[发明专利]一种液态碳氢燃料催化重整冷却高温部件的方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种高温部件的冷却(或热防护)新方法，特别涉及一种液态碳氢燃料催化重整冷却方法。

背景技术

在动力装置中，由于燃烧室释放大量热量，导致在发动机燃烧室壁面和燃气涡轮叶片表面等高温部件的温度不断升高，由于材料的耐热能力有限，往往需要采用燃料的再生冷却，即利用燃料的流动换热来降低壁面和叶片表面的温度，同时燃料利用壁面的热损失而升温能够有效提高热效率。

然而随着动力装置性能的不断提升，燃烧室温度的逐步升高，造成所携带传统的燃料再生冷却的吸热能力(热沉量)不足以冷却热端部件，因此有必要进一步发展提高吸热能力的新方法。

在高速高温空气的燃烧中，高温部件的冷却成为需要解决的关键难题，其冷却能力的大小完全取决于燃料热沉，燃料热沉又可分为物理热沉和化学热沉。物理热沉主要与燃料的蒸发潜热有关，化学热沉则与燃料的裂解、脱氢和催化反应过程有关。传统的碳氢燃料再生冷却方案是利用液态燃料在冷却通道中裂解脱氢吸热反应，其液态燃料在冷却通道中气化，然后再喷入燃烧室中燃烧。但该方案存在两大缺陷：一方面是热沉值有限，当所需冷却量较大时，往往需要携带额外的冷却剂，另外一方面是在高温下碳氢燃料热裂解会结焦析碳，碳的沉积形式和沉积量都会对传热燃烧过程产生很大影响，造成热传递的减弱并使得壁温升高，而且析出的碳还容易堵塞燃料和喷射器系统的一些细小管路。采用本发明的催化重整方案，可以解决上述问题，从而在冷却方面发挥重要作用，因此将有助于提升高温部件的冷却效果和改善燃料的特性。

发明内容

本发明的目的是针对目前液态碳氢燃料在高温壁面存在的冷却量不足和结焦问题，提供一种液态碳氢燃料催化重整冷却高温部件的方法，即利用碳氢燃料和水蒸汽在催化剂作用下吸热反应过程，将其应用在高温部件的再生冷却过程中；由于其物理和化学热沉均大于液态碳氢燃料本身的热沉值，另外在高温缺氧条件下的水煤气反应可以大大减轻碳氢燃料的结焦，因此能够起到加强冷却效果，并能够提高燃料的可燃气体比例，改善燃料的着火和燃烧特性。

本发明的技术方案如下：

一种液态碳氢燃料催化重整冷却高温部件的方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：

1)将液态碳氢燃料和水分别送入掺混段，其中掺水质量百分比为5～50％，在在线乳化机作用下，液态碳氢燃料和水形成乳化燃料；

2)乳化燃料在高压泵作用下进入预热段，在100～300℃温度条件下，使乳化燃料蒸发为碳氢燃料蒸汽和水蒸汽的混合蒸汽；

3)混合蒸汽进入高温部件的催化重整反应冷却段，在重整反应段布置在需要冷却的高温部件表面，将催化剂喷涂在高温部件表面，催化重整反应段内的催化剂为含镍基过渡金属的化合物；在温度为400～800℃、压力为0.2～8MPa条件下，混合蒸汽在催化剂表面发生重整吸热反应，降低高温部件表面温度；吸热反应的同时生成了富含氢气的可燃气体，经燃料喷嘴或收缩喷管喷出，形成燃烧所需的可燃气态混合燃料。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：①碳氢燃料的催化重整反应本身具有较强的吸热反应特征，其热沉大于吸热型燃料的裂解和脱氢反应吸热量，对于以燃料为冷却介质的高温部件中，碳氢燃料的催化重整反应能够较大幅度地提高燃料的吸热冷却能力，对改善高温部件表面的冷却状态极为有利。②对于碳氢燃料的催化重整反应，由于水的存在，必然会在缺氧高温处发生水煤气反应，从而消耗一部分生成的碳黑，因此可降低冷却通道中的碳氢燃料的结焦。③利用碳氢燃料的催化重整反应产物特性改进燃料的组成，即在催化剂表面发生碳氢化合物与水蒸气的反应，产生少量的H₂、CO和CH₄等可燃气体成分，改变混合燃料的成分比例，从而降低燃料着火温度，提高燃烧稳定性。由于H₂具有热值高、火焰传播速度快、燃烧活化能低、点火能低和易扩散等特点，因此它的参与燃烧，可大大改善燃料的燃烧性能。

上述三个方面可有效结合，即碳氢燃料在高温壁面附近发生催化重整反应，可以一边吸收高温降低壁面温度，同时发生水煤气反应，减少积碳量，一边发生催化重整产生可燃气体，使液体碳氢燃料成为气态的易燃燃料，从而构成完整的碳氢燃料催化重整冷却方法。

附图说明

图1为液态碳氢燃料催化重整冷却高温部件的工艺流程示意图。

图2为利用本发明方法冷却燃烧室实施例的示意图。

图中：1-掺混段；2-预热段；3-催化重整段；4-高温部件；5-冷却通道入口；6-催化剂；7-喷嘴；8-燃烧室

具体实施方式