[发明专利]一种复合型柔和催化燃烧装置

说明书

本发明涉及一种复合型柔和催化燃烧装置，由预混区、催化燃烧区及气相燃烧区三个区域组成，预混区包括预混室、连接在预混室进口的启动燃料管路及设置在该管路与预混室连接处的启动点火器、连接在预混室后部的主燃料管路，催化燃烧区设置在预混区的后端，包括与预混室联通的催化燃烧室，该催化燃烧室内设有堇青石蜂窝状催化反应器、与催化燃烧室连通的二次燃料管路，气相燃烧区设置在催化燃烧区的后端，包括与催化燃烧室联通的均相燃烧室。与现有技术相比，本发明性能可靠、燃烧效率高、环境污染小；同时利用无火焰燃烧能够有效减少或消除燃气轮机燃烧室中的热声振荡现象。

技术领域

本发明涉及一种能源技术领域的装置，具体是一种将分级式催化燃烧和后催化燃烧结合，同时兼顾燃气轮机高性能和低排放特性的复合型催化柔和燃烧装置。

背景技术

燃气轮机作为一种重要的热-功转换装置，在船舶、发电及化工等领域得到日益广泛的应用，在国民经济与国防建设中具有不可替代的作用和地位。燃气轮机循环效率的提高主要依靠燃烧室排气温度的增加，而与之相矛盾的是燃烧室内NO_X的排放也将随着排气温度的提高而增加，同时重型燃气轮机燃烧室的工作环境十分恶劣，具有热负荷大、高温高速、高过量空气系数及流场复杂等特点，因此，如何保证在燃烧室高燃烧效率的基础上提高燃气轮机性能的关键技术不仅是国内外需要突破的难点，同时也使燃烧室在燃气轮机领域成功应用面临着诸多问题和挑战。

在燃烧室中采用催化燃烧技术降低NO_X的排放最早是由William Pfefferle在1975年提出的，随后美国和日本等国都积极开展了可应用于不同尺度地面燃气轮机燃烧室的催化技术的研究。当时催化剂工作温度高于燃烧室出口燃气温度，因而引起了催化剂的失活和烧毁问题，限制了催化燃烧室的发展。90年代利用分级燃烧室的概念提出了催化燃烧和预混燃烧相结合的设计，降低了催化剂工作温度，防止了催化剂的高温失活和老化。确定合理的催化/后催化－预混燃烧室结构，并开展相关的常压、高压原型机及部件实验测试，一直是各国开展催化－预混分级燃烧室研究的方法。日本的Toshiba公司和Tokyo电力公司提出了一种催化－预混分级燃烧室的概念，并共同开展了1300℃级燃烧室的全尺度常压实验及催化剂的小尺度高压实验。美国能源部先进涡轮系统计划提出了采用催化燃烧降低排放的计划，并在Solar和西门子－西屋公司分别实施了实验与理论研究。目前，催化－预混分级燃烧室概念的可行性通过各国实验研究已得到了认可，其低排放特性也吸引了人们的注意。

对催化燃烧的研究国内已开展多年，研究的重点大多集中在催化剂、催化通道的特性及运行参数对催化反应特性的影响方面。催化燃烧应用在燃气轮机领域的研究主要体现在采用低热值燃料的催化燃烧微型燃气轮机技术的研究。

中国专利CN103912896A公开了一种可降低污染物排放的航空发动机催化-预混分级燃烧室及运行方法。该燃烧室为沿发动机轴向布置的环形结构，它包括预燃、预混、催化、次级燃烧及均相反应区。在预燃区采用了扩散燃烧方法使部分燃料和空气进行反应，预混区内有燃油喷嘴和空气喷嘴使燃料与空气充分混合，在预混区出口实现富燃燃料并与预燃区的高温工质进行混合提高可燃混合物的温度，在催化和次级燃烧区内预混区出口混合好的高温可燃混合物进入反应区进行反应进一步提高工质温度，催化和次级燃烧区尾气含有大量可燃成分使其与通过空气喷嘴喷入的次级空气流混合后在均相反应区进一步反应以提高工质温度。

中国专利CN103912896A与申请的专利有本质不同，首先是应用对象不同前者为航空发动机，后者为燃气轮机；其次是使用的燃料不同，前者为燃油，后者为燃气；然后是方法上不同，前者是混合好的可燃混合物进入催化燃烧区、次级燃烧区、均相反应区，后者是加入一次燃料进入催化燃烧区完全燃烧，把温度控制在1000℃以下，加入二次燃料在均相反应区完全燃烧。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种将催化燃烧和后催化燃烧(气相反应)相结合，同时兼顾燃气轮机高性能和低排放特性的复合型催化柔和燃烧装置。