CN106492631A - 用于脱硝装置的相变蓄热催化装置及具有其的脱硝装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于脱硝装置的相变蓄热催化装置和具有其的脱硝装置，相变蓄热催化装置包括：基体，基体形成为中空的筒状结构，基体的内壁和外壁之间限定出填充腔，填充腔内填充有相变蓄热件，基体的内壁和外壁中的至少一个上设有选择性催化剂层。根据本发明的用于脱硝装置的相变蓄热催化装置，将相变蓄热技术与SCR技术结合起来，在脱硝装置的燃烧室内的烟气的流向上形成一个较长的恒温环境，延长了有效催化反应区的长度，使得NOx可以与选择性催化剂充分发生反应，极大地提高了脱硝效率，减小了NOx的排放，有效地保护了环境，降低了对环境的污染。同时，可以通过相变蓄热催化装置对低温空气进行预热，使其达到合适的温度，以提高燃烧效率。

Description

用于脱硝装置的相变蓄热催化装置及具有其的脱硝装置
技术领域
本发明涉及烟气脱硝领域，尤其是涉及一种用于脱硝装置的相变蓄热催化装置及具有其的脱硝装置。
背景技术
相关技术中，蓄热式辐射管是将蓄热式燃烧技术应用于辐射管之后产生的加热装置，它通过辐射管的高温热辐射来加热工业物品，燃烧温度普遍达到1500℃以上，以增强辐射管的热辐射能力。由于蓄热式辐射管的火焰温度很高，导致在燃烧过程中产生大量的热力型NOx，随着国家对NOx排放标准的日益提高，蓄热式辐射管的环保问题逐渐凸显出来。
SCR(Selective Catalytic Reduction选择性催化还原)技术是目前发展最成熟且效率最高的脱硝技术。然而，将SCR技术与蓄热辐射管结合起来进行脱硝，存在以下难点：
1)选取有效催化反应的温度区间困难：在温度急剧变化的蓄热室中选取适合催化剂反应的温度区间时，应严格控制流过的烟气的温度，若烟温过高，则会引起烟气上游的催化剂温度过高而发生副反应或者造成此部位催化剂烧结失活，若烟温过低，则会使催化剂活性较低，不能有效发挥催化作用，造成催化剂的浪费，因此，蓄热室内催化剂和蓄热体的预先布置存在一定的难度。
2)催化剂各部位不能同时保持良好的催化活性：在蓄热室中，由于催化剂各部位具有不同的温度，一般是沿着烟气流向其温度迅速下降，这使得各部位SCR催化剂不能同时保持良好的活性，从而不能充分地发挥全部SCR催化剂的脱硝性能。
3)NOx在有效催化反应区内的停留时间过短：在温度急剧变化的蓄热室中，SCR催化剂的有效作用区很短，直接导致NOx在SCR催化反应区的停留时间显著缩短，从而使相当一部分NOx与催化剂发生有效作用的几率明显下降。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于脱硝装置的相变蓄热催化装置，该相变蓄热催化装置可以使得选择性催化剂始终处于最佳的活性温度内，提高了脱硝的效率。
本发明的另一个目的在于提出了一种具有上述相变蓄热催化装置的脱硝装置。
根据本发明第一方面的用于脱硝装置的相变蓄热催化装置，包括：基体，所述基体形成为中空的筒状结构，所述基体的内壁和外壁之间限定出填充腔，所述填充腔内填充有相变蓄热件，所述基体的内壁和外壁中的至少一个上设有选择性催化剂层。
根据本发明的用于脱硝装置的相变蓄热催化装置，通过在基体内的填充腔内填充相变蓄热件，并在基体的内壁和外壁中的至少一个上设有选择性催化剂层，由此，将相变蓄热技术与SCR技术结合起来，在脱硝装置的燃烧室内的烟气的流向上形成一个较长的恒温环境，延长了有效催化反应区的长度，进而有效地延长了NOx在催化反应区内的停留时间，使得NOx可以与选择性催化剂充分发生反应，极大地提高了脱硝效率，减小了NOx的排放，有效地保护了环境，降低了对环境的污染。同时，可以通过相变蓄热催化装置对低温空气进行预热，使其达到合适的温度，以提高燃烧效率。
另外，根据本发明的用于脱硝装置的相变蓄热催化装置还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一些实施例，所述填充腔包括：锥筒段，所述锥筒段的横截面积在烟气的流动方向上逐渐减小。
根据本发明的一些实施例，所述填充腔进一步包括：第一锥体段，所述第一锥体段的底部与所述锥筒段的一端相连；和第二锥体段，所述第二锥体段的底部与所述锥筒段的另一端相连。
具体地，所述第一锥体段的锥角为θ1，所述第二锥体段的锥角为θ2，所述锥筒段的锥角为θ3，所述θ1、θ2和θ3满足：θ1＞θ2＞θ3。
根据本发明的一些实施例，所述选择性催化剂层的活性温度范围为T1℃～T2℃，所述相变蓄热件的相变温度范围为T3～T4，所述T1、T2、T3、T4满足：T1≤T3＜T4≤T2℃。
可选地，所述基体为不锈钢件，所述填充腔的壁厚为t1，所述t1满足：1.0mm≤t1≤2.0mm。
可选地，所述选择性催化剂层的厚度为t2，所述t2满足：0.5mm≤t2≤1.0mm。
根据本发明第二方面的脱硝装置，包括：燃烧室，所述燃烧室具有至少两个接口；至少两个燃烧器，每个所述燃烧器与一个所述接口相连，每个所述燃烧器具有空气入口和燃气喷口，所述燃烧器包括在从所述空气进口向所述燃气喷口的方向上依次设置的第一蓄热体、相变蓄热催化装置和第二蓄热体，所述相变蓄热催化装置为根据权利要求1-7中任一项所述的相变蓄热催化装置。
根据本发明的脱硝装置，通过设置根据本发明上述第一方面的相变蓄热催化装置，将相变蓄热技术与SCR技术结合起来，极大地提高了脱硝装置的脱硝效率和燃烧效率，减小了NOx的排放，有效地保护了环境，降低了对环境的污染。
另外，根据本发明脱硝装置还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一些实施例所述相变蓄热催化装置为多个，多个所述相变蓄热催化装置嵌套设置在所述燃烧室内，且相邻的两个所述相变蓄热催化装置彼此间隔开设置。
根据本发明的一些实施例，所述燃烧室为U形辐射管。
根据本发明的一些实施例，所述脱硝装置还包括还原剂喷嘴，所述还原剂喷嘴设在所述燃烧室的对称轴处，所述燃烧室在所述还原剂喷嘴处的切线与所述还原剂喷嘴的轴线垂直。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的用于脱硝装置的相变蓄热催化装置的剖示图；
图2是根据本发明实施例的脱硝装置的结构示意图；
图3是沿图2中A-A线的剖面图。
附图标记：
相变蓄热催化装置100，脱硝装置200，
基体1，选择性催化剂层11，相变蓄热件12，第一锥体段13，锥筒段14，第二锥体段15，
燃烧室201，
燃烧器202，第一蓄热体203，第二蓄热体204，支架205，燃气喷口206，点火枪207，还原剂喷嘴208，端部支撑件209。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的用于脱硝装置200的相变蓄热催化装置100。其中，相变蓄热催化装置100可以设在脱硝装置200的燃烧室201内。
如图1所示，根据本发明第一方面实施例的用于脱硝装置200的相变蓄热催化装置100，包括：基体1，基体1形成为中空的筒状结构，基体1的内壁和外壁之间限定出填充腔，填充腔内填充有相变蓄热件12，基体1的内壁和外壁中的至少一个上设有选择性催化剂层11。
也就是说，可以仅在基体1的内壁上设置选择性催化剂层11，也可以在仅在基体1的外壁上设置选择性催化剂，还可以同时在基体1的内壁和外壁上设置选择性催化剂层11。具体地，当在基体1的内壁上设置选择性催化剂层11时，选择性催化剂层11设置在内壁的远离相变蓄热件12的一侧表面上。当在基体1的外壁上设置选择性催化剂时，选择性催化剂层11设置在外壁的远离相变蓄热件12的一侧表面上。
其中，相变蓄热件12可以在固态和液态之间转换。具体地，当燃烧室201内相变蓄热催化装置100处的温度低于相变蓄热件12的相变温度时，相变蓄热件12为固态。当燃烧室201内相变蓄热催化装置100处的温度高于相变蓄热件12的相变温度时，相变蓄热件12由固态变为液态。相变蓄热件12从固态变为液态过程中，相变蓄热件12吸收并储存大量的潜热，当相变蓄热件12冷却时，储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去，进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中，相变蓄热件12所储存或释放的能量称为相变潜热。物理状态发生变化时，相变蓄热件12自身的温度在相变完成前几乎维持不变，从而可以在燃烧室201内形成恒温区域。
由此，当高温烟气流过相变蓄热催化装置100时，高温烟气与填充腔内的相变蓄热件12换热，使得填充腔内不同部位的相变蓄热件12相继达到相变温度，使得燃烧室201内相变蓄热催化装置100所在的区域内的温度恒定，从而可以在燃烧室201内的烟气的流向上形成较长的适合催化反应的恒温环境，便于基体1外表面的选择性催化剂层11发生催化反应，充分发挥选择性催化剂的作用，极大地提高了脱硝装置200的脱硝效率，减小了NOx的排放，有效地保护了环境，降低了对环境的污染。当低温空气流经相变蓄热催化装置100时，空气可以吸收相变蓄热催化装置100内储存的热量转变为高温空气，然后再与燃料充分混合、燃烧，从而可以通过相变蓄热催化装置100对空气进行预热，使其达到合适的温度，以提高燃烧效率。
根据本发明的用于脱硝装置200的相变蓄热催化装置100，通过在基体1内的填充腔内填充相变蓄热件12，并在基体1的内壁和外壁中的至少一个上设有选择性催化剂层11，由此，将相变蓄热技术与SCR技术结合起来，在脱硝装置200的燃烧室201内的烟气的流向上形成一个较长的恒温环境，延长了有效催化反应区的长度，进而有效地延长了NOx在催化反应区内的停留时间，使得NOx可以与选择性催化剂充分发生反应，极大地提高了脱硝效率，减小了NOx的排放，有效地保护了环境，降低了对环境的污染。同时，可以通过相变蓄热催化装置100对低温空气进行预热，使其达到合适的温度，以提高燃烧效率。
根据本发明的一些实施例，填充腔包括：锥筒段14，锥筒段14的横截面积在烟气的流动方向上逐渐减小。由此，在烟气的流动的方向上，填充腔内的相变蓄热件12的量逐渐减少，从而可以保证填充腔内的相变蓄热件12全部可以达到相变温度，使得相变蓄热催化装置100各部位处于相同的温度，保证催化反应的顺利进行，提高脱硝效率。同时，减小了相变蓄热件12的用量，节省了材料成本。
具体地，在烟气在流动过程中，上游的烟气与填充腔内位于流动方向上游的相变蓄热件12换热后，烟气的温度降低，下游的烟气的温度低于上游。将锥筒的横截面积在烟气流动的方向上设置为逐渐减小，可以使得填充腔内的相变蓄热件12的量逐渐减小，从而可以减小位于流动方向下游的相变蓄热件12达到相变温度时需要吸收的热量，进而可以保证填充腔内的相变蓄热件12全部达到相变温度，且位于上游的相变蓄热件12达到相变温度后不再继续升温、位于下游的相变蓄热件12吸收较少的热量即可快速达到相变温度，保证相变蓄热催化装置100各部位处于相同的温度，保证催化反应的顺利进行，提高脱硝效率。
这里，需要说明的是，本申请中所说的“上游”指的是烟气流动方向上的上游，相应地，本申请中所说的“下游”指的是烟气流动方向上的下游。
其中，第一锥体段13的底部与锥筒段14的一端(例如，图1中的右端)相连，第二锥体段15的底部与锥筒段14的另一端(例如，图1中的左端)相连。如图1所示，填充腔的纵向截面可以大体形成为纺锤形。
具体地，第一锥体段13底部的直径与锥筒段14的上述一端的直径相同，第二锥体段15底部的直径与锥筒段14的上述另一端的直径相同。烟气流过相变蓄热催化装置100时，首先与第一锥体段13接触，由此，可以有效地减小烟气流动的阻力，且可以进一步地减小位于下游处的相变蓄热件12的量，从而可以减小下游的相变蓄热件12达到相变温度时需要吸收的热量，使得位于下游处的相变蓄热件12可以尽快达到相变温度，进而进一步地保证了填充腔内的相变蓄热件12全部可以达到相变温度且达到相变温度后不再继续升温，保证相变蓄热催化装置100的各部位处于相同的温度，使得选择性催化剂可以充分发挥作用，极大地提高了脱硝效率。
根据本发明的一些实施例，第一锥体段13的锥角为θ1，第二锥体段15的锥角为θ2，锥筒段14的锥角为θ3，θ1、θ2和θ3满足：θ1＞θ2＞θ3。例如，第一锥体段13的锥角为θ1可以满足：45°≤θ1≤90°，第二锥体段15的锥角θ2可以满足：10°≤θ2≤30°，锥筒段14的锥角θ3可以满足：3°≤θ2≤8°。其中，第一锥体段13的锥角为θ1可以进一步满足：θ1＝45°、θ1＝60°、θ1＝75°、θ1＝90°等，第二锥体段15的锥角θ2可以进一步满足：θ2＝10°、θ2＝15°、θ2＝20°、θ2＝30°等，锥筒段14的锥角θ3可以进一步满足：θ3＝3°、θ3＝5°、θ3＝6°、θ3＝8°等。
由此，可以减小烟气流动的阻力，且可以保证填充腔内的相变蓄热件12全部达到相变温度，使得位于上游的相变蓄热件12达到相变温度后不再继续升温、位于下游的相变蓄热件12吸收较少的热量即可快速达到相变温度，保证相变蓄热催化装置100各部位处于相同的温度，保证催化反应的顺利进行，提高脱硝效率，且工艺简单，便于加工。
根据本发明的一些实施例，选择性催化剂层11的活性温度范围为T1℃～T2℃，相变蓄热件12的相变温度为T3℃～T4℃，T1、T2、T3、T4满足：T1≤T3＜T4≤T2。由此，可以使得选择性催化剂始终处于其活性温度范围内，使得选择性催化剂可以充分发挥作用，极大地提高了脱硝效率。
可选地，选择性催化剂可以为以TO2为基底的钒系催化剂，活性温度范围(即温度窗口)为300℃～450℃，相变蓄热件12可以为具有恒定相变温度的无机盐，其相变温度为390℃～405℃。
可选地，基体1为不锈钢件，填充腔的壁厚为t1，t1满足：1.0mm≤t1≤2.0mm。填充腔的具体壁厚可以根据相变蓄热催化装置100的规格型号调整设计。例如，填充腔的壁厚t1可以进一步满足：t1＝1.0mm、t1＝1.5mm、t1＝2.0mm等。由此，可以提高基体1的导热系数，减小基体1与相变蓄热件12之间的接触热阻，从而可以使得基体1的温度和基体1的内壁和/或基体1的外壁上的选择性催化剂的温度均与其附近的相变蓄热件12的温度保持一致，进而可以保证选择性催化剂始终处于其活性温度范围内，充分发挥催化作用，提高了脱硝效率。
这里，需要说明的是，本申请中“填充腔的壁厚”指的是，基体1的内壁或基体1的外壁的厚度。在本发明的一些实施例中，基体1的内壁和基体1的外壁的厚度相等。
可选地，选择性催化剂层11的厚度为t2，t2满足：0.5mm≤t2≤1.0mm。其具体数值可以根据相变蓄热催化装置100的规格型号调整设计。例如，选择性催化剂层11的厚度可以进一步满足：t2＝0.5mm、t2＝0.7mm、t2＝1.0mm。由此，可以使得选择性催化剂与烟气中的NOx充分接触，且可以保证选择性催化剂的温度与其附近的相变蓄热件12的温度保持一致，进而可以保证选择性催化剂始终处于其活性温度范围内，充分发挥催化作用，提高了脱硝效率。
下面参照图1描述根据本发明实施例的用于脱硝装置200的相变蓄热催化装置100的一个具体实施例。
如图1所示，相变蓄热催化装置100包括基体1，基体1形成为中空的筒状结构，基体1的内壁和外壁之间限定出填充腔，填充腔内填充有相变蓄热件12，基体1的内壁和外壁上均设有选择性催化剂层11。填充腔包括第一锥体段13、锥筒段14和第二锥体段15。填充腔的纵向截面大体形成为纺锤形。第一锥体段13的底部与锥筒段14的一端相连，第二锥体段15的底部与锥筒段14的另一端相连。在从上述一端朝向上述另一端的方向上，锥筒段14的横截面积逐渐减小。第一锥体段13的锥角θ1为75°，第一锥体段13底部的直径为8mm，锥筒段14的锥角θ3为5°，第二锥体段15的锥角θ2为18°。
相变蓄热件12为具有恒定相变温度的无机盐，其相变温度为390～405℃。基体1为不锈钢件，填充腔的壁厚为1.5mm的不锈钢，基体1的内壁和外壁上附着厚度为0.7mm、以TO2为基底的钒系催化剂，其活性温度范围为300℃～450℃。
根据本发明实施例的用于脱硝装置200的相变蓄热催化装置100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
根据本发明实施例的用于脱硝装置200的相变蓄热催化装置100，将相变蓄热技术与SCR技术结合起来，在脱硝装置200的燃烧室201内的烟气的流向上形成一个较长的恒温环境，使得选择性催化剂始终处于其活性温度范围内，有效地延长了有效催化反应区的长度，使得NOx可以与选择性催化剂充分发生反应，极大地提高了脱硝效率，减小了NOx的排放，有效地保护了环境，降低了对环境的污染。
如图2所示，根据本发明第二方面实施例的脱硝装置200，包括：燃烧室201和至少两个燃烧器202。
其中，燃烧室201具有至少两个接口，每个燃烧器202与一个接口相连。燃烧器202可以为两个或两个以上。例如，在图2的示例中，燃烧器202为两个，燃烧器202具有两个接口，燃烧室201可以为U形辐射管。每个燃烧器202与一个接口相连。两个燃烧器202交替工作。
当然，可以理解的是，燃烧室201也可以为W形辐射管等。
可选地，燃烧器202可以通过螺栓等于燃烧器202的接口连接。结构简单，装配方便。
每个燃烧器202具有空气入口和燃气喷口206，燃烧器202包括在从空气进口向燃气喷口206的方向上(例如，图2中从左向右的方向上)依次设置的第一蓄热体203、相变蓄热催化装置100和第二蓄热体204，其中相变蓄热催化装置100为根据本发明实施例上述第一方面的用于脱硝装置200的相变蓄热催化装置100。
第一蓄热体203和第二蓄热体204均可以为多层直通道蜂窝陶瓷蓄热体，蓄热体层之间采用彼此叠加的方式放置在燃烧室201内。
根据本发明的一些实施例，相变蓄热催化装置100为多个，多个相变蓄热催化装置100嵌套设置在燃烧室201内，且相邻的两个相变蓄热催化装置100彼此间隔开设置。由此，便于烟气或者空气在相邻的两个相变蓄热催化装置100之间的间隙间流动，且可以增大选择性催化剂与烟气的接触面积，从而进一步地提高了脱硝装置200的脱硝效率。
具体地，相变蓄热催化装置100可以通过支架205安装在燃烧室201内。例如，支架205可以为两个，两个支架205沿烟气的流动方向间隔设置。相变蓄热催化装置100可以焊接在支架205上。由此，可以使得相变蓄热催化装置100的位置更加稳定且工艺简单，安装方便。
根据本发明的一些实施例，参照图2，脱硝装置200还包括还原剂喷嘴208。还原剂喷嘴208可以为一个或者多个。还原剂喷嘴208在脱硝装置200的整个工作过程中一直处于工作状态。省去了还原剂喷嘴208的自动控制开关。当燃烧器202A或燃烧器202B中的烟气流过还原剂喷嘴208时，还原剂喷嘴208中喷出的还原剂溶液经雾化蒸发后与烟气充分混合，在混合过程中，发生选择性非催化还原反应，脱除烟气中的一部分NOx后，再与相变蓄热催化装置100中的选择性催化剂发生选择性催化还原反应。由此，还原剂在进入选择性催化反应区之前，可以先与烟气发生选择性非催化还原反应，提前脱除烟气中的一部分NOx，减小了选择性催化剂的用量，节省了材料成本。
具体地，还原剂喷嘴208可以设在燃烧室201的对称轴处，燃烧室201在还原剂喷嘴208处的切线与还原剂喷嘴208的轴线垂直。由此，无论是燃烧器202A工作，还是燃烧器202B工作，均可以增大还原剂溶液与烟气的接触面积，使得烟气与还原剂充分反应，提高了脱硝效率。此外，将还原剂喷嘴208设在燃烧室201的对称轴处，使得还原剂在进入SCR催化反应区之前，有一段相当长的距离和烟气进行混合，提高了烟气与还原剂混合的均匀性，消除了反应物局部浓度不均匀的情况，从而可以使得烟气中的NOx和还原剂在各处的浓度均处于脱硝反应化学当量比值附近，进一步地提高了脱硝效率。
根据本发明的一些实施例，燃烧器202还包括点火枪207，点火枪207可以邻近燃气喷口206设置，以对空气和燃气的混合物进行点火。在脱硝装置200工作的过程中，燃烧器202A和燃烧器202B各自的点火枪207均始终处于点燃状态，以便于对空气和燃气的混合物进行点火。
具体地，燃烧室201的远离接口的一端设有端部支撑件209。可选地，端部支撑件209可以邻近燃烧室201的下部设置。
下面参照图2详细描述根据发明实施例的脱硝装置200的工作过程。为方便描述，在本申请下面的描述中，将与燃烧室201上方的接口连接的燃烧器202称为“燃烧器202A”，将与燃烧室201下方的接口连接的燃烧器202称为“燃烧器202B”。
参照图2，脱硝装置200工作过程中，燃烧器202A与燃烧器202B交替工作。当燃烧器202A处于燃烧状态时，空气与燃气燃烧产生的烟气流经还原剂喷嘴208，还原剂溶液经雾化蒸发后与烟气充分混合，在混合的过程中，发生选择性非催化还原(SNCR)反应，脱除烟气中的一部分NOx。烟气流经燃烧器202B的第二蓄热体204时与第二蓄热体204进行气固换热，烟气的温度逐渐下降，烟气流经相变蓄热催化装置100时继续放热，其温度始终高于选择性催化剂的活性温度，填充腔内不同部位的相变蓄热件12相继达到相变温度，而相变温度处于选择性催化剂最佳活性温度范围内，使得选择性催化剂层11的温度处于选择性催化剂最佳活性温度范围内。催化反应在选择性催化剂层11表面上快速进行，避免了烟气温度较高使得选择性催化剂失活和烟气温度较低使得选择性催化剂活性不高的现象，提高了脱硝效率。接着，烟气通过燃烧器202B的第一蓄热体203时与第一蓄热体203换热后以较低温度排出。
燃烧室201换向之后，燃烧器202B处于燃烧状态，此时燃烧器202B处的相变蓄热件12处于由液态向固态的相变过程中，低温空气依次流经燃烧器202B的第一蓄热体203、相变蓄热催化装置100和第二蓄热体204，并吸收其中的热量后转变为高温空气，并在第二蓄热体204出口处与燃烧器202B的燃气喷口206喷出的燃料充分混合后经点火枪207点燃后充分燃烧。燃烧产生的烟气流经还原剂喷嘴208，还原剂溶液经雾化蒸发后与烟气充分混合，在混合的过程中，发生选择性非催化还原(SNCR)反应，脱除烟气中的一部分NOx。烟气流经燃烧器202A的第二蓄热体204时与第二蓄热体204进行气固换热，烟气的温度逐渐下降，烟气流经相变蓄热催化装置100时继续放热，其温度始终高于选择性催化剂的活性温度，填充腔内不同部位的相变蓄热件12相继达到相变温度，而相变温度处于选择性催化剂最佳活性温度范围内，使得选择性催化剂层11的温度处于选择性催化剂最佳活性温度范围内。催化反应在选择性催化剂层11表面上快速进行。接着，烟气通过燃烧器202A的第一蓄热体203时与第一蓄热体203换热后以较低温度排出。
根据本发明的一个具体实施例，脱硝装置200，包括U形辐射管、两个燃烧器202和还原剂喷嘴208。两个燃烧器202分别与U形辐射管的两个接口连接。
每个燃烧器202具有空气入口和燃气喷口206，燃烧器202包括在从空气进口向燃气喷口206的方向上(例如，图2中从左向右的方向上)依次设置的第一蓄热体203、相变蓄热催化装置100和第二蓄热体204，燃烧器202还包括点火枪207，点火枪207邻近燃气喷口206设置，以对空气和燃气的混合物进行点火。
还原剂喷嘴208设在燃烧室201的对称轴处，燃烧室201在还原剂喷嘴208处的切线与还原剂喷嘴208的轴线垂直。
相变蓄热催化装置100包括基体1，基体1内具有填充腔，填充腔内填充有相变蓄热件12，基体1的外表面上设有选择性催化剂层11。基体1包括第一锥体段13、锥筒段14和第二锥体段15。第一锥体段13的底部与锥筒段14的一端相连，第二锥体段15的底部与锥筒段14的另一端相连。在从上述一端朝向上述另一端的方向上，锥筒段14的横截面积逐渐减小。第一锥体段13的锥角θ1为75°，第一锥体段13底部的直径为8mm，锥筒段14的锥角θ3为5°，第二锥体段15的锥角θ2为18°。相变蓄热件12为具有恒定相变温度的无机盐，其相变温度为390～405℃。基体1为厚度为1.5mm的不锈钢，其外附着厚度为0.7mm、以TO2为基底的钒系催化剂，其活性温度范围为300℃～450℃。
相变蓄热催化装置100为多个，多个相变蓄热催化装置100嵌套设置在燃烧室201内，且相邻的两个相变蓄热催化装置100彼此间隔开设置。相变蓄热催化装置100通过两个支架205固定在燃烧室201内。燃烧器202A和燃烧器202B内的相变蓄热件12的比表面积均为450m2/m3。
U形辐射管的功率为120kW，采用热值为8400kcal/Nm3的天然气作为燃料，流量为13Nm3/h，助燃空气流量为160Nm3/h。U形辐射管的排烟温度为120℃。脱硝装置200的热效率达到92.5％，脱硝效率达到92％，NOx排放浓度低于30mg/Nm3。
根据本发明实施例的脱硝装置200的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
根据本发明实施例的脱硝装置200，通过设置根据本发明上述第一方面实施例的相变蓄热催化装置100，将相变蓄热技术与SCR技术结合起来，极大地提高了脱硝装置200的脱硝效率和燃烧效率，减小了NOx的排放，有效地保护了环境，降低了对环境的污染。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种用于脱硝装置的相变蓄热催化装置，其特征在于，包括：
基体，所述基体形成为中空的筒状结构，所述基体的内壁和外壁之间限定出填充腔，所述填充腔内填充有相变蓄热件，所述基体的内壁和外壁中的至少一个上设有选择性催化剂层。
2.根据权利要求1所述的用于脱硝装置的相变蓄热催化装置，其特征在于，所述填充腔包括：
锥筒段，所述锥筒段的横截面积在烟气的流动方向上逐渐减小。
3.根据权利要求2所述的用于脱硝装置的相变蓄热催化装置，其特征在于，所述填充腔进一步包括：
第一锥体段，所述第一锥体段的底部与所述锥筒段的一端相连；和
第二锥体段，所述第二锥体段的底部与所述锥筒段的另一端相连。
4.根据权利要求3所述的用于脱硝装置的相变蓄热催化装置，其特征在于，所述第一锥体段的锥角为θ1，所述第二锥体段的锥角为θ2，所述锥筒段的锥角为θ3，所述θ1、θ2和θ3满足：θ1＞θ2＞θ3。
5.根据权利要求1所述的用于脱硝装置的相变蓄热催化装置，其特征在于，所述选择性催化剂层的活性温度范围为T1℃～T2℃，所述相变蓄热件的相变温度范围为T3～T4，所述T1、T2、T3、T4满足：T1≤T3＜T4≤T2℃。
6.根据权利要求1所述的用于脱硝装置的相变蓄热催化装置，其特征在于，所述基体为不锈钢件，所述填充腔的壁厚为t1，所述t1满足：1.0mm≤t1≤2.0mm。
7.根据权利要求1所述的用于脱硝装置的相变蓄热催化装置，其特征在于，所述选择性催化剂层的厚度为t2，所述t2满足：0.5mm≤t2≤1.0mm。
8.一种脱硝装置，其特征在于，包括：
燃烧室，所述燃烧室具有至少两个接口；
至少两个燃烧器，每个所述燃烧器与一个所述接口相连，每个所述燃烧器具有空气入口和燃气喷口，所述燃烧器包括在从所述空气进口向所述燃气喷口的方向上依次设置的第一蓄热体、相变蓄热催化装置和第二蓄热体，所述相变蓄热催化装置为根据权利要求1-7中任一项所述的相变蓄热催化装置。
9.根据权利要求8所述的脱硝装置，其特征在于，所述相变蓄热催化装置为多个，多个所述相变蓄热催化装置嵌套设置在所述燃烧室内，且相邻的两个所述相变蓄热催化装置彼此间隔开设置。
10.根据权利要求8所述的脱硝装置，其特征在于，所述燃烧室为U形辐射管。
11.根据权利要求9所述的脱硝装置，其特征在于，所述脱硝装置还包括还原剂喷嘴，所述还原剂喷嘴设在所述燃烧室的对称轴处，所述燃烧室在所述还原剂喷嘴处的切线与所述还原剂喷嘴的轴线垂直。
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