CN103486600B - Pm2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床，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，在对应出气罩出口的下端板中部下面设置有出气导流罩。本发明有效提高催化燃烧床的热效率，降低热损耗，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。

Description

PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床
技术领域
本发明属于催化床领域，尤其是一种PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床。
背景技术
PM2.5已经成为家喻户晓的名词，主要是因为PM2.5与大气污染指数息息相关，随着人们环保意识的增强，大气污染越来越受到人们重视，尤其最近频繁出现的雾霾天气，PM2.5中工业可挥发有机污染物是对人们身体危害最大的污染物，目前处理工业可挥发有机污染物用的最多的是催化床，催化床通常由耐热钢板材或工业炉窑砌体材料制成围护结构，其现有催化床结构中进风口以及出风口设于催化床的上下两端，虽然现有结构能实现催化燃烧，但存在如下问题：1.催化床炉体结构本身热损耗大，热回收利用效率较低；2.催化床炉体结构内温度不均匀，总体呈中心部位温度高，边缘部位温度低，降低了工业可挥发有机污染物燃烧效率，影响催化燃烧的净化率。
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PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床，该催化床结构布置简单、设计科学合理、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，燃烧时催化床内温度更加均匀，提高了燃烧效率以及净化率。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床，包括进气罩、炉体以及出气罩，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，在对应出气罩出口的下端板中部下面设置有出气导流罩，在进气道出口上方的炉体内设置有催化剂支架。
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，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，所述的进气道截面积大于出气道截面积。
而且，所述的进气道截面积小于出气道截面积。
而且，所述的进气道截面积等于出气道截面积。
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PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床包括进气罩、炉体以及出气罩，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，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。
2、本PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床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PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床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床的气体进行预热。该预热过程对于催化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燃烧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。
4、本PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床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床下部出口的过程，对催化床边缘区域进行反哺加热，有助于催化床整体温度的保持和均匀，促使催化燃烧在整个催化床横断面分布均匀，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。
5、本PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床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，方便了催化床炉体内催化剂的更换，提高了生产效率。
6、本PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床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。
7、本PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床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设备制造过程中的焊接变形和设备使用中的热应力和热变形,并减少钢材使用量，降低工程造价，为节能降耗新设计，完全达到处理要求。
8、本PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床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床外形，方便各种情况的设计。
9、本PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床中的进气罩上设置有防爆泄压口，提高了催化床的安全性，防止安全事故的发生。
10、本发明结构布置简单、设计科学合理、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，燃烧时催化床内温度更加均匀，提高了燃烧效率以及净化率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的右视图；
图3为图2的A-A向剖视图；
图4为本发明炉体的结构示意图（省略保温层、出气导流罩）；
图5为图4的俯视图；
图6为图4的仰视图；
图7为本发明炉体的立体图（省略保温层、各导流罩）。
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PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床，包括进气罩3、炉体5以及出气罩7，炉体外壁四角上设置有支撑架9，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8，炉体包括炉体外围板20以及其上端固装的上端板4和其下端固装的下端板6，其在炉体外围板外壁均匀固装有保温层14，在炉体外围板内设置一炉体内围板19，在炉体内围板与炉体外围板之间交替设置进气道11以及出气道17，进气道的进口21设置在上端板上，进气道的出口18设置在下端板与炉体内围板之间，出气道的进口10设置在上端板与炉体内围板之间，出气道的出口22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12，在上端板中部的下面上设置有燃烧气导流罩13，在对应出气罩出口的下端板中部下面设置有出气导流罩16，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。在进气道出口上方的炉体内设置有催化剂支架15，在催化剂支架上面可以安装催化剂层。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7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床炉体下方，遇下端板阻挡折返进入催化床炉体内，经过催化剂支架上的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，催化燃烧过程催化床温度短时间达到650℃，多数时间维持在350℃-450℃之间，燃烧稳定，波动较小。催化床上、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浓度低于20ppm，说明催化燃烧净化率达到了理想水平。

Claims (10)

1.一种PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床，包括进气罩、炉体以及出气罩，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，在对应出气罩出口的下端板中部下面设置有出气导流罩，在进气道出口上方的炉体内设置有催化剂支架。
2.根据权利要求1所述的PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床，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。
3.根据权利要求1所述的PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床，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PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床，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或3所述的PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床，其特征在于：所述的进气道截面积大于出气道截面积。
6.根据权利要求1或3所述的PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床，其特征在于：所述的进气道截面积小于出气道截面积。
7.根据权利要求1或3所述的PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床，其特征在于：所述的进气道截面积等于出气道截面积。
8.根据权利要求1或3所述的PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床，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。
9.根据权利要求1所述的PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床，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。
10.根据权利要求1所述的PM2.5中工业可挥发有机污染物专用催化床，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。
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