催化燃烧器、燃烧系统及燃烧方法与流程

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种催化燃烧器、燃烧系统及燃烧方法。

背景技术：

1、燃烧器为固体氧化物燃料电池发电系统提供能量来源的装置，是固体氧化物燃料电池发电系统中重要的组成部分，其作为燃料电池发电系统的主要热源承担着向燃料电池堆和重整器供热的作用，经过燃烧室燃烧产生的热量可以提供给燃料电堆和蒸汽重整器，维持电化学和重整反应。

2、如公开号为cn102692017a的专利文件公开的一种固体氧化物燃料电池发电系统及其燃烧器，燃烧器包括相连通的预混腔室和燃烧腔室；预混腔室连接有空气输入管和燃气输入管；燃烧腔室包括外壳体，外壳体内衬绝热夹套，在绝热夹套内部设置有多孔介质；多孔介质的上表面与绝热夹套之间形成点火区。该燃烧器通过均匀设置于预混腔室与点火区之间的多孔介质，能够充分保证气体燃烧时火焰的稳定性，使得气体燃烧时其燃烧区的温度分布具有良好的均匀性。

3、通常燃烧器启动及再点火过程通过高压电火花进行点火，如果燃烧室内部存在流动死区或残余燃料未吹扫干净，点火瞬间极易造成爆燃现象；且由于升温前期进气口温度较低，燃气较为稀薄，燃烧空燃比极大，极易造成燃烧器的火焰无法驻定甚至是离焰熄火。

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要提供一种催化燃烧器、燃烧系统及燃烧方法，解决现有技术中的燃料电池发电系统的燃烧器在点火前期及进行大空燃比燃料的燃烧时，火焰的稳定性较差，容易发生离焰熄火的技术问题。

2、为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种催化燃烧器，包括：

3、燃烧器本体，设置有预热腔、燃烧腔、供氢口、燃料供入口和供氧口，所述预热腔和所述燃烧腔连通，所述供氢口、所述燃料供入口和所述供氧口均与所述预热腔连通；

4、第一催化模块，装设于所述预热腔，用于催化燃烧氢气，预热所述燃烧器本体；及

5、第二催化模块，装设于燃烧腔，用于通过氢气催化燃烧的预热，使燃料催化燃烧。

6、所述第一催化模块包括泡沫镍催化层，所述泡沫镍催化层位于所述供氢口靠近所述燃烧腔的一侧，所述泡沫镍催化层靠近所述第二催化模块的一面形成作为火焰基底的有燃烧基面。

7、进一步的，所述第二催化模块包括陶瓷基三元催化层。

8、进一步的，催化燃烧器还包括第一温度监测器，所述第一温度监测器固定于所述燃烧器本体并位于所述第一催化模块的一侧，用于监测所述预热腔的温度。

9、进一步的，催化燃烧器还包括第二温度监测器，所述第二温度监测器固定于所述燃烧器本体并位于所述第一催化模块靠近所述第二催化模块的一侧，用于监测所述预热腔的温度。

10、进一步的，催化燃烧器还包括第三温度监测器，所述第三温度监测器固定于所述燃烧器本体并位于所述第二催化模块远离所述第一催化模块的一侧，用于监测所述燃烧腔的温度。

11、与现有技术相比，本发明的催化燃烧器的有益效果包括：通过设置燃烧器本体、第一催化模块和第二催化模块，燃烧器本体设置有预热腔、燃烧腔、供氢口、燃料供入口和供氧口，预热腔和燃烧腔连通，供氢口、燃料供入口和供氧口均与预热腔连通，第一催化模块装设于所述预热腔，第二催化模块装设于燃烧腔，通过催化燃烧器的以上设置，在进行燃烧器的燃烧作业前，可先将燃烧器本体通过供氢口、燃料供入口和供氧口分别连接供氢模块、燃料供入模块和供氧模块，燃烧器工作时，供氢模块和供氧模块首先向供氢口和供氧口分别供氢和供氧，使得氢气接触第一催化模块进行催化燃烧，使预热腔升温，预热腔升至一定温度时，再由燃料供入模块向燃料供入口供入燃料，经过预热腔时升温预热，然后由预热腔进入燃烧腔，与第二催化模块接触进行催化燃烧，通过氢气催化燃烧的预热，可有效提升燃料燃烧前的温度，无需采用高压电火花点火即可使燃料燃烧，且通过燃烧基面作为燃烧基底，可避免进行大空燃比燃料的燃烧工作以及点火前期火焰发生离焰、爆燃等现象，提高火焰燃烧的稳定性。

12、为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种燃烧系统，包括供氧模块、供氢模块、燃料供入模块以及所述的催化燃烧器，所述供氧模块与所述供氧口连接，用于通过向所述供氧口供氧；所述供氢模块与所述供氢口连接，用于通过所述供氢口向所述预热腔供氢；所述燃料供入模块与所述燃料供入口连接，用于向所述燃料供入口供入燃料。

13、进一步的，所述燃料供入模块包括燃料罐和燃料电池堆，所述燃料罐与所述燃料电池堆的阳极连接，用于向所述燃料电池堆的阳极提供燃料，所述燃料电池堆的阳极排气口与所述燃料供入口连接。

14、进一步的，所述供氧模块包括鼓风机，所述鼓风机与所述燃料电池堆的阴极连接，用于向所述燃料电池堆的阴极供入空气，所述燃料电池堆的阴极排气口与所述供氧口连接。

15、与现有技术相比，本发明的燃烧系统的有益效果包括：通过燃烧系统的以上设置，可在点火前，先将燃料通过氢气催化燃烧进行预热，进而提升燃料燃烧前的温度，无需采用高压电火花点火即可使燃料燃烧，避免点火前期火焰发生离焰、爆燃等现象，提高火焰燃烧的稳定性。

16、为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种催化燃烧方法，通过所述的燃烧系统执行，包括以下步骤：

17、供氢模块向供氢口供氢，供氧模块向供氧口供氧；

18、氢气通过第一催化模块催化燃烧，使预热腔升温；

19、预热腔升至一定温度时，燃料供入模块向燃料供入口供入燃料；

20、燃料通过第二催化模块催化燃烧；

21、燃烧腔的温度逐步上升时，供氢模块停止向供氢口供氢。

22、与现有技术相比，本发明的催化燃烧方法的有益效果包括：通过燃料的以上燃烧工艺，可在点火前，先将燃料通过氢气催化燃烧进行预热，进而提升燃料燃烧前的温度，无需采用高压电火花点火即可使燃料燃烧，避免点火前期火焰发生离焰、爆燃等现象，提高火焰燃烧的稳定性。

技术特征：

1.一种催化燃烧器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的催化燃烧器，其特征在于，所述第二催化模块包括陶瓷基三元催化层。

3.根据权利要求1所述的催化燃烧器，其特征在于，催化燃烧器还包括第一温度监测器，所述第一温度监测器固定于所述燃烧器本体并位于所述第一催化模块的一侧，用于监测所述预热腔的温度。

4.根据权利要求1所述的催化燃烧器，其特征在于，催化燃烧器还包括第二温度监测器，所述第二温度监测器固定于所述燃烧器本体并位于所述第一催化模块靠近所述第二催化模块的一侧，用于监测所述预热腔的温度。

5.根据权利要求1所述的催化燃烧器，其特征在于，催化燃烧器还包括第三温度监测器，所述第三温度监测器固定于所述燃烧器本体并位于所述第二催化模块远离所述第一催化模块的一侧，用于监测所述燃烧腔的温度。

6.一种燃烧系统，其特征在于，包括供氧模块、供氢模块、燃料供入模块以及权利要求1至5任一项所述的催化燃烧器，所述供氧模块与所述供氧口连接，用于通过向所述供氧口供氧；所述供氢模块与所述供氢口连接，用于通过所述供氢口向所述预热腔供氢；所述燃料供入模块与所述燃料供入口连接，用于向所述燃料供入口供入燃料。

7.根据权利要求6所述的燃烧系统，其特征在于，所述燃料供入模块包括燃料罐和燃料电池堆，所述燃料罐与所述燃料电池堆的阳极连接，用于向所述燃料电池堆的阳极提供燃料，所述燃料电池堆的阳极排气口与所述燃料供入口连接。

8.根据权利要求7所述的燃烧系统，其特征在于，所述供氧模块包括鼓风机，所述鼓风机与所述燃料电池堆的阴极连接，用于向所述燃料电池堆的阴极供入空气，所述燃料电池堆的阴极排气口与所述供氧口连接。

9.一种催化燃烧方法，其特征在于，通过权利要求6至8任一项所述的燃烧系统执行，包括以下步骤：

技术总结本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种催化燃烧器、燃烧系统及燃烧方法，催化燃烧器包括燃烧器本体、第一催化模块和第二催化模块，燃烧器本体设置有预热腔、燃烧腔、供氢口、燃料供入口和供氧口，预热腔和燃烧腔连通，供氢口、燃料供入口和供氧口均与预热腔连通，第一催化模块装设于所述预热腔，第二催化模块装设于燃烧腔，通过催化燃烧器的以上设置，在进行燃烧器的燃烧作业前，燃烧器本体可通过氢气催化燃烧的预热，可有效提升燃料燃烧前的温度，无需采用高压电火花点火即可使燃料燃烧，进而可避免点火前期火焰发生离焰、爆燃等现象，提高火焰燃烧的稳定性。技术研发人员：黄岳,朱刚,王傲,李红享,任栩生,叶东浩受保护的技术使用者：武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶集团有限公司第七一二研究所）技术研发日：技术公布日：2024/6/26