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一种熔盐蓄热式催化燃烧装置

蓄热式催化氧化燃烧炉(Regenerative Catalytic Oxidation),简称RCO,该法与RTO相同,也是近10余年内发展起来的新技术,净化率高,适应性强,能耗在燃烧法中低,无二次污染,应用于废气浓度高的场合比较多。 RCO是一种新的催化技术,它具有RTO高效回收能量的特点和催化反应的低温工作的优点,将催化剂置于蓄热材料的顶部,来使净化达到优,其热回收率高达95%。RCO系统性能优良的关键是使用专用的、浸渍在鞍状或是蜂窝状陶瓷上的贵金属或过渡金属催化剂,氧化发生在250-500℃低温,既降低了燃料消耗,又降低了设备造价。现在,有的国家已经开始使用RCO技术取代CO进行有机废气的净化处理,很多RTO设备也已经开始转变成RCO,这样可以消减操作费用达33%-50%。经反应后,有毒的有机化合物转化为无毒的CO2和H2O,从而使污染得到治理。

蓄热式催化氧化法(RCO)可直接应用于中高浓度(1000mg/m3-10000mg/m3)的有机废气净化,工作原理是有机废气通过引风机进入设备的旋转阀,再由旋转阀将进口气体和出口气体完全分开。气体首先通过陶瓷材料填充层(底层)预热后发生热量的储备和热交换,其温度几乎达到催化层进行催化氧化所设定的温度,其再进入催化层完成催化氧化反应,即反应生成CO2和H2O,并释放大量的热量,以达到预期的处理效果。经催化氧化后的气体进入其它的陶瓷填充层,回收热能后通过旋转阀排放到大气中,净化后排气温度仅略高于废气处理前的温度。系统连续运转、自动切换。通过旋转阀工作,所有的陶瓷填充层均完成加热、冷却、净化的循环步骤,热量得以回收。

陶瓷蓄热体在使用中,要交替通过高温烟气和冷空气,对于蓄热箱中某一点来讲,其温度要周期性地快速升高和降低100-200℃,这种热冲击对蓄热体材料有一定的破坏作用。蓄热箱内各处有较大温差,对于单块蓄热体来讲,各部位的温差会在材料内部形成热应力。如果材料的热震稳定性欠佳,便会在投入使用后不久,由于这些热冲击和热应力面产生裂纹,甚至破碎。一般来说,裂纹并不对使用造成明显影响,但如果破损严重,则会堵塞流通道或是被吹出蓄热室后在蓄热室内形成空洞,使蓄热室不能正常发挥作用。热体在间隙和间隙的集中过程,最终将使高温烟气直接进入排烟通道,造成排烟温度过高。

现有技术中,如公开号为CN105240864A,公开时间为2016年1月13日,名称为“一种催化燃烧系统和催化燃烧方法”的中国发明专利文献,公开了一种催化燃烧系统和催化燃烧方法,催化燃烧系统,包括废气进气口、烟囱、催化燃烧装置和吸附装置;废气进气口通过一管道与过滤器连通,然后通过一管道与吸附床上进气口连通,吸附风机通过一管道与吸附床的下出气口连通;吸附床的上出气口通过一管道与催化燃烧装置的热交换器连接;热交换器通过一管道与催化燃烧风机的出气口连通,催化燃烧风机的进气口通过一管道与废气进气口连通;热交换器通过一管道与烟囱连通。本发明的催化燃烧方法将过滤、活性炭吸附、热气流脱附和催化燃烧结合在一起,形成有效的废气处理过程,极大的提高了废气处理效率,并且有效节约废气处理所需的外部能源,杜绝二次排放污染。但是这种技术方案中蓄热式催化燃烧工艺设计中一般只考虑蓄热和催化燃烧过程,换热过程只是在蓄热体中进行,或者在装置内部进行换热,但在该过程中,高浓度VOCs催化燃烧放出的大量热能存在热量的排放浪费。

发明内容

本实用新型针对上述现有技术的不足,提供了一种蓄热量大、温度均匀、热量回收率高,且换热后气体温度均匀、不易出现局部超温适应有机废气的特性的熔盐蓄热式催化燃烧装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:

一种熔盐蓄热式催化燃烧装置,其特征在于:包括废气输送管系统和至少两个顶部催化室连通的反应罐体,反应罐体内、催化室下设置有蓄热换热部分,所述蓄热换热部分包括催化剂和熔盐蓄热体,且催化剂和熔盐蓄热体由多孔分布板分隔,所述催化剂靠近催化室一端;所述反应罐体底部均通过三通调节阀连入所述废气输送管系统;所述废气输送管系统包括进气管道和排气管道,所述进气管道通过每个反应罐体底部三通调节阀的进气端将废气送入反应罐体,反应罐体中燃烧后的气体经过排气口或者其连通的其他反应罐体并最终经反应罐体底部的三通调节阀出气端排入所述排气管道。

所述熔盐蓄热体包括设置在进出气分布板之间的蓄热组件,所述蓄热组件中设置有作为储热材料的熔盐。

所述蓄热组件作为储热材料的熔盐,其中一部分的结构为管束型结构,作为高温相变蓄热段;还有一部分的结构为蜂窝状结构,作为中温显热蓄热段;蓄热体高温相变蓄热段结构为管束型,起到吸收高温段热量和气体均匀分布的作用;中温显热蓄热段为蜂窝状结构,熔盐储热材料分布在蓄热体蜂窝状多空介质中。

所述熔盐蓄热体中还设置有依靠液态熔融盐的显热与固态多孔介质的显热来蓄热的多孔介质填料;熔融经过高温烟气进行换热后相变,吸热烟气热量,形成液体,并在换热器中流动和导热,使得区域内的温度场不会出现过高,同时蓄热体截面上有斜温层,形成有温度梯度,使得蓄热体斜温层以上熔融盐液保持高温,斜温层以下熔融盐液保持低温。

所述熔盐为60%的NaNO3与40%的KNO3混合物,或者为53%的KNO3与7%的NaNO3以及40%的NaNO2混合物。

所述多孔介质填料为石英岩与硅质沙中的一种或混合,其与熔盐(60%NaNO3KNO+40%3)、(53%KNO3+7%NaNO3+40%NaNO2)等都具有良好的相容性与长期稳定性。

所述进气管道上设置有用于为管道内气体加压的风机。

所述反应罐体底部的三通调节阀,相邻两个三通调节阀之间异步调节。

所述催化室中设置有若干加热器。

本技术方案的一种熔盐蓄热式催化燃烧装置,解决了蓄热-催化燃烧后的高温气体的余热回收问题,对热量进行回收利用,结构紧凑。蓄热式催化燃烧装置的蓄热室内设有催化床层和熔盐蓄热床层,气体在催化床层中进行催化反应放热后,将热量传递并储存至熔盐蓄热床层中,对后续气体进行预热,以充分利用热量,离开蓄热室的物料经过热交换器,预热助燃气体,以进一步利用热量;熔盐蓄热式催化燃烧装置蓄热量大,温度均匀,热量回收率高;换热后气体温度均匀,不易出现局部超温;设备造价低,适应有机废气的特性。

用熔盐作为传热和蓄热流体介质有许多优点,熔盐密度较高为1700~1900g/m3;熔盐可以接受的导热系数为0.50~0.56W/(m·℃);熔盐可以接受的比热为1.50~1.55kJ/(kg·℃);熔盐有较低的黏度,0.0010~0.0036kg·m/s;熔盐在350℃以下对碳钢的腐蚀性很低,在600℃以下对不锈钢的腐蚀性很低;其主要成份中,二元硝酸盐工作温度在500~565℃,二元碳酸熔盐工作温度甚至高达850℃。

附图说明

本实用新型的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚,其中

图1是本实用新型一种优选方案的连接结构示意图;

图中:

1、反应罐体;2、催化室;3、催化剂;4、熔盐蓄热体;5、多孔分布板;6、三通调节阀;7、进气管道;8、排气管道;9、风机;10、加热器。

具体实施方式

下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本发明目的技术方案,需要说明的是,本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。

实施例1

作为本发明一种最基本的实施方案,如图1,公开了一种熔盐蓄热式催化燃烧装置,包括废气输送管系统和至少两个顶部催化室连通的反应罐体,反应罐体内、催化室下设置有蓄热换热部分,所述蓄热换热部分包括催化剂和熔盐蓄热体,且催化剂和熔盐蓄热体由多孔分布板分隔,所述催化剂靠近催化室一端;所述反应罐体底部均通过三通调节阀连入所述废气输送管系统;所述废气输送管系统包括进气管道和排气管道,所述进气管道通过每个反应罐体底部三通调节阀的进气端将废气送入反应罐体,反应罐体中燃烧后的气体经过排气口或者其连通的其他反应罐体并最终经反应罐体底部的三通调节阀出气端排入所述排气管道;输入的VOCs废气借助一个反应罐体的熔盐蓄热体被预热,然后在该反应罐体的催化剂催化作用下、在顶部的催化室以较低温度氧化燃烧净化,并通过另一个反应室排出并将热量传递给该反应室中的熔盐蓄热体这一方式,实现有机废气的净化处理,达到节能减排的功。工作过程如下:打开蓄热式催化燃烧装置的三通调节阀入口并将其出口关闭,打开蓄热催化部分中的另外一个或几个反应罐体的换向阀出口并将其入口关闭,通过打开的风机向蓄热式催化燃烧床中输送一定浓度的VOCs废气,该一定浓度的VOCs废气在蓄热式催化燃烧床中被加热熔盐蓄热后的储热材料换热,然后进入催化剂进行催化燃烧反应,形成高温二氧化碳和水蒸气,然后通过催化是室进入催化室,流过反应罐体的熔盐储热材料时将储热材料加热,然后从反应罐体的出口流出,进入废气输送部分排出,经过一段时间后,关闭蓄热式催化燃烧床的入口和蓄热式催化燃烧床的出口,打开蓄热式催化燃烧床的入口和蓄热式催化燃烧床的出口,向蓄热式催化燃烧床中输入一定浓度的VOCs废气,重复上一段中描述的VOCs废气在催化燃烧床、换热部分和蓄热式 化燃烧床中的催化燃烧反应和换热反应。

本实用新型的技术方案解决了蓄热-催化燃烧后的高温气体的余热回收问题,对热量进行回收利用,结构紧凑。蓄热式催化燃烧装置的蓄热室内设有催化床层和熔盐蓄热床层,气体在催化床层中进行催化反应放热后,将热量传递并储存至熔盐蓄热床层中,对后续气体进行预热,以充分利用热量,离开蓄热室的物料经过热交换器,预热助燃气体,以进一步利用热量;熔盐蓄热式催化燃烧装置蓄热量大,温度均匀,热量回收率高;换热后气体温度均匀,不易出现局部超温;设备造价低,适应有机废气的特性。

实施例2

作为本发明一种优选地实施方案,如图1,公开了一种熔盐蓄热式催化燃烧装置,包括废气输送管系统和至少两个顶部催化室连通的反应罐体,所述催化室中设置有若干加热器;

反应罐体内、催化室下设置有蓄热换热部分,所述蓄热换热部分包括催化剂和熔盐蓄热体,且催化剂和熔盐蓄热体由多孔分布板分隔,所述催化剂靠近催化室一端;所述熔盐蓄热体包括设置在进出气分布板之间的蓄热组件,所述蓄热组件中设置有作为储热材料的熔盐;所述蓄热组件作为储热材料的熔盐,其中一部分的结构为管束型结构,作为高温相变蓄热段;还有一部分的结构为蜂窝状结构,作为中温显热蓄热段;蓄热体高温相变蓄热段结构为管束型,起到吸收高温段热量和气体均匀分布的作用;中温显热蓄热段为蜂窝状结构,熔盐储热材料分布在蓄热体蜂窝状多空介质中;所述熔盐蓄热体中还设置有依靠液态熔融盐的显热与固态多孔介质的显热来蓄热的多孔介质填料;熔融经过高温烟气进行换热后相变,吸热烟气热量,形成液体,并在换热器中流动和导热,使得区域内的温度场不会出现过高,同时蓄热体截面上有斜温层,形成有温度梯度,使得蓄热体斜温层以上熔融盐液保持高温,斜温层以下熔融盐液保持低温;所述熔盐为60%的NaNO3与40%的KNO3混合物,或者为53%的KNO3与7%的NaNO3以及40%的NaNO2混合物;所述多孔介质填料为石英岩与硅质沙中的一种或混合,其与熔盐(60%NaNO3KNO +40%3)、(53%KNO3+7%NaNO3+40%NaNO2)等都具有良好的相容性与长期稳定性。

所述反应罐体底部均通过三通调节阀连入所述废气输送管系统,所述反应罐体底部的三通调节阀,相邻两个三通调节阀之间异步调节;所述废气输送管系统包括进气管道和排气管道,所述进气管道上设置有用于为管道内气体加压的风机,所述进气管道通过每个反应罐体底部三通调节阀的进气端将废气送入反应罐体,反应罐体中燃烧后的气体经过排气口或者其连通的其他反应罐体并最终经反应罐体底部的三通调节阀出气端排入所述排气管道;

输入的VOCs废气借助一个反应罐体的熔盐蓄热体被预热,然后在该反应罐体的催化剂催化作用下、在顶部的催化室以较低温度氧化燃烧净化,并通过另一个反应室排出并将热量传递给该反应室中的熔盐蓄热体这一方式,实现有机废气的净化处理,达到节能减排的功。工作过程如下:打开蓄热式催化燃烧装置的三通调节阀入口并将其出口关闭,打开蓄热催化部分中的另外一个或几个反应罐体的换向阀出口并将其入口关闭,通过打开的风机向蓄热式催化燃烧床中输送一定浓度的VOCs废气,该一定浓度的VOCs废气在蓄热式催化燃烧床中被加热熔盐蓄热后的储热材料换热,然后进入催化剂进行催化燃烧反应,形成高温二氧化碳和水蒸气,然后通过催化是室进入催化室,流过反应罐体的熔盐储热材料时将储热材料加热,然后从反应罐体的出口流出,进入废气输送部分排出,经过一段时间后,关闭蓄热式催化燃烧床的入口和蓄热式催化燃烧床的出口,打开蓄热式催化燃烧床的入口和蓄热式催化燃烧床的出口,向蓄热式催化燃烧床中输入一定浓度的VOCs废气,重复上一段中描述的VOCs废气在催化燃烧床、换热部分和蓄热式 化燃烧床中的催化燃烧反应和换热反应。

本实用新型的技术方案解决了蓄热-催化燃烧后的高温气体的余热回收问题,对热量进行回收利用,结构紧凑。蓄热式催化燃烧装置的蓄热室内设有催化床层和熔盐蓄热床层,气体在催化床层中进行催化反应放热后,将热量传递并储存至熔盐蓄热床层中,对后续气体进行预热,以充分利用热量,离开蓄热室的物料经过热交换器,预热助燃气体,以进一步利用热量;熔盐蓄热式催化燃烧装置蓄热量大,温度均匀,热量回收率高;换热后气体温度均匀,不易出现局部超温;设备造价低,适应有机废气的特性。