同，不对预混器结构、形状和燃气和空气气流流动进行优化，难于达到燃空气均匀搅混目的。先进可靠的燃空气搅混技术可促进催化燃烧技术的发展，同时对预混燃烧、弥散燃烧和化工领域流体混合设计操作也有重要借鉴作用。

发明内容  为了解决空间小、存在明显的燃空气压力和速度差，燃空气分子难于均匀搅混问题，发明根据流体力学理论，优化预混器气流组织和预混器形状与尺寸，设计出一种燃空气预混器，以改善催化燃烧过程热力学条件，满足燃烧完全、安全稳定和低污染物排放等要求。

催化燃烧预混器，主要包括圆锥台侧面状的上游壁面，圆锥台侧面状且内壁光滑的导流壁面，下游壁面和圆柱状且侧壁面均匀钻有小于1.5mm气孔的薄壁燃气喷射器，导流壁面小底面和下游壁面紧密连接，导流壁面大底面和上游壁面大底面紧密连接，喷射器中心轴线与预混器中心轴线重合，喷射器和导流壁面高度相等且下底面在与预混器中心轴线垂直的同一截面上，燃气穿过下壁面进入喷射器，空气沿预混器中心轴线穿过下游壁面进入预混器，上游壁面小底面为预混气出口，预混气出口半径为1.5～2.0倍喷射器高度，上游壁面高度为9～11倍喷射器高度，导流壁面与预混器中心轴线夹角为42～46°，预混器中心轴线与导流壁面延长线相交，导流壁面大底面和该相交点的距离为1.5～2.0倍喷射器高度。

发明简单紧凑，安装使用方便，燃空气搅混均匀，着火可靠、无熄火和脱火问题，预混器出口燃烧安全稳定，预混器里无燃气滞留等安全隐患，机械不完全燃烧损失降低，无黑烟，燃烧效率提高。燃用石油液化气、天然气或合成燃气的催化燃烧锅炉、燃气轮机和高温炉窑，预混型弥散燃烧装置，化工领域流体混合装置均可使用本发明。

附图说明

图1为发明涉及的催化燃烧预混器结构图。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

如图1所示，催化燃烧预混器主要包括空气进口管1，燃气进口管2，沿气流流动方向下游壁面3(或称下壁面3)，燃气喷射器4，导流壁面5，上游壁面6(或称上壁面6)和预混气体出口7。上壁6和导流壁面5为圆锥台侧面，导流壁面5大底面和上壁面6的大底面紧密连接，导流壁面5小底面和下壁面3紧密连接，上壁面6、导流壁面5和下壁面3连接成预混器壳体。燃气进口管分别和下壁面3及燃气喷射器4密封紧密连接。空气进口管1和下壁面3垂直紧密连接，空气进口管1、燃气分配器4和预混器中心轴线重合。上壁面6小底面为预混气出口7。

导流壁面5呈圆柱形，内壁光滑，燃气射流碰到导流壁面5后发生镜面反射到预混气出口7。喷射器4位于预混器中间，和导流壁面5高度相等且上下底面都在与预混器中心轴线垂直的相同截面上。喷射器4壁面很薄，没有导流作用，细小的燃气射流沿垂直于预混器中心轴线方向以高速射出。喷射器4侧壁上钻有4～6层4～6排燃气喷出口，垂直于预混器中心轴线的同一截面上燃气喷出口均匀分布，不同截面上燃气喷出口位于同一条预混器中心轴线平行线上。

可以任意角度安装使用。空气沿预混器中心轴线穿过下游壁面经过空气进口管1进入预混器，具有一定压力的燃气经过燃气进口管2进入燃气喷射器4，再从燃气喷射器4的煤气喷出口沿垂直于预混器中心轴线方向均匀流出并高速喷向导流壁面5。在导流壁面5的阻流反射作用下燃气再流向预混器出口7。空气沿预混器中心轴线方向进入预混器并流向燃气喷射器4。在燃气喷射器4的阻流作用下，空气被分散从燃气射流之间的空隙空间流出，流至预混器出口7附近区域时和燃气再一次相交，均匀混合接触后沿平行于预混器中心轴线方向从预混气流出口7流出预混器。从位于导流壁面5小底面平面上的燃气喷出口高速喷出的燃气经导流壁面反射后恰好流至上壁面小底面中心(即预混气出口7中心)，从位于导流壁面5大底面平面上的燃气喷出口高速喷出的燃气经导流壁面反射后恰好流至上壁面小底面边缘(即预混气出口7边缘)。燃气压力较高时，燃气能高速射向导流壁面5，再被导流壁面5反射到预混器中心轴线区域和空气均匀混合。燃气压力较低时，燃气射不到导流壁面5，在燃气喷出后不远区域里燃气压力就降低到和空气压力相差不多的水平，燃气流动方向折向平行于预混器中心轴线方向流向上壁面6的小底面7，从而和空气较均匀地混合。

预混器温度低于250℃，操作安全可靠。预混器上壁面6的倾斜度和经导流壁面5反射后的燃气射流流动方向平行，最大限度消除预混器里燃气滞留现象。预混气体流出口过小，更多的燃气被预混器顶板反射下来，既增大预混气流动阻力损失，又引起预混器滞留燃气的安全隐患。研究表明：在预混气出口半径R为1.5～2.0倍煤气喷射器高度h，上游壁面高度H为9～11倍煤气喷射器高度h，导流壁面与预混器中心轴线夹角θ为42～46°，导流壁面大底面与预混器中心轴线与导流壁面延长线相交点的距离H₁为1.5～2.0倍煤气喷射器高度h等条件下，预混器里空气和燃气流动阻力最小，没有燃气滞留区域，燃气和空气混合效果最佳；预混器高度和体积最小，制造成本和运行费用最少。

使用蜂窝蓄热体和催化体的催化燃烧实验测试和应用表明：无论燃气压力高还是燃气压力低，燃气都能较均匀地分布，催化体上燃烧火焰均匀稳定缓和，催化体顶面不同位置温度差不超过5℃；预混器出口着火可靠，催化体下游无脱火，预混器无回火爆燃危险；无黑焰；催化剂寿命长。

Claims (2)

1.一种催化燃烧预混器，其特征在于：有圆锥台侧面状的上壁面，圆锥台侧面状且内壁光滑的导流壁面，下壁面和呈圆柱状且侧壁面均匀钻有小于1.5mm气孔的燃气喷射器，导流壁面的小底面和下壁面紧密连接，导流壁面的大底面和上壁面的大底面紧密连接，燃气喷射器的中心轴线与预混器中心轴线重合，燃气喷射器和导流壁面的高度相等且下底面在与预混器中心轴线垂直的同一截面上，燃气穿过下壁面进入燃气喷射器，空气沿预混器中心轴线穿过下壁面进入预混器，上壁面小底面为预混气出口。

2.根据权利要求1所述的催化燃烧预混器，其特征在于：所述的预混气出口半径为1.5～2.0倍燃气喷射器高度，上壁面高度为9～11倍燃气喷射器高度，导流壁面与预混器的中心轴线夹角为42～46°，预混器的中心轴线与导流壁面延长线相交，导流壁面的大底面和该相交点的距离为1.5～2.0倍燃气喷射器高度。

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