本發(fā)明涉及一種燃料燃燒裝置及燃燒方法，特別是關(guān)于一種極低氮氧化物排放的燃料無焰燃燒裝置及燃燒方法。

背景技術(shù)：

近年來，大氣污染成為我國(guó)主要的環(huán)境問題之一。大氣污染物主要來源于各種化石燃料的燃燒。相比于燃煤和燃油，天然氣燃燒過程產(chǎn)生的粉塵、二氧化硫等污染物顯著降低，是更為清潔的燃料，但一氧化碳(co)，碳?xì)浠衔?hc)和氮氧化物(nox)的排放量仍在同一個(gè)量級(jí)。以北京市為例，現(xiàn)有燃?xì)忮仩t配置的都是傳統(tǒng)燃燒機(jī)，根據(jù)有關(guān)部門抽樣調(diào)查的結(jié)果，其中85％以上的燃?xì)忮仩tnox值在150毫克/立方米以上。面對(duì)嚴(yán)峻的大氣污染防治形勢(shì)，我國(guó)環(huán)保法規(guī)對(duì)這些污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)要求也越來越高，如2015年出臺(tái)了《北京市鍋爐大氣污染污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(db11/139-2015)，要求到2017年4月1日，北京地區(qū)新建燃?xì)忮仩t氮氧化物排放濃度要降至30毫克/立方米以下，現(xiàn)有燃?xì)忮仩t要降低至80毫克/立方米以下。目前一般采用改進(jìn)燃燒技術(shù)減少污染物生成或通過尾氣凈化技術(shù)消除產(chǎn)生的污染物。co和hc可通過增加空氣與燃料的比例形成貧燃燃燒而大幅降低，也可通過在尾氣中加裝氧化催化劑實(shí)現(xiàn)氧化消除。但目前低nox排放燃燒技術(shù)仍不能滿足排放法規(guī)要求，需要加裝尿素或者氨法催化選擇還原脫硝裝置，成本高，覆蓋率低，大量分布式或小型的燃燒器仍需在燃燒技術(shù)上尋求突破。

燃燒根據(jù)有無可見火焰可分為兩類：火焰燃燒和無焰燃燒?；鹧嫒紵龑?shí)質(zhì)上是燃?xì)庠谧杂苫鶇⑴c下發(fā)生的氧化反應(yīng)，這種燃燒方式天然的具有如下兩方面問題：1)燃燒不完全會(huì)產(chǎn)生甲醛，一氧化碳(co)等有毒有害氣體，且燃料利用率低；2)高溫富氧條件下燃燒會(huì)導(dǎo)致熱力型nox的大量生成?；鹧嫒紵夹g(shù)主要有傳統(tǒng)擴(kuò)散燃燒技術(shù)、分級(jí)燃燒技術(shù)(又稱濃淡燃燒技術(shù))、煙氣再循環(huán)技術(shù)、貧燃預(yù)混燃燒技術(shù)等。傳統(tǒng)擴(kuò)散燃燒會(huì)產(chǎn)生明顯的火焰面，溫度太高，會(huì)產(chǎn)生大量nox，溫度梯度大，燃燒不均勻，不完全燃燒產(chǎn)物多；分級(jí)燃燒分為燃料分級(jí)和空氣分級(jí)，形成溫度較低的濃淡火焰面，可降低nox生成，溫度梯度小，不完全燃燒產(chǎn)物少；煙氣再循環(huán)是將外部煙氣或內(nèi)部煙氣重新進(jìn)入燃燒區(qū)域，利用煙氣吸熱并降低氧濃度，使燃燒速度和爐內(nèi)溫度降低從而降低nox生成，但過量煙氣使得排煙熱損失增大；貧燃預(yù)混燃燒是將大量空氣與少量燃?xì)庠邳c(diǎn)燃之前在分子層面完全混合，并組織旋流燃燒過程，火焰溫度相對(duì)較低，nox生成量小，由于氧氣充足且燃料與氧氣混合均勻，碳煙和co生成量較小，但存在排煙熱損失和風(fēng)機(jī)能耗過大的問題。無焰燃燒包含催化燃燒技術(shù)和高溫空氣燃燒技術(shù)。催化燃燒指在燃燒器入口處添加催化劑，使燃料分子和氧化劑分子在催化劑表面進(jìn)行反應(yīng)，常用于低于燃料點(diǎn)火濃度情況下可燃物的燃燒凈化過程，而非高濃度燃?xì)馊紵?；高溫空氣燃燒是指通過預(yù)熱空氣使反應(yīng)物超過自燃溫度，燃燒反應(yīng)彌散在一個(gè)寬廣的區(qū)域，無局部高溫區(qū)，因此nox排放低。

目前催化燃燒器普遍采用順流式結(jié)構(gòu)，即燃料氣與助燃?xì)饬鹘?jīng)催化劑層時(shí)發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，然后流過催化劑層后不再返回；高溫空氣燃燒技術(shù)采用的無焰燃燒器也都采用順流式結(jié)構(gòu)，高溫預(yù)混氣在一個(gè)寬廣的中空的燃燒腔內(nèi)自燃，燃燒后氣體順流排出。這種順流式結(jié)構(gòu)往往導(dǎo)致氣體分子橫向擴(kuò)散受限于氣體預(yù)混程度以及氣體流速，燃燒產(chǎn)物中仍存在較高濃度的各種污染物。

當(dāng)前不同功率的燃燒器通常是應(yīng)用其中的一種技術(shù)，降氮效果有限，不能滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，且常伴隨co排放增加和熱效率降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種極低污染物排放的催化無焰燃燒裝置以及燃燒方法，實(shí)現(xiàn)多種燃?xì)饣蚱剂显谇呒罢淄呒?jí)功率下催化無焰燃燒，燃燒效率高，污染物排放濃度低至1ppm以下。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的催化無焰燃燒裝置，包括一上端開口下端密閉的中空筒體，筒體的下部或底端設(shè)有至少一個(gè)助燃?xì)膺M(jìn)口和至少一個(gè)燃料進(jìn)口，于筒體的中下部助燃?xì)膺M(jìn)口和燃料進(jìn)口上方設(shè)有氣體預(yù)混器，氣體預(yù)混器上方設(shè)有燃燒板，筒體底端與燃燒板之間留有空隙形成氣體預(yù)混腔，氣體預(yù)混器置于氣體預(yù)混腔內(nèi)，于燃燒板上方設(shè)有點(diǎn)火器，筒體的上開口端設(shè)有氣體導(dǎo)流器，氣體導(dǎo)流器為上下二端開口的中空筒狀導(dǎo)管，筒狀導(dǎo)管的下開口端與中空筒體的上開口端密閉連接，于氣體導(dǎo)流器的上方設(shè)有無焰燃燒腔，無焰燃燒腔為下端開口上端密閉的中空容器，氣體導(dǎo)流器的上開口端與無焰燃燒腔的下開口端相對(duì)設(shè)置，即氣體導(dǎo)流器的上開口端置于無焰燃燒腔的下開口端下方、處于同一平面內(nèi)或從無焰燃燒腔的下開口端伸入至無焰燃燒腔內(nèi)，于無焰燃燒腔內(nèi)的中上部填充有催化劑，氣體預(yù)混器為1個(gè)以上固接于氣體預(yù)混腔內(nèi)壁上的片狀、棒狀、蜂窩狀或其他形狀的器件中的一種或二種以上，所述器件內(nèi)部或器件間留有空隙，使預(yù)混腔內(nèi)的氣體可由助燃?xì)膺M(jìn)口和燃料進(jìn)口向燃燒板流動(dòng)，同時(shí)氣體預(yù)混器又可于其內(nèi)部的部分區(qū)域改變助燃?xì)夂腿剂蠚獾纳淞鞣较?，形成湍流，使氣體在預(yù)混腔內(nèi)混合均勻，燃燒板為一板狀結(jié)構(gòu)，其上設(shè)有允許預(yù)混氣通過的貫穿板體上下表面的孔隙或通孔，孔隙或通孔可為圓形、方形、狹縫或其他無規(guī)則形狀中的一種或二種以上，通孔直徑或狹縫寬度為0.01-10mm，燃燒板厚度為0.1-1000mm，點(diǎn)火器可將通過燃燒板的預(yù)混氣引燃，所述點(diǎn)火器可以是點(diǎn)火針和/或電加熱絲；氣體預(yù)混器和燃燒板均與中空筒體的內(nèi)壁面固接，催化劑放置于無焰燃燒腔內(nèi)，并由無焰燃燒腔內(nèi)壁上支架托住固定，催化劑可填充部分或全部無焰燃燒腔，可與經(jīng)氣體導(dǎo)流器出口完全進(jìn)入無焰燃燒腔的氣體充分接觸，氣體導(dǎo)流器下開口端連接氣體預(yù)混腔的上開口端，氣體導(dǎo)流器的上開口端作為出口的面積可大于、等于或小于氣體預(yù)混腔作為出口的上開口端的面積，氣體導(dǎo)流器出口可為圓形、方形或其他形狀中的一種或二種以上，氣體導(dǎo)流器出口可為一個(gè)或兩個(gè)及以上通孔，氣體導(dǎo)流器出口方向與無焰燃燒腔作為進(jìn)口的下開口端相向設(shè)置，氣體導(dǎo)流器出口尺寸在任何方向上都小于無焰燃燒腔進(jìn)口尺寸，氣體導(dǎo)流器出口和無焰燃燒腔進(jìn)口沿垂直氣流方向上任一平面投影，氣體導(dǎo)流器出口的投影位于無焰燃燒腔進(jìn)口的投影區(qū)域內(nèi)，無焰燃燒腔進(jìn)口橫截面積(垂直于入口氣流方向的截面積)是導(dǎo)流器7出口橫截面積(垂直于出口氣流方向的截面積)的1.01-20倍，氣體導(dǎo)流器出口可以伸進(jìn)無焰燃燒腔進(jìn)口內(nèi)，也可與之平齊或離開一段距離，離開的距離需保證自氣體導(dǎo)流器出口流出的氣體能夠完全進(jìn)入無焰燃燒腔進(jìn)口，氣體導(dǎo)流器出口截面可以是平面或非平面，無焰燃燒腔為一端開口的腔體，腔體可以是半球形或任意形狀的只有一端開口的空腔，無焰燃燒腔作為進(jìn)口的下開口端可為圓形或其他形狀中的一種或二種以上，無焰燃燒腔進(jìn)口可為一個(gè)或兩個(gè)及以上通孔，開口處任一方向的口徑尺寸都大于氣體導(dǎo)流器出口在相同方向上尺寸，即無焰燃燒腔進(jìn)口在沿氣流方向上的投影能完全覆蓋氣體導(dǎo)流器出口在該方向上的投影，無焰燃燒腔進(jìn)口截面可以是平面或非平面，還包括一集氣室，集氣室為一中空容器，其上設(shè)有排氣口，集氣室將無焰燃燒腔的下開口端包裹在其中空的容腔內(nèi)部，還包括一固定支架，固定支架將無焰燃燒腔固定在氣體導(dǎo)流器出口附近位置，固定支架可與集氣室或氣體導(dǎo)流器或氣體預(yù)混腔所在中空容器固定連接，集氣室下端設(shè)有開口，開口的周邊與氣體導(dǎo)流器或氣體預(yù)混腔所在中空容器外壁面密閉連接；無焰燃燒腔位于集氣室內(nèi)，集氣室內(nèi)壁面與無焰燃燒腔外壁面間留有空隙，無焰燃燒腔間隙的截面積為氣體導(dǎo)流器出口截面積的1倍以上，可將燃燒后尾氣收集，并經(jīng)排氣口排出，排氣口可以安裝在集氣室的任意位置，也可在集氣室的2個(gè)以上的多個(gè)位置安裝2個(gè)以上的多個(gè)排氣口，排氣口截面積之和為氣體導(dǎo)流器出口橫截面積(垂直于出口氣流方向的截面積)的1倍以上，于無焰燃燒腔內(nèi)、無焰燃燒腔外壁面上、集氣室內(nèi)、集氣室外壁面上中的一個(gè)或2個(gè)以上位置處可安裝換熱裝置，所述換熱裝置可以是管殼式、翅片式或板式換熱器等中的一種或兩種以上。

本發(fā)明所述的燃燒方法，包括控制分別經(jīng)燃料進(jìn)口和助燃?xì)膺M(jìn)口通入氣體預(yù)混腔內(nèi)的燃?xì)夂椭細(xì)忸A(yù)混后空氣系數(shù)為1.01-2.5，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的所用燃料的回火線速度與脫火線速度，調(diào)節(jié)預(yù)混氣的線速度介于回火線速度與脫火線速度之間，開啟點(diǎn)火器點(diǎn)火后，加熱無焰燃燒腔及填充于其中的催化劑至紅熱或600度以上，然后增加預(yù)混氣線速度到脫火線速度以上，使火焰熄滅，同時(shí)令預(yù)混氣繼續(xù)在無焰燃燒腔及填充于其中的催化劑上發(fā)生無焰燃燒，氣流到達(dá)燃燒腔底部后返回并帶走大部分熱量，高溫尾氣經(jīng)集氣室收束，經(jīng)換熱器換熱后，自排氣口排出，燃燒產(chǎn)物為二氧化碳和/或水蒸汽，有害物質(zhì)一氧化碳(co)、碳?xì)浠衔?hc)和氮氧化物(nox)排放濃度分別低于1ppm，助燃?xì)膺M(jìn)口通入的氣體為空氣、氧氣以及其他除空氣之外的含氧量為1-99.9vol％的含氧混合氣，燃料進(jìn)口通入的氣體為氣態(tài)燃料、霧狀液體燃料、以及以空氣、氮?dú)獾确强扇細(xì)怏w中的一種或二種以上稀釋至終濃度為0.1-99.9vol％的上述氣態(tài)燃料和霧狀液體燃料中的一種或二種以上；氣態(tài)燃料為天然氣、液化石油氣等中的一種或二種以上，霧狀液體燃料為汽油、柴油等中的一種或二種以上，催化劑含有多孔隙耐火材料和金屬氧化物活性組分，所述多孔隙耐火材料可以是纖維狀、顆粒狀、蜂窩狀或其他透氣形狀中的一種或兩種以上的陶瓷、石英、尖晶石、碳化硅及不銹鋼等中的一種或兩種以上，所述金屬氧化物活性組分可以是氧化鋁、氧化鈰、氧化鎂、氧化鑭、氧化鈦、氧化鐵、氧化錳、氧化硅、氧化鈉、氧化銅、氧化鎳、氧化鈷、氧化鉑、氧化鈀、氧化釕、氧化銠、氧化銀等中的一種或兩種以上，所述金屬氧化物活性組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以為0.1％-85％。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明描述了一種用于起動(dòng)極低污染物排放的催化無焰燃燒裝置的方法，其包括初始利用小功率火焰燃燒加熱無焰燃燒腔及填充于其中的催化劑，然后增大流速切換為大功率催化無焰燃燒。

本發(fā)明公開的催化無焰燃燒裝置可用于各種氣態(tài)及霧狀液體等非固體燃料燃燒取熱過程，依據(jù)所述的燃燒方法，可在千瓦及兆瓦級(jí)功率下催化無焰燃燒，有益效果是：燃料燃燒完全，燃燒效率高，燃燒尾氣中碳?xì)浠衔?、一氧化碳和氮氧化物的排放量都低?ppm，具備高效、節(jié)能、環(huán)保、安全、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的催化無焰燃燒裝置示意圖。

附圖標(biāo)記：

助燃?xì)膺M(jìn)口(1)，燃料進(jìn)口(2)，氣體預(yù)混器(3)，氣體預(yù)混腔(4)，燃燒板(5)，點(diǎn)火器(6)，氣體導(dǎo)流器(7)，無焰燃燒腔(8)，催化劑(9)，固定支架(10)，集氣室(11)及排氣口(12)。

圖中單虛線箭頭代表空氣流向，單實(shí)線箭頭代表燃?xì)饬飨颍p虛線箭頭代表預(yù)混氣流向，雙實(shí)線箭頭代表煙氣流向。

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種帶有換熱器的催化無焰燃燒裝置的示意圖。附圖標(biāo)記：

助燃?xì)膺M(jìn)口(1)，燃料進(jìn)口(2)，氣體預(yù)混器(3)，氣體預(yù)混腔(4)，燃燒板(5)，點(diǎn)火器(6)，氣體導(dǎo)流器(7)，無焰燃燒腔(8)，催化劑(9)，固定支架(10)，集氣室(11)及排氣口(12)翅片式換熱器(13)，導(dǎo)熱流體入口(14)，導(dǎo)熱流體出口(15)。

圖中單虛線箭頭代表空氣流向，單實(shí)線箭頭代表燃?xì)饬飨?，雙虛線箭頭代表預(yù)混氣流向，雙實(shí)線箭頭代表煙氣流向。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的實(shí)例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

下面結(jié)合附圖1和附圖2具體描述本發(fā)明催化無焰燃燒裝置的實(shí)施例。

實(shí)施例1，如圖1所示，一種催化無焰燃燒裝置，包括一上端開口下端密閉的中空?qǐng)A筒體，圓筒體的底端設(shè)有一個(gè)助燃?xì)膺M(jìn)口1和一個(gè)燃料進(jìn)口2，于圓筒體的中下部助燃?xì)膺M(jìn)口1和燃料進(jìn)口2上方設(shè)有氣體預(yù)混器3，氣體預(yù)混器3上方設(shè)有燃燒板5，圓筒體底端與燃燒板5之間留有空隙形成氣體預(yù)混腔4，氣體預(yù)混器3置于氣體預(yù)混腔4內(nèi)，于燃燒板5上方設(shè)有點(diǎn)火器6，圓筒體的上開口端設(shè)有氣體導(dǎo)流器7，氣體導(dǎo)流器7為上下二端開口的中空?qǐng)A筒狀導(dǎo)管，圓筒狀導(dǎo)管的下開口端與中空筒體的上開口端密閉連接，于氣體導(dǎo)流器7的上方設(shè)有無焰燃燒腔8，無焰燃燒腔8為下端開口上端密閉的中空?qǐng)A柱形容器，氣體導(dǎo)流器7的上開口端與無焰燃燒腔8的下開口端相對(duì)設(shè)置，氣體導(dǎo)流器7的上開口端從無焰燃燒腔8的下開口端伸入至無焰燃燒腔8內(nèi)，于無焰燃燒腔8內(nèi)的中上部填充有催化劑9，無焰燃燒腔8通過固定支架10固定連接于集氣室11所在中空容器上，集氣室11為一中空容器，其上設(shè)有排氣口12，集氣室11將無焰燃燒腔8的下開口端包裹在其中空的容腔內(nèi)部。

可選地，中空?qǐng)A筒體直徑為100mm，助燃?xì)膺M(jìn)口1進(jìn)空氣，燃料進(jìn)口2進(jìn)天然氣，氣體預(yù)混器3是目數(shù)為200目的堇青石陶瓷，厚度為25.4mm，使氣體在預(yù)混腔4內(nèi)混合均勻，燃燒板5是目數(shù)為400目的堇青石陶瓷，燃燒板厚度為25.4mm，點(diǎn)火器6可將通過燃燒板5的預(yù)混氣引燃，氣體導(dǎo)流器7出口為圓形，氣體導(dǎo)流器7出口方向與無焰燃燒腔8進(jìn)口相向設(shè)置，氣體導(dǎo)流器7出口直徑為60mm，無焰燃燒腔8進(jìn)口橫截面積是導(dǎo)流器7出口橫截面積的1.8倍，導(dǎo)流器7出口伸進(jìn)無焰燃燒腔8進(jìn)口內(nèi)10mm，氣體導(dǎo)流器7出口截面為平面，無焰燃燒腔8為一端開口的圓柱形空腔，深度為60mm，無焰燃燒腔8進(jìn)口為直徑為80mm的圓形，催化劑9放置于無焰燃燒腔8內(nèi)，并由無焰燃燒腔8內(nèi)壁上支架托住固定，催化劑填充70％無焰燃燒腔體積，可與經(jīng)氣體導(dǎo)流器7出口完全進(jìn)入無焰燃燒腔8的氣體充分接觸，催化劑9含有多孔隙陶瓷材料和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的金屬氧化物活性組分，固定支架10將無焰燃燒腔8固定在導(dǎo)流器7出口附近位置，可與集氣室11或?qū)Я髌骰蝾A(yù)混腔等其他部位連接，集氣室11可將燃燒后尾氣收集，并經(jīng)排氣口12排出，排氣口12可以安裝在集氣室11的頂部，排氣口截面積為氣體導(dǎo)流器7出口橫截面積的2倍。

有利地，使助燃?xì)饨?jīng)助燃?xì)膺M(jìn)口1進(jìn)入后與燃料氣經(jīng)燃料進(jìn)口2進(jìn)入后的氣流互相對(duì)沖，以增加助燃?xì)馀c燃料氣流經(jīng)預(yù)混器3后在預(yù)混腔4中的混合效果，燃燒板5氣孔為1mm，點(diǎn)火器6為點(diǎn)火針，導(dǎo)流口7伸進(jìn)無焰燃燒腔8內(nèi)15mm，導(dǎo)流口7與無焰燃燒腔8間空隙面積為導(dǎo)流口7截面積的2.2倍，集氣室與無焰燃燒腔8間空隙面積為導(dǎo)流口7截面積的2.5倍。實(shí)施例2，如圖2所示，一種帶有換熱器的催化無焰燃燒裝置，包括一上端開口下端密閉的中空?qǐng)A筒體，圓筒體的底端設(shè)有一個(gè)助燃?xì)膺M(jìn)口1和一個(gè)燃料進(jìn)口2，于圓筒體的中下部助燃?xì)膺M(jìn)口1和燃料進(jìn)口2上方設(shè)有氣體預(yù)混器3，氣體預(yù)混器3上方設(shè)有燃燒板5，圓筒體底端與燃燒板5之間留有空隙形成氣體預(yù)混腔4，氣體預(yù)混器3置于氣體預(yù)混腔4內(nèi)，于燃燒板5上方設(shè)有點(diǎn)火器6，圓筒體的上開口端設(shè)有氣體導(dǎo)流器7，氣體導(dǎo)流器7為上下二端開口的中空?qǐng)A筒狀導(dǎo)管，圓筒狀導(dǎo)管的下開口端與中空筒體的上開口端密閉連接，于氣體導(dǎo)流器7的上方設(shè)有無焰燃燒腔8，無焰燃燒腔8為下端開口上端密閉的中空半球形容器，氣體導(dǎo)流器7的上開口端與無焰燃燒腔8的下開口端相對(duì)設(shè)置，氣體導(dǎo)流器7的上開口端從無焰燃燒腔8的下開口端伸入至無焰燃燒腔8內(nèi)，于無焰燃燒腔8內(nèi)的中上部填充有催化劑9，無焰燃燒腔8通過固定支架10固定連接于集氣室11所在中空容器上，集氣室11為一中空容器，其上設(shè)有排氣口12，集氣室11將無焰燃燒腔8的下開口端包裹在其中空的容腔內(nèi)部，在集氣室11內(nèi)無焰燃燒腔8的上方以及集氣室11外壁面上安裝翅片式換熱裝置，利用水為導(dǎo)熱流體，使水從導(dǎo)熱流體進(jìn)口14進(jìn)入，經(jīng)過翅片式換熱器換熱后從導(dǎo)熱流體出口15流出。

可選地，中空?qǐng)A筒體直徑為80mm，助燃?xì)膺M(jìn)口1進(jìn)空氣，燃料進(jìn)口2進(jìn)天然氣，氣體預(yù)混器3是目數(shù)為200目的堇青石陶瓷，厚度為12mm，使氣體在預(yù)混腔4內(nèi)混合均勻，燃燒板5是目數(shù)為300目的堇青石陶瓷，燃燒板厚度為20mm，點(diǎn)火器6可將通過燃燒板5的預(yù)混氣引燃，氣體導(dǎo)流器7出口為圓形，氣體導(dǎo)流器7出口方向與無焰燃燒腔8進(jìn)口相向設(shè)置，氣體導(dǎo)流器7出口直徑為50mm，無焰燃燒腔8進(jìn)口橫截面積是導(dǎo)流器7出口橫截面積的1.5倍，導(dǎo)流器7出口伸進(jìn)無焰燃燒腔8進(jìn)口內(nèi)5mm，氣體導(dǎo)流器7出口截面為平面，無焰燃燒腔8為一端開口的半球形空腔，深度為40mm，無焰燃燒腔8進(jìn)口為直徑為70mm的圓形，催化劑9放置于無焰燃燒腔8內(nèi)，并由無焰燃燒腔8內(nèi)壁上支架托住固定，催化劑填充60％無焰燃燒腔體積，可與經(jīng)氣體導(dǎo)流器7出口完全進(jìn)入無焰燃燒腔8的氣體充分接觸，催化劑9含有多孔隙陶瓷材料和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的金屬氧化物活性組分，固定支架10將無焰燃燒腔8固定在導(dǎo)流器7出口附近位置，可與集氣室11或?qū)Я髌骰蝾A(yù)混腔等其他部位連接，集氣室11可將燃燒后尾氣收集，流經(jīng)翅片式換熱器13，由經(jīng)導(dǎo)熱流體進(jìn)口14和出口15進(jìn)出的導(dǎo)熱流體換熱后，經(jīng)排氣口12排出，排氣口12可以安裝在集氣室11的頂部，排氣口截面積為氣體導(dǎo)流器7出口橫截面積的2倍。

實(shí)施例3，一種額定熱功率為20kw的千瓦級(jí)天然氣催化無焰燃燒裝置，采取如圖2所示結(jié)構(gòu)，中空?qǐng)A筒體直徑為70mm，助燃?xì)膺M(jìn)口1為內(nèi)徑為40mm不銹鋼管，助燃?xì)鉃橛蔁o級(jí)變速鼓風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)量可調(diào)的空氣，燃?xì)膺M(jìn)口2為內(nèi)徑為9mm的不銹鋼管，燃?xì)鉃殡姶砰y控制的流量可調(diào)的天然氣(甲烷)，氣體預(yù)混器3是目數(shù)為200目的堇青石陶瓷，厚度為12mm，使氣體在預(yù)混腔4內(nèi)混合均勻，燃燒板5是目數(shù)為300目的堇青石陶瓷，燃燒板厚度為20mm，預(yù)混腔4為內(nèi)徑為65mm的不銹鋼管，氣體導(dǎo)流器7為連接在預(yù)混腔4內(nèi)壁的圓環(huán)，向上傾斜角度為75度，出口直徑為50mm，導(dǎo)流器7出口伸進(jìn)無焰燃燒腔8進(jìn)口內(nèi)5mm，氣體導(dǎo)流器7出口截面為平面，無焰燃燒腔8為一端開口的半球形空腔，深度為40mm，無焰燃燒腔8進(jìn)口為直徑為70mm的圓形，催化劑9放置于無焰燃燒腔8內(nèi)，并由無焰燃燒腔8內(nèi)壁上支架托住固定，催化劑填充60％無焰燃燒腔體積，可與經(jīng)氣體導(dǎo)流器7出口完全進(jìn)入無焰燃燒腔8的氣體充分接觸，催化劑9含有多孔隙陶瓷材料和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的金屬氧化物活性組分，換熱器13置于集氣室11上半部，導(dǎo)熱流體為水，排氣口為內(nèi)徑為70mm的不銹鋼管。采用如下操作方法：點(diǎn)火時(shí)控制甲烷流速為7l/min，空氣為80l/min，即空氣系數(shù)為1.20，線速度為0.5m/s，熱功率約為4.6kw，在此小功率火焰燃燒狀況下，co、hc和nox排放值都為0(檢測(cè)器分辨率為1ppm)，燃燒20s后，燃燒腔和催化劑即可達(dá)到紅熱，此時(shí)保持空氣系數(shù)為1.20，1分鐘內(nèi)將甲烷流速增大為30l/min，空氣增大為345l/min，即線速度為2.0m/s，熱功率達(dá)到20kw，在此流量增大過程中以及到達(dá)后，co、hc和nox排放值都為0(檢測(cè)器分辨率為1ppm)，連續(xù)燃燒3小時(shí)，co、hc和nox排放值都一直為0。利用該實(shí)施例額定功率為20kw的千瓦級(jí)天然氣催化無焰燃燒裝置以及上述使用方法，可實(shí)現(xiàn)的有益效果是，燃料完全燃燒，換熱效率大95％以上，污染物co、hc和nox排放值為0(低于1ppm)。

實(shí)施例4，一種額定熱功率為80kw的千瓦級(jí)天然氣催化無焰燃燒裝置，采取如圖2所示結(jié)構(gòu)，中空?qǐng)A筒體直徑為150mm，助燃?xì)膺M(jìn)口1為內(nèi)徑為100mm不銹鋼管，助燃?xì)鉃橛蔁o級(jí)變速鼓風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)量可調(diào)的空氣，燃?xì)膺M(jìn)口2為內(nèi)徑為30mm的不銹鋼管，燃?xì)鉃殡姶砰y控制的流量可調(diào)的天然氣(甲烷)，氣體預(yù)混器3是目數(shù)為200目的堇青石陶瓷，厚度為25.4mm，使氣體在預(yù)混腔4內(nèi)混合均勻，燃燒板5是目數(shù)為300目的堇青石陶瓷，燃燒板厚度為40mm，預(yù)混腔4為內(nèi)徑為150mm的不銹鋼管，氣體導(dǎo)流器7為連接在預(yù)混腔4內(nèi)壁的圓環(huán)，向上傾斜角度為75度，出口直徑為100mm，導(dǎo)流器7出口伸進(jìn)無焰燃燒腔8進(jìn)口內(nèi)20mm，氣體導(dǎo)流器7出口截面為平面，無焰燃燒腔8為一端開口的半球形空腔，深度為60mm，無焰燃燒腔8進(jìn)口為直徑為160mm的圓形，催化劑9放置于無焰燃燒腔8內(nèi)，并由無焰燃燒腔8內(nèi)壁上支架托住固定，催化劑填充70％無焰燃燒腔體積，可與經(jīng)氣體導(dǎo)流器7出口完全進(jìn)入無焰燃燒腔8的氣體充分接觸，催化劑9含有多孔隙陶瓷材料和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％的金屬氧化物活性組分，換熱器13置于集氣室11上半部，導(dǎo)熱流體為水，排氣口為內(nèi)徑為120mm的不銹鋼管。

采用如下操作方法：點(diǎn)火時(shí)控制甲烷流速為14l/min，空氣為160l/min，即空氣系數(shù)為1.20，線速度為0.35m/s，熱功率約為9.3kw，在此小功率火焰燃燒狀況下，co、hc和nox排放值都為0(檢測(cè)器分辨率為1ppm)，燃燒15s后，燃燒腔和催化劑即可達(dá)到紅熱，此時(shí)保持空氣系數(shù)為1.20，1分鐘內(nèi)將甲烷流速增大為120l/min，空氣增大為1380l/min，即線速度為3.2m/s，熱功率達(dá)到80kw，在此流量增大過程中以及到達(dá)后，co、hc和nox排放值都為0(檢測(cè)器分辨率為1ppm)，連續(xù)燃燒2小時(shí)，co、hc和nox排放值都一直為0。利用該實(shí)施例額定功率為80kw的千瓦級(jí)天然氣催化無焰燃燒裝置以及上述使用方法，可實(shí)現(xiàn)的有益效果是，燃料完全燃燒，換熱效率大95％以上，污染物co、hc和nox排放值為0(低于1ppm)。

實(shí)施例5，一種額定熱功率為1.2兆瓦的兆瓦級(jí)天然氣催化無焰燃燒裝置，由15組實(shí)施例4中所述的單個(gè)80千瓦的催化無焰燃燒器共同組合而成。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“流向”、等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

雖然本文中已參考隨附圖式詳細(xì)地揭示本發(fā)明之闡釋性實(shí)施例，但是應(yīng)了解，本發(fā)明不限于精確實(shí)施例，且可在本發(fā)明中借由熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者實(shí)現(xiàn)各種改變及修改而不脫離如借由隨附申請(qǐng)專利范圍及其等效物定義之本發(fā)明之范疇。