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一種熔鹽蓄熱式催化燃燒裝置

蓄熱式催化氧化燃燒爐(Regenerative Catalytic Oxidation),簡稱RCO,該法與RTO相同,也是近10余年內發展起來的新技術,凈化率高,適應性強,能耗在燃燒法中低,無二次污染,應用于廢氣濃度高的場合比較多。 RCO是一種新的催化技術,它具有RTO高效回收能量的特點和催化反應的低溫工作的優點,將催化劑置于蓄熱材料的頂部,來使凈化達到優,其熱回收率高達95%。RCO系統性能優良的關鍵是使用專用的、浸漬在鞍狀或是蜂窩狀陶瓷上的貴金屬或過渡金屬催化劑,氧化發生在250-500℃低溫,既降低了燃料消耗,又降低了設備造價。現在,有的國家已經開始使用RCO技術取代CO進行有機廢氣的凈化處理,很多RTO設備也已經開始轉變成RCO,這樣可以消減操作費用達33%-50%。經反應后,有毒的有機化合物轉化為無毒的CO2和H2O,從而使污染得到治理。

蓄熱式催化氧化法(RCO)可直接應用于中高濃度(1000mg/m3-10000mg/m3)的有機廢氣凈化,工作原理是有機廢氣通過引風機進入設備的旋轉閥,再由旋轉閥將進口氣體和出口氣體完全分開。氣體首先通過陶瓷材料填充層(底層)預熱后發生熱量的儲備和熱交換,其溫度幾乎達到催化層進行催化氧化所設定的溫度,其再進入催化層完成催化氧化反應,即反應生成CO2和H2O,并釋放大量的熱量,以達到預期的處理效果。經催化氧化后的氣體進入其它的陶瓷填充層,回收熱能后通過旋轉閥排放到大氣中,凈化后排氣溫度僅略高于廢氣處理前的溫度。系統連續運轉、自動切換。通過旋轉閥工作,所有的陶瓷填充層均完成加熱、冷卻、凈化的循環步驟,熱量得以回收。

陶瓷蓄熱體在使用中,要交替通過高溫煙氣和冷空氣,對于蓄熱箱中某一點來講,其溫度要周期性地快速升高和降低100-200℃,這種熱沖擊對蓄熱體材料有一定的破壞作用。蓄熱箱內各處有較大溫差,對于單塊蓄熱體來講,各部位的溫差會在材料內部形成熱應力。如果材料的熱震穩定性欠佳,便會在投入使用后不久,由于這些熱沖擊和熱應力面產生裂紋,甚至破碎。一般來說,裂紋并不對使用造成明顯影響,但如果破損嚴重,則會堵塞流通道或是被吹出蓄熱室后在蓄熱室內形成空洞,使蓄熱室不能正常發揮作用。熱體在間隙和間隙的集中過程,最終將使高溫煙氣直接進入排煙通道,造成排煙溫度過高。

現有技術中,如公開號為CN105240864A,公開時間為2016年1月13日,名稱為“一種催化燃燒系統和催化燃燒方法”的中國發明專利文獻,公開了一種催化燃燒系統和催化燃燒方法,催化燃燒系統,包括廢氣進氣口、煙囪、催化燃燒裝置和吸附裝置;廢氣進氣口通過一管道與過濾器連通,然后通過一管道與吸附床上進氣口連通,吸附風機通過一管道與吸附床的下出氣口連通;吸附床的上出氣口通過一管道與催化燃燒裝置的熱交換器連接;熱交換器通過一管道與催化燃燒風機的出氣口連通,催化燃燒風機的進氣口通過一管道與廢氣進氣口連通;熱交換器通過一管道與煙囪連通。本發明的催化燃燒方法將過濾、活性炭吸附、熱氣流脫附和催化燃燒結合在一起,形成有效的廢氣處理過程,極大的提高了廢氣處理效率,并且有效節約廢氣處理所需的外部能源,杜絕二次排放污染。但是這種技術方案中蓄熱式催化燃燒工藝設計中一般只考慮蓄熱和催化燃燒過程,換熱過程只是在蓄熱體中進行,或者在裝置內部進行換熱,但在該過程中,高濃度VOCs催化燃燒放出的大量熱能存在熱量的排放浪費。

發明內容

本實用新型針對上述現有技術的不足,提供了一種蓄熱量大、溫度均勻、熱量回收率高,且換熱后氣體溫度均勻、不易出現局部超溫適應有機廢氣的特性的熔鹽蓄熱式催化燃燒裝置。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的:

一種熔鹽蓄熱式催化燃燒裝置,其特征在于:包括廢氣輸送管系統和至少兩個頂部催化室連通的反應罐體,反應罐體內、催化室下設置有蓄熱換熱部分,所述蓄熱換熱部分包括催化劑和熔鹽蓄熱體,且催化劑和熔鹽蓄熱體由多孔分布板分隔,所述催化劑靠近催化室一端;所述反應罐體底部均通過三通調節閥連入所述廢氣輸送管系統;所述廢氣輸送管系統包括進氣管道和排氣管道,所述進氣管道通過每個反應罐體底部三通調節閥的進氣端將廢氣送入反應罐體,反應罐體中燃燒后的氣體經過排氣口或者其連通的其他反應罐體并最終經反應罐體底部的三通調節閥出氣端排入所述排氣管道。

所述熔鹽蓄熱體包括設置在進出氣分布板之間的蓄熱組件,所述蓄熱組件中設置有作為儲熱材料的熔鹽。

所述蓄熱組件作為儲熱材料的熔鹽,其中一部分的結構為管束型結構,作為高溫相變蓄熱段;還有一部分的結構為蜂窩狀結構,作為中溫顯熱蓄熱段;蓄熱體高溫相變蓄熱段結構為管束型,起到吸收高溫段熱量和氣體均勻分布的作用;中溫顯熱蓄熱段為蜂窩狀結構,熔鹽儲熱材料分布在蓄熱體蜂窩狀多空介質中。

所述熔鹽蓄熱體中還設置有依靠液態熔融鹽的顯熱與固態多孔介質的顯熱來蓄熱的多孔介質填料;熔融經過高溫煙氣進行換熱后相變,吸熱煙氣熱量,形成液體,并在換熱器中流動和導熱,使得區域內的溫度場不會出現過高,同時蓄熱體截面上有斜溫層,形成有溫度梯度,使得蓄熱體斜溫層以上熔融鹽液保持高溫,斜溫層以下熔融鹽液保持低溫。

所述熔鹽為60%的NaNO3與40%的KNO3混合物,或者為53%的KNO3與7%的NaNO3以及40%的NaNO2混合物。

所述多孔介質填料為石英巖與硅質沙中的一種或混合,其與熔鹽(60%NaNO3KNO+40%3)、(53%KNO3+7%NaNO3+40%NaNO2)等都具有良好的相容性與長期穩定性。

所述進氣管道上設置有用于為管道內氣體加壓的風機。

所述反應罐體底部的三通調節閥,相鄰兩個三通調節閥之間異步調節。

所述催化室中設置有若干加熱器。

本技術方案的一種熔鹽蓄熱式催化燃燒裝置,解決了蓄熱-催化燃燒后的高溫氣體的余熱回收問題,對熱量進行回收利用,結構緊湊。蓄熱式催化燃燒裝置的蓄熱室內設有催化床層和熔鹽蓄熱床層,氣體在催化床層中進行催化反應放熱后,將熱量傳遞并儲存至熔鹽蓄熱床層中,對后續氣體進行預熱,以充分利用熱量,離開蓄熱室的物料經過熱交換器,預熱助燃氣體,以進一步利用熱量;熔鹽蓄熱式催化燃燒裝置蓄熱量大,溫度均勻,熱量回收率高;換熱后氣體溫度均勻,不易出現局部超溫;設備造價低,適應有機廢氣的特性。

用熔鹽作為傳熱和蓄熱流體介質有許多優點,熔鹽密度較高為1700~1900g/m3;熔鹽可以接受的導熱系數為0.50~0.56W/(m·℃);熔鹽可以接受的比熱為1.50~1.55kJ/(kg·℃);熔鹽有較低的黏度,0.0010~0.0036kg·m/s;熔鹽在350℃以下對碳鋼的腐蝕性很低,在600℃以下對不銹鋼的腐蝕性很低;其主要成份中,二元硝酸鹽工作溫度在500~565℃,二元碳酸熔鹽工作溫度甚至高達850℃。

附圖說明

本實用新型的前述和下文具體描述在結合以下附圖閱讀時變得更清楚,其中

圖1是本實用新型一種優選方案的連接結構示意圖;

圖中:

1、反應罐體;2、催化室;3、催化劑;4、熔鹽蓄熱體;5、多孔分布板;6、三通調節閥;7、進氣管道;8、排氣管道;9、風機;10、加熱器。

具體實施方式

下面通過幾個具體的實施例來進一步說明實現本發明目的技術方案,需要說明的是,本發明要求保護的技術方案包括但不限于以下實施例。

實施例1

作為本發明一種基本的實施方案,如圖1,公開了一種熔鹽蓄熱式催化燃燒裝置,包括廢氣輸送管系統和至少兩個頂部催化室連通的反應罐體,反應罐體內、催化室下設置有蓄熱換熱部分,所述蓄熱換熱部分包括催化劑和熔鹽蓄熱體,且催化劑和熔鹽蓄熱體由多孔分布板分隔,所述催化劑靠近催化室一端;所述反應罐體底部均通過三通調節閥連入所述廢氣輸送管系統;所述廢氣輸送管系統包括進氣管道和排氣管道,所述進氣管道通過每個反應罐體底部三通調節閥的進氣端將廢氣送入反應罐體,反應罐體中燃燒后的氣體經過排氣口或者其連通的其他反應罐體并最終經反應罐體底部的三通調節閥出氣端排入所述排氣管道;輸入的VOCs廢氣借助一個反應罐體的熔鹽蓄熱體被預熱,然后在該反應罐體的催化劑催化作用下、在頂部的催化室以較低溫度氧化燃燒凈化,并通過另一個反應室排出并將熱量傳遞給該反應室中的熔鹽蓄熱體這一方式,實現有機廢氣的凈化處理,達到節能減排的功。工作過程如下:打開蓄熱式催化燃燒裝置的三通調節閥入口并將其出口關閉,打開蓄熱催化部分中的另外一個或幾個反應罐體的換向閥出口并將其入口關閉,通過打開的風機向蓄熱式催化燃燒床中輸送一定濃度的VOCs廢氣,該一定濃度的VOCs廢氣在蓄熱式催化燃燒床中被加熱熔鹽蓄熱后的儲熱材料換熱,然后進入催化劑進行催化燃燒反應,形成高溫二氧化碳和水蒸氣,然后通過催化是室進入催化室,流過反應罐體的熔鹽儲熱材料時將儲熱材料加熱,然后從反應罐體的出口流出,進入廢氣輸送部分排出,經過一段時間后,關閉蓄熱式催化燃燒床的入口和蓄熱式催化燃燒床的出口,打開蓄熱式催化燃燒床的入口和蓄熱式催化燃燒床的出口,向蓄熱式催化燃燒床中輸入一定濃度的VOCs廢氣,重復上一段中描述的VOCs廢氣在催化燃燒床、換熱部分和蓄熱式 化燃燒床中的催化燃燒反應和換熱反應。

本實用新型的技術方案解決了蓄熱-催化燃燒后的高溫氣體的余熱回收問題,對熱量進行回收利用,結構緊湊。蓄熱式催化燃燒裝置的蓄熱室內設有催化床層和熔鹽蓄熱床層,氣體在催化床層中進行催化反應放熱后,將熱量傳遞并儲存至熔鹽蓄熱床層中,對后續氣體進行預熱,以充分利用熱量,離開蓄熱室的物料經過熱交換器,預熱助燃氣體,以進一步利用熱量;熔鹽蓄熱式催化燃燒裝置蓄熱量大,溫度均勻,熱量回收率高;換熱后氣體溫度均勻,不易出現局部超溫;設備造價低,適應有機廢氣的特性。

實施例2

作為本發明一種優選地實施方案,如圖1,公開了一種熔鹽蓄熱式催化燃燒裝置,包括廢氣輸送管系統和至少兩個頂部催化室連通的反應罐體,所述催化室中設置有若干加熱器;

反應罐體內、催化室下設置有蓄熱換熱部分,所述蓄熱換熱部分包括催化劑和熔鹽蓄熱體,且催化劑和熔鹽蓄熱體由多孔分布板分隔,所述催化劑靠近催化室一端;所述熔鹽蓄熱體包括設置在進出氣分布板之間的蓄熱組件,所述蓄熱組件中設置有作為儲熱材料的熔鹽;所述蓄熱組件作為儲熱材料的熔鹽,其中一部分的結構為管束型結構,作為高溫相變蓄熱段;還有一部分的結構為蜂窩狀結構,作為中溫顯熱蓄熱段;蓄熱體高溫相變蓄熱段結構為管束型,起到吸收高溫段熱量和氣體均勻分布的作用;中溫顯熱蓄熱段為蜂窩狀結構,熔鹽儲熱材料分布在蓄熱體蜂窩狀多空介質中;所述熔鹽蓄熱體中還設置有依靠液態熔融鹽的顯熱與固態多孔介質的顯熱來蓄熱的多孔介質填料;熔融經過高溫煙氣進行換熱后相變,吸熱煙氣熱量,形成液體,并在換熱器中流動和導熱,使得區域內的溫度場不會出現過高,同時蓄熱體截面上有斜溫層,形成有溫度梯度,使得蓄熱體斜溫層以上熔融鹽液保持高溫,斜溫層以下熔融鹽液保持低溫;所述熔鹽為60%的NaNO3與40%的KNO3混合物,或者為53%的KNO3與7%的NaNO3以及40%的NaNO2混合物;所述多孔介質填料為石英巖與硅質沙中的一種或混合,其與熔鹽(60%NaNO3KNO +40%3)、(53%KNO3+7%NaNO3+40%NaNO2)等都具有良好的相容性與長期穩定性。

所述反應罐體底部均通過三通調節閥連入所述廢氣輸送管系統,所述反應罐體底部的三通調節閥,相鄰兩個三通調節閥之間異步調節;所述廢氣輸送管系統包括進氣管道和排氣管道,所述進氣管道上設置有用于為管道內氣體加壓的風機,所述進氣管道通過每個反應罐體底部三通調節閥的進氣端將廢氣送入反應罐體,反應罐體中燃燒后的氣體經過排氣口或者其連通的其他反應罐體并最終經反應罐體底部的三通調節閥出氣端排入所述排氣管道;

輸入的VOCs廢氣借助一個反應罐體的熔鹽蓄熱體被預熱,然后在該反應罐體的催化劑催化作用下、在頂部的催化室以較低溫度氧化燃燒凈化,并通過另一個反應室排出并將熱量傳遞給該反應室中的熔鹽蓄熱體這一方式,實現有機廢氣的凈化處理,達到節能減排的功。工作過程如下:打開蓄熱式催化燃燒裝置的三通調節閥入口并將其出口關閉,打開蓄熱催化部分中的另外一個或幾個反應罐體的換向閥出口并將其入口關閉,通過打開的風機向蓄熱式催化燃燒床中輸送一定濃度的VOCs廢氣,該一定濃度的VOCs廢氣在蓄熱式催化燃燒床中被加熱熔鹽蓄熱后的儲熱材料換熱,然后進入催化劑進行催化燃燒反應,形成高溫二氧化碳和水蒸氣,然后通過催化是室進入催化室,流過反應罐體的熔鹽儲熱材料時將儲熱材料加熱,然后從反應罐體的出口流出,進入廢氣輸送部分排出,經過一段時間后,關閉蓄熱式催化燃燒床的入口和蓄熱式催化燃燒床的出口,打開蓄熱式催化燃燒床的入口和蓄熱式催化燃燒床的出口,向蓄熱式催化燃燒床中輸入一定濃度的VOCs廢氣,重復上一段中描述的VOCs廢氣在催化燃燒床、換熱部分和蓄熱式 化燃燒床中的催化燃燒反應和換熱反應。

本實用新型的技術方案解決了蓄熱-催化燃燒后的高溫氣體的余熱回收問題,對熱量進行回收利用,結構緊湊。蓄熱式催化燃燒裝置的蓄熱室內設有催化床層和熔鹽蓄熱床層,氣體在催化床層中進行催化反應放熱后,將熱量傳遞并儲存至熔鹽蓄熱床層中,對后續氣體進行預熱,以充分利用熱量,離開蓄熱室的物料經過熱交換器,預熱助燃氣體,以進一步利用熱量;熔鹽蓄熱式催化燃燒裝置蓄熱量大,溫度均勻,熱量回收率高;換熱后氣體溫度均勻,不易出現局部超溫;設備造價低,適應有機廢氣的特性。

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