[发明专利]节能燃烧方法及系统

说明书

本发明公开了一种节能燃烧方法及系统，方法步骤中包含：燃气和空气的混合物先经贵金属催化剂催化起燃，然后在氧化物型催化剂表面进一步燃烧，最后完成燃气的完全燃烧。本发明采用贵金属催化剂和氧化物型催化剂相结合的形式来催化燃烧反应，起燃温度低，对环境友好。

技术领域

本发明涉及一种节能燃烧方法及系统。

背景技术

能源是我国经济和社会发展的战略重点，随着世界经济和工业生产的快速发展以及人口的急剧增长，全球生态环境日益恶化。保护环境，减少环境污染，节约能源，合理利用自然资源已经成为新的国际焦点。我国人口众多，人均化工能源资源非常有限。

目前人们主要使用天然气、液化石油气和煤气等燃气。我国许多城市和工业的主要燃气能源是煤气，与天然气相比，煤气的热值低，点火能量较低， S等有害杂质以及焦油也比较多。液化石油气具有与天然气相似的性质，缅液化石油气资源主要包括油田伴生气和石油提炼气两类。在有关天然气、化石油气和煤气等催化燃烧的研究中，主要集中在天然气的催化燃烧，原因是-方面天然气的储量巨大，另一方面天然气中主要成分 CH 是最稳定的碳化合物，且 C—H 键难以活化。

现在人类使用的燃烧主要是火焰燃烧，火焰燃烧在人类进化和人类文明的发展历程中起着非常重要的作用。科学研究表明，火焰燃烧有两个主要缺点①火焰燃烧实质上是燃烧物质（煤、油类物质，可燃性气体等）在自由基参与下的氧化反应，其反应机理涉及自由基（特别是氧自由基）的气相引发，在燃过程中会生成部分电子激发态产物，并以可见光的形式释放能量，这部分能火焰燃烧法也存在着严重的缺点，在燃烧过程中，燃烧区区间温度高达1500摄氏度以上，导致空气中的 N₂和 O₂，发生反应而生成 NO_x，排放到大气中，这样不仅严重污染了环境，而且由于燃烧不完全，还大大降低了能效。传统的火焰燃烧法热效低，污染严重，制约了我国经济的发展。

蓄热式催化燃烧装置催化燃烧余热利用效率高，是国际上公认的节能型的有机废气处理装置，其工作原理是利用催化剂降低vocs气体的活化能，而将vocs气体的分解温度降低至200-400℃，同时由于催化剂一般为多孔性材料，其较强的表面吸附能力使反应物分子在其表面富集，变相的提高了反应物分子的浓度，因此提高了反应速率，加快了反应的进行，最终使vocs气体与氧分子在较低的起燃温度条件下，发生无焰燃烧，氧化分解为C0₂和H₂0，并释放处大量的热量。氧化分解的C0₂和H₂0以及未参加反应的空气一并通过蓄热材料储存催化燃烧过程中产生的热量，然后再利用其它材料吸收蓄热材料吸收的热量。

解决火焰燃烧的低效和高排放的根本途径是催化燃烧。催化燃烧是指在催化剂的作用下，使燃气与空气在催化剂表面进行非均相的完全氧化反应。它是一种环境友好过程，既提高了燃烧效率，又降低了污染，主要有以下特点：①可以在较大的油气比范围内使用；②起燃温度低，容易实现稳定燃烧，有利于控制排放物和提高效率；③操作温度低，可以抑制 NO_X的形成，并且可以利用一些廉价材料； ④噪声低；⑤燃烧效率高。如采用多段式催化燃烧器，可以使CH的燃烧效率高达 99.5%以上，NOx，排放量低于 0.0008%（体积分数）。

由于天然气的热值高（△H=—803kJ/mol），可使燃烧室温度高达1800℃拟上，导致空气中的 N₂不可避免地发生高温氧化，生成 NOx而造成环境污染。采用催化燃烧代替传统的火焰燃烧，一方面可以使燃烧室的温度降至 500℃以下，这样能够有效地抑制 NO_x， 的形成；另一方面可以进行高空燃比稳定燃烧，提高燃气的利用率。这种催化剂促进的无火焰燃烧，产生的热流温适中，不需要空气进行稀释冷却就可以直接驱动燃气轮机，从而提高了热效率。