一种新型的催化柔和燃烧方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108105801A(43)申请公布日2018.06.01(21)申请号201711070819.5(22)申请日2017.11.03(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人翁一武(74)专利代理机构上海科盛知识产权代理有限公司31225代理人陈亮(51)Int.Cl.F23R3/40(2006.01)F02C9/26(2006.01)权利要求书1页说明书6页(54)发明名称一种新型的催化柔和燃烧方法(57)摘要本发明涉及一种新型的催化柔和燃烧方法，采用分级概念的模式，将催化燃烧和后催化燃烧(气相反应)相结合，利用分级式燃烧室的三个区域：预混区、催化燃烧区、气相燃烧区(后催化燃烧区)，实现燃料在燃烧室中的高效清洁燃烧。与现有技术相比，本发明性能可靠、能够降低燃烧产物中NOx和碳氢化合物含量，具有较高的燃烧效率，降低了环境污染；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。CN108105801ACN108105801A权利要求书1/1页1.一种新型的催化柔和燃烧方法，其特征在于，该方法将燃料在燃烧室的预混区、催化燃烧区、气相燃烧区依次进行燃烧，包括以下步骤：(1)在启动阶段，压气机空气进入预混区，打开启动燃料管路，流入预混室的燃料与空气在启动点火器作用下发生燃烧，对燃烧室进行加热，使催化燃烧区的温度达到反应所需的起燃温度，催化燃烧区和气相燃烧区同时可对进气流道内的空气进行预加热，随后启动燃料管路关闭，主燃料管路打开，进入稳定燃烧阶段；(2)主燃料管路打开后，来自主燃料入口的燃料与预混室的空气混合进入催化燃烧区，在堇青石蜂窝状催化反应器中进行催化燃烧反应，借助催化剂使燃料在较低起燃温度条件下，发生无焰燃烧，并氧化分解为CO2和H2O，同时放出大量热能；(3)进入催化燃烧区混合气中的一次燃料完全燃烧，经过催化燃烧产生的大量热能使气体温度快速升高；二次燃料管路的燃料沿管道进入气相燃烧区发生高温氧化反应，气体温度进一步升高，产生的高温高压气体进入透平，推动透平做功。2.根据权利要求1所述的一种新型的催化柔和燃烧方法，其特征在于，所述的燃料为甲烷或天然气。3.根据权利要求1所述的一种新型的催化柔和燃烧方法，其特征在于，来自压气机的压缩空气的温度为100～350℃，压力为3～35大气压。4.根据权利要求1所述的一种新型的催化柔和燃烧方法，其特征在于，所述的预混区中燃料与空气进行预混的温度为0～450℃。5.根据权利要求4所述的一种新型的催化柔和燃烧方法，其特征在于，所述的预混区中燃料与空气进行预混，预混区加入的燃料与空气的体积比为0.05-0.1，启动阶段燃烧室加热到450℃。6.根据权利要求1所述的一种新型的催化柔和燃烧方法，其特征在于，在催化燃烧区加入的一次燃料与空气的体积比为0.02-0.04，一次燃料完全燃烧，催化燃烧区的最高反应温度不大于1000℃。7.根据权利要求1所述的一种新型的催化柔和燃烧方法，其特征在于，在气相燃烧区加入的二次燃料在完全燃烧，二次燃料量为催化燃烧室排气量的2～3v/v％，进入透平的燃气温度为1000～1550℃，压力为3～35大气压。2CN108105801A说明书1/6页一种新型的催化柔和燃烧方法技术领域[0001]本发明涉及一种燃烧方法，尤其是涉及一种将催化燃烧和后催化燃烧(气相反应)相结合的新型催化柔和燃烧方法。背景技术[0002]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NOX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。[0003]在燃烧室中采用催化燃烧技术降低NOX的排放最早是由WilliamPfefferle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