催化燃烧装置及催化燃烧装置的控制方法与流程

1.本技术涉及燃烧装置技术领域，特别是一种催化燃烧装置及催化燃烧装置的控制方法。


背景技术：

2.低热值燃气需要利用催化燃烧装置方能使其充分燃烧。催化燃烧装置所用的催化剂需要达到一定温度方可发挥催化作用，因此，催化燃烧装置通常会设置预热系统，利用预热系统预热催化剂。目前催化燃烧装置的预热系统一般采用电热系统。
3.目前的催化燃烧装置存在体积大、预热时间长、对电路要求高等问题，因此，如何改进催化燃烧装置，以克服这些弊端，是本领域技术人员需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本技术提供一种催化燃烧装置，所述催化燃烧装置包括：
5.催化燃烧系统，所述催化燃烧系统包括外壳、位于外壳内的催化剂载体、用于将燃气引入外壳的第一燃气引入组件、用于将空气引入外壳的第一空气引入组件；
6.预热系统，所述预热系统包括混合器、燃烧器、用于将燃气引入混合器的第二燃气引入组件、用于将空气引入混合器的第二空气引入组件、用于将燃气和空气的混合气自混合器引入燃烧器的混合气引入组件；所述燃烧器的废气出口与所述外壳连通，使燃烧产生的高温废气与空气在所述外壳内直接接触换热，以预热所述外壳内的空气；
7.供热系统，所述供热系统与所述催化燃烧系统的烟气出口连通，以通过所述供热系统向外界供热。
8.催化燃烧装置的一种实施方式，所述燃烧器采用多孔介质燃烧器。
9.催化燃烧装置的一种实施方式，所述第一燃气引入组件包括位于所述外壳内的燃气分配管，所述燃气分配管的管壁上开设有通孔，所述燃气分配管位于所述催化剂载体上游，所述催化燃烧系统还包括位于所述外壳内的气流均布结构，所述气流均布结构设置在所述燃气分配管和所述催化剂载体之间。
10.催化燃烧装置的一种实施方式，所述通孔的中心轴线和与其中心轴线相交的所述燃气分配管的径向线呈预设夹角，使所述通孔相对所述燃气分配管的径向倾斜设置。
11.催化燃烧装置的一种实施方式，所述燃烧器的废气出口位于所述外壳内，并位于所述燃气分配管上游，所述催化燃烧系统还包括位于所述外壳内的迷宫式通道，所述迷宫式通道设置在所述燃烧器的废气出口和所述燃气分配管之间。
12.催化燃烧装置的一种实施方式，所述供热系统包括换热器，所述换热器与所述催化燃烧系统的烟气出口连通，以引入烟气，并与外界用热装置连通，以引入外界冷流体，使烟气和冷流体在所述换热器内换热、换热后的冷流体回流至外界用热装置。
13.催化燃烧装置的一种实施方式，所述催化燃烧装置还包括余热回收系统，所述余热回收系统包括余热回收器，所述余热回收器的进口与所述换热器的烟气出口连通，还与
所述第一空气引入组件连通，使烟气和空气在所述余热回收器内换热，以预热即将进入所述外壳内的空气。
14.催化燃烧装置的一种实施方式，所述催化燃烧系统还包括位于所述外壳内的第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器设置在所述催化剂载体上游，所述第二温度传感器设置在所述催化剂载体下游。
15.催化燃烧装置的一种实施方式，所述催化燃烧装置包括控制系统，所述控制系统与所述第一温度传感器、第二温度传感器、预热系统和催化燃烧系统通信连接，以根据所述第一温度传感器检测到的温度、所述第二温度传感器检测到的温度控制所述预热系统和催化燃烧系统。
16.另外，本技术还提供一种催化燃烧装置的控制方法，所述控制方法包括第一控制策略，所述第一控制策略为：
17.若所述第一温度传感器检测到的温度达到了预设的第一温度阈值，则控制所述第一燃气引入组件开启，以将燃气引入到所述外壳内；
18.若所述第一温度传感器检测到的温度未达到所述第一温度阈值，则控制所述预热系统的混合气引入组件提升混合气引入速度，直至所述第一温度传感器检测到的温度达到所述第一温度阈值。
19.催化燃烧装置的控制方法的一种实施方式，所述控制方法还包括第二控制策略，所述第二控制策略为：
20.若所述第二温度传感器检测到的温度尚未达到预设的第二温度阈值，则调节所述催化燃烧系统的第一燃气引入组件的燃气引入量和/或调节所述催化燃烧系统的第一空气引入组件的空气引入量，使所述催化燃烧系统的外壳内的燃气浓度增高，直至所述第二温度传感器检测到的温度达到所述第二温度阈值；
21.若所述第二温度传感器检测到的温度达到了所述第二温度阈值，则调节所述催化燃烧系统的第一燃气引入组件的燃气引入量和/或调节所述催化燃烧系统的第一空气引入组件的空气引入量，使所述催化燃烧系统的外壳内的燃气浓度降低，并且，控制所述预热系统停机。
22.催化燃烧装置的控制方法的一种实施方式，所述控制方法还包括第三控制策略，所述第三控制策略为：控制所述第二空气引入组件引入的空气量多于所述第二燃气引入组件引入的燃气量完全燃烧所需的空气量。
23.本技术提供的催化燃烧装置，利用预热系统中的燃气和空气燃烧产生的高温废气接触加热催化燃烧系统中的空气，以此达到了预热催化燃烧系统中的催化剂的目的。相比利用电热系统预热催化剂的催化燃烧装置，该催化燃烧装置体积小、预热时间短、对电路要求低，而且预热效果好，能保障低热值燃气稳定燃烧。
24.另外，本技术提供的催化燃烧装置，通过设置余热回收系统，可以使催化燃烧装置达到稳定运行状态后关停预热系统，而仅在余热回收系统的预热作用下自我维持稳定运行状态，因此，热效率高、运行成本低。
附图说明
25.图1为本技术提供的催化燃烧装置一种实施例的流程示意图；
26.图2为图1中催化燃烧系统的示意图；
27.图3为图1中预热系统的示意图；
28.图4为图1中燃气分配管、迷宫式通道、气流均布结构与外壳的立体图。
29.图5为图4中燃气分配管的立体图；
30.图6为图5的a-a横截面图；
31.图7为本技术提供的催化燃烧装置另一种实施例的流程示意图；
32.图8为本技术提供的催化燃烧装置的控制方法的一种控制逻辑流程图。
33.附图标记说明如下：
34.10催化燃烧系统，101外壳，102催化剂载体，103第一燃气引入组件，103a燃气通道，103b燃气阀，103c燃气分配管，104第一空气引入组件，104a空气通道，104b空气风机，104c第一空气温度计，104d第二空气温度计，105迷宫式通道，106气流均布结构，107第一温度传感器，108第二温度传感器；
35.20预热系统，201混合器，202燃烧器，203第二燃气引入组件，203a燃气储罐，203b预热燃气压力计，203c预热燃气温度计，203d预热燃气阀，204第二空气引入组件，204a空滤器，205混合气引入组件，205a混合气风机；
36.30供热系统，301换热器；
37.40余热回收系统，401余热回收器，402第一烟气温度计，403第二烟气温度计。
具体实施方式
38.本技术提供一种催化燃烧装置，为了使本技术领域的技术人员更好地理解本技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术的技术方案作进一步的详细说明。
39.如图1-图3所示，该实施例中，催化燃烧装置包括催化燃烧系统10、预热系统20和供热系统30。
40.催化燃烧系统10包括外壳101、催化剂载体102、第一燃气引入组件103和第一空气引入组件104。
41.催化剂载体102位于外壳101内，用于装载催化剂，所装载的催化剂类型和剂量可根据实际需要灵活调整。
42.第一燃气引入组件103用于将燃气引入外壳101，第一燃气引入组件103引入的燃气可以是低热值燃气。图中，第一燃气引入组件103包括燃气通道103a、燃气阀103b和燃气分配管103c，燃气阀103b可以采用便于控制的电磁阀。
43.第一空气引入组件104用于将空气引入外壳101。图中，第一空气引入组件104包括空气通道104a、空气风机104b、第一空气温度计104c和第二空气温度计104d，第一空气温度计104c设置在靠近空气风机104b的位置，第二空气温度计104d设置在靠近外壳101的空气引入口的位置。
44.预热系统20用于预热催化剂，当催化剂载体102上装载的催化剂被预热到一定温度时，外壳101内的燃气在催化剂的催化作用下在催化剂载体102处燃烧。
45.燃烧产生的烟气从外壳101中排出，排到供热系统30内，以利用供热系统30向外界供热。图中，供热系统30包括换热器301，换热器301与外壳101的烟气出口连通，以引入烟气，并与外界用热装置连通，以引入外界冷流体，冷流体和烟气在换热器301内换热，换热
后，冷流体升温，升温后的冷流体作为供热流体回流至外界用热装置内。
46.预热系统20包括混合器201、燃烧器202、第二燃气引入组件203、第二空气引入组件204、混合气引入组件205。混合器201可以采用文丘里管混合器。燃烧器202可以采用多孔介质燃烧器，这种类型的燃烧器202能缩短火焰长度和降低污染物排放量。
47.第二燃气引入组件203用于将燃气引入混合器201内，引入到混合器201内的燃气优选高热值燃气，例如天然气。图中，第二燃气引入组件203包括燃气储罐203a、预热燃气压力计203b、预热燃气温度计203c和预热燃气阀203d，预热燃气阀203d可以采用零压式燃气比例阀。
48.第二空气引入组件204用于将空气引入混合器201内。图中，第二空气引入组件204包括空滤器204a，以保障引入混合器201内的空气含杂质少。
49.燃气和空气在混合器201内混合形成混合气。混合气引入组件205用于将混合气自混合器201引入到燃烧器202内，并由燃烧器202内的高压电火花点燃，从而在燃烧器202内燃烧。图中，混合气引入组件205包括混合气风机205a。
50.混合气在燃烧器202内燃烧产生高温废气，燃烧器202的废气出口与外壳101连通，使燃烧产生的高温废气与外壳101内的空气在外壳101内直接接触换热，换热后，外壳101内的空气升温，从而对外壳101内的催化剂载体102上的催化剂进行预热。
51.上述催化燃烧装置，利用预热系统20中的燃气和空气燃烧产生的高温废气接触加热催化燃烧系统10中的空气，以此达到了预热催化燃烧系统10中的催化剂的目的。相比利用电热系统预热催化剂的催化燃烧装置，该催化燃烧装置体积小、预热时间短、对电路要求低，，而且预热效果好，能保障低热值燃气稳定燃烧。
52.具体的，如图1或图2所示，第一燃气引入组件103的燃气分配管103c安装在外壳101内部，燃气分配管103c位于催化剂载体102上游。如图5所示，燃气分配管103c的管壁上开设有多个通孔，燃气先进入燃气分配管103c内，然后从燃气分配管103c的通孔均匀散布到外壳101内。
53.具体的，如图1或图2所示，催化燃烧系统10还可以设置气流均布结构106，气流均布结构106位于外壳101内部并位于燃气分配管103c和催化剂载体102之间。如图4所示，气流均布结构106可以采用均流孔板或者均流格栅等。
54.自燃气分配管103c的通孔排出的烟气与空气混合后，经气流均布结构106整流，然后流到催化剂载体102处，在催化剂载体102处燃烧。通过设置燃气分配管103c和气流均布结构106可以提升燃气和空气的混合均匀性，从而更利于提升催化燃烧装置的热效率。
55.如图6所示，燃气分配管103c的通孔的中心轴线和与其中心轴线相交的燃气分配管103c的径向线可以呈预设夹角(图中夹角α)，这样，使得通孔相对燃气分配管103c的径向倾斜设置。这样设置，燃气自通孔排出后能在燃气分配管103c外周面呈旋流状态，更利于提升燃气和空气的混合均匀性。
56.具体的，如图1或图2所示，燃烧器202的废气出口可以设置在外壳101内部，并且，催化燃烧系统10可以设置迷宫式通道105，迷宫式通道105位于外壳101内部，并位于燃烧器202的废气出口下游和燃气分配管103c上游，也就是说，位于燃烧器202的废气出口和燃气分配管103c之间。设置迷宫式通道105，一方面可以起到阻隔火焰向下游扩散的目的，另一方面能延长燃烧器202排出的高温废气和外壳101内的空气的接触时长，从而能提升对外壳
101内的空气的加热效果。
57.进一步的，如图7所示，该实施例中，催化燃烧装置进一步设置了余热回收系统40。余热回收系统40包括余热回收器401，余热回收器401与换热器301的烟气出口连通，还与第一空气引入组件104连通，使烟气和空气在余热回收器401内换热，换热后，空气升温，升温的空气进入外壳101内，在外壳101内由预热系统20产生的高温废气进行二次预热。
58.设置余热回收系统40，一方面可以提升催化燃烧装置的热效率，另一方面在催化燃烧装置稳定运行状态下可以使预热系统20停机，而仅由余热回收系统40预热空气，使催化燃烧装置仅在余热回收系统40的预热作用下自我维持稳定运行状态。
59.具体的，如图7所示，催化燃烧系统10可以设置第一温度传感器107。第一温度传感器107靠近催化剂载体102设置并位于催化剂载体102上游，用于检测即将经过催化剂载体102的气流温度。
60.催化燃烧系统10还可以设置第二温度传感器108，第二温度传感器108器靠近催化剂载体102设置并位于催化剂载体102下游，用于检测刚流过催化剂载体102的气流温度。
61.催化燃烧装置可以设置控制系统。控制系统与第一温度传感器107、第二温度传感器108、预热系统20和催化燃烧系统10通信连接，从而能根据第一温度传感器107检测到的温度调节预热系统20的预热功率以及控制催化燃烧系统10的第一燃气引入组件103启停，还能根据第二温度传感器108检测到的温度调节催化燃烧系统10的燃气引入量和/或空气引入量以及控制预热系统20启停。
62.另外，本技术提供一种催化燃烧装置的控制方法。
63.该控制方法包括第一控制策略，如图8所示，所述第一控制策略为：
64.若第一温度传感器107检测到的温度达到了预设的第一温度阈值，则表明催化剂已经被预热到目标温度，这时可以控制第一燃气引入组件103的燃气阀103b开启，以将燃气引入到外壳101内。
65.若第一温度传感器107检测到的温度没有达到预设的第一温度阈值，则表明催化剂尚未被预热到目标温度，这时可以控制预热系统20的混合气风机205a提升转速，直至第一温度传感器107检测到的温度达到预设的第一温度阈值。
66.进一步的，该控制方法还可以包括第二控制策略，如图8所示，所述第二控制策略为：
67.若第二温度传感器108检测到的温度尚未达到预设的第二温度阈值，则表明催化燃烧系统10还没有达到稳定运行状态，这时，可以调节催化燃烧系统10的燃气引入量和/或空气引入量，使燃气浓度增高(具体可以增高到10％左右)，直至第二传感器检测到的温度达到预设的第二温度阈值。
68.若第二温度传感器108检测到的温度达到了预设的第二温度阈值，则表明催化燃烧系统10已经达到稳定运行状态了，这时，可以调节催化燃烧系统10的燃气引入量和/或空气引入量，使得燃气浓度降低(具体可以降低到2％左右)，并且可以控制预热系统20停机，这时催化燃烧装置仅在余热回收系统40的预热作用下自我维持稳定运行状态。
69.进一步，该控制方法还可以包括第三控制策略，所述第三控制策略为：控制第二空气引入组件204引入的空气量多于第二燃气引入组件203引入的燃气量完全燃烧所需的空气量。这样设置，能提升预热系统20的热效率，更利于缩短预热时长，而且还能缩短火焰长
度和降低污染物排放量。
70.以上应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。