DE19724813A1 - Catalytic burner with mixture space and catalyst on grid - Google Patents
Catalytic burner with mixture space and catalyst on gridInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen katalytischen Brenner gemäß dem Oberbegriff des An spruches 1.The invention relates to a catalytic burner according to the preamble of the An saying 1.
Bei bekannten derartigen Brennern ist der Gemischraum meist durch eine katalytisch be schichtete Lochplatte, zum Beispiel ein Streckmaterial, oder ein Drahtgitter abgedeckt.In known burners of this type, the mixture space is usually catalytically be layered perforated plate, for example an expanded material, or a wire mesh covered.
Bei solchen Brennern ergibt sich in einem stabilen Betrieb der Vorteil eines nur geringen Stickoxid- und Kohlenmonoxid-Ausstoßes. Allerdings ergeben sich bei solchen Brennern verschiedene Probleme. So ist es bei einem Start eines solchen Brenners erforderlich, eine entsprechende Vorwärmung vorzusehen, um den Katalysator auf seine Betriebstemperatur zu bringen. Weiters muß während des Betriebes des Brenners für eine entsprechende Wärmeabfuhr gesorgt werden, um einerseits eine Überhitzung des Katalysators, die zu des sen Zerstörung führen könnte, und andererseits ein zu weites Absinken der Temperatur des Katalysators unter die Reaktionstemperatur zu verhindern. Außerdem kann im Laufe der Zeit eine Abnahme der Reaktivität des Katalysators eintreten, wodurch es zu einer vermehrten Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen kommen kann.With such burners, stable operation has the advantage of only a small one Nitrogen oxide and carbon monoxide emissions. However, such burners result different problems. So when starting such a burner, it is necessary provide appropriate preheating to the catalyst to its operating temperature bring to. Furthermore, during the operation of the burner for a corresponding Heat dissipation can be taken care of on the one hand overheating of the catalyst, which leads to the could lead to destruction, and on the other hand, the temperature of the Prevent catalyst below the reaction temperature. It can also change over time a decrease in the reactivity of the catalyst occurs, causing it to increase Emission of unburned hydrocarbons can occur.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Brenner der eingangs er wähnten Art vorzuschlagen, bei dem sich auch während der Startvorgänge eines Brenners nur geringe Anfahremissionen ergeben und bei dem sichergestellt ist, daß es zu keiner nen nenswerten Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen kommen kann. The aim of the invention is to avoid these disadvantages and a burner at the beginning mentioned type to propose, even during the start-up of a burner result in only low start-up emissions and it is ensured that there are none significant emissions of unburned hydrocarbons can come.
Erfindungsgemäß wird dies bei einem Brenner der eingangs erwähnten Art durch die kenn zeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.According to the invention this is in a burner of the type mentioned by the kenn drawing features of claim 1 achieved.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird eine Kombination eines katalytischen Bren ners mit einem Strahlungsflächenbrenner erreicht. Im stationären Betrieb wird ein Teil des Brennstoff-Luft-Gemisches katalytisch umgesetzt und der verbleibende Rest über den Strahlungsbrenner verbrannt. Bei dieser Betriebsweise und ausreichender Flächenbelastung des Strahlungsbrenners von ca. 10 W/cm entstehen keine unverbrannten Kohlen wasserstoffe und es wird aufgrund der katalytischen Umsetzung der Ausstoß an NOx und an CO weitgehend reduziert.The proposed measures achieve a combination of a catalytic burner with a radiant surface burner. In stationary operation, part of the fuel-air mixture is converted catalytically and the rest is burned using the radiant burner. With this mode of operation and sufficient surface loading of the radiant burner of approx. 10 W / cm, no unburned hydrocarbons are formed and the emission of NO x and CO is largely reduced due to the catalytic conversion.
Sollte der Katalysator im Laufe der Zeit seine Aktivität verlieren, so wird bei einem erfin dungsgemäßen Brenner trotzdem das gesamte Brenngas-Luft-Gemisch vollständig umge setzt, nur erfolgt die Umsetzung in einem steigenden Auµaß durch Verbrennung in Flam men über dem Strahlungsbrenner, was allerdings zu einem Anstieg des NOx-Ausstoßes führt.Should the catalyst lose its activity over time, the entire fuel gas-air mixture is nevertheless completely converted in a burner according to the invention, only the conversion takes place in an increasing amount by combustion in flames above the radiant burner, which, however, does leads to an increase in NO x emissions.
Während des Starts eines erfindungsgemäßen Brenners ist ein separates Aufheizen des Katalysators nicht erforderlich, da während der Startphase das Benngas-Luft-Gemisch die Schüttung durchströmt und über den Strahlungsbrenner verbrannt wird. Durch die entste hende Strahlungshitze wird die Schüttung aufgeheizt, und ein immer größerer Teil der Schüttung erreicht die Reaktionstemperatur, so daß das Brenngas-Luft-Gemisch mehr und mehr katalytisch umgesetzt wird.During the start of a burner according to the invention, a separate heating of the Catalyst not required, because the Benngas-air mixture during the start phase Flows through the bed and is burned via the radiant burner. Through the first radiant heat heats up the bed, and an ever larger part of the Bed reaches the reaction temperature, so that the fuel gas-air mixture more and is implemented more catalytically.
Um eine Überhitzung des Katalysators zu vermeiden, darf die Höhe der Schüttung ein be stimmtes Maß nicht überschreiten, um die in der Schüttung entstehende Wärme in einem ausreichenden Ausmaß durch Wärmestrahlung auskoppeln zu können. To avoid overheating of the catalyst, the height of the bed may be a Do not exceed the correct level to the heat generated in the bed in one to be able to decouple sufficient extent by heat radiation.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil, daß sich, insbesondere in der Startphase, sehr viele kleine Flammen ausbilden, so daß praktisch ein Flammenteppich entsteht, wodurch sich, verglichen mit Brennern, mit wenigen großen Flammen ein geringe rer NOx-Ausstoß ergibt.Due to the features of claim 2, there is the advantage that, especially in the start-up phase, a large number of small flames are formed, so that a carpet of flames practically arises, which means that compared to burners with a few large flames, a low rer NO x emission results.
Durch die Merkmale des Anspruches 3 ist sichergestellt, daß sich zwischen den einzelnen Körpern der Schüttung ausreichend Freiräume ergeben, über die das Brenngas-Luft-Ge misch hindurchströmen und dabei an den katalytisch beschichteten Flächen umgesetzt wer den kann.The features of claim 3 ensure that there is between the individual Bodies of the fill provide sufficient free spaces over which the fuel gas-air Ge flow through the mix and implement it on the catalytically coated surfaces that can.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch einen erfin dungsgemäßen Brenner zeigt.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing, which schematically invented one according burner shows.
Ein erfindungsgemäßer Brenner 1 weist einen Gemischraum 2 auf, in den eine Gemischlei tung 3 mündet.A burner 1 according to the invention has a mixture chamber 2 , into which a mixture line 3 opens.
Der Gemischraum 2 ist mit einem Lochblech 4 abgedeckt. Auf diesem Lochblech 4 liegt eine Schüttung 5 aus katalytisch beschichteten Körpern, zum Beispiel Zylindern, Halbkugeln oder Ebenflächnern. Dabei ist die Schüttung 5 durch einen Strahlungsbrenner 6 abgedeckt, der fein verteilte Durchbrechungen aufweist. Dabei kann dieser Strahlungsbrenner 6 durch ein Drahtgitter gebildet sein.The mixture chamber 2 is covered with a perforated plate 4 . On this perforated plate 4 there is a bed 5 of catalytically coated bodies, for example cylinders, hemispheres or planar surfaces. The bed 5 is covered by a radiant burner 6 which has finely divided openings. This radiation burner 6 can be formed by a wire mesh.
Der Brenner 1 ist in einer Brennkammer 7 angeordnet, in der auch ein Primär-Wärmetau scher 8 angeordnet ist.The burner 1 is arranged in a combustion chamber 7 , in which a primary heat exchanger 8 is arranged.
Im Betrieb wird der größte Teil eines Brenngas-Luft-Gemisches im Bereich der Schüttung 5 katalytisch umgesetzt. Die dabei entstehenden heißen Abgase durchströmen mit dem nicht umgesetzten Rest des Gemisches den Strahlungsbrenner 6 und werden an dessen Ober seite in kleinen Flammen verbrannt. In operation, the largest part of a fuel gas-air mixture is catalytically converted in the region of the bed 5 . The resulting hot exhaust gases flow through the unreacted rest of the mixture, the radiant burner 6 and are burned on its upper side in small flames.
Die heißen Abgase beaufschlagen den Primär-Wärmetauscher 8 und geben dabei ihre Wärme weitgehend ab.The hot exhaust gases act on the primary heat exchanger 8 and largely give off their heat.
Beim Start des Brenners 1 durchströmt das Gemisch die Schüttung 5 und wird an der Ober seite des Strahlungsbrenners 6 verbrannt. Die dabei entstehende Strahlungswärme erwärmt die Schüttung 5. Dadurch wird vom Strahlungsbrenner 6 her der Bereich der Schüttung 5, in dem der Katalysator seine Betriebstemperatur erreicht hat, mehr und mehr vergrößert, bis die gesamte Schüttung 5 ihre Betriebstemperatur erreicht hat und das Brenngas-Luft-Ge misch nahezu zur Gänze katalytisch umgesetzt wird und der Anteil des Gemisches, das in Flammen verbrannt wird, entsprechend sinkt.At the start of the burner 1 , the mixture flows through the bed 5 and is burned on the upper side of the radiant burner 6 . The resulting radiant heat heats the bed 5 . As a result, the area of the bed 5 , in which the catalyst has reached its operating temperature, is enlarged more and more by the radiant burner 6 until the entire bed 5 has reached its operating temperature and the fuel gas-air mixture is converted almost entirely catalytically and the proportion of the mixture that is burned in flames drops accordingly.
Claims (1)
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US10859261B2 (en) | 2016-04-14 | 2020-12-08 | Dalian Institute Of Chemical Physics, Chinese Academy Of Sciences | Catalytic flameless combustion apparatus with extremely low pollutant emission and combustion method |
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