催化燃烧Ⅳ和Ⅳ型锅炉正反平衡热效率的实验研究

摘要

催化燃烧作为一种新型的燃烧方式，实现了近零污染物排放，达到近似100％的燃烧效率，扩大了传统燃烧的可燃界限，因此达到了节约能源和环境保护的双重目的。 本文主要是介绍催化燃烧技术在燃气锅炉上的应用情况。分别研究了双面催化燃烧器蜂窝状催化剂独石通道内温度分布情况和催化燃烧IV型及IV+型锅炉的热效率，并用反平衡法对IV+型锅炉的热效率进行计算和热损失分析。 为了更好的了解催化燃烧技术的特性，在双面催化燃烧器上进行催化燃烧实验，分析了改变燃气流量、过剩空气系数和催化剂独石长度对催化燃烧特性的影响，找到稳定性好、可燃范围大、价格经济和最匹配双面燃烧器的20mm空白独石和20mm镀贵金属催化剂独石组合体。 将负载这种催化剂独石组合体的催化燃烧器应用到燃气锅炉中便组成催化燃烧IV型锅炉，对其燃烧特性和热效率进行研究。通过对催化燃烧与单相燃烧的排烟温度和热效率的比较，得出催化燃烧在过剩空气系数高0.43，排烟温度高50℃的情况下，热效率平均比单相燃烧的热效率高出5％左右，从而说明催化燃烧技术应用到锅炉中的优势和可行性。 通过改变催化燃烧IV型锅炉的水流动路径得到IV+型锅炉，改进后的IV+型锅炉的排烟温度比Ⅳ型锅炉低80～100℃，热效率高14％左右，从而说明改进效果是很明显的。通过对催化燃烧炉热效率进行反平衡测试，找出影响热效率的主要因素，并对各主要因素进行计算和分析，得到用反平衡法计算的催化燃烧锅炉的热效率值，并与正平衡进行了对比。对热效率反平衡分析也为以后催化燃烧锅炉的改进指明了方向，即必须降低排烟温度充分利用烟气的显热和潜热。

目录

文摘

英文文摘

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声明

1 绪论

1.1 节能环保成为时代的主题

1.2 催化燃烧技术国内外的研究背景

1.2.1 催化燃烧技术在国外的发展

1.2.2 催化燃烧技术在国内的兴起与发展

1.3 催化燃烧技术的应用及意义

1.3.1 催化燃烧技术的应用现状

1.3.2 催化燃烧的研究意义

1.4 本课题研究的核心内容

2 催化燃烧理论分析

2.1 催化作用机理

2.2 甲烷在贵金属催化剂上的反应机理

2.3 甲烷在催化燃烧器中的实验与模拟

2.3.1 实验装置

2.3.2 数值模型的建立和模拟结果

2.4 甲烷催化燃烧的主要特点

2.4.1 近零污染物排放

2.4.2 低反应活化能

2.4.3 燃料转化率高、能源利用率高

2.4.4 可燃范围大、燃烧稳定

2.5 国内催化燃烧研究的两大核心

2.5.1 甲烷燃烧催化剂体系

2.5.2 催化燃烧器的研究

2.6 本章小节

3 甲烷双面催化燃烧器燃烧特性的研究

3.1 催化燃烧器

3.1.1 催化燃烧器结构

3.1.2 混合气体的加热

3.1.3 催化燃烧预混系统

3.1.4 催化剂的选择

3.2 实验部分

3.2.1 实验装置

3.2.2 实验注意事项

3.3 数据分析

3.3.1 催化剂独石通道内温度分布

3.3.2 独石长度对通道温度的影响

3.3.3 燃气可燃界限问题

3.4 本章小结

4 催化燃烧Ⅳ型锅炉热效率研究

4.1 催化燃烧Ⅳ型锅炉的结构设计

4.1.1 换热器结构设计简述

4.1.2 水的流动路径

4.1.3 Ⅳ型锅炉的几点说明

4.2 Ⅳ型锅炉系统

4.2.1 实验装置

4.2.2 Ⅳ型锅炉实验目的和步骤

4.3 实验结果分析

4.3.1 热效率的计算

4.3.2 热强度与热效率的关系

4.3.3 单相燃烧与催化燃烧的对比

4.4 本章小结

5 催化燃烧锅炉的改进

5.1 Ⅳ型和Ⅳ+型催化燃烧锅炉的区别

5.2 催化燃烧Ⅳ+型锅炉的系统图

5.3 Ⅳ型和Ⅳ+型锅炉的比较

5.3.1 排烟温度的比较

5.3.2 两种锅炉热效率的比较

5.3.3 挡板对热效率的影响

5.3.4 水流量对热效率的影响

5.4 Ⅳ+型锅炉热效率的回归曲线

5.4.1 曲线回归的目的

5.4.2 最小二乘法

5.4.3 曲线回归的精度

5.4.4 热效率曲线回归公式

5.5 本章小结

6 Ⅳ+型锅炉热效率的反平衡法计算

6.1 基本方法

6.2 锅炉热效率的影响因素

6.2.1气体不完全燃烧热损失q3的影响

6.2.2 散热损失q5的影响

6.2.3 排烟热损失q2的计算

6.3 正平衡和反平衡热效率的比较

6.4 热效率等级

6.5 催化燃烧炉的发展方向

6.5.1 冷凝式锅炉的含义

6.5.2 天然气冷凝式锅炉的分类

6.6 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢