一种近零污染物排放的无焰催化燃烧冷凝锅炉的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种近零污染物排放的无焰催化燃烧冷凝锅炉，包括锅炉炉体，其特征在于：还包括空气管路系统、燃气管路系统、催化燃烧器、多级换热器、排烟装置，其中，空气管路系统和燃气管路系统与催化燃烧器相连，催化燃烧器的流向后方依次设置有多级腔体，多级换热器分别设置于相应的多级腔体内，且各换热器分别连接有水循环管路以输出热水，排烟装置设置于多级腔体的末端。
【专利说明】
一种近零污染物排放的无焰催化燃烧冷凝锅炉
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种近零污染物排放的无焰催化燃烧冷凝锅炉。
【背景技术】
[0002]包括取暖、烧开水的热水锅炉，以及工业用的冶炼炉，其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。
[0003]但是这种普通有焰燃烧锅炉由于技术上的限制，具有相当严重的缺陷和不足。这种普通有焰燃烧锅炉有焰燃烧时在消耗大量矿物燃料的同时，由于难以充分燃烧，相应会释放出C0、N0x等污染物，会导致严重的环境污染。因此如何提高燃料的燃烧率，以减少对环境的污染，在当前环境日益恶化的现实中越来越得到了全社会的重视。
[0004]实验证明，常规燃料进行常规条件燃烧时，其NOx氮氧化物排放量达40?SOppm，CO约为几百到上千ppm，即使是常规低氮燃烧，其产生的氮氧化物也在1ppm左右，CO大约为30ppmo
【发明内容】
[0005]针对现有技术的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种近零污染物排放的无焰催化燃烧冷凝锅炉。
[0006]本发明的技术方案如下:
[0007]—种近零污染物排放的无焰催化燃烧冷凝锅炉，包括锅炉炉体，其特征在于:还包括空气管路系统、燃气管路系统、催化燃烧器、多级换热器、排烟装置，其中，空气管路系统和燃气管路系统与催化燃烧器相连，催化燃烧器的流向后方依次设置有多级腔体，多级换热器分别设置于相应的多级腔体内，且各换热器分别连接有水循环管路以输出热水，排烟装置设置于多级腔体的末端。
[0008]进一步的，所述催化燃烧器包括燃烧室，燃烧室内设置有冷却换热器和蜂窝状独石支撑物，所述蜂窝状独石支撑物包括镀有催化剂的蜂窝状独石支撑物及未镀催化剂的蜂窝状独石支撑物两部分。
[0009]进一步的，所述冷却换热器设置于蜂窝状独石支撑物的燃气进气前方，以避免混合燃气在催化之前燃烧。
[0010]进一步的，所述蜂窝状独石支撑物为堇青石材料制成，所述催化剂为铂或钯催化剂镀层。
[0011]进一步的，所述多级腔体为包括一级腔体和二级腔体，一级腔体前端与催化燃烧器的出口端相连，一级腔体的后端与二级腔体的前端相连，且一级腔体内相应设置有一级换热器，二级腔体内相应设置有二级换热器。
[0012]进一步的，所述一级腔体壳体采用耐高温的不锈钢板制成，且设置有观察窗，观察窗包括耐高温的玻璃窗口，并用合页和插销固定。
[0013]进一步的，所述二级腔体采用耐高温的不锈钢板制成。
[0014]进一步的，所述一级换热器和二级换热器均采用翅片换热管组成，一级换热器的换热面积大于二级换热器。
[0015]进一步的，所述一级换热器和二级换热器分别设置有水循环管路，包括冷水进口和热水出口。
[0016]进一步的，所述二级换热器设置有冷凝水收集和排出装置。
[0017]本发明的技术效果在于:
[0018]本发明的有益效果是通过在天然气和空气预混后的混合气通过有长10—20mm的镀催化剂的蜂窝状独石支撑物，和调节燃气和空气的此例，达到蜂窝状独石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，而燃烧器中冷却装置有效的避免了由于高温辐射而引起燃烧器腔内混合气体的点燃。在理论和实验上解决了近零污染催化连续燃烧的关键问题，实现了低污染排放的氮氧化物和CO的排放量在I?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92?98%，天然气达到燃烧效率近100%，排烟温度平均100°C左右。
[0019]本发明的催化燃烧器结构简单，体积小，操作和控制自动化程度高、燃烧稳定，便于热交换和维护维修。
【附图说明】
[0020]图1所示为本发明的无焰催化燃烧冷凝锅炉的结构示意图。
[0021 ]图2a所示为催化燃烧器的结构示意图。
[0022]图2b所示为图2a的左向视图。
[0023]图2c所示为图2a的俯向视图。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图对本发明做进一步说明。
[0025]如图1所示，本发明的催化燃烧冷凝锅炉由催化燃烧器3、燃气管路系统1、空气管路系统2、第一腔体4、一级换热器5、第二腔体6、二级换热器7、排烟装置8，热水管路系统10组成。
[0026]催化燃烧器3由冷却换热器、燃气管路、空气管路、催化剂独石装载容器16组成，参见图2a、图2b、图2c。其中冷却换热器部分由冷却换热器冷却水进口 19、出口 20、燃烧器内冷却管道23组成，燃气管路由燃气入口管道17、燃气管道、燃气出气孔18组成，空气管路由空气入口管道11、空气管道、空气出气孔13组成。催化剂独石装载容器部分由镀催化剂的蜂窝状独石支撑物和没有镀催化剂的蜂窝状独石支撑物组成。镀催化剂的蜂窝状独石支撑物上镀铂或钯催化剂，以堇青石材料制成的蜂窝状支撑物上的镀催化剂用量按其空间体积计算为每升1.2?2.5克。
[0027]燃气管路系统由燃气管道、流量计、手阀、压力表组成。
[0028]空气管路系统由空气管道、流量计、手阀、压力表、风机组成。
[0029]第一腔体由由耐高温玻璃、合页、插销、耐高温不锈钢板、可开启点火孔组成。
[0030]一级换热器和二级换热器，主要由换热翅片、铜管、耐高温不锈钢板组成。本实施例图示中一级换热器采用六排管、二级换热器采用四排管。
[0031]热水管路系统由手阀、热计量表、热量采集点、供水管道、回水管道、三通、连接件组成。
[0032]排烟装置由排烟口、耐高温不锈钢板、泄水阀门、冷凝水收集管组成。
[0033]第二腔体由耐高温不锈钢板和螺栓组成。
[0034]所述无焰催化燃烧冷凝锅炉具有下烧式催化燃烧冷凝结构，在燃烧器处，燃烧器冷却装置套在燃烧器头部上，燃烧器头部下侧紧接催化剂独石装载容器，然后通过第一腔体和一级换热器连接，再通过第二腔体连接到二级换热器、排烟装置周围设置冷凝水收集装置9，用来收集二级换热器中的冷凝水，并通过螺栓和二级换热器固定在一起。
[0035]二级换热器也称为冷凝换热器，烟气通过二级换热器后，会有冷凝水析出。
[0036]催化燃烧器的工作原理和工作过程如下:催化燃烧前先将混合气体中天然气的体积浓度调到7 %左右，直接在催化剂载体上进行点火，进行常规燃烧，预热催化剂载体，当负载催化剂载体的温度大于催化剂起活温度时，将预混天然气的体积浓度降低到控制天然气/(天然气+空气)的体积此为5%，进行催化燃烧，维持贫燃料燃气的体积浓度，通过控制预混气体的流量控制催化燃烧温度，并且将燃烧温度控制在催化剂极限温度以下，使独石支撑物表面温度达到800?1150 °C左右。之所以采用7 %的天然气和5 %的天然气体积浓度，主要是由于天然气点燃需要在7%的浓度下，而达到稳定燃烧后浓度需要降到5%左右，
[0037]在催化燃烧器头部与安装有催化剂独石的框架结构中间加装了换热器冷却装置，目的是为了降低燃烧器腔内的混合燃气温度，避免腔内混合燃气点燃，这样的冷却装置可以有效阻止腔内混合气体的点燃，使催化燃烧反应更加稳定。
[0038]本发明的催化燃烧器的特点是结构简单，体积小，操作和控制自动化程度高、燃烧稳定，便于热交换和维护维修。
[0039]做为一种优选的实施例，催化燃烧器的额定功率为10KW，镀催化剂的蜂窝陶瓷体为单块为145x145mm，厚为20mm，面积为0.04205m2，热强度为237.8KW/m2。催化燃烧器内由两块镀催化剂的蜂窝状独石支撑物拼接而成，为290x145mm;上面叠加两块没有镀催化剂的蜂窝状独石支撑物，厚度总共40_。
[0040]其具体设计参数如下:混合气体最大流量:580m3/h；混合气体最小流量:240m3/h ；最大燃气流量:29m3/h;最小燃气流量:12m3/h;流过镀催化剂的蜂窝状独石支撑物最大流速19.88m/s，最小流速 8.23m/s。
[0041]以上所述仅为本发明的优选的实施方式，对于本领域的技术人员而言，依据本发明的说明和解释，还可以衍生变化其结构和形式，应当指出，任何不脱离本发明精神和实质的变形和变化，均将包含在本发明的保护范围之中。
【主权项】
1.一种近零污染物排放的无焰催化燃烧冷凝锅炉，包括锅炉炉体，其特征在于:还包括空气管路系统、燃气管路系统、催化燃烧器、多级换热器、排烟装置，其中，空气管路系统和燃气管路系统与催化燃烧器相连，催化燃烧器的流向后方依次设置有多级腔体，多级换热器分别设置于相应的多级腔体内，且各换热器分别连接有水循环管路以输出热水，排烟装置设置于多级腔体的末端。2.如权利要求1所述的无焰催化燃烧冷凝锅炉，其特征在于:所述催化燃烧器包括燃烧室，燃烧室内设置有冷却换热器和蜂窝状独石支撑物，所述蜂窝状独石支撑物包括镀有催化剂的蜂窝状独石支撑物及未镀催化剂的蜂窝状独石支撑物两部分。3.如权利要求2所述的无焰催化燃烧冷凝锅炉，其特征在于:所述冷却换热器设置于蜂窝状独石支撑物的燃气进气前方，以避免混合燃气在催化之前燃烧。4.如权利要求3所述的无焰催化燃烧冷凝锅炉，其特征在于:所述蜂窝状独石支撑物为堇青石材料制成，所述催化剂为铂或钯催化剂镀层。5.如权利要求4所述的无焰催化燃烧冷凝锅炉，其特征在于:所述多级腔体为包括一级腔体和二级腔体，一级腔体前端与催化燃烧器的出口端相连，一级腔体的后端与二级腔体的前端相连，且一级腔体内相应设置有一级换热器，二级腔体内相应设置有二级换热器。6.如权利要求5所述的无焰催化燃烧冷凝锅炉，其特征在于:所述一级腔体壳体采用耐高温的不锈钢板制成，且设置有观察窗，观察窗包括耐高温的玻璃窗口，并用合页和插销固定。7.如权利要求6所述的无焰催化燃烧冷凝锅炉，其特征在于:所述二级腔体采用耐高温的不锈钢板制成。8.如权利要求7所述的无焰催化燃烧冷凝锅炉，其特征在于:所述一级换热器和二级换热器均采用翅片换热管组成，一级换热器的换热面积大于二级换热器。9.如权利要求8所述的无焰催化燃烧冷凝锅炉，其特征在于:所述一级换热器和二级换热器分别设置有水循环管路，包括冷水进口和热水出口。10.如权利要求9所述的无焰催化燃烧冷凝锅炉，其特征在于:所述二级换热器设置有冷凝水收集和排出装置。
【文档编号】F23C13/08GK105841146SQ201610048111
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年1月26日
【发明人】张世红, 张 杰
【申请人】北京建筑大学