RU2350839C1 - Two-stage combustion method of gaseous hydrocarbon fuel and device for realisation thereof - Google Patents
Two-stage combustion method of gaseous hydrocarbon fuel and device for realisation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2350839C1 RU2350839C1 RU2007119734/06A RU2007119734A RU2350839C1 RU 2350839 C1 RU2350839 C1 RU 2350839C1 RU 2007119734/06 A RU2007119734/06 A RU 2007119734/06A RU 2007119734 A RU2007119734 A RU 2007119734A RU 2350839 C1 RU2350839 C1 RU 2350839C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- hydrocarbon fuel
- gaseous hydrocarbon
- combustion
- stage
- Prior art date
Links
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к энергетике, а именно к технике генерирования тепловой энергии на принципе двухстадийного сжигания газообразного углеводородного топлива с получением синтез-газа и продуктов полного окисления углеводородного топлива, и могут быть использованы в энергоустановках на топливных элементах, а также в отопительных водогрейных системах для генерации тепла.The invention relates to energy, and in particular to the technique of generating thermal energy on the principle of two-stage combustion of gaseous hydrocarbon fuel to produce synthesis gas and products of the complete oxidation of hydrocarbon fuel, and can be used in power plants using fuel cells, as well as in heating water-heating systems for generating heat .
Известен способ сжигания горючей смеси (см. патент РФ 2161755 от 26.11.1991, опубликованный в Бюллетене изобретений №1 2001 г.), в котором горючее предварительно смешивают с воздухом при определенном соотношении горючее/воздух для получения горючей смеси, имеющей желаемую адиабатическую температуру горения. Далее ни горючее, ни воздух в процессе горения не добавляют, за исключением начальной стадии. Газ сжигают последовательно, используя ряд определенных катализаторов и каталитических структур. В конечной зоне гомогенного горения для получения сгоревшего газа предпочтительнее иметь температуру между 1050 и 1700°С. Горючую смесь последовательно подвергают взаимодействию с рядом каталитических структур и необязательно в гомогенной зоне горения. Горение разделено на несколько стадий (каталитических зон), не менее трех, так, чтобы подбором катализатора обеспечить минимальную температуру реакционного газа. В первой зоне за основу взят палладиевый катализатор, инициирующий реакцию окисления метана при температуре 325°С. Катализатор быстро прогревается до температур 650-940°С (в зависимости от давления). Но даже низкая активность палладия при температурах выше 650°С может оказаться достаточной, чтобы вызвать повышение температуры катализатора выше 800°С и даже достичь адиабатической температуры горения горючее/воздух, что может приводить к серьезному повреждению катализатора. В связи с чем первая каталитическая зона должна иметь такие размеры, чтобы температура газа на выходе из этой зоны была не более чем 800°С, предпочтительнее в диапазоне 500-550°С.A known method of burning a combustible mixture (see RF patent 2161755 of 11.26.1991, published in the Bulletin of inventions No. 1 of 2001), in which the fuel is pre-mixed with air at a certain ratio of fuel / air to obtain a combustible mixture having the desired adiabatic combustion temperature . Further, neither fuel nor air is added in the combustion process, with the exception of the initial stage. Gas is burned sequentially using a number of specific catalysts and catalytic structures. In the final zone of homogeneous combustion, in order to obtain a burnt gas, it is preferable to have a temperature between 1050 and 1700 ° C. The combustible mixture is subsequently reacted with a number of catalytic structures and optionally in a homogeneous combustion zone. Combustion is divided into several stages (catalytic zones), at least three, so that the selection of the catalyst to ensure the minimum temperature of the reaction gas. In the first zone, a palladium catalyst was taken as the basis, initiating the methane oxidation reaction at a temperature of 325 ° С. The catalyst quickly warms up to temperatures of 650-940 ° C (depending on pressure). But even a low palladium activity at temperatures above 650 ° C may be sufficient to cause the temperature of the catalyst to rise above 800 ° C and even achieve an adiabatic combustion temperature of fuel / air, which can lead to serious damage to the catalyst. In this connection, the first catalytic zone must be dimensioned so that the gas temperature at the outlet of this zone is not more than 800 ° C, more preferably in the range of 500-550 ° C.
Вторая каталитическая зона принимает частично сгоревший газ из первой зоны и вызывает дальнейшее контролируемое горение, происходящее в присутствии каталитической структуры, обладающей способностью к интегральному теплообмену. Катализатор должен включать материалы, выбранные из Группы IB, VI, VIII Таблицы Менделеева благородных металлов. Желательно, чтобы катализатор содержал палладий. Наиболее предпочтительными являются серебро и платина. Каталитическую структуру наносят на металлическую подложку, обладающую достаточной теплопроводностью для равномерного распределения тепла вдоль пути горения смеси. Предполагается, что в зависимости от давления температура реакционного газа в этой зоне должна быть в диапазоне 800-930°С. Максимальное повышение температуры газа в этих структурах будет получаться 50% сгоранием входного горючего.The second catalytic zone receives partially burnt gas from the first zone and causes further controlled combustion, which occurs in the presence of a catalytic structure with the ability to integral heat transfer. The catalyst should include materials selected from Groups IB, VI, VIII of the Mendeleev Table of precious metals. Preferably, the catalyst contains palladium. Most preferred are silver and platinum. The catalytic structure is applied to a metal substrate having sufficient thermal conductivity to evenly distribute heat along the combustion path of the mixture. It is assumed that, depending on the pressure, the temperature of the reaction gas in this zone should be in the range of 800–930 ° C. The maximum increase in gas temperature in these structures will be obtained by 50% combustion of the input fuel.
Линейная скорость газа в первой и второй каталитических зонах примерно одинакова.The linear gas velocity in the first and second catalytic zones is approximately the same.
Третья каталитическая зона принимает частично сгоревший газ второй зоны и вызывает дальнейшее контролируемое горение, происходящее в присутствии каталитической структуры, обладающей также способностью к интегральному теплообмену. Катализатор также должен включать материалы, выбранные из Группы I и VIII Таблицы Менделеева. Желательно, чтобы катализатор содержал платину и металлокислородные материалы V группы таблицы Менделеева, группы VI (особенно Cr), группы VIII (особенно Fe, Co, Ni) и первый ряд лантанидов (особенно Се, Pr, Nd, Sa, Tb, La) оксиды металлов или смешанные оксиды. Зона гомогенного горения, в которой газ выходит из предыдущих зон горения, может находиться в состоянии, пригодном для последующего использования, если температура газа удовлетворительна; газ, по существу, не содержит No4, и катализатор и носитель катализатора имеют температуру, которая допускает поддерживать их устойчивую продолжительную работоспособность. Однако для многих применений требуется более высокая температура, тогда вводят еще дополнительную зону - зону гомогенного горения. Время нахождения газа в этой зоне не должно быть более 11-12 миллисекунд для достижения полного сгорания и для достижения адиабатической температуры горения (при линейной скорости потока 40 м/с соответственно длина этого участка будет составлять 200 мм).The third catalytic zone receives the partially burned gas of the second zone and causes further controlled combustion, which occurs in the presence of a catalytic structure, which is also capable of integral heat transfer. The catalyst should also include materials selected from Groups I and VIII of the periodic table. It is desirable that the catalyst contains platinum and metal-oxygen materials of the V group of the periodic table, group VI (especially Cr), group VIII (especially Fe, Co, Ni) and the first row of lanthanides (especially Ce, Pr, Nd, Sa, Tb, La) oxides metals or mixed oxides. The homogeneous combustion zone in which the gas leaves the previous combustion zones may be in a condition suitable for subsequent use if the gas temperature is satisfactory; the gas essentially does not contain No. 4 , and the catalyst and catalyst carrier have a temperature that allows them to maintain their stable long-term performance. However, for many applications a higher temperature is required, then an additional zone is introduced - the zone of homogeneous combustion. The gas residence time in this zone should not be more than 11-12 milliseconds to achieve complete combustion and to achieve an adiabatic combustion temperature (with a linear flow velocity of 40 m / s, the length of this section will be 200 mm, respectively).
Недостатком данного способа сжигания углеводородного топлива является сложность реализации столь длинного каталитического процесса с учетом потребного теплообмена.The disadvantage of this method of burning hydrocarbon fuel is the difficulty in implementing such a long catalytic process, taking into account the required heat transfer.
Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому способу и устройству является известный способ двухстадийного сжигания газообразного углеводородного топлива, который реализован в устройстве (Патент РФ №2209378 от 27.09.2001 г.«Водогрейный котел и способ его работы», опубликованный в БИ №21 от 27.07.2003 г.). В вышеуказанном способе использовано каталитическое сжигание природного газа также по двухстадийной схеме. На первой стадии осуществляют каталитическое окисление природного газа при недостатке кислорода в синтез-газ, а на второй стадии в каталитическом теплообменнике после ввода дополнительного количества воздуха осуществляют полное окисление синтез-газа с получением диоксида углерода и воды.The closest in technical essence to the claimed method and device is the known method of two-stage combustion of gaseous hydrocarbon fuel, which is implemented in the device (RF Patent No. 2209378 of 09/27/2001, "Hot-water boiler and method of operation", published in BI No. 21 of 27.07.07 .2003). In the above method, the catalytic combustion of natural gas is also used according to a two-stage scheme. In the first stage, the catalytic oxidation of natural gas is carried out with a lack of oxygen in the synthesis gas, and in the second stage, after introducing an additional amount of air, the synthesis gas is completely oxidized to produce carbon dioxide and water.
Водогрейный котел содержит каталитический генератор синтез-газа, каталитический теплообменник, узлы подачи и вывода газовоздушной смеси и воды. На наружной поверхности теплообменника происходит полное каталитическое окисление синтез-газа.The hot water boiler contains a catalytic synthesis gas generator, a catalytic heat exchanger, units for supplying and discharging a gas-air mixture and water. On the outer surface of the heat exchanger, complete catalytic oxidation of the synthesis gas occurs.
Недостатками данного способа и устройства являются низкая эффективность сжигания и наличие на второй стадии сжигания топлива каталитического теплообменника типа газ-жидкость, который не позволяет обеспечить широкие диапазоны регулирования тепловой мощности и коэффициента расхода воздуха и тем самым обеспечить требуемые температуры и расходы дымных газов, что ведет к значительному удорожанию устройства.The disadvantages of this method and device are the low combustion efficiency and the presence of a gas-liquid catalytic heat exchanger in the second stage of fuel combustion, which does not allow for wide ranges of regulation of thermal power and air flow coefficient, and thereby ensure the required temperatures and flow rates of flue gases, which leads to a significant increase in the cost of the device.
Решаемой технической задачей является создание более эффективного способа двухстадийного сжигания газообразного углеводородного топлива и устройства для генерации тепла, используемого для работы топливного процессора энергоустановки на топливных элементах при получении водородосодержащей газовой смеси методом паровой конверсии природного газа, что позволяет снизить выброс вредных веществ в атмосферный воздух, обеспечивая в отходящих газах практически полное отсутствие оксида углерода и оксидов азота.The technical task to be solved is the creation of a more efficient two-stage method of burning gaseous hydrocarbon fuel and a device for generating heat, used to operate the fuel processor of a power plant using fuel cells in the production of a hydrogen-containing gas mixture by steam conversion of natural gas, which allows to reduce the emission of harmful substances into the atmosphere, providing in exhaust gases there is an almost complete absence of carbon monoxide and nitrogen oxides.
Техническим результатом изобретений является повышение эффективности использования природного газа.The technical result of the invention is to increase the efficiency of use of natural gas.
Для достижения указанного технического результата в заявляемом способе двухстадийного сжигания газообразного углеводородного топлива, заключающемся в том, что предварительно разогревают катализатор, после чего на первой стадии осуществляют частичное каталитическое окисление углеводородного топлива на разогретом катализаторе с получением синтез-газа, содержащего водород и монооксид углерода, который на второй стадии смешивают с дополнительным количеством воздуха, новым является то, что на второй стадии в зоне горения осуществляют пламенное сжигание полученной смеси синтез-газа с воздухом, при этом обеспечивают общий коэффициент избытка воздуха по отношению к стехиометрическому в диапазоне равном α=0.6÷3.To achieve the specified technical result in the claimed method of two-stage combustion of gaseous hydrocarbon fuel, which consists in preheating the catalyst, after which, at the first stage, partial catalytic oxidation of hydrocarbon fuel is carried out on a heated catalyst to produce synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide, which in the second stage mixed with additional air, new is that in the second stage in the combustion zone flame burning the resulting mixture of synthesis gas with air, while providing a total coefficient of excess air relative to the stoichiometric in the range of α = 0.6 ÷ 3.
На первой стадии все газообразное углеводородное топливо подают в канал частичного каталитического окисления.In the first stage, all gaseous hydrocarbon fuel is fed into the partial catalytic oxidation channel.
Смесь газообразного углеводородного топлива с воздухом, проходящую по каналу частичного каталитического окисления, задают из соотношения топливо/воздух в диапазоне равном 1:2.8÷1:3.A mixture of gaseous hydrocarbon fuel with air passing through the partial catalytic oxidation channel is set from the fuel / air ratio in the range of 1: 2.8 ÷ 1: 3.
Синтез-газ, выходящий из канала частичного каталитического окисления, и дополнительный воздух для получения гомогенной горючей смеси подают в зону горения соответственно в виде встречных кольцевых коаксиальных струй.The synthesis gas exiting the partial catalytic oxidation channel and additional air to obtain a homogeneous combustible mixture are supplied to the combustion zone, respectively, in the form of counter annular coaxial jets.
Катализатор для получения синтез-газа разогревают до температуры 400÷650°С за счет тепла от продуктов сгорания, которое происходит за катализатором по ходу движения газов.The catalyst for producing synthesis gas is heated to a temperature of 400 ÷ 650 ° C due to the heat from the combustion products, which occurs behind the catalyst in the direction of the gases.
Для осуществления процесса горения продуктов сгорания производят воспламенение смеси газообразного углеводородного топлива с воздухом, при этом указанную смесь по отношению к стехиометрическому числу выбирают в диапазоне равном α=1.05÷1.2.To carry out the combustion process of the combustion products, a mixture of gaseous hydrocarbon fuel with air is ignited, while this mixture with respect to the stoichiometric number is selected in the range of α = 1.05 ÷ 1.2.
Воспламенение смеси газообразного углеводородного топлива с воздухом осуществляют электрической искровой или калильной свечой и контролируют с помощью датчика контроля пламени.Ignition of a mixture of gaseous hydrocarbon fuel with air is carried out by an electric spark or glow plug and is controlled by a flame control sensor.
Коэффициент избытка воздуха при воспламенении обеспечивают дополнительным количеством воздуха.The coefficient of excess air during ignition provides an additional amount of air.
Изменение величины генерируемой тепловой мощности обеспечивают изменением количеств газообразного углеводородного топлива и воздуха, подаваемых на первую и вторую стадии сжигания. В качестве катализатора используют пористый материал, содержащий в качестве активных компонентов родий, никель, платину, палладий, железо, кобальт, рений, рутений или их смеси.A change in the generated heat power is provided by a change in the quantities of gaseous hydrocarbon fuel and air supplied to the first and second stages of combustion. The catalyst used is a porous material containing rhodium, nickel, platinum, palladium, iron, cobalt, rhenium, ruthenium or a mixture thereof as active components.
Для достижения указанного технического результата в заявленном устройстве, содержащем каталитический генератор синтез-газа, новым является то, что дополнительно введены наружная и внутренняя коаксиальные трубы, на последнюю из которых соосно ей установлен стакан с образованием зазора относительно одного конца трубы и кольцевого канала между ними, при этом в зазоре установлен генератор синтез-газа, а в кольцевом канале размещен перфорированный тепловой мост, в начало кольцевого канала, образованного наружной поверхностью стакана и внутренней поверхностью наружной трубы, установлены датчик контроля пламени и воспламеняющее устройство, при этом свободный конец наружной трубы установлен выше дна стакана, а на других концах наружной и внутренней труб установлены соответственно штуцер подвода дополнительного воздуха и смеситель газообразного углеводородного топлива с воздухом. Генератор синтез-газа может быть выполнен радиальным или осевым.To achieve the specified technical result in the claimed device containing a catalytic synthesis gas generator, it is new that an additional external and internal coaxial pipe are introduced, the last of which is coaxially mounted with a glass with a gap with respect to one end of the pipe and an annular channel between them, at the same time, a synthesis gas generator is installed in the gap, and a perforated thermal bridge is placed in the annular channel at the beginning of the annular channel formed by the outer surface of the glass and light on the internal surface of the outer pipe, installed flame sensor and an ignition control device, wherein the free end of the outer tube is installed above the bottom nozzle and at the other ends of the outer and inner pipes are mounted respectively fitting additional air supply and gas mixing hydrocarbon fuel with air. The synthesis gas generator can be made radial or axial.
Конструкция заявляемого устройства, в которой дополнительно введены наружная и внутренняя коаксиальные трубы, перфорированный тепловой мост, датчик контроля пламени и воспламеняющее устройство, позволяет осуществить пламенное сжигание полученной смеси синтез-газа с воздухом на второй стадии горения, а также обеспечить общий коэффициент избытка воздуха по отношению к стехиометрическому в диапазоне равном α=0.6÷3, что позволяет значительно повысить эффективность использования природного газа, используемого для прогрева элементов конструкции топливного процессора и генерирования тепла для проведения эндотермической реакции парового риформинга природного газа, а также снизить выброс вредных веществ в атмосферный воздух, обеспечивая в отходящих газах практически полное отсутствие оксида углерода и оксидов азота.The design of the inventive device, in which the external and internal coaxial pipes, a perforated thermal bridge, a flame control sensor and an ignition device are additionally introduced, allows flame combustion of the resulting mixture of synthesis gas with air in the second stage of combustion, and also provides a general coefficient of excess air in relation to to stoichiometric in the range equal to α = 0.6 ÷ 3, which can significantly increase the efficiency of using natural gas used for heating elements of the cons fuel processor and heat generation for carrying out the endothermic steam reforming of natural gas, as well as reduce the emission of harmful substances into the atmosphere, providing almost complete absence of carbon monoxide and nitrogen oxides in the exhaust gases.
На чертеже представлено заявляемое устройство для осуществления способа двухстадийного сжигания газообразного углеводородного топлива. Устройство содержит наружную 1 и внутреннюю 2 коаксиальные трубы. На внутреннюю трубу 2 установлен стакан 3 с образованием зазора относительно одного конца трубы и кольцевого канала между ними, при этом во внутреннюю трубу установлен генератор синтез-газа - катализатор частичного окисления углеводородного топлива 4, а в кольцевом канале размещен перфорированный тепловой мост 5. В начало кольцевого канала, образованного наружной поверхностью стакана 3 и внутренней поверхностью наружной трубы 1, установлены датчик контроля пламени 6 и воспламеняющее устройство 7, при этом свободный конец наружной трубы 1 установлен выше дна стакана 3, а на других концах наружной 1 и внутренней 2 труб установлены соответственно штуцер подвода дополнительного воздуха 8 и смеситель газообразного углеводородного топлива с воздухом 9 со штуцерами подвода первичного воздуха 10 и природного газа 11, термопара для контроля температуры лобовой поверхности каталитического блока 12. Горелочное устройство работает в режиме дутьевой горелки. По достижении температуры катализатора 400÷650°С начинается частичное окисление углеводородного топлива, а в кольцевом горелочном канале за катализатором по ходу движения газов происходит процесс полного окисления синтез-газа.The drawing shows the inventive device for implementing the method of two-stage combustion of gaseous hydrocarbon fuel. The device contains an outer 1 and an inner 2 coaxial pipe. A glass 3 is installed on the inner pipe 2 with a gap formed relative to one end of the pipe and an annular channel between them, while a synthesis gas generator, a catalyst for partial oxidation of hydrocarbon fuel 4, is installed in the inner pipe, and a perforated thermal bridge 5 is placed in the annular channel. an annular channel formed by the outer surface of the glass 3 and the inner surface of the outer pipe 1, a flame monitoring sensor 6 and an ignition device 7 are installed, while the free end of the outer pipe 1 mounted above the bottom of the cup 3, and at the other ends of the outer 1 and inner 2 pipes, respectively, a fitting for supplying additional air 8 and a mixer for gaseous hydrocarbon fuel with air 9 with fittings for supplying primary air 10 and natural gas 11, a thermocouple for monitoring the temperature of the frontal surface of the catalytic unit are installed 12. The burner operates in the blast mode. When the catalyst temperature reaches 400 ÷ 650 ° C, partial oxidation of hydrocarbon fuel begins, and in the annular burner channel behind the catalyst, the process of complete oxidation of the synthesis gas occurs.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Все газообразное углеводородное топливо через штуцер 11 и первичный воздух через штуцер 10 подают в смеситель 9, обеспечивающий получение гомогенной газовоздушной смеси. Из смесителя 9 гомогенная смесь газообразного углеводородного топлива с воздухом, проходя канал частичного каталитического окисления - генератор синтез-газа 4 и перфорированный тепловой мост 5, смешивается с потоком вторичного воздуха, подводимого через штуцер 8. Смешанный поток поджигается воспламеняющим устройством 7. В кольцевом канале, образованном внутренней поверхностью трубы 1 и наружной поверхностью стакана 3, за катализатором по ходу движения газов происходит пламенное сжигание газообразного углеводородного топлива с воздухом - процесс полного окисления (горение). Контроль воспламенения и горения газовоздушной смеси осуществляется датчиком контроля пламени 6. За счет рекуперации тепла от продуктов сгорания углеводородного топлива с помощью перфорированного теплового моста 5 производится разогрев и запуск катализатора, который происходит при температуре 400÷650°С. В канале происходит процесс полного окисления синтез-газа. Контроль температуры генератора синтез-газа осуществляется термопарой 12. Запуск катализатора характеризуется скачком температуры на лобовой поверхности каталитического блока. Температура запуска зависит от типа катализатора и конструкции горелочного устройства и определяется экспериментально.All gaseous hydrocarbon fuel through the nozzle 11 and the primary air through the nozzle 10 is fed into the mixer 9, providing a homogeneous gas-air mixture. From the mixer 9, a homogeneous mixture of gaseous hydrocarbon fuel with air, passing the partial catalytic oxidation channel — the synthesis gas generator 4 and the perforated thermal bridge 5 — is mixed with the secondary air stream supplied through the nozzle 8. The mixed stream is ignited by the ignition device 7. In the annular channel, formed by the inner surface of the pipe 1 and the outer surface of the glass 3, a flame burning of gaseous hydrocarbon fuel with air occurs behind the catalyst - the process of complete oxidation (combustion). The ignition and combustion of the gas-air mixture is controlled by the flame control sensor 6. Due to the recovery of heat from the products of the combustion of hydrocarbon fuels with the help of a perforated thermal bridge 5, the catalyst is heated and launched, which occurs at a temperature of 400 ÷ 650 ° C. In the channel, the process of complete oxidation of the synthesis gas occurs. The temperature of the synthesis gas generator is controlled by a thermocouple 12. The launch of the catalyst is characterized by a temperature jump on the frontal surface of the catalytic unit. The start temperature depends on the type of catalyst and the design of the burner device and is determined experimentally.
Заявляемый способ двухстадийного сжигания газообразного углеводородного топлива реализуется следующим образом.The inventive method of two-stage combustion of gaseous hydrocarbon fuel is implemented as follows.
Предварительно катализатор разогревают при температуре 400÷650°С за счет рекуперации тепла от продуктов полного окисления углеводородного топлива с помощью перфорированного теплового моста 5. После запуска катализатора в канале полного окисления происходит замещение исходного топлива на синтез-газ. При достижении температуры, близкой к температуре запуска, для исключения перегрева катализатора производится корректировка расходов первичного и вторичного воздуха из расчета, чтобы смесь газообразного углеводородного топлива с воздухом, проходящая по каналу частичного каталитического окисления (через генератор синтез-газа), имела соотношение топливо/воздух в диапазоне равном 1:2.8÷1:3. Общий коэффициент избытка воздуха, подаваемого в горелочное устройство, поддерживается равным α=1.05÷1.2.The catalyst is preheated at a temperature of 400 ÷ 650 ° C due to heat recovery from the products of the complete oxidation of hydrocarbon fuels using a perforated thermal bridge 5. After starting the catalyst, the source fuel is replaced with synthesis gas in the channel of complete oxidation. When a temperature close to the start temperature is reached, in order to avoid overheating of the catalyst, the primary and secondary air flow rates are adjusted so that the mixture of gaseous hydrocarbon fuel with air passing through the partial catalytic oxidation channel (through the synthesis gas generator) has a fuel / air ratio in the range of 1: 2.8 ÷ 1: 3. The total coefficient of excess air supplied to the burner is maintained equal to α = 1.05 ÷ 1.2.
На первой стадии все газообразное углеводородное топливо и первичный воздух подают в смеситель 9, обеспечивающий получение гомогенной смеси газообразного углеводородного топлива с воздухом. Из смесителя 9 гомогенная смесь газообразного углеводородного топлива с воздухом, проходя через генератор синтез-газа 4, в котором происходит частичное каталитическое окисление углеводородного топлива на разогретом катализаторе с получением синтез-газа, и перфорированный тепловой мост 5, смешивается с потоком вторичного воздуха. Смесь газообразного углеводородного топлива с воздухом, проходящую по каналу частичного каталитического окисления, задают из соотношения топливо/воздух в диапазоне равном 1:2.8÷1:3. Газовую смесь, выходящую из канала частичного каталитического окисления, и дополнительный воздух для получения гомогенной горючей смеси подают в зону горения соответственно в виде встречных кольцевых коаксиальных струй. На второй стадии, в зоне горения осуществляют пламенное сжигание полученной смеси синтез-газа с воздухом, при этом обеспечивают общий коэффициент избытка воздуха по отношению к стехиометрическому в диапазоне равном α=0.6÷3, а воспламенение смеси газообразного углеводородного топлива с воздухом для пламенного горения обеспечивают при коэффициенте избытка воздуха по отношению к стехиометрическому равному α=1.05÷1.2. Процесс полного окисления (горение) осуществляют в зоне за катализатором по ходу движения газов.In the first stage, all gaseous hydrocarbon fuel and primary air are supplied to a mixer 9, which provides a homogeneous mixture of gaseous hydrocarbon fuel with air. From the mixer 9, a homogeneous mixture of gaseous hydrocarbon fuel with air, passing through a synthesis gas generator 4, in which partial catalytic oxidation of hydrocarbon fuel occurs on a heated catalyst to produce synthesis gas, and the perforated thermal bridge 5 is mixed with a stream of secondary air. A mixture of gaseous hydrocarbon fuel with air passing through the partial catalytic oxidation channel is set from the fuel / air ratio in the range of 1: 2.8 ÷ 1: 3. The gas mixture leaving the partial catalytic oxidation channel and additional air to obtain a homogeneous combustible mixture are supplied to the combustion zone, respectively, in the form of counter annular coaxial jets. At the second stage, in the combustion zone, the resulting mixture of synthesis gas with air is flamed, while the overall coefficient of excess air relative to the stoichiometric is provided in the range of α = 0.6 ÷ 3, and ignition of the mixture of gaseous hydrocarbon fuel with air for flame combustion provides when the coefficient of excess air relative to the stoichiometric equal to α = 1.05 ÷ 1.2. The process of complete oxidation (combustion) is carried out in the zone behind the catalyst in the direction of movement of the gases.
Воспламенение смеси газообразного углеводородного топлива с воздухом осуществляют электрической искровой или калильной свечой. Контроль воспламенения осуществляют датчиком контроля пламени.Ignition of a mixture of gaseous hydrocarbon fuel with air is carried out by an electric spark or glow plug. Ignition control is carried out by a flame control sensor.
Изменение величины генерируемой тепловой мощности обеспечивают изменением количеств газообразного углеводородного топлива и воздуха, подаваемых на первую и вторую стадии сжигания.A change in the generated heat power is provided by a change in the quantities of gaseous hydrocarbon fuel and air supplied to the first and second stages of combustion.
При достижении температуры, близкой к температуре запуска, для исключения перегрева катализатора производится корректировка расходов первичного и вторичного воздуха из расчета, чтобы смесь газообразного углеводородного топлива с воздухом, проходящая по каналу частичного каталитического окисления (через генератор синтез-газа), имела соотношение топливо/воздух в диапазоне равном 1:2.8÷1:3. Общий коэффициент избытка воздуха, подаваемого в горелочное устройство, поддерживается равным α=1.05÷1.2.When a temperature close to the start temperature is reached, in order to avoid overheating of the catalyst, the primary and secondary air flow rates are adjusted so that the mixture of gaseous hydrocarbon fuel with air passing through the partial catalytic oxidation channel (through the synthesis gas generator) has a fuel / air ratio in the range of 1: 2.8 ÷ 1: 3. The total coefficient of excess air supplied to the burner is maintained equal to α = 1.05 ÷ 1.2.
Предлагаемое изобретение решает задачу создания горелочного устройства для получения тепла, используя принцип двухстадийного окисления углеводородного топлива, которое позволяет обеспечить широкие диапазоны регулирования тепловой мощности (Nmax=20Nmin) и коэффициента расхода воздуха (α min=0.6, α max=3). Изобретение позволяет также обеспечить требуемые температуры и расходы дымных газов, используемые для управления процессом паровой конверсии природного газа в топливном процессоре получения водородсодержащей смеси.The present invention solves the problem of creating a burner device for generating heat using the principle of two-stage oxidation of hydrocarbon fuel, which allows to provide wide ranges of regulation of thermal power (Nmax = 20Nmin) and air flow coefficient (α min = 0.6, α max = 3). The invention also makes it possible to provide the required temperatures and flow rates of flue gases used to control the steam reforming process of natural gas in a fuel processor for producing a hydrogen-containing mixture.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007119734/06A RU2350839C1 (en) | 2007-05-28 | 2007-05-28 | Two-stage combustion method of gaseous hydrocarbon fuel and device for realisation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007119734/06A RU2350839C1 (en) | 2007-05-28 | 2007-05-28 | Two-stage combustion method of gaseous hydrocarbon fuel and device for realisation thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007119734A RU2007119734A (en) | 2008-12-10 |
| RU2350839C1 true RU2350839C1 (en) | 2009-03-27 |
Family
ID=40542934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007119734/06A RU2350839C1 (en) | 2007-05-28 | 2007-05-28 | Two-stage combustion method of gaseous hydrocarbon fuel and device for realisation thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2350839C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2473840C1 (en) * | 2011-06-23 | 2013-01-27 | Леонид Васильевич Козодоев | Gas burner device |
| EP2982644A4 (en) * | 2013-04-05 | 2016-04-20 | Panasonic Ip Man Co Ltd | Hydrogen generating device |
-
2007
- 2007-05-28 RU RU2007119734/06A patent/RU2350839C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2473840C1 (en) * | 2011-06-23 | 2013-01-27 | Леонид Васильевич Козодоев | Gas burner device |
| EP2982644A4 (en) * | 2013-04-05 | 2016-04-20 | Panasonic Ip Man Co Ltd | Hydrogen generating device |
| US9843061B2 (en) | 2013-04-05 | 2017-12-12 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Hydrogen generator with a supplementary air flow rate adjustor for a combustor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007119734A (en) | 2008-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5729967A (en) | Method of operating a gas turbine on reformed fuel | |
| CN101589271B (en) | Hybrid combustor for fuel processing applications | |
| WO2004094907A1 (en) | Partially-open fired heater cycle providing high thermal efficiencies and ultra-low emissions | |
| KR20210096108A (en) | Methods and reactors for making one or more products | |
| RU2007145485A (en) | METHOD AND INSTALLATION FOR HEATING AND PARTIAL OXIDATION OF MIXTURE OF STEAM AND NATURAL GAS AFTER THE PRIMARY REFORMER | |
| FI3878806T3 (en) | Method for the preparation of hydrogen or hydrogen-containing fuels by catalytic cracking of ammonia | |
| CN101421181B (en) | Hydrogen generator, fuel cell system equipped therewith and method of operating the same | |
| US20070130830A1 (en) | Staged combustion for a fuel reformer | |
| Jung et al. | Fast start-up reactor for partial oxidation of methane with electrically-heated metallic monolith catalyst | |
| US20060242903A1 (en) | Apparatus for use for methane oxidation | |
| CN101913560B (en) | Distributed natural gas hydrogen production reactor | |
| JPH0694225A (en) | Catalyst combustion device | |
| RU2350839C1 (en) | Two-stage combustion method of gaseous hydrocarbon fuel and device for realisation thereof | |
| US20090053660A1 (en) | Flameless combustion heater | |
| KR101939924B1 (en) | A hybrid homogenous-catalytic combustion system | |
| WO2015198186A1 (en) | An autothermal reformer reactor and a feeding system thereof | |
| KR100392702B1 (en) | Hot air generator using catalytic combustion | |
| RU2499959C1 (en) | Method of air heating, device for its realisation and method to control air heating | |
| RU2209378C2 (en) | Water heating boiler and its operation method | |
| JP2002025597A (en) | Reforming device for fuel cell and its operating method | |
| JPS5973403A (en) | Reforming device for hydrocarbon gas | |
| RU2674231C1 (en) | Method of catalytic burning gaseous fuels and device for its implementation | |
| RU2320533C2 (en) | Method of steam catalytic conversion of natural gas into synthesis-gas and device for realization of this method | |
| RU2206835C2 (en) | Air heater and its operating process | |
| RU191712U1 (en) | Synthesis gas production device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140529 |