CN104235839A - 一种液体燃料催化重整微型燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃烧装置，旨在提供一种液体燃料催化重整微型燃烧器。本发明包括圆形顶盖板、与顶盖板连接一体的壳体，所述顶盖板上开设有两个对称的燃料进口孔，所述壳体侧面上部开设有两个对称的空气进口孔，壳体侧面下部开设有两个对称的排气孔，壳体底部中心处开设有点火器孔；燃料通道与空气通道之间呈90°交叉连通，燃料通道和空气通道与燃烧室一侧相连通，排气通道与燃烧室的另一侧相连通。本发明的有益效果是：采用燃料通道和燃烧室表面设置了环形螺纹，增加了换热面积、加强燃料与高温烟气的传热；采用燃料通道和燃烧室表面分别设置了裂解/重整催化剂和燃烧催化剂，能够保证液体燃料在微燃烧器中高效燃烧。

Description

一种液体燃料催化重整微型燃烧器

技术领域

本发明涉及一种燃烧装置，具体涉及一种液体燃料催化重整微型燃烧器。

背景技术

以微尺度燃烧器为核心的微型供能***以其体积小、质量轻、能量密度高、供能时间长等优点越来越受到重视。但是微尺度燃烧器的尺寸比传统燃烧器小几个数量级，其小的特征尺度使得比表面积增大，散热速率大大提高，引起严重的热损失，使得火焰难以稳定，易发生熄火现象；同时，尺寸的减小，导致燃料和空气在燃烧器中停留时间短，不能保证燃料的充分燃烧，尤其是液体燃料。因此，在微小尺度内实现稳定燃烧而不熄火是微型燃烧器首要解决的难题。

目前微型燃烧器多针对气体燃料的燃烧。与气体燃料燃烧相比，液体燃料安全性能优良、便于储存运输且具有更高的能量密度，更具有实用性。但液体燃料微尺度燃烧是一个边蒸发、边混合、边燃烧的过程，存在的主要问题是雾化、蒸发较难，混合不充分，导致燃烧不稳定、燃烧效率低、散热损失大。目前，有些微燃烧器采用多孔介质使液体燃料充分雾化，但是仍不能很好地解决点火问题，且燃烧后综合热利用效率较低，产物中CO产量较高，造成环境污染。

因此，需要一种针对液体燃料专门设计的微型燃烧器，使其大大改善液体燃料微尺度燃烧的燃烧性能。

发明内容

为了解决现有技术存在的液体燃料微尺度燃烧过程中燃烧不稳定、燃烧效率低以及综合热利用效率低的问题，提出了一种液体燃料催化重整微型燃烧器。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种液体燃料催化重整微型燃烧器，包括圆形顶盖板、与顶盖板连接一体的壳体，所述顶盖板上开设有两个对称的燃料进口孔，所述壳体侧面上部开设有两个对称的空气进口孔，壳体侧面下部开设有两个对称的排气孔，壳体底部中心处开设有点火器孔；所述壳体内部安装有内侧套筒、中间套筒和外侧套筒，所述空气通道设于壳体与外侧套筒之间，并与空气进口相连通；排气通道设于外侧套筒与中间套筒之间，并与排气出口相连通；燃料通道设于中间套筒与内侧套筒之间，并与燃料进口相连通；燃烧室设于内侧套筒内；其中：燃料通道与空气通道之间呈90°交叉连通，燃料通道和空气通道与燃烧室一侧相连通，排气通道与燃烧室的另一侧相连通。

本发明中，所述顶盖板上设有的两个料进口孔、壳体侧面上部设有的两个空气进口孔、壳体侧面下部设有的两个排气孔分别关于圆形顶盖板圆心所在的中轴线对称。

本发明中，所述内侧套筒的内侧、外侧均设有环形螺纹，以增加表面积和传热强度。

本发明中，所述内侧套筒的外侧螺纹上设有液体燃料裂解重整催化剂层，该液体燃料裂解重整催化剂层中所含催化剂的成分为CuO/ZnO/Al₂O₃，CuO作为主催化剂，ZnO和Al₂O₃作为助催化剂，用于将液体燃料裂解/重整为CO、CH₄或H₂等易燃气体。

本发明中，所述内侧套筒的内侧螺纹上设有燃烧催化剂层，该燃烧催化剂层中所含有催化剂的成分为铂Pt，用于提高燃料燃烧效率。

本发明中，所述顶盖板和壳体均采用导热系数低的材料，如陶瓷，为的是减少微型燃烧器的向外界散热，提高燃烧器整体热效率。所述套筒组由外侧套筒、中间套筒、内侧套筒组成，套筒组采用导热系数高、耐高温的材料，如高镍含量的不锈钢。

本发明中，所述燃料通道、燃烧室和排气通道的高度均相等。

本发明中，燃烧器的高度为25～35mm，顶盖板厚度为2mm，壳体厚度为2mm，燃料通道宽度为1.5mm，高度为20～25mm，内侧套筒厚度为1.5mm，中间套筒厚度为1.5mm，外侧套筒厚度为1.2mm，燃烧室内径为3～3.5mm，高度为20～25mm，空气通道宽度为2.5～3mm，空气通道底端与壳体底端的间距为1～1.5mm，排气通道宽度为4～5mm、高度为20～25mm，其中还满足下列关系式：

空气通道宽度＝排气通道宽度-(1.5～2mm)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用燃料通道和燃烧室表面设置了环形螺纹，不但增加了换热面积、加强燃料与高温烟气的传热；而且增加了催化剂面积。

2、本发明采用燃料通道和燃烧室表面分别设置了裂解/重整催化剂和燃烧催化剂，增强了液体燃料重整和催化燃烧的效果，能够保证液体燃料在微燃烧器中高效燃烧。

3、本发明的燃料通道、空气通道与燃烧室、排气通道相间布置，实现了烟气余热的阶梯回收利用，完成了空气预热和燃料裂解。

4、本发明将催化重整和催化燃烧结合在一起，与单纯使液体燃料雾化、蒸发之后燃烧相比，将液体燃料先经过催化裂解使其转化为CH₄、H₂和CO等混合气体，再进行燃烧，易于实现点火和燃烧稳定。

附图说明

图1为本发明的一种催化重整微型燃烧器的剖面示意图；

图2为本发明的一种催化重整微型燃烧器壳体剖面示意图；

图3为本发明的一种催化重整微型燃烧器顶盖板俯视图；

图4为本发明的一种催化重整微型燃烧器套筒组半剖视图；

图5为图1中沿A-A方向剖面示意图；

图6为图1中沿B-B方向剖面示意图；

图7为图1中内侧套筒中螺纹部分Ⅰ的放大图；

附图标记：顶盖板1，空气进口2，壳体3，空气通道4，外侧套筒5，排气出口6，点火器孔7，燃烧室8，内侧套筒9，燃料通道10，中间套筒11，排气通道12，燃料进口13。

具体实施方式

以下的实施例可以使本专业技术领域的技术人员更全面的了解本发明，但不以任何方式限制本发明：

如图1～7所示，本发明实施例提供一种液体燃料催化重整微型燃烧器具体实施例，包括圆形顶盖板1、与顶盖板1连接一体的壳体3，所述顶盖板1上开设有两个对称的燃料进口13孔，所述壳体3侧面上部开设有两个对称的空气进口2孔，壳体3侧面下部开设有两个对称的排气孔，壳体3底部中心处开设有点火器孔7；所述壳体3内部安装有内侧套筒9、中间套筒11和外侧套筒5，所述空气通道4设于壳体3与外侧套筒5之间，并与空气进口2相连通；排气通道12设于外侧套筒5与中间套筒11之间，并与排气出口6相连通；燃料通道10设于中间套筒11与内侧套筒9之间，并与燃料进口13相连通；燃烧室8设于内侧套筒9内；其中：燃料通道10与空气通道4之间呈90°交叉连通，燃料通道10和空气通道4与燃烧室8一侧相连通，排气通道12与燃烧室8的另一侧相连通。

所述顶盖板1上设有的两个料进口孔、壳体3侧面上部设有的两个空气进口2孔、壳体3侧面下部设有的两个排气孔分别关于圆形顶盖板1圆心所在的中轴线对称。

所述内侧套筒9内外侧均设有环形螺纹，以增加表面积和传热强度；其中：所述内侧套筒9外侧螺纹上设有液体燃料裂解重整催化剂层，该液体燃料裂解重整催化剂层中所含催化剂的成分为CuO/ZnO/Al₂O₃，CuO作为主催化剂，ZnO和Al₂O₃作为助催化剂，用于将液体燃料裂解/重整为CO、CH₄或H₂等易燃气体；

所述内侧套筒9内侧螺纹上设有燃烧催化剂层，该燃烧催化剂层中所含有催化剂的成分为铂Pt，用于提高燃料燃烧效率。

图1为本实施例液体燃料催化重整微型燃烧器的剖面示意图，呈左右对称，整个燃烧器的高度根据需要在25～35mm之间调整。本实施例中用甲醇水溶液作为液体燃料。

本实施例中顶盖板1的结构如图3所示，其形状为圆形，厚度为2mm，距离圆心一定位置处开有两个对称的燃料进口孔，顶盖板1采用导热系数低的材料，如陶瓷。

壳体3的结构如图2所示，其采用导热系数低或绝缘的材料，厚度为2mm，壳体3侧面上部设有两个对称的的空气进口2，其侧面下部设有两个对称的排气出口6，在壳体3底端中心位置处开有一个点火器孔7，用于放置点火器。

燃料通道10设于内侧套筒9与中间套筒11之间的区域内，宽度为1.5mm，高度为20～25mm。内侧套筒9、中间套筒11的厚度均为1.5mm，选用导热性好、耐高温的材料，如高镍含量的不锈钢。

图7为本实例中带有环形螺纹的燃料通道10的按照4:1比例进行放大后的示意图，螺纹选择牙型角为30°的等腰梯形螺纹，其具有较好的强度。在外侧螺纹上涂覆有CuO/ZnO/Al₂O₃作为燃料重整催化剂，CuO作为主催化剂，ZnO和Al₂O₃作为助催化剂，以增强催化剂的催化活性，转化气杂质少。

甲醇水溶液在燃料通道内受热、蒸发催化重整产生H₂，有利于着火。

燃烧室8设于内侧套筒9内形成的区域中，直径为3～3.5mm，高度为20～25mm，在燃烧室8内侧螺纹上覆涂有Pt催化剂。空气与催化重整后的混合气体在Pt催化剂的作用下，发生催化燃烧反应。

空气通道4设于壳体3与外侧套筒5之间围成的区域内，宽度为2.5～3mm，外侧套筒的厚度为1.2mm，空气由空气进口2进入空气通道4，空气通道4底端与壳体3底端的距离1～1.5mm，以使其加速降压，更好地与燃料混合，进入燃烧室8内进行燃烧。

排气通道12设于中间套筒11与外侧套筒5之间所围成的区域内，宽度为4～5mm，高度为20～25mm。在燃烧室8内燃烧生成的烟气进入与之相连通的排气通道12，最后由开设在外侧套筒5下部的排气出口6排出。烟气在排气通道6内由上到下流动，对空气进行预热，改善点火性能和提高燃烧稳定性。

最后需要说明的是，上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，并不用于限制本发明的保护范围。因此，与本发明权利要求书相当的任何修改、等同替换、改进等，都认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (6)

1.一种液体燃料催化重整微型燃烧器，包括圆形顶盖板，其特征在于，还包括与顶盖板连接一体的壳体，所述顶盖板上开设有两个对称的燃料进口孔，所述壳体侧面上部开设有两个对称的空气进口孔，壳体侧面下部开设有两个对称的排气孔，壳体底部中心处开设有点火器孔；所述壳体内部安装有内侧套筒、中间套筒和外侧套筒，所述空气通道设于壳体与外侧套筒之间，并与空气进口相连通；排气通道设于外侧套筒与中间套筒之间，并与排气出口相连通；燃料通道设于中间套筒与内侧套筒之间，并与燃料进口相连通；燃烧室设于内侧套筒内；其中：燃料通道与空气通道之间呈90°交叉连通，燃料通道和空气通道与燃烧室一侧相连通，排气通道与燃烧室的另一侧相连通。

2.根据权利要求1中所述的燃烧器，其特征在于，所述顶盖板上设有的两个料进口孔、壳体侧面上部设有的两个空气进口孔、壳体侧面下部设有的两个排气孔分别关于圆形顶盖板圆心所在的中轴线对称。

3.根据权利要求1中所述的燃烧器，其特征在于，所述内侧套筒的内侧、外侧均设有环形螺纹。

4.根据权利要求3中所述的燃烧器，其特征在于，所述内侧套筒的外侧环形螺纹上设有液体燃料裂解重整催化剂层。

5.根据权利要求3中所述的燃烧器，其特征在于，所述内侧套筒的内侧环形螺纹上设有燃烧催化剂层。

6.根据权利要求1中所述的燃烧器，其特征在于，所述燃料通道、燃烧室和排气通道的高度均相等。