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催化燃烧
编辑 可燃物在催化剂作用下燃烧 [2] 。与直接燃烧相比，催化燃烧温度较低，燃烧比较完全。催化燃烧所用的催化剂为含有贵金属和金属氧化物组成的物质。例如家用负载Pd或稀土化合物的催化燃气灶，可减少尾气中CO含量，提高热效率。负载0.2%pt的氧化铝催化剂，在500℃下，可将大多数有机化合物燃烧，脱臭净化到化学位移σ=1以下。催化燃烧为无焰燃烧，因此适用于性要求高的场合，如以H2和O2为原料的燃料电池、用汽油或酒精为原料的怀炉(催化剂为浸Pt石棉)等。如化工厂NOx的烟雾，可加燃料到烟雾中，通过负载型铂和钯催化剂，催化燃烧使NOx转化为N2气。 采用适当的催化剂，使用有害气体中的可燃物质在较低的温度下分解、氧化的燃烧方法。
催化燃烧是用催化剂使废气中可燃物质在较低温度下氧化分解的净化方法。所以，催化燃烧又称为催化化学转化。由于催化剂加速了氧化分解的历程，大多数碳氢化合物在300~450℃的温度时，通过催化剂就可以氧化完全。
与热力燃烧法相比，催化燃烧所需的辅助燃料少，能量消耗低，设备设施的体积小。但是，由于使用的催化剂的中毒、催化床层的更换和清洁费用高等问题，影响了这种方法在工业生产过程中的推广和应用。
中文名催化燃烧外文名catalytic combustion别 称催化化学转化催化燃烧装置由热交换器、燃烧室等组成催化剂构成催化活性材料和催化载体
目录
- 1 催化燃烧过程
- 2 催化剂
- ? 材料和载体
- ? 性能要求
- 3 催化燃烧应用
催化燃烧过程
编辑 在化学反应过程中，利用催化剂降低燃烧温度，加速有毒有害气体完全氧化的方法，叫做催化燃烧法。由于催化剂的载体是由多孔材料制作的，具有较大的比表面积和合适的孔径，当加热到300~450℃的有机气体通过催化层时，氧和有机气体被吸附在多孔材料表层的催化剂上，增加了氧和有机气体接触碰撞的机会，提高了活性，使有机气体与氧产生剧烈的化学反应而生成CO2和H2O，同时产生热量，从而使得有机气体变成无害气体。
催化燃烧装置设计时应考虑以下几方面问题：
1、气流和温度均匀分布。要使通过催化剂表面的气流和温度分布均匀，并保证火焰不直接接触催化剂表面，燃烧室必需具有足够的长度和空间。催化燃烧装置应具有良好的保温效果。炉体一般用钢结构的外壳内衬耐火材料，或用双层夹墙结构。
2、便于清洗和更换。催化剂反应器一般应设计成装卸方便的模屉结构，便于清洗和更换催化剂载体。
3、辅助燃料和助燃。催化燃烧一般采用天然气作辅助燃料，也可用燃料油、电加热等作辅助燃料。助燃一般用净化后的气体，如果净化后的气体不能作为助燃，则应引入空气助燃。
4、较高的转化速度。由于催化燃烧为不可逆的放热反应，所以，无论反应进行到什么阶段，都应在尽可能高的温度下进行，以获得较高的转化速度。但操作温度往往受某些条件的限制，如催化剂的耐热温度、高温材料的获得，热能的供应，以及是否伴有副反应等。因而实际生产中应根据实际情况恰当地选择。
催化剂
编辑材料和载体
催化剂是一种能改变化学反应速度，而在反应前后其本身的化学性质没有改变的物质。催化剂通常是由催化活性材料和催化载体构成。催化活性材料一般是金属或金属氧化物。其中贵重金属催化剂主要有铂、钯和钌等，普通金属催化剂主要有铜、铬、镍、钒、锰、铁、钴等金属及氧化物。催化载体是多孔材料，主要作用是使活性材料具有大的体表面积。催化载体分为金属载体、陶瓷载体和炭纤维载体。金属载体一般是以镍或镍铬合金为载体做成的带、片、丸、丝等形状，通过 “电镀”或 “化学镀”（即溶液浸渍）将铂、钯镀在这些载体上，并制成便于装配、拆卸的模屉。以陶瓷为载体的催化剂，一般是以硅—铝氧化物为载体，其结构有片粒状和蜂窝状两种。一般在陶瓷结构上涂敷一层仅0.13mm厚的α-氧化铝薄层，把活性的铂、钯等金属催化剂以晶状态沉积或分散在多孔的氧化铝薄层中，并制成便于装配、拆卸的模屉。炭纤维载体可制作成线状、毡状、网状等形状，在载体上涂敷催化活性材料，制成便于装配、拆卸的模屉。 [1]
性能要求
催化剂是催化燃烧法的核心，一种好的催化剂必须具备催化活性高、热稳定性好、强度高、寿命长等特性。
1、活性高。催化剂的活性好坏直接影响催化燃烧的化学转化率。而转化率不仅与催化活性材料自身的活性有关，而且与催化载体的物理形状有着直接关系。所以，在选择适应的催化活性材料的同时，还必须考虑催化载体的物理形状，保证催化剂有较高的活性，达到催化燃烧净化的目的。
2、热稳定性好。由于废气的温度随时变化，如果催化剂不能适应一定范围内的温度变化，催化剂的性能就会下降，净化效率就会降低。因此，催化剂必须具备适应一定范围内的温度变化。
3、强度高。在催化燃烧过程中，催化剂往往会因高温、振动和气流等因素的作用，使催化剂产生破裂和磨损，破裂和磨损会造成催化剂的活性降低，增加催化剂床层的压降，影响净化效果。
4、寿命长。催化活性材料大都比较昂贵，所以，设计时选用催化剂时应尽量使用寿命较长的催化剂。
工作原理
该系统工作过程主要划分为三种状态参数设定、燃烧运行和燃烧停止。
1．参数设定状态
此状态为燃烧工作之前做好数据的准备。可根据需要分别设定点火温度和变频器起动时的频率，控制风机的风量。点火温度是为了保证点火过程的可靠性。起动频率保证催化燃烧器在刚点燃时的有焰燃烧，这时的燃烧比不易太低，风量不能过大。
2．燃烧运行状态
(1)燃烧起动过程
当控制系统在待命的状态下，接到输入的起动命令，将进入燃烧运行状态，首先是控制系统进行自检，之后进行前吹扫，变频器输出号控制风机的旋转，空气风量由低速渐变为高速再逐渐变为低速，新鲜空气风吹过燃烧炉盘，以保证炉内没有残留燃气的存在，保证点火过程的可靠。具体操作是变频器先起动，PLc模拟输出号使变频器频率从起动设定频率开始上升，达到一定频率后保持一定时间后再下降，完成起动前的吹扫。之后，发出点火号，高压点火器工作，同时打开点火管道的阀门，小火点燃。通过紫外线传感器的检测到期小火点燃后，打开主燃气阀门。这时催化燃烧炉盘进行有焰燃烧，直到检测温度号达到设定的点火关闭温度，点火阀门关闭，完成点火过程，进入到燃烧调节阶段。
(2)燃空比的调定
有文献表明，催化燃烧时的“燃气/空气比值”范围一般在4%～11%之间；在一定的燃烧条件之下，燃/空比为6%时，天然气就能实现较好的催化燃烧效果，燃烧系统就可以得到 的热效率，同时又能取得较好的排放效果。
本系统的燃气一空气比的调节是通过零压阀实现的。当改变风机的空气风量时，燃/空比也能随之被改变，以达到催化燃烧器燃烧工作的要求。在起动时只要调节输出变频器的频率就能达到点火时要求的从有焰燃烧到催化燃烧的燃/空比的变化。
(3)燃烧温度调节
燃烧器温度调节可以通过文本显示器的键盘输入，改变变频器的输出频率，调节适当的风量。当风量增大，燃烧温度超过设定值，则PLc控制变频器降低输出频率，减少出风量来稳定燃烧器的温度。若变频器输出频率低于设定值(风机出风量频率，设为5 Hz)，而出风量仍高于设定值时，PLc开始计时，若在一定时间内，降低到设定值，PLc放弃计时，继续变频调速运行；若在一定时间内温度仍高于设定，PLc将继续调节，直至达到设定值。由PLc经PID运算后控制变频器的频率输出；如温度不够，则频率上升，延时保持一定时间。反之亦然。
3．燃烧停止状态
燃烧器的停止是在接受到文本显示器发来的停止命令，首先将主燃气阀关断，然后，系统进行后吹扫，进行驱散残余燃气，并对燃烧盘进行强制风冷降温。经过一段时间之后，关闭风机，变频器停止工作，完成燃烧器停机过程。
