CN103471111B - 节能型催化床系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能型催化床系统，包括进气罩、炉体、出气罩以及换热器，在炉体内围板与炉体外围板之间交替设置进气道以及出气道，进气道的进口设置在上端板上，进气道的出口设置在下端板与炉体内围板之间，出气道的进口设置在上端板与炉体内围板之间，出气道的出口设置在下端板上，在进气道出口对应的炉体内设置有加热器，在对应出气罩出口的下端板中部下面设置有出气导流罩，换热器设置有催化尾气入口、催化尾气出口、催化气进口、催化气出口、脱附送气入口以及脱附送气出口。本发明有效提高了催化床的热效率，降低热损耗，提高热回收利用率，高了燃烧效率以及净化率，增加了热交换更加合理利用热能，符合节能减排要求。

Description

节能型催化床系统

技术领域

本发明属于催化床领域，尤其是一种节能型催化床系统。

背景技术

PM2.5中工业可挥发有机污染物是对人们身体危害较大的污染物之一，目前国内外治理大风量、低浓度VOCs大气污染的主流工艺是：吸附浓缩后进行催化燃烧，现有催化床炉体的围护结构通常用耐热钢板或工业炉窑砌体材料制成，并设置进气口及出气口。现有催化床存在如下问题：1、因布气及VOCs浓度均匀性问题使床层不同区域温度不均匀，总体呈现中央温度高于周边，对于方形炉膛四角容易出现死区。2、催化燃烧放热过程对炉内温度的自补偿反馈效果差，使进气对床层底部吹冷作用显著，床层温度不均匀性加重。其结果导致：催化剂效能降低、催化燃烧净化率降低、运行能耗增加。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种节能型催化床系统，该催化床有效提高了催化床的热效率，降低热损耗，提高热回收利用率，燃烧时催化燃烧床内温度更加均匀，提高了燃烧效率以及净化率，增加了热交换更加合理利用热能，符合节能减排要求。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种节能型催化床系统，包括进气罩、炉体、出气罩以及换热器，炉体上端固装进气罩，炉体下端固装出气罩，炉体包括炉体外围板以及其上端固装的上端板和其下端固装的下端板，其在炉体外围板外壁均匀固装有保温层，在炉体外围板内设置一炉体内围板，在炉体内围板与炉体外围板之间交替设置进气道以及出气道，进气道的进口设置在上端板上，进气道的出口设置在下端板与炉体内围板之间，出气道的进口设置在上端板与炉体内围板之间，出气道的出口设置在下端板上，在对应进气罩进口的上端板中部上面设置有进气导流罩，在上端板中部的下面上设置有燃烧气导流罩，在进气道出口对应的炉体内设置有加热器，在对应出气罩出口的下端板中部下面设置有出气导流罩，换热器设置有催化尾气入口、催化尾气出口、催化气进口、催化气出口、脱附送气入口以及脱附送气出口，出气罩通过管道连接催化尾气入口。

而且，所述的换热器为板式换热器。

而且，所述的进气道与出气道的数量相同且均匀交替布置在炉体内围板与炉体外围板之间。

而且，所述的进气罩上设置有防爆泄压口。

而且，所述的进气导流罩为正四棱锥结构，燃烧气导流罩以及出气导流罩均为倒置的正四棱锥结构。

而且，在所述的加热器上方的炉体内设置有催化剂支架，在催化剂支架上面安装催化剂层。

而且，所述的进气道采用矩形钢管且设置在炉体外围板与炉体内围板之间，出气道由其两侧的进气道矩形钢管壁、炉体外围板以及炉体内围板围成。

而且，所述的炉体外围板截面为矩形或者正方形或者圆形，炉体内围板截面为矩形或者正方形或者圆形。

而且，所述的加热器为电加热管组。

而且，所述的进气道截面为矩形或者方形或者扇形或者圆形或者环扇形，出气道截面为矩形或者方形或者扇形或者圆形或者环扇形。

本发明的优点和有益效果为：

1、本节能型催化床系统在炉体外围板外壁均匀固装有保温层，在炉体外围板内设置一炉体内围板，在炉体内围板与炉体外围板之间交替设置进气道以及出气道，进气道的进口设置在上端板上，进气道的出口设置在下端板与炉体内围板之间，出气道的进口设置在上端板与炉体内围板之间，出气道的出口设置在下端板上，在对应进气罩进口的上端板中部上面设置有进气导流罩，在上端板中部的下面上设置有燃烧气导流罩，在进气道出口对应的炉体内设置有加热器，在对应出气罩出口的下端板中部下面设置有出气导流罩，换热器设置有催化尾气入口、催化尾气出口、催化气进口、催化气出口、脱附送气入口以及脱附送气出口，出气罩通过管道连接催化尾气入口，该种交替方式设置进气道以及出气道能够实现催化床炉体底部四周均匀进气，从而使进入炉体的工业可挥发有机污染物更加均匀的被吸附在催化剂陶瓷载体的表面、使炉体内燃烧均匀、燃烧后的高温气体通过出气道向下回流均匀，使炉体底部温度补偿均匀，克服了现有技术中催化床炉体中心部位温度高，边缘部位温度低加热不均的缺点，提高了燃烧效率以及净化率，经过换热器能够将催化床催化燃烧热量进一步利用，实现节能减排。

2、本节能型催化床系统在对应进气罩进口的上端板中部上面设置有进气导流罩，在上端板中部的下面上设置有燃烧气导流罩，在进气道出口对应的炉体内设置有加热器，该加热器固装在炉体外围板上，在对应出气罩出口的下端板中部下面设置有出气导流罩，进气导流罩为正四棱锥结构，燃烧气导流罩以及出气导流罩均为倒置的正四棱锥结构，该种结构设计能够有效实现均匀进气，均匀燃烧，燃烧过的VOCs气体均匀进入出气道，有效提高催化燃烧床边缘部位温度，进入到出气罩后均匀排出，为炉体结构实现高燃烧效率以及净化率打下基础。

3、本节能型催化床系统中加热器采用电加热管组有利于特殊情况下对催化燃烧床的辅助加热，加热速度快，效率高，设置在进气道出口位置，有利于充分燃烧，提高净化率，另外在炉体侧壁上安装有热电偶方便炉体内温度监测，提高安全性。

4、本节能型催化床系统采用交替方式设置进气道以及出气道，有效将催化燃烧热的回收利用发挥到极致。利用催化燃烧反应热对进入催化燃烧床的气体进行预热。该预热过程对于催化燃烧床内的气流而言属于逆流换热、对于由炉体内围板和炉体外围板形成的气道内流过的高温催化尾气而言属于顺流换热，进气道内的气体在三个方向上被加热，并使换热单元最大限度地靠近热源，减少热损失，提高换热效率，以保证催化燃烧床在正常燃烧时新进入的VOCs气体达到催化起燃温度，有助于维持催化燃烧过程稳定进行，减少甚至摆脱对辅助电加热的依赖。

5、本节能型催化床系统中催化燃烧产生的高温尾气沿出气道，即炉体四壁回流至催化燃烧床下部出口的过程，对催化燃烧床边缘区域进行反哺加热，有助于催化燃烧床整体温度的保持和均匀，促使催化燃烧在整个催化燃烧床横断面分布均匀，提高催化燃烧净化率，并由此形成良性循环，利于催化燃烧持续稳定进行。

6、本节能型催化床系统中上端板上设置的进气导流罩以及燃烧气导流罩为可拆卸设计，方便了催化燃烧床炉体内催化剂的更换，提高了生产效率。

7、本节能型催化床系统中进气道与出气道的数量可以不同，也可以相同，进气道截面积可以等于出气道截面积，进气道截面积也可以大于出气道截面积，进气道截面积还可以小于出气道截面积，根据气候原因、VOCs气体处理量以及催化剂使用量来确定不同的进气道以及出气道之间的截面关系，使其更加适应不同情况的处理要求。

8、本节能型催化床系统中进气道采用矩形钢管且设置在炉体外围板与炉体内围板之间，出气道由其两侧的进气道矩形钢管壁、炉体外围板以及炉体内围板围成，该种方式设计能够有效减少钢材使用量，降低工程造价，为节能降耗新设计，完全达到处理要求。

9、本节能型催化床系统中炉体外围板截面为矩形或者正方形或者圆形，炉体内围板截面为矩形或者正方形或者圆形，进气道截面为矩形或者方形或者扇形或者圆形或者环扇形，出气道截面为矩形或者方形或者扇形或者圆形或者环扇形。该种结构变换主要适应不同形状的催化燃烧床外形，方便各种情况的设计。

10、本节能型催化床系统中的进气罩上设置有防爆泄压口，提高了催化燃烧床的安全性，防止安全事故的发生。

11、本发明有效提高了催化床的热效率，降低热损耗，提高热回收利用率，燃烧时催化燃烧床内温度更加均匀，提高了燃烧效率以及净化率，增加了热交换更加合理利用热能，符合节能减排要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明进气罩、炉体、出气罩结合示意图；

图3为图2的右视图；

图4为图3的A-A向剖视图；

图5为本发明炉体的结构示意图（省略加热器、保温层、热电偶以及出气导流罩）；

图6为图5的B-B向剖视图（省略催化剂支架以及催化剂层）；

图7为图5的俯视图；

图8为图5的仰视图；

图9为本发明炉体的立体图（省略加热器、保温层、热电偶、导流罩、催化剂支架以及催化剂层）；

图10为本发明换热器结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种节能型催化床系统，包括进气罩3、炉体5、出气罩9以及换热器11，炉体外壁四角上设置有支撑架，进气罩上设置有防爆泄压口2，炉体上端固装进气罩，炉体下端固装出气罩，进气罩上端设置气体进口1，出气罩下端设置气体出口10，炉体包括炉体外围板22以及其上端固装的上端板4和其下端固装的下端板8，其在炉体外围板外壁均匀固装有保温层16，在炉体外围板内设置一炉体内围板23，在炉体内围板与炉体外围板之间交替设置进气道13以及出气道20，进气道的进口24设置在上端板上，进气道的出口21设置在下端板与炉体内围板之间，出气道的进口12设置在上端板与炉体内围板之间，出气道的出口25设置在下端板上，在对应进气罩气体进口的上端板中部上面设置有进气导流罩14，在上端板中部的下面上设置有燃烧气导流罩15，在进气道出口对应的炉体内设置有加热器7，该加热器固装在炉体外围板上，该加热器为电加热管组，电加热管数量可以根据实际情况进行确定，在对应出气罩出口的下端板中部下面设置有出气导流罩19，进气导流罩为正四棱锥结构，燃烧气导流罩以及出气导流罩均为倒置的正四棱锥结构。在加热器上方的炉体内设置有催化剂支架18，在催化剂支架上面安装催化剂层17，换热器设置有催化尾气入口26、催化尾气出口31、催化气进口27、催化气出口28、脱附送气入口30以及脱附送气出口29，出气罩通过管道连接催化尾气入口，在炉体侧壁上安装有热电偶6。本实施例中热电偶的数量为三个，分别固装在炉体侧壁的上、中、下三个位置，进气道与出气道的数量相同且均匀交替布置在炉体内围板与炉体外围板之间，进气道与出气道的数量也可以不相同，所述的设置在炉体内围板与炉体外围板之间的处于对面的进气道与进气道可以一一相对应或者进气道与出气道一一相对应，本实施例附图8所示的进气道与出气道数量均为20个并且均匀交替布置在炉体内围板与炉体外围板之间，采用进气道与出气道一一相对应的方式，进气道截面积可以等于出气道截面积，进气道截面积也可以大于出气道截面积，进气道截面积还可以小于出气道截面积。为了节能降耗本催化燃烧床炉体结构中的进气道采用矩形钢管且设置在炉体外围板与炉体内围板之间，出气道由其两侧的进气道矩形钢管壁、炉体外围板以及炉体内围板围成，炉体外围板截面为矩形或者正方形或者圆形，炉体内围板截面为矩形或者正方形或者圆形，进气道截面为矩形或者方形或者扇形或者圆形或者环扇形，出气道截面为矩形或者方形或者扇形或者圆形或者环扇形。

本发明在使用时VOCs气体从进气罩的进口进入经过进气导流罩气体均匀流向上端板上的进气道进口，通过进气道流到催化燃烧床炉体下方，遇下端板阻挡折返进入催化燃烧床炉体内，经过加热器以及催化剂陶瓷蜂窝载体的小孔进行燃烧，燃烧后的气体遇上端板下面的倒置四棱锥结构的燃烧气导流罩均匀进入由出气道两侧的进气道矩形钢管壁、炉体外围板以及炉体内围板围成的出气道，从出气道出口经过出气导流罩均匀流出出气罩出口。

本发明的实际运行效果验证：此新型催化燃烧床炉体结构在实际使用中，经常规预热后，通入VOCs气体，催化燃烧发生后，切断电加热。在VOCs气体浓度符合最低起燃浓度的时段内，完全实现自持燃烧，无任何外加辅助热源，催化燃烧过程催化燃烧床温度短时间达到650℃，多数时间维持在400℃-500℃之间，燃烧稳定，波动较小。催化燃烧床上、中、下三个区域测温仪表读数接近，说明温度分布均匀，出口气体检测，VOCs净化率不低于98%，完全符合国家相关标准要求。

Claims (10)

1.一种节能型催化床系统，包括进气罩、炉体、出气罩以及换热器，炉体上端固装进气罩，炉体下端固装出气罩，炉体包括炉体外围板以及其上端固装的上端板和其下端固装的下端板，其特征在于：在炉体外围板外壁均匀固装有保温层，在炉体外围板内设置一炉体内围板，在炉体内围板与炉体外围板之间交替设置进气道以及出气道，进气道的进口设置在上端板上，进气道的出口设置在下端板与炉体内围板之间，出气道的进口设置在上端板与炉体内围板之间，出气道的出口设置在下端板上，在对应进气罩进口的上端板中部上面设置有进气导流罩，在上端板中部的下面上设置有燃烧气导流罩，在进气道出口对应的炉体内设置有加热器，在对应出气罩出口的下端板中部下面设置有出气导流罩，换热器设置有催化尾气入口、催化尾气出口、催化气进口、催化气出口、脱附送气入口以及脱附送气出口，出气罩通过管道连接催化尾气入口。

2.根据权利要求1所述的节能型催化床系统，其特征在于：所述的换热器为板式换热器。

3.根据权利要求1所述的节能型催化床系统，其特征在于：所述的进气道与出气道的数量相同且均匀交替布置在炉体内围板与炉体外围板之间。

4.根据权利要求1所述的节能型催化床系统，其特征在于：所述的进气罩上设置有防爆泄压口。

5.根据权利要求1所述的节能型催化床系统，其特征在于：所述的进气导流罩为正四棱锥结构，燃烧气导流罩以及出气导流罩均为倒置的正四棱锥结构。

6.根据权利要求1所述的节能型催化床系统，其特征在于：在所述的加热器上方的炉体内设置有催化剂支架，在催化剂支架上面安装催化剂层。

7.根据权利要求1或3所述的节能型催化床系统，其特征在于：所述的进气道采用矩形钢管且设置在炉体外围板与炉体内围板之间，出气道由其两侧的进气道矩形钢管壁、炉体外围板以及炉体内围板围成。

8.根据权利要求1所述的节能型催化床系统，其特征在于：所述的炉体外围板截面为矩形或者圆形，炉体内围板截面为矩形或者圆形。

9.根据权利要求1所述的节能型催化床系统，其特征在于：所述的加热器为电加热管组。

10.根据权利要求1所述的节能型催化床系统，其特征在于：所述的进气道截面为矩形或者扇形或者环扇形，出气道截面为矩形或者扇形或者环扇形。