CN111322612A - 一种低燃料消耗快速启动催化燃烧器的方法及其催化燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低燃料消耗快速启动催化燃烧器的方法及其催化燃烧器，在加热条件下，燃料经过喷雾喷嘴形成液滴，以液滴的形式与空气混合，形成气液混合体；所述气液混合体中的燃料液滴经加热气化，所述气液混合体变为气气混合体，所述气气混合体与燃烧催化剂接触。本发明使用喷雾进料，与液体直接气化进料相比，喷雾进料的液体颗粒尺寸小、分布均匀，不会造成燃烧器局部由于燃料气化吸热量过多造成的温度不均匀导致的燃烧不平衡；且喷雾进料的小液体大大提高了气液两相的接触面积，提高了反应的传质和反应速率，降低了反应过程所需的能耗，从而达到快速启动和低能量消耗的目的。

Description

一种低燃料消耗快速启动催化燃烧器的方法及其催化燃烧器
技术领域
本发明属于催化燃烧反应器领域，具体涉及一种低燃料消耗快速启动催化燃烧器的方法及其催化燃烧器结构。
背景技术
在高温燃料电池系统中，如何快速启动和降低燃料消耗一直是需要解决的问题，而作为启动阶段的热量来源燃烧器的升温速率和燃料消耗又是其中的关键问题所在。传统启动方法是将燃烧器加热到一定温度，再通过电加热把燃料气化后与空气混合，经燃烧催化剂催化燃烧作用释放大量热，从而达到为系统加热的目的。该方法目前主要的问题在于，启动阶段消耗了大量的燃料和电池电量，降低了整个系统的燃料利用效率。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明涉及一种低燃料消耗快速启动催化燃烧器的方法及其催化燃烧器，其核心为利用喷雾进料形成的小液滴与空气充分混合，增大气液两相的接触面积，降低氧化放热反应所需的能耗从而达到低燃料消耗和快速启动的目的。
本发明采用的技术手段如下：一种低燃料消耗快速启动催化燃烧器的方法，在加热条件下，燃料以液滴的形式与空气混合，形成被空气分散包裹的液滴，为气液混合体；所述气液混合体中的燃料液滴经加热气化，由气液混合体变为气气混合体，所述气气混合体与燃烧催化剂接触，发生氧化反应释放出热量，为燃料电池系统提供启动阶段热量来源。
基于以上技术方案，优选的，所述燃料经过喷雾喷嘴形成液滴。本领域技术人员可以选择不同的喷雾喷嘴来控制经过喷雾喷嘴的燃料所形成的液滴颗粒尺寸。
基于以上技术方案，优选的，经过喷雾喷嘴的燃料所形成的液滴尺寸在5μm以下。与液体进料相比传质系数提高约10倍，因此将大大提高反应速率，从而达到快速启动的目的。
基于以上技术方案，优选的，所述加热条件为加热至高于燃料沸点温度30℃~50℃。
基于以上技术方案，优选的，所述燃料为甲醇、乙醇、汽油、柴油等。
基于以上技术方案，优选的，所述燃烧催化剂为以陶瓷为基底的燃烧催化剂。
基于以上技术方案，优选的，更为优选地，所述燃烧催化剂为以陶瓷为基底的壁载铂催化剂。
一种低燃料消耗快速启动催化燃烧器，包括：燃烧器本体和在燃料流动方向上依次设置于燃烧器本体内的喷雾装置、气液混合区、电加热区、燃烧催化剂区；所述燃烧器本体设有空气进口；所述喷雾装置具有喷嘴；所述喷雾装置的进料端与燃料进口连通，所述喷雾装置的喷嘴出口位于气液混合区。
基于以上技术方案，优选的，所述燃烧催化剂区设有燃烧尾气出口。
基于以上技术方案，优选的，所述电加热区为网状电加热区。
所述气液混合区用于将燃料经过喷雾喷嘴形成液滴与空气混合，所述空气进口用于为气液混合区通入空气。本发明的有益效果：
本发明利用喷雾进料形成的小液滴与空气充分混合，增大气液两相的接触面积，降低氧化放热反应所需的能耗从而达到低燃料消耗和快速启动的目的。
本发明使用喷雾进料，将燃料小液滴与空气混合后通过网状的电加热区域，直接与燃烧催化剂接触，发生氧化反应释放大量热，从而使燃烧器快速升温。与液体直接气化进料相比，喷雾进料的液体颗粒尺寸小、分布均匀，不会造成燃烧器局部由于燃料气化吸热量过多造成的温度不均匀导致的燃烧不平衡；且喷雾进料的小液体大大提高了气液两相的接触面积，提高了反应的传质和反应速率，降低了反应过程所需的能耗，从而达到快速启动和低能量消耗的目的。
与传统方法持续供给燃料气化所需热量，该方法只需在启动之初将网状电加热区域加热至一定温度，保证初始阶段燃料和空气可充分反应，待燃烧催化剂表面温度升高，即可自行与燃料液滴和空气的气液混合气反应放热，达到快速低能耗启动的目的。
附图说明
图1为燃烧器正视结构示意图。
图2为内部俯视结构示意图1。
图3为内部俯视结构示意图2。
图中：1、空气进口，2、喷嘴，3、气液混合区，4、电加热区，5、燃烧尾气出口，6、燃烧催化剂区，7、燃料进口，8、燃烧器本体。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例
如图1-3所示，一种低燃料消耗快速启动催化燃烧器，包括：燃烧器本体8和在燃料流动方向上依次设置于燃烧器本体8内的喷雾装置、气液混合区3、电加热区4、燃烧催化剂区6，所述燃烧器本体8的顶部设有喷雾装置和空气进口1，所述喷雾装置具有喷嘴2，所述喷嘴2位于燃烧器本体8顶部的中央，所述空气进口1位于喷雾喷嘴2的外部；所述喷雾装置的进料端与燃料进口7连通，所述喷雾装置的喷嘴2出口位于气液混合区3；所述气液混合区3位于电加热区4的上方，所述燃烧催化剂区6位于电加热区4的下方；所述电加热区4为网状电加热区4；所述燃烧催化剂区6的底部设有燃烧尾气出口5。
首先将网状电加热区4加热至高于燃料（甲醇、乙醇、汽油、柴油等）沸点温度30℃~50℃。以甲醇为例，使用电加热至110℃（甲醇沸点约64.7℃）后关闭电加热。向空气进口1和燃料进口7分别通入空气和甲醇。其中甲醇通过外接液泵经过喷雾喷嘴2进入燃烧器本体8内并与空气在气液混合区3混合，形成被空气分散包裹的小液滴的气液混合体。气液混合体中的液滴被空气携带经过高温的网状电加热区域迅速气化并与空气混合，变为气气混合体，再与燃烧催化剂区6的燃烧催化剂接触，燃烧催化剂为以陶瓷为基底的壁载铂催化剂，发生氧化反应释放大量的热，为燃料电池系统提供启动阶段热量来源。
经过喷雾喷嘴2的燃料所形成的小液滴颗粒尺寸在5μm以下，与液体进料相比传质系数提高约10倍，因此将大大提高反应速率，从而达到快速启动的目的。
计算燃料节约量：以启动阶段需要1000W热量为例，将甲醇燃烧热减点气化和升温至沸点的所需人的热量，则需要的燃料量约为4.2ml/min，而使用喷雾进料将液体尺寸降低，强化了反应的传质，而且将传统电加热棒加热方式调整为使用网状电加热结果，大大增大了液滴和加热区域的接触面积，计算的仅需要3.75ml/min甲醇，燃料节约10%。
本发明使用喷雾进料，将燃料小液滴与空气混合后通过网状的电加热区域，直接与燃烧催化剂接触，发生氧化反应释放大量热，从而使燃烧器快速升温。与液体直接气化进料相比，喷雾进料的液体颗粒尺寸小、分布均匀，不会造成燃烧器局部由于燃料气化吸热量过多造成的温度不均匀导致的燃烧不平衡；且喷雾进料的小液体大大提高了气液两相的接触面积，提高了反应的传质和反应速率，降低了反应过程所需的能耗，从而达到快速启动和低能量消耗的目的。
与传统方法持续供给燃料气化所需热量，该方法只需在启动之初将网状电加热区域加热至一定温度，保证初始阶段燃料和空气可充分反应，待燃烧催化剂表面温度升高，即可自行与燃料液滴和空气的气液混合气反应放热，达到快速低能耗启动的目的。
对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种启动催化燃烧器的方法，其特征在于，在加热条件下，燃料以液滴的形式与空气混合，形成气液混合体；所述气液混合体中的燃料液滴经加热气化，由气液混合体变为气气混合体，所述气气混合体与燃烧催化剂接触。
2.根据权利要求1所述的启动催化燃烧器的方法，其特征在于，所述燃料经过喷雾喷嘴形成液滴。
3.根据权利要求1所述的启动催化燃烧器的方法，其特征在于，所述液滴尺寸在5μm以下。
4.根据权利要求1所述的启动催化燃烧器的方法，其特征在于，所述加热条件为加热至高于燃料沸点温度30℃~50℃。
5.根据权利要求1所述的启动催化燃烧器的方法，其特征在于，所述燃料为甲醇、乙醇、汽油或柴油。
6.根据权利要求1所述的启动催化燃烧器的方法，其特征在于，所述燃烧催化剂为以陶瓷为基底的燃烧催化剂。
7.根据权利要求6所述的启动催化燃烧器的方法，其特征在于，所述燃烧催化剂为以陶瓷为基底的壁载铂催化剂。
8.一种催化燃烧器，其特征在于，包括：燃烧器本体和在燃料流动方向上依次设置于燃烧器本体内的喷雾装置、气液混合区、电加热区、燃烧催化剂区；所述燃烧器本体设有空气进口；所述喷雾装置具有喷嘴；所述喷雾装置的进料端与燃料进口连通，所述喷雾装置的喷嘴出口位于气液混合区。
9.根据权利要求8所述的催化燃烧器，其特征在于，所述燃烧催化剂区设有燃烧尾气出口。
10.根据权利要求8所述的催化燃烧器，其特征在于，所述电加热区为网状电加热区。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT524310B1 (de) * 2020-11-24 2022-05-15 Avl List Gmbh Brennervorrichtung für ein Brennstoffzellensystem
CN114597442A (zh) * 2020-12-03 2022-06-07 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池快速启动装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1386181A (zh) * 2000-07-28 2002-12-18 松下电器产业株式会社 燃料气化装置、催化剂燃烧装置
US20050235654A1 (en) * 2004-04-26 2005-10-27 Andreas Kaupert Evaporator arrangement for generating a hydrocarbon vapor/mixed material mixture, especially for a reformer arrangement of a fuel cell system
US20070151154A1 (en) * 2005-11-04 2007-07-05 Maxim Lyubovsky Catalytic system for converting liquid fuels into syngas
CN201764495U (zh) * 2010-09-09 2011-03-16 张垭萱 废油燃烧器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1386181A (zh) * 2000-07-28 2002-12-18 松下电器产业株式会社 燃料气化装置、催化剂燃烧装置
US20050235654A1 (en) * 2004-04-26 2005-10-27 Andreas Kaupert Evaporator arrangement for generating a hydrocarbon vapor/mixed material mixture, especially for a reformer arrangement of a fuel cell system
US20070151154A1 (en) * 2005-11-04 2007-07-05 Maxim Lyubovsky Catalytic system for converting liquid fuels into syngas
CN201764495U (zh) * 2010-09-09 2011-03-16 张垭萱 废油燃烧器

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT524310B1 (de) * 2020-11-24 2022-05-15 Avl List Gmbh Brennervorrichtung für ein Brennstoffzellensystem
AT524310A4 (de) * 2020-11-24 2022-05-15 Avl List Gmbh Brennervorrichtung für ein Brennstoffzellensystem
CN114597442A (zh) * 2020-12-03 2022-06-07 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池快速启动装置及方法
CN114597442B (zh) * 2020-12-03 2023-11-03 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池快速启动装置及方法

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