權(quán)利要求書： 1.一種貧燃富燃交替式催化燃燒運行的方法，其特征在于，該方法是基于下述催化燃燒器實現(xiàn)的：

該催化燃燒器包括相互連通的催化燃燒區(qū)和氣相燃燒區(qū)，催化燃燒區(qū)的起始端設(shè)有燃?xì)膺M(jìn)口，氣相燃燒區(qū)的末端設(shè)有廢氣出口；在催化燃燒區(qū)內(nèi)填充催化劑，在氣相燃燒區(qū)的內(nèi)部設(shè)有點火器；所述催化燃燒區(qū)分為兩部分，具有相同的通流面積和通流體積，且呈平行間隔、平行嵌套或?qū)ΨQ設(shè)置的布局方式；兩個催化燃燒區(qū)的燃?xì)膺M(jìn)口分別通過燃?xì)夤苈愤B接至四通閥，四通閥的剩余接口分別連接至用于輸送貧燃預(yù)混氣和富燃預(yù)混氣的燃?xì)馔ǖ溃?br>
在催化燃燒區(qū)內(nèi)填充的催化劑是鉑銠鈀三元/二元/單組分貴金屬催化劑，催化劑載體是顆粒型分子篩或者泡沫型分子篩；

所述貧燃富燃交替式催化燃燒運行的方法包括以下步驟：(1)通過燃?xì)馔ǖ篮退耐ㄩy，向兩部分催化燃燒區(qū)分別持續(xù)通入貧燃預(yù)混氣和富燃預(yù)混氣；

(2)兩種預(yù)混氣在各自的催化燃燒區(qū)內(nèi)發(fā)生催化燃燒，然后進(jìn)入氣相燃燒區(qū)充分混合；

通過點火器點火形成穩(wěn)定的氣相火焰，使混合氣體在氣相燃燒區(qū)內(nèi)燃燒殆盡，并向燃燒器外排放廢氣；

(3)根據(jù)設(shè)定的運行時間間隔，利用四通閥切換貧燃預(yù)混氣和富燃預(yù)混氣的輸送路線，使兩個催化燃燒區(qū)切換使用不同的預(yù)混氣；富燃預(yù)混氣在燃燒時在催化劑表面留存的積碳，會逐漸被貧燃預(yù)混氣中的過量氧氣消耗掉，從而減緩催化劑積碳失效。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化燃燒區(qū)和氣相燃燒區(qū)之間以篩板隔離，在兩者相接處的氣相燃燒區(qū)一側(cè)設(shè)有用于擾流的旋流片。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，燃燒器的主體為中空結(jié)構(gòu)且呈軸向?qū)ΨQ，其軸向剖面是下述任意一種形狀：長方形、正方形、圓形、橢圓形或鼓形；利用隔板或套管將燃燒器主體的部分空間分隔成兩個催化燃燒區(qū)，并使其呈平行間隔、平行嵌套或相互對置的布局方式。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃?xì)夤苈泛?或燃?xì)馔ǖ拉h(huán)繞在催化燃燒器的外壁面上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述貧燃預(yù)混氣的當(dāng)量比為0.60～0.75，富燃預(yù)混氣的當(dāng)量比為1.2～1.4；兩種預(yù)混氣經(jīng)催化燃燒后，在氣相燃燒區(qū)內(nèi)混合后的整體當(dāng)量比為0.95～1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述兩部分催化燃燒區(qū)中填充的催化劑種類、裝載量、空速比參數(shù)完全相同，能保證燃?xì)馇袚Q后的兩部分的催化反應(yīng)正常進(jìn)行。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，按1～4小時的運行時間間隔切換四通閥。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，催化燃燒區(qū)內(nèi)催化燃燒反應(yīng)僅消耗部分燃料，其燃燒效率為20％～30％。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化劑中貴金屬的負(fù)載量為1％～

5％；所述泡沫型分子篩的孔徑為20～50PPI，空隙率55～75％。

說明書： 一種貧燃富燃交替式催化燃燒器及運行方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及催化燃燒技術(shù)，屬于交替式耦合燃燒裝置，具體涉及催化燃燒與氣相燃燒耦合的燃燒裝置及方法。

背景技術(shù)[0002] 催化燃燒是提高燃燒效率、降低污染物排放和穩(wěn)定燃燒的重要手段，因此被廣泛應(yīng)用。當(dāng)燃料含有較多長鏈烷烴(汽油/柴油/煤油)時，催化劑易發(fā)生積碳、燒結(jié)團聚和氧

化，影響了催化劑使用壽命。浙江大學(xué)提出過一種基于燃料多效預(yù)處理和無焰燃燒的燃油

燃燒裝置及方法的發(fā)明專利，能夠?qū)崿F(xiàn)燃油氣體在多孔介質(zhì)內(nèi)的霧化、蒸發(fā)和催化預(yù)處理，

但存在高溫?zé)煔庋鯕夂康汀⒊煞謴?fù)雜、催化劑容易積碳失活等問題，從而導(dǎo)致催化劑壽命

低、催化劑消耗量大、燃燒不完全等缺陷。因此，本發(fā)明基于催化劑低效易積碳失活問題提

出了一種貧燃富燃交替式催化燃燒器及運行方法。

發(fā)明內(nèi)容[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種貧燃富燃交替式催化燃燒器及運行方法。

[0004] 為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是：[0005] 提供一種貧燃富燃交替式催化燃燒器，包括相互連通的催化燃燒區(qū)和氣相燃燒區(qū)，催化燃燒區(qū)的起始端設(shè)有燃?xì)膺M(jìn)口，氣相燃燒區(qū)的末端設(shè)有廢氣出口；在催化燃燒區(qū)內(nèi)

填充催化劑，在氣相燃燒區(qū)的內(nèi)部設(shè)有點火器；所述催化燃燒區(qū)分為兩部分，具有相同的通

流面積和通流體積，且呈平行間隔、平行嵌套或?qū)ΨQ設(shè)置的布局方式；兩個催化燃燒區(qū)的燃

氣進(jìn)口分別通過燃?xì)夤苈愤B接至四通閥，四通閥的剩余接口分別連接至用于輸送貧燃預(yù)混

氣和富燃預(yù)混氣的燃?xì)馔ǖ馈?br>
[0006] 本發(fā)明中，所述催化燃燒區(qū)和氣相燃燒區(qū)之間以篩板隔離，在兩者相接處的氣相燃燒區(qū)一側(cè)設(shè)有用于擾流的旋流片。

[0007] 本發(fā)明中，燃燒器的主體為中空結(jié)構(gòu)且呈軸向?qū)ΨQ，其軸向剖面是下述任意一種形狀：長方形、正方形、圓形、橢圓形或鼓形；利用隔板或套管將燃燒器主體的部分空間分隔

成兩個催化燃燒區(qū)，并使其呈平行間隔、平行嵌套或相互對置的布局方式。

[0008] 本發(fā)明中，所述燃?xì)夤苈泛?或燃?xì)馔ǖ拉h(huán)繞在催化燃燒器的外壁面上。利用燃燒放熱加熱管道內(nèi)混合氣，可以提高能量利用效率。燃燒器啟動階段燃燒器放熱量不足時，燃

氣管道可用電加熱設(shè)備短暫代替加熱保溫。

[0009] 本發(fā)明進(jìn)一步提供了利用前所述催化燃燒器實現(xiàn)貧燃富燃交替運行的方法，包括以下步驟：

[0010] (1)通過燃?xì)馔ǖ篮退耐ㄩy，向兩部分催化燃燒區(qū)分別持續(xù)通入貧燃預(yù)混氣和富燃預(yù)混氣；

[0011] (2)兩種預(yù)混氣在各自的催化燃燒區(qū)內(nèi)發(fā)生催化燃燒，然后進(jìn)入氣相燃燒區(qū)充分混合；通過點火器點火形成穩(wěn)定的氣相火焰，使混合氣體在氣相燃燒區(qū)內(nèi)燃燒殆盡，并向燃

燒器外排放廢氣；

[0012] (3)根據(jù)設(shè)定的運行時間間隔，利用四通閥切換貧燃預(yù)混氣和富燃預(yù)混氣的輸送路線，使兩個催化燃燒區(qū)切換使用不同的預(yù)混氣；富燃預(yù)混氣在燃燒時在催化劑表面留存

的積碳，會逐漸被貧燃預(yù)混氣中的過量氧氣消耗掉，從而減緩催化劑積碳失效。

[0013] 本發(fā)明中，所述貧燃預(yù)混氣的當(dāng)量比為0.60～0.75，富燃預(yù)混氣的當(dāng)量比為1.2～1.4；兩種預(yù)混氣經(jīng)催化燃燒后，在氣相燃燒區(qū)內(nèi)混合后的整體當(dāng)量比為0.95～1。

[0014] 本發(fā)明中，所述兩部分催化燃燒區(qū)中填充的催化劑種類、裝載量、空速比參數(shù)完全相同，保證燃?xì)馇袚Q后的兩部分的催化反應(yīng)正常進(jìn)行。

[0015] 本發(fā)明中，按1～4小時的運行時間間隔切換四通閥。[0016] 本發(fā)明中，催化燃燒區(qū)內(nèi)催化燃燒反應(yīng)僅消耗部分燃料，其燃燒效率為20％～30％。本發(fā)明中，燃料分別通過催化反應(yīng)段和氣相燃燒段完全消耗，由于燃料主要由氣相燃

燒段消耗，減少了催化劑使用量，降低了成本。氣相燃燒釋放的大量熱量通過熱反饋傳遞給

催化燃燒區(qū)，穩(wěn)定了催化燃燒區(qū)的溫度。而且，催化燃燒區(qū)消耗掉整體20％～30％的燃料，

使得進(jìn)入氣相段的氣體溫度升高，為氣相燃燒提供良好條件，便于氣相點火和燃燒穩(wěn)定。

[0017] 本發(fā)明中，催化燃燒區(qū)內(nèi)填充的催化劑是鉑銠鈀三元/二元/單組分貴金屬催化劑，催化劑載體是顆粒型分子篩或者泡沫型分子篩，貴金屬負(fù)載量為1％～5％；所述泡沫型

分子篩的孔徑為20～50PPI，空隙率55～75％。

[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：[0019] 1、本發(fā)明的燃燒器能緩解催化劑積碳，提高催化劑的使用壽命。由于同時采用了催化反應(yīng)與氣相反應(yīng)耦合的燃燒方法，上游催化反應(yīng)僅消耗部分燃料，降低了催化劑的使

用量，提高了氣相段的來流燃?xì)鉁囟?，從而降低了下游點火難度，增強了燃燒穩(wěn)定性。

[0020] 2、本發(fā)明的燃燒器屬于中小型燃燒器，適用于供熱、發(fā)電和尾氣處理等和領(lǐng)域，具有燃料適應(yīng)面廣，催化劑使用壽命長、燃燒穩(wěn)定高效等優(yōu)點。

附圖說明[0021] 圖1為燃燒器的剖面示意圖；[0022] 圖2為燃燒器催化燃燒區(qū)A?A剖面圖；[0023] 圖3為實施案例二的剖面圖；[0024] 附圖標(biāo)記：1第一燃?xì)馔ǖ溃?第二燃?xì)馔ǖ溃?四通閥；4燃?xì)膺M(jìn)口；5催化燃燒區(qū)；6隔板；7旋流片；8點火器；9氣相燃燒段；10燃?xì)獬隹凇?br>
具體實施方式[0025] 下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。[0026] 具體實施例1[0027] 設(shè)備結(jié)構(gòu)及組成：參照圖1，第一燃?xì)馔ǖ?和第二燃?xì)馔ǖ?與四通閥3相連以實現(xiàn)貧燃/富燃預(yù)混氣的切換，四通閥3通過燃?xì)夤艿婪謩e與兩個燃?xì)膺M(jìn)口4連通，燃?xì)膺M(jìn)口4

后面即為催化燃燒區(qū)5。燃燒器軸向剖面為正方形，在燃燒器本體內(nèi)部沿燃?xì)饬鲃臃较蛞来?br>
同軸布置有催化燃燒區(qū)5和氣相燃燒區(qū)9。催化燃燒區(qū)5沿軸向被隔板6中間隔成上下兩個獨

立部分，這兩部分的主要幾何尺寸(通流面積和體積)相同，且催化劑參數(shù)(種類、裝載量、空

速比參數(shù))相同。催化燃燒區(qū)5與氣相燃燒區(qū)9之間同軸布置有旋流片7。氣相燃燒區(qū)9壁面上

設(shè)有點火器8，點火器8垂直于壁面布置。氣相燃燒區(qū)9末端端面中心沿軸向布置有燃?xì)獬隹?br>
10。

[0028] 本實施例以甲醇為燃料，甲醇燃料量為0.35ml/min，功率100W，燃?xì)庹w當(dāng)量比0.97。貧燃預(yù)混氣中的燃料占總?cè)剂狭康?0％，當(dāng)量比為0.75；富燃預(yù)混氣中的燃料占總?cè)?br>
料量的60％，當(dāng)量比為1.2。貧燃預(yù)混氣和富燃預(yù)混氣分別經(jīng)過第一燃?xì)馔ǖ?和第二燃?xì)?br>
通道2，再由燃?xì)馊肟?進(jìn)入催化燃燒區(qū)5。由四通閥3控制周期切換后續(xù)燃?xì)馔ǖ?。催化燃?br>
區(qū)5被催化燃燒區(qū)隔板6中間截斷成容積相等的兩部分，在分別通入貧燃預(yù)混氣和富燃預(yù)混

氣后可稱為富燃催化燃燒區(qū)和貧燃催化燃燒區(qū)。催化燃燒區(qū)5負(fù)載鉑鈀催化劑，催化劑載體

構(gòu)型是泡沫型，鉑、鈀負(fù)載量為1％；所述泡沫型載體的孔徑為50PPI，空隙率55％。催化燃燒

區(qū)5消耗掉整體大約20％的燃料，催化反應(yīng)釋放的熱量也使得氣相燃燒區(qū)點火更加容易。富

燃催化燃燒區(qū)和貧燃催化燃燒區(qū)中剩余的燃料和高溫催化反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過旋流片7充分混合

后進(jìn)入到氣相燃燒區(qū)9。氣相燃燒區(qū)的燃?xì)馔ㄟ^點火器8點火形成穩(wěn)定的氣相火焰，剩余燃

料燃燒殆盡。氣相燃燒產(chǎn)生的熱量通過輻射和壁面?zhèn)鲗?dǎo)加熱等多種方式回饋給上游催化燃

燒區(qū)，穩(wěn)定了催化燃燒區(qū)的溫度。每運行3小時，轉(zhuǎn)動四通閥3，切換貧燃預(yù)混氣和富燃預(yù)混

氣的燃?xì)馔ǖ?，富燃催化燃燒區(qū)和貧燃催化燃燒區(qū)對調(diào)，使先前富燃催化燃燒區(qū)產(chǎn)生的積

碳通過貧燃混氣中過量的氧氣慢慢氧化消耗掉，從而延長催化劑使用壽命。

[0029] 具體實施例2[0030] 設(shè)備結(jié)構(gòu)及組成：參照圖3，第一燃?xì)馔ǖ?和第二燃?xì)馔ǖ?與四通閥3相連以實現(xiàn)貧燃/富燃預(yù)混氣的切換，第一燃?xì)馔ǖ篮虰末端與2個燃?xì)膺M(jìn)口4連通，燃?xì)膺M(jìn)口4后面即

為催化燃燒區(qū)5。燃燒器為圓柱形中空結(jié)構(gòu)，氣相燃燒區(qū)9布置在燃燒器本體中間，催化燃燒

區(qū)5分為富燃催化燃燒區(qū)和貧燃催化燃燒區(qū)，在氣相燃燒區(qū)9兩側(cè)對稱布置。富燃和貧燃催

化燃燒區(qū)的主要幾何尺寸(通流面積和體積)相同，且催化劑參數(shù)(種類、裝載量、空速比參

數(shù))相同。燃?xì)膺M(jìn)口4位于兩側(cè)催化燃燒區(qū)5外端面中心。燃?xì)獬隹?0在氣相燃燒區(qū)9壁面中

間垂直于壁面布置。點火器8與燃?xì)獬隹?0關(guān)于燃燒器本體軸線對稱設(shè)置且兩者軸線重合。

[0031] 本實施例以正癸烷為燃料，燃料量1.7ml/min，功率為1000W。正癸烷加入汽化后與空氣混合，形成貧燃和富燃兩股預(yù)混氣。貧燃預(yù)混氣燃料量占總?cè)剂狭康?2％，當(dāng)量比為

0.6；其余68％的燃料混入富燃預(yù)混氣，其當(dāng)量比為1.3。正癸烷與空氣的混合氣整體當(dāng)量比

為0.95。兩股燃?xì)饨?jīng)第一燃?xì)馔ǖ篮虰由兩端同軸布置的燃?xì)膺M(jìn)口4送入各自催化燃燒區(qū)5。

催化燃燒區(qū)5裝載鉑催化劑，催化劑載體構(gòu)型是泡沫型，鉑負(fù)載量為5％；泡沫型載體的孔徑

為20PPI，空隙率75％。催化燃燒區(qū)5消耗掉大約整體25％的燃料；富燃催化燃燒區(qū)和貧燃催

化燃燒區(qū)中剩余的燃料和高溫催化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入到氣相燃燒區(qū)9，通過點火器8點火形成穩(wěn)

定的對沖火焰，消耗掉剩余燃料。每運行1小時，貧燃預(yù)混氣和富燃預(yù)混氣通過四通閥3切

換，使得富燃催化燃燒區(qū)和貧燃催化燃燒區(qū)對調(diào)，令先前富燃催化燃燒區(qū)產(chǎn)生的積碳通過

貧燃混氣中過量的空氣氧化消耗掉，從而延長催化劑使用壽命。

[0032] 具體實施例3[0033] 參照圖1，第一燃?xì)馔ǖ?和第二燃?xì)馔ǖ?與四通閥3相連以實現(xiàn)貧燃/富燃預(yù)混氣的切換，第一燃?xì)馔ǖ篮虰末端與2個內(nèi)外嵌套的燃?xì)膺M(jìn)口4連通，燃?xì)膺M(jìn)口4后面緊連著

催化燃燒區(qū)5。燃燒器為圓柱形中空結(jié)構(gòu)，在燃燒器本體內(nèi)部沿燃?xì)饬鲃臃较蛞来瓮S布置

有催化燃燒區(qū)5和氣相燃燒區(qū)9。催化燃燒區(qū)5分為內(nèi)部催化燃燒區(qū)和外環(huán)催化燃燒區(qū)，內(nèi)部

和外環(huán)催化燃燒區(qū)的主要幾何尺寸(通流面積和體積)相同，且催化劑參數(shù)(種類、裝載量、

空速比參數(shù))相同。催化燃燒區(qū)5與氣相燃燒區(qū)9之間同軸布置有旋流片7。氣相燃燒區(qū)9壁面

上設(shè)有點火器8，點火器/8垂直于壁面布置。氣相燃燒區(qū)9末端端面中心沿軸向布置有燃?xì)?br>
出口10。

[0034] 本實施例功率為3000W，燃料為合成氣(35％CO、15％H2、50％N2)，總?cè)剂狭繛?1.25ml/min，燃?xì)獾恼w當(dāng)量比為1。40％合成氣混入貧燃預(yù)混氣，該通道當(dāng)量比為0.7；其

余60％合成氣混入富燃預(yù)混氣，當(dāng)量比為1.4。貧燃預(yù)混氣和富燃預(yù)混氣經(jīng)第一燃?xì)馔ǖ?

和第二燃?xì)馔ǖ?由燃?xì)膺M(jìn)口4分別送入內(nèi)外催化燃燒區(qū)5。內(nèi)外催化燃燒區(qū)5在分別通入貧

燃預(yù)混氣和富燃預(yù)混氣后可稱為富燃催化燃燒區(qū)和貧燃催化燃燒區(qū)。催化劑是鉑銠鈀催化

劑，催化劑載體構(gòu)型是泡沫型，鉑、銠、鈀負(fù)載量為3％；所述泡沫型載體的孔徑為30PPI，空

隙率60％。在催化燃燒區(qū)5消耗掉30％的燃料，催化反應(yīng)釋放的熱量也使得氣相燃燒區(qū)點火

更加容易；富燃催化燃燒區(qū)和貧燃催化燃燒區(qū)中剩余的燃料和高溫催化反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過旋流

片7充分混合后進(jìn)入到氣相燃燒區(qū)9。氣相燃燒區(qū)的燃?xì)馔ㄟ^點火器8點火形成穩(wěn)定的氣相

火焰，燃燒掉所有燃料。每運行4小時，貧燃預(yù)混氣和富燃預(yù)混氣通過四通閥3切換，使得富

燃催化燃燒區(qū)和貧燃催化燃燒區(qū)對調(diào)，令先前富燃催化燃燒區(qū)產(chǎn)生的積碳通過貧燃混氣中

過量的空氣氧化消耗掉，從而延長催化劑使用壽命。

[0035] 以上所述僅用來說明本發(fā)明的技術(shù)實施方案，并不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。與本發(fā)明權(quán)利要求書相關(guān)的任何改進(jìn)、修改以及等同替換等，都認(rèn)為是包括在權(quán)利要求書

的范圍內(nèi)。