[发明专利]混合均质催化燃烧系统

说明书

本发明涉及一种混合燃烧系统(1)，其中，连续地进行富均质燃烧和贫催化燃烧，这导致氮氧化物排放量为零并被用于获取家用热水。本发明涉及一种燃烧系统，其中，位于富均质燃烧单元的出口和贫催化燃烧单元的出口中的两个串联连接的换热器单元将在燃烧反应过程中所产生的热量传递到加热水和/或自来水的家用散热器，用于产生热水。

技术领域

本发明涉及一种混合燃烧系统，其中，连续地进行富(rich)均质燃烧和贫(poor)催化燃烧，这导致了氮氧化物(NO_x)排放量为零并被用于获取家用热水。

背景技术

减少在气体燃料热水器中产生的废气排放部内侧的氮氧化物排放量就环境和人类健康而言都是非常重要的。在燃烧系统中，氮氧化物以三种不同的方式形成。这些方式如下：包括在液态或固态燃料内容物中所提供的氮源的氮氧化物的形成、在火焰中即刻但少量产生的氮氧化物的形成以及在高温下热的氮氧化物的形成。

由于燃料内容物中所包括的氮与燃烧空气中所提供的氧的反应，导致产生了基于燃料的氮氧化物排放。气体燃料中并不会遇到这种问题。然而，在固态和液态燃料中的约一半的总氮氧化物排放量可源自于在燃料的内容物中所提供的氮。

由于在空气中存在的氮与烃基之间所发生的快速反应，导致构成了快速型(prompt)氮氧化物的形成。这些类氮氧化物排放量在总氮氧化物排放量内的份额是相当低的。

由于燃烧空气中的氧和氮在超过特别是1200℃的火焰温度下的反应，导致发生热的氮氧化物的形成。随着火焰温度增加，热的氮氧化物排放量非常快速地增加。作为气态燃料的燃烧的结果而释放的绝大多数的氮氧化物排放均以这种方式发生。

在商用天然气水加热系统中，均质燃烧过程被用作燃烧技术。在天然气的均质燃烧过程中，在化学计量状况下，达到了高火焰温度。热的氮氧化物的形成依靠这些状况下的高温而发生。减少具有气体燃料的燃烧系统中的氮氧化物排放量的最为有效的方式是减少火焰峰值温度以及缩短这些峰值温度下的停留时间。因此，所使用的系统主要通过过量的空气来操作。此外，可向燃烧室提供次级空气供应，以降低火焰峰值温度。作为选择，可通过借助于合适的设备以合适的吸收速率吸收来自火焰的热能来降低火焰温度，避免氮氧化物的形成。

为了减少氮氧化物排放所使用的另一方法是通过富燃料混合物开始该均质燃烧过程，并且随后逐渐地通过贫燃料混合物来完成该燃烧过程。在至少两个区域中，在连续的区域中从富混合物朝向贫混合物连续地执行燃烧过程。通过向连续的燃烧区喷射燃料或燃烧空气实现了逐渐燃烧。美国专利文献No.US5195884、No.US5275552、No.US7198482、No.US6695609和国际专利文献No.WO2010092150可被引用作为与该问题相关的示例。在所述专利文献中，在均质燃烧系统中，燃料供应喷嘴被放置在燃烧室上的不同位置中，以便实现逐渐燃烧。

在也被称之为扩散火焰的均质燃烧技术中，燃料和氧化剂被通过扩散而混合并且燃烧反应发生在燃烧室中，其中，同时也从该系统中提取热量。在专利文献No.US4904179和No.EP1310737中描述了具有减少了的氮氧化物排放量的扩散火焰式燃烧器。

减少燃烧反应中释放的氮氧化物排放量的另一方法是降低燃烧温度。仅通过催化燃烧来实现低温下的燃烧过程是可能的。也被称之为无焰燃烧的催化燃烧发生在催化剂表面上并且具有远低于均质燃烧的活化能量。通常，使用诸如钯和铂之类的贵金属催化剂。铬、锰、铁、钙、镍、铜、锌和锡氧化物也是具有氧化能力的金属并且它们可出于催化燃烧的目的而被使用。由于作为天然气的中间化合物的甲烷是高度对称分子这一事实；它需要被预加热到约250-400℃的温度，以被催化地燃烧。该预加热过程对燃烧系统的能量平衡产生不利的影响。通常；钯基燃烧催化剂的吸引性由于这些催化剂的氧化钯(PdO)活性部位都被转化为超过800℃的非活性金属相而丧失。