CN201273565Y - 高温催化燃烧高效辐射换热冷凝锅炉 - Google Patents

高温催化燃烧高效辐射换热冷凝锅炉 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了属于环保节能的供热装置的一种高温催化燃烧高效辐射换热冷凝锅炉。由在燃烧室上面放置蜂窝状支撑物构成的燃烧器、换热器、气路系统、水路系统、调节系统和测量系统所组成，其换热器为铜管铝肋片组合而成；在锅炉炉体上部烟道下面安装第一级换热器和催化燃烧器周围安装第二级换热器，烟气挡板支持在“八”字型烟道口上，在锅炉炉体下部设置空气流量计、燃气调节阀和燃气流量计等气路系统。通过涂覆有催化剂的蜂窝状支撑物和调节燃气和空气的比例，达到蜂窝状支撑物横断面上蜂窝状支撑物横断面上无焰燃烧，使燃气在蜂窝状支撑物的催化燃烧装置横断面上达到高度混合和流速的高度均匀，催化燃烧可达到近零污染物排放。

Description

高温催化燃烧高效辐射换热冷凝锅炉
技术领域
本实用新型属于环保节能的供热装置，特别涉及一种高温催化燃烧高效辐射换热冷凝锅炉。
背景技术
使用燃料燃烧加热的锅炉包括取暖、烧开水的热水锅炉，工业用的冶炼炉通称为普通有焰燃烧锅炉，在现代社会中有着极为广泛的应用。但也因此带来了一系列的问题。加热锅炉时的有焰燃烧会消耗大量的矿物燃料，同时释放的CO，NOx等会导致严重的环境污染。如何提高燃料的燃烧率，减少对环境的污染是当前倍受关注的课题。常规燃烧在空气中，氮氧化物排放量达40-80ppm，即使是常规低氮燃烧，其产生的氮氧化物也在10ppm左右，CO大约为30ppm。
在我们的专利号为200620118436.1“近零污染物排放的无焰催化燃烧的锅炉”中所采用新型的催化燃烧方式，其燃烧器为在燃烧室上面放置蜂窝状支撑物构成，在用独石制作的蜂窝状支撑物下端的蜂窝通道壁上涂覆有10mm长的催化剂铂或钯，该催化燃烧的装置，具有燃料消耗量少，燃烧完全，污染小等一系列优点，具有节省天然气(稀燃)，排放的氮氧化物、CO大概在1-5ppm左右，对环境污染很低的特点，以近零污染物排放的催化燃烧方式，实现无焰催化燃烧，但是其换热器为普通的固定在炉体中部、上部的供水管和回水管构成，换热效率比较低，
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术中有焰燃烧锅炉在加热时的会消耗大量的矿物燃料，同时释放的CO，NOx等会导致严重的环境污染和换热效率比较低的不足而提供一种高温催化燃烧高效辐射换热冷凝锅炉，由在燃烧室上面放置由镀贵金属的蜂窝状支撑物构成的燃烧器、换热器、气路系统、水路系统、调节系统和测量系统所组成，其特征在于，在锅炉炉体上部烟道下面安装第一级换热器，烟气挡板支持在“八”字型烟道口上，在烟气挡板下面，催化燃烧器周围安装第二级换热器，在锅炉炉体下部设置空气流量计、燃气调节阀和燃气流量计组成的燃气、空气混合比例调节的气路系统。
所述烟道上部侧面插入热电偶或温度计T和烟气分析仪。
所述水路系统由和第一级换热器串联连接的热电偶或温度计T、水流量调节阀、冷水管，以及和第二级换热器串联连接的热电偶或温度计T、多功能热量表W构成。
所述第一级换热器和第二级换热器由水管连通。
所述换热器为标准空调用的铜管和铝肋片的组合片，并将接受辐射换热部分涂黑。
所述蜂窝状支撑物由独石制成，其总长为40mm；放置在催化燃烧装置腔体两端，以独石与腔体连接处为起点。
所述蜂窝状支撑物的蜂窝通道壁一端镀有10-20mm长贵金属催化剂。
本实用新型的有益效果是通过在蜂窝状支撑物的蜂窝通道壁的一端镀覆有10-20mm长催化剂和调节燃气和空气的比例，达到蜂窝状支撑物横断面上无焰燃烧，使燃气在蜂窝状支撑物的催化燃烧装置腔体内和横断面上达到高度均匀混合和流速的高度均匀。在理论和实验上解决了低污染催化燃烧的关键问题，实现了低污染排放的氮氧化物和CO的排放量在1-5ppm左右，远低于《北京市锅炉污染物综合排放标准》中燃气锅炉NOx排放浓度低于97ppm的要求。并且使催化燃烧热水锅炉热效率达到到86—101％，天然气达到完全燃烧。
附图说明
图1为催化燃烧锅炉的结构示意图。
图2换热器双水路结构示意图。
图3为图2的具体双水路水管排列结构图。
具体实施方式
本实用新型提供一种高温催化燃烧高效辐射换热冷凝锅炉。下面结合附图进一步说明本发明。
图1所示为催化燃烧锅炉的结构示意图。催化燃烧锅炉为催化燃烧IV+型锅炉热效率实验系统。在锅炉炉体上部烟道12下面安装第一级换热器10，烟气挡板9支持在“八”字型烟道口上，烟道12上部侧面插入热电偶或温度计T和烟气分析仪13；在烟气挡板9下面，催化燃烧器8周围安装第二级换热器6，在锅炉炉体下部设置空气流量计3、燃气调节阀4和通天燃气的燃气流量计5组成的燃气、空气混合比例调节的气路系统。在空气流量计3前面还串联变频器1和旋涡风泵2。所述换热器为标准空调用的铜管和铝肋片的组合片1～70根相互连通，并将接受辐射的换热部分涂黑。所述蜂窝状支撑物由独石制成；蜂窝状支撑物总长为40mm；放置在催化燃烧装置腔体两端，以独石与腔体连接处为起点，混合气管道14。在催化燃烧器8的蜂窝状支撑物蜂窝通道壁一端镀有10-20mm长贵金属催化剂7。
所述水路系统由和第一级换热器10串联连接的热电偶或温度计T、水流量调节阀11、冷水管，以及和第二级换热器6串联连接的热电偶或温度计T、多功能热量表W构成。第一级换热器10和第二级换热器6由水管连通(如图2、3所示)。
不同天然气体积分数的组合催化剂独石通道内气体温度曲线说明催化燃烧器8在相同的热强度下(191kW/m2)天然气体积分数分别为3.79％，4.0％和4.12％下，40mm长的独石通道内气体温度分布曲线图。在不同的天然气体积分数下，介于1000和1100℃之间的最高温度出现在通道入口5mm范围左右。20-30mm范围内发生催化燃烧反应而放热，热量向通道入口传递导致当温度达到气相点燃温度时，在无催化剂独石通道内高温气体仅发生了部分气相氧化，因为除异相催化氧化反应导致的燃料耗尽以外，甲烷对催化剂的扩散，进一步夺去了此状态中有助于气相点燃的燃料中的大量气体。
最后的10mm的长度范围内没发生化学反应，但暴露在大空间中有辐射热量的损失而使气体温度下降。且在实验过程中没有检测到CO，NOx或不完全燃烧产物，说明在40mm的组合催化剂独石通道内甲烷完全燃烧。
上述催化燃烧IV+型锅炉热效率实验系统，改造前的催化燃烧IV型锅炉排出的烟气温度平均为231℃，改造后的催化燃烧IV+型冷凝锅炉排出的烟气平均温度仅为109℃。烟气温度大幅度降低，说明了改造后的催化燃烧IV+型锅炉烟气显热损失降低了，热效率也会随之提高，最高可达101％。
天然气催化燃烧是一项能源高效利用和环境友好的高科技燃烧技术，它能够从源头根治NOx、CO的污染，目前国内天然气高温催化燃烧排放物NOx、CO已低于4ppm，接近零污染排放，同时燃烧效率达近100％。
烟气中的CO2可利用制成干冰及碳酸钙，烟气中将不含CO2，在降低污染物NOx、CO的同时又清除了CO2排放对大气造成的温室效应。此天然气催化燃烧锅炉只排出水。
本次实验的催化燃烧IV+型锅炉和最初设计出的催化燃烧IV型锅炉有所不同。在实验前对炉内的换热器管路进行了改造，为了充分利用陶瓷板面的辐射换热量和高温烟气的对流换热量，在之前设计的换热器的基础上加强了冷凝换热器的效果。催化燃烧IV+型锅炉的水系统经过改造后成了双回路系统(如图2所示)，冷水进来后分两路(一路以虚线表示，另一路以点划线表示)进入上方的一级换热器，然后再分别进入两侧的二级换热器内，最后再汇合流入出水管(如图3所示)。
本次实验的目的是为了检验管路更改后的的换热器的热效率，检验一级换热器对烟气的冷凝效果。为今后设计出更符合实际生产应用的催化燃烧锅炉打下基础。
所述实现无焰燃烧锅炉近零污染物排放的方法是在无焰燃烧锅炉燃烧室内的天然气和空气喷射口处放置蜂窝状支撑物的催化燃烧装置，即将铂或钯作催化剂镀在蜂窝状支撑物上，控制天然气/天然气+空气的体积比为4.8—6.2％，使在支撑物表面温度达到800---1150℃。火焰燃烧和催化燃烧参数比较如表1所示
经北京市技术监督局CMA认证及国家资质认可的除尘设备检测中心测试的结果表明：催化燃烧炉II型烟气中排放的CO，NOx浓度很低，低于4ppm，远低于《北京市锅炉污染物综合排放标准》中燃气锅炉NOx排放浓度低于97ppm的要求。
表1 火焰燃烧和催化燃烧参数比较
 
火焰燃烧 催化燃烧
燃烧温度 ≥1800℃ ≤1200℃
热辐射效率 ≤10％ ≥15％
火焰状况 有火焰 无火焰
判断燃烧完全程度的参数 烟气中CO的含量 燃气转化率

Claims (7)

1.一种高温催化燃烧高效辐射换热冷凝锅炉，由在燃烧室上面放置由蜂窝状支撑物构成的催化燃烧器、换热器、气路系统、水路系统、调节系统和测量系统所组成，其特征在于，在锅炉炉体上部烟道下面安装第一级换热器，烟气挡板支持在“八”字型烟道口上，在烟气挡板下面，催化燃烧器周围安装第二级换热器，在锅炉炉体下部设置空气流量计、燃气调节阀和燃气流量计组成的燃气、空气混合比例调节的气路系统。
2.根据权利要求1所述高温催化燃烧高效辐射换热冷凝锅炉，其特征在于，所述换热器为标准空调用的铜管和铝肋片的组合片，并将接受辐射的换热部分涂黑。
3.根据权利要求1所述高温催化燃烧高效辐射换热冷凝锅炉，其特征在于，所述第一级换热器和第二级换热器由水管连通。
4.根据权利要求1所述高温催化燃烧高效辐射换热冷凝锅炉，其特征在于，所述烟道上部侧面插入热电偶或温度计T和烟气分析仪。
5.根据权利要求1所述高温催化燃烧高效辐射换热冷凝锅炉，其特征在于，所述水路系统由和第一级换热器串联连接的热电偶或温度计T、水流量调节阀、冷水管，以及和第二级换热器串联连接的热电偶或温度计T、多功能热量表W构成。
6.根据权利要求1所述高温催化燃烧高效辐射换热冷凝锅炉，其特征在于，所述蜂窝状支撑物由独石制成；其总长40mm，放置在天然气和空气腔体两端接独石处。
7.根据权利要求1或6所述高温催化燃烧高效辐射换热冷凝锅炉，其特征在于，所述蜂窝状支撑物一端涂覆有10-20mm长的催化剂。
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