[发明专利]一种动力装置的产热方法

说明书

由含碳氢化合物的燃料产生热能的方法。根据该方法，燃料在升高的温度下在燃烧装置中燃烧，从燃烧中获得的热量被回收，并且燃烧产生的废气和碳烟颗粒通过催化废气燃烧得以净化。燃料和空气被供至本发明的废气中，形成气体混合物，然后该气体混合物在高于600℃的温度下进行催化燃烧，以还原氮氧化物并氧化一氧化碳，碳氢化合物和碳烟颗粒。该方法可用于显著降低气体NOx，CO和VOC排放量。由催化燃烧过程产生的热能也可用于产生热量，在这种情况下，燃料的进料在燃烧装置和催化燃烧装置之间分配。

技术领域

本发明总体上涉及减少能源装置中燃烧气体的排放。本发明还涉及锅炉，燃气轮机，柴油发动机和类似的动力装置中的产热。

特别地，根据权利要求1的前序部分，本发明涉及一种方法，该方法用于催化净化以含碳氢化合物为燃料的能源装置中包含氮氧化物、一氧化碳，碳氢化合物和碳烟颗粒的燃烧气体。

根据权利要求19的前序部分，本发明还涉及一种以含碳氢化合物的燃料产热的方法。根据此方法，燃料在升高的温度下燃烧，燃烧产生的热量被回收，并且燃烧产生的废气和碳烟颗粒通过催化废气燃烧进行净化。

背景技术

为了限制温室效应，在全球范围内限制了能源生产中产生的氮氧化物(NOx)，一氧化碳(CO)，二氧化碳(CO₂)和碳氢化合物(VOC)的排放。在欧洲，针对热锅炉、过程设备、壁炉等已发布了针对此的若干指令。在这些指令中，直接地或借助效率或排放限制为温室气体设定了排放限值。在美国，EPA和CARB对氮氧化物和碳氢化合物及其化合物设定了限制。中国也在进行相应的发展。例如，在北京，锅炉的NOx排放限值为30mg/m³，CO限值为80mg/m³。如此严格的限制，现有的常规热燃烧装置如果不进行后处理则无法实现。同样强烈的紧缩趋势将在中国其他工业化地区持续下去。

在进行上述排放限制之前，北京已经开始准备进行更严格的限制了。对于NOx的限值目标是零，即使是CO，目标限值也大大低于先前的限制。

超低值NOx和无NOx燃烧器的商业制造商在高效混合燃烧器中，使用烟气再循环、水乳化和气体预热来代替烟气后处理。尽管燃烧器的名称为无NOx，但没有一个热燃烧器制造商实现了NOx零排放。报告的NOx排放最低值为6ppm并伴有3％的O₂含量。

另一种选择是烟气的净化。通常，将选择性催化还原剂和非催化还原剂用于去除氮氧化物(在下文中，选择性催化还原，缩写为“SCR”，选择性非催化还原，为“SNCR”)。最好的情况下，在约350℃的温度条件下，催化SCR可达到90-％的净化水平。EPA在其报告中指出，SCR的平均NOx转化率为85％。使用非催化SNCR装置，净化效果降低了约20％。它们的用途已针对于柴油车辆。

然而，SCR装置需要单独的还原剂、尿素或氨及其定量设备，这导致大量的投资和运营成本。尿素在催化器中分解生成氨(NH₃)和一氧化碳(CO)。氨和尿素在水溶液中运输和储存。氨含量为27％，尿素含量为32％。氨是高毒性气体。使用SCR设备，可以实现大约7–30ppm的NOx排放水平。另外，CO排放的限制需要单独的氧化催化剂。氨作为还原剂使用是基于其选择性地还原稀薄气体混合物中的NOx的能力。

选择性催化还原所需的氨(NH3)或尿素作为还原剂，以及昂贵的存储、剂量、传热和还原设备，都导致了SCR技术的高成本。此外，EPA估计SCR催化器的更换间隔为3年。在SRC催化剂中，最常用的活性物质，即催化剂是五氧化二钒(V₂O₅)，它较易具有最大的贵金属毒性。SCR催化剂大，因为其空速低，即10000-20000 1/h。贵金属催化剂的空速要比其大5…10倍，即贵金属催化剂的大小约是SCR催化剂的五分之一至十分之一。