一种催化低氮燃烧罩式装置及工艺

摘要

本发明涉及一种催化低氮燃烧罩式装置，属于低氮燃烧技术领域。所述装置包括燃烧催化罩和连接件，燃烧催化罩通过连接件安装在燃烧器喷口上，与燃烧器配合使用，组成低氮燃烧系统；所述燃烧催化罩由催化剂载体和催化剂组成，其中，所述催化剂载体作为主体骨架，所述催化剂分布在主体骨架上，所述催化剂载体由能够催化CO和NOx反应的耐高温材料制成，使主体骨架本身兼做催化剂；所述燃烧催化罩的形状为火焰状、圆锥状以及花瓣状。本发明的装置可以利用燃料未完全燃烧产生的CO催化还原燃烧过程中产生的NOx，使CO和NOx转化为CO2和N2，一是促进了燃料的完全燃烧，节约能源；二是进一步降低了燃烧产生的NOx含量，有效减排，达到兼具节能、减排的双重效果。

权利要求

1.一种催化低氮燃烧罩式装置，其特征在于：所述装置包括燃烧催化罩和连接件，燃烧催化罩通过连接件安装在燃烧器喷口上，与燃烧器配合使用，组成低氮燃烧系统；

所述燃烧催化罩由催化剂载体和催化剂组成，其中，所述催化剂载体作为主体骨架，所述催化剂分布在主体骨架上，所述催化剂载体由能够催化CO和NOx反应的耐高温材料制成，使主体骨架本身兼做催化剂；

所述燃烧催化罩的形状为火焰状、圆锥状或花瓣状；

所述连接件将燃烧催化罩连接在燃烧器火焰出口，采用焊接、法兰连接或螺纹连接。

2.如权利要求1所述的催化低氮燃烧罩式装置，其特征在于：所述催化剂包括Fe&Cu复合材料。

3.如权利要求1所述的催化低氮燃烧罩式装置，其特征在于：所述催化剂载体由铁铜锰不锈钢合金、Fe/Cu/Zn/Ce/Ti高熵合金或Fe&Cu负载炭纳米材料制成。

4.如权利要求1所述的催化低氮燃烧罩式装置，其特征在于：所述催化剂载体由陶瓷材料制成。

5.如权利要求1所述的催化低氮燃烧罩式装置，其特征在于：所述燃烧催化罩的形状为火焰状。

6.如权利要求1所述的催化低氮燃烧罩式装置，其特征在于：当燃烧催化罩的形状为圆锥状时，燃烧催化罩与连接件之间的夹角α为：0°<α<180°。

7.如权利要求1-6任一项所述的催化低氮燃烧罩式装置在气体、液体燃料的低氮燃烧领域中的应用。

说明书

一种催化低氮燃烧罩式装置及工艺

技术领域

[0001] 本发明属于低氮燃烧技术领域，尤其涉及一种催化低氮燃烧罩式装置及工艺。

背景技术

[0002] 我国大气污染问题日益严重，国家对污染物排放的控制越来越严格。对于氮氧化物的排放控制，当前有多种方法，主要分为燃烧过程中的低氮燃烧技术，以及燃烧后的氮氧化物脱除技术。对于当前主流的低氮燃烧技术而言，降低燃烧温度是控制氮氧化物产生的重要手段之一，但温度的降低会影响燃料的燃烧状况，使其燃尽性受到影响。面对越来越严苛的排放限值，进一步开发新型高效的低氮燃烧技术，降低燃烧烟气中的氮氧化物含量，同时能够保证燃料的完全燃烧，是实现良好节能减排的关键。因此，如何缓解在低氮燃烧的较低温度下，控制减低氮氧化物排放和促进燃料完全燃烧之间矛盾是一个十分重要的问题。因此，有必要研究一种能够同时实现控制减低氮氧化物排放和促进燃料完全燃烧的装置。

发明内容

[0003] 针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种具备催化转化降低NOx排放作用的低氮燃烧罩式装置及工艺，其可以在燃料燃烧的过程中，利用燃料未完全燃烧产生的 CO催化还原燃烧过程中产生的NOx，使CO和NOx转化为CO2和N2，一方面促进了燃料的完全燃烧，节约能源；另一方面进一步降低了燃烧产生的NOx含量，有效减排，因此，本发明提供的工艺及装置同时具有节能、减排的双重效果。

[0004] 本发明的目的之一是提供一种催化低氮燃烧罩式装置。

[0005] 本发明的目的之二是提供一种基于催化低氮燃烧罩式装置的深度低氮燃烧工艺。

[0006] 本发明的目的之三是提供催化低氮燃烧罩式装置及利用该装置进行深度低氮燃烧工艺的应用。

[0007] 为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：

[0008] 首先，本发明公开了一种催化低氮燃烧罩式装置，包括燃烧催化罩和连接件，燃烧催化罩通过连接件安装在燃烧器喷口上，与燃烧器配合使用，组成低氮燃烧系统。

[0009] 所述燃烧催化罩由催化剂载体和催化剂组成，其中，所述催化剂载体作为主体骨架，所述催化剂分布在主体骨架上，所述催化剂载体由耐高温材料制成，优选为金属材料或陶瓷材料；优选的，所述催化剂包括Fe&Cu复合催化剂等。

[0010] 所述催化剂载体也可以由能够催化CO和NOx反应的耐高温材料制成，这样催化剂载体本身也可以兼做催化剂，优选的，所述催化剂载体由铁铜锰不锈钢合金、Fe/Cu/Zn/Ce/Ti 高熵合金或Fe&Cu负载炭纳米材料等制成。

[0011] 所述燃烧催化罩的形状为火焰状、圆锥状或花瓣状、灯笼状等，优选为火焰状，这样就可以与燃烧火焰配合，借助燃烧火焰产生的温度，为催化剂提供良好的工作温度条件，达到节能的目的。

[0012] 所述连接件将燃烧催化罩连接在燃烧器火焰出口，可采用焊接、法兰连接、螺纹连接等，优选为法兰连接和螺纹连接。

[0013] 当燃烧催化罩的形状为圆锥状时，燃烧催化罩与连接件之间的夹角α为：0°<α<180°。

[0014] 其次，本发明公开了一种基于催化低氮燃烧罩式装置的深度低氮燃烧工艺，包括：

[0015] 步骤1：将燃烧催化罩通过连接件安装在燃烧器喷口，调节燃烧催化罩与连接件之间的夹角α，保证罩式装置所处位置的温度与催化反应所需的最佳温度相一致，燃料在温度低于 1000℃的低氮燃烧器中燃烧；由于燃烧温度低，虽然生成的NOx减少，但由于燃烧不充分，会有一定CO生成；

[0016] 步骤2：步骤1中生成的NOx和CO通过燃烧器喷口扩散进入燃烧催化罩内，在催化剂的作用下，CO和NOx发生催化反应，NOx被CO催化还原成N2，CO通过NOx进一步演化生成CO2放出热量，从而燃料得到进一步完全燃烧。

[0017] 最后，本发明公开了上述催化低氮燃烧罩式装置及利用该装置进行深度低氮燃烧工艺在气体、液体燃料的低氮燃烧领域中的应用。

[0018] 本发明的特点是：低氮燃烧的温度一般在1000℃左右，但在这一温度下由于燃烧不充分，产生了一部分CO，因此，本发明利用燃料未完全燃烧产生的CO催化还原燃烧过程中产生的NOx，使CO和NOx转化为CO2和N2，然而，燃烧器中的温度过高，无法进行CO 和NOx的催化反应，温度过低也无法进行CO和NOx的催化反应，这就需要寻找和制造一个适合上述催化反应的环境，通过研究发现：在燃烧器的火焰喷口处具有潜在的能够满足上述催化反应的环境，但火焰的温度分布特点又使得不是燃烧器的火焰喷口处的所有环境均能够满足上述催化反应，因为火焰的温度分布是从内到外并不一致，而当催化剂选定后其适合的催化温度就是一定的，为了解决这个问题，本发明设计了低氮燃烧罩式装置，这种罩式装置的特点是其形状和火焰相似，这样就可以使罩式装置始终处在火焰中最适合催化反应的部位，因为一旦选择了某一种催化剂后，就需要通过测量确定火焰中最适合反应的位置，然后将罩式装置置于火焰中，调节燃烧催化罩与连接件之间的夹角α，使罩式装置处于最适合催化反应的位置，由于罩式装置的形状和火焰相似，使同时充当催化剂的使罩式装置始终保持在适合进行催化反应的温度环境中，当CO和NOx从燃烧器中排出后，都必须经过该罩式装置，然后在火焰提供的适宜的催化环境下得到充分的反应后再排出，既能够大幅度降低CO和NOx的排放，又能够对燃烧器喷口的火焰充分利用，节约能源。另外，由于罩式装置的存在，还可以起到稳燃的作用，当燃烧器中的燃气不稳定导致燃烧断续时，由于罩式装置提供的高温环境，可以很好地避免燃烧中断的发生，起到很好的稳燃的作用。

[0019] 与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：本发明的催化低氮燃烧罩式装置及工利用该装置进行的深度低氮燃烧工艺可以在燃料燃烧的过程中，利用燃料未完全燃烧产生的CO催化还原燃烧过程中产生的NOx，使CO和NOx转化为CO2和N2，一方面促进了燃料的完全燃烧，节约能源；另一方面进一步降低了燃烧产生的NOx含量，有效减排，本发明提供的工艺及装置同时具有节能、减排的双重效果。

附图说明

[0020] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

[0021] 图1为本发明圆锥形催化低氮燃烧罩式装置的结构示意图。

[0022] 图2为图1中罩式装置的俯视图。

[0023] 图3为本发明火焰状催化低氮燃烧罩式装置的结构示意图。

[0024] 图4为图3中罩式装置的俯视图。

[0025] 图5为本发明花瓣状催化低氮燃烧罩式装置的结构示意图。

[0026] 图6为图5中罩式装置的俯视图。

[0027] 附图标记分别代表：1-催化剂载体、2-连接件；α为燃烧催化罩1与连接件2之间的夹角。

具体实施方式

[0028] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0029] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0030] 正如背景技术所述，如何缓解在低氮燃烧的较低温度下，控制减低氮氧化物排放和促进燃料完全燃烧之间矛盾是一个十分重要的问题；因此，本发明提出一种具备催化转化降低NOx排放作用的低氮燃烧罩式装置及工艺；现结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步说明。

[0031] 实施例1

[0032] 1、一种催化低氮燃烧罩式装置，如图1-2所示，包括燃烧催化罩和连接件2，燃烧催化罩通过连接件2安装在燃烧器喷口上，与燃烧器配合使用，组成低氮燃烧系统。

[0033] 所述燃烧催化罩由催化剂载体1和催化剂组成，其中，所述催化剂载体1作为主体骨架，所述催化剂分布在主体骨架上，所述催化剂载体由陶瓷材料制成。

[0034] 所述燃烧催化罩的形状为圆锥状，这样就可以与燃烧火焰配合，借助燃烧火焰产生的温度，为催化剂提供良好的工作温度条件，达到节能的目的。

[0035] 所述连接件2为螺纹连接，从而将燃烧催化罩1连接在燃烧器火焰出口，燃烧催化罩1 与连接件2之间的夹角α为70°。

[0036] 2、一种基于本实施例的催化低氮燃烧罩式装置的深度低氮燃烧工艺，，包括：

[0037] 步骤1：将燃烧催化罩通过连接件2安装在燃烧器喷口，燃料在温度为980℃的低氮燃烧器中燃烧；由于燃烧温度低，生成的NOx会减少，但由于燃烧不充分，会有一定CO生成；

[0038] 步骤2：步骤1中生成的NOx和CO通过燃烧器喷口扩散进入燃烧催化罩内，在分布于由陶瓷材料制成的主体骨架上的Fe&Cu复合催化剂的作用下，CO和NOx发生催化反应， NOx被CO催化还原成N2，CO通过NOx进一步演化生成CO2放出热量，从而燃料得到进一步完全燃烧。

[0039] 实施例2

[0040] 1、一种催化低氮燃烧罩式装置，如图1-2所示，包括燃烧催化罩和连接件2，燃烧催化罩通过连接件2安装在燃烧器喷口上，与燃烧器配合使用，组成低氮燃烧系统。

[0041] 所述燃烧催化罩由催化剂载体1和催化剂组成，其中，所述催化剂载体1作为主体骨架，所述催化剂载体由能够催化CO和NOx反应的耐高温材料铁铜锰不锈钢合金制成，这样主体骨架本身也可以兼做催化剂。

[0042] 所述燃烧催化罩的形状为圆锥状，这样就可以与燃烧火焰配合，借助燃烧火焰产生的温度，为催化剂提供良好的工作温度条件，达到节能的目的。

[0043] 所述连接件2为法兰连接，从而将燃烧催化罩1连接在燃烧器火焰出口，燃烧催化罩1 与连接件2之间的夹角α为10°。

[0044] 2、一种基于本实施例的催化低氮燃烧罩式装置的深度低氮燃烧工艺，包括：

[0045] 步骤1：将燃烧催化罩通过连接件2安装在燃烧器喷口，燃料在温度低于900℃的低氮燃烧器中燃烧；由于燃烧温度低，生成的NOx会减少，但由于燃烧不充分，会有一定CO 生成；

[0046] 步骤2：步骤1中生成的NOx和CO通过燃烧器喷口扩散进入燃烧催化罩内，在具有催化作用的铁铜锰合金主体骨架的作用下，CO和NOx发生催化反应，NOx被CO催化还原成 N2，CO通过NOx进一步演化生成CO2放出热量，从而燃料得到进一步完全燃烧。

[0047] 实施例3

[0048] 1、一种催化低氮燃烧罩式装置，如图3-4所示，包括燃烧催化罩和连接件2，燃烧催化罩通过连接件2安装在燃烧器喷口上，与燃烧器配合使用，组成低氮燃烧系统。

[0049] 所述燃烧催化罩由催化剂载体1和催化剂组成，其中，所述催化剂载体1作为主体骨架，所述催化剂载体由能够催化CO和NOx反应的耐高温Fe/Cu/Zn/Ce/Ti高熵合金成型制成，这样主体骨架本身也可以兼做催化剂。

[0050] 所述燃烧催化罩的形状为火焰状，这样就可以与燃烧火焰配合，借助燃烧火焰产生的温度，为催化剂提供良好的工作温度条件，达到节能的目的。

[0051] 所述连接件2为焊接连接，从而将燃烧催化罩1连接在燃烧器火焰出口，燃烧催化罩1 与连接件2之间的夹角α为100°。

[0052] 2、一种基于本实施例的催化低氮燃烧罩式装置的深度低氮燃烧工艺，包括：

[0053] 步骤1：将燃烧催化罩通过连接件2安装在燃烧器喷口，燃料在温度低于950℃的低氮燃烧器中燃烧；由于燃烧温度低，生成的NOx会减少，但由于燃烧不充分，会有一定CO 生成；

[0054] 步骤2：步骤1中生成的NOx和CO通过燃烧器喷口扩散进入燃烧催化罩内，在具有催化作用的主体骨架Fe/Cu/Zn/Ce/Ti催化剂的作用下，CO和NOx发生催化反应，NOx被CO 催化还原成N2，CO通过NOx进一步演化生成CO2放出热量，从而燃料得到进一步完全燃烧。

[0055] 实施例4

[0056] 1、一种催化低氮燃烧罩式装置，如图5-6所示，包括燃烧催化罩和连接件2，燃烧催化罩通过连接件2安装在燃烧器喷口上，与燃烧器配合使用，组成低氮燃烧系统。

[0057] 所述燃烧催化罩由催化剂载体1和催化剂组成，其中，所述催化剂载体1作为主体骨架，所述催化剂为分布在主体骨架上的Fe&Cu复合材料，所述催化剂载体由能够催化CO 和NOx反应的耐高温材料Fe&Cu负载炭纳米材料成型制成，这样主体骨架本身也可以兼做催化剂。

[0058] 所述燃烧催化罩的形状为花瓣状，这样就可以与燃烧火焰配合，借助燃烧火焰产生的温度，为催化剂提供良好的工作温度条件，达到节能的目的。

[0059] 所述连接件2为螺纹连接，从而将燃烧催化罩1连接在燃烧器火焰出口，燃烧催化罩1 与连接件2之间的夹角α为170°。

[0060] 2、一种基于本实施例的催化低氮燃烧罩式装置的深度低氮燃烧工艺，包括：

[0061] 步骤1：将燃烧催化罩通过连接件2安装在燃烧器喷口，燃料在温度低于880℃的低氮燃烧器中燃烧；由于燃烧温度低，生成的NOx会减少，但由于燃烧不充分，会有一定CO 生成；

[0062] 步骤2：步骤1中生成的NOx和CO通过燃烧器喷口扩散进入燃烧催化罩内，在具有催化作用的主体骨架的催化剂Fe&Cu负载炭纳米材料和分布在主体骨架上的Fe&Cu复合材料为催化剂为的作用下，CO和NOx发生催化反应，NOx被CO催化还原成N2，CO通过 NOx进一步演化生成CO2放出热量，从而燃料得到进一步完全燃烧。

[0063] 以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。