CN111981477B - 一种无氨脱硝蓄热式烧嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种无氨脱硝蓄热式烧嘴，包括：烧嘴本体；挡板砖，挡板砖设置于烧嘴本体的内部；催化剂，催化剂为蜂窝状，催化剂包括第一催化剂和第二催化剂，第一催化剂为高温催化剂，第二催化剂为低温催化剂，催化剂分层设置于烧嘴本体的内部并与挡板砖的上端固定连接；烧嘴通道，烧嘴通道贯穿式地设置于烧嘴本体的内部，并且天然气从烧嘴通道通入烧嘴内部。该无氨脱硝蓄热式烧嘴，结构简单，易于操作，无需引入氨、尿素之类的还原剂，并且利用烟道的温度梯度来进行催化还原反应，选用蜂窝状催化剂，分层设置，可以获得较好的脱硝性能。

Description

一种无氨脱硝蓄热式烧嘴
技术领域
本发明涉及蓄热式烧嘴技术领域，特别涉及一种无氨脱硝蓄热式烧嘴。
背景技术
蓄热式烧嘴（RCB）是一种通过蓄热球从窑炉烟气中回收热量来预热空气以此达到交替燃烧均匀加热目的的烧嘴。蓄热式烧嘴主要应用于工业燃气加热领域，以很高的燃烧热效率著称。它是继自身预热式烧嘴后的又一大技术进步。近年来，在英国，西欧，北美，澳洲和日本等地作为节能技术核心广泛传播和示范推广，应用于锻造炉，热处理炉，金属熔化炉和玻璃池窑等。工业加热炉，利用燃料将炉内温度控制在900~1700℃的高温，在这个温度范围内，容易产生大量的反应型氮氧化物NOx。随着环保法规越来越严，工业加热炉的氮氧化物排放分级A级100、B级200和C级300mg/m3，目前大部分工业加热炉排放在300mg/m3以上，因此急需一种降低NOx的方法。
国内很多低NOx蓄热式烧嘴，主要是利用结构设计来降低NOx的排放标准，但是往往达不到加热炉超低NOx的排放标准(<100mg/m3)；以及通过安装脱硝触媒，这就需要加氨水、尿素，从而会导致设备结构复杂，需要根据烟气中的NOx浓度来调整氨水喷射量，操作复杂且容易导致氨逃逸，产生二次污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无氨脱硝蓄热式烧嘴，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。
本发明提供的一种无氨脱硝蓄热式烧嘴，包括：
烧嘴本体；
挡板砖，挡板砖设置于烧嘴本体的内部；
催化剂，催化剂为蜂窝状，催化剂包括第一催化剂和第二催化剂，第一催化剂为高温催化剂，第二催化剂为低温催化剂，催化剂分层设置于烧嘴本体的内部并与挡板砖的上端固定连接；
烧嘴通道，烧嘴通道贯穿式地设置于烧嘴本体的内部，并且天然气从烧嘴通道通入烧嘴内部。
其中：利用烧嘴内的天然气做还原剂，通过二级催化，先将CH4氧化成一氧化碳及水，消耗烟气的氧，然后利用产生的一氧化碳与氮氧化物反应形成氮气。
在一些实施方式中，挡板砖外截面为矩形。
在一些实施方式中，挡板砖与催化剂同轴设置。
在一些实施方式中，第一催化剂为正方体状，第一催化剂的孔洞为六边形或正方形，并且孔径为3至5mm；第一催化剂以Pt/Pd/Ir为活性组份，以La/Y为助催化剂。
其中：第一催化剂的长、宽、高分别为100mm、100mm、100mm。
在一些实施方式中，第二催化剂为正方体状，第二催化剂的孔洞为六边形或正方形，并且孔径为3至5mm；第二催化剂以Pt/Ir为活性组份，以Co/Mn/Fe为助催化剂。
其中：第二催化剂的长、宽、高分别为100mm、100mm、100mm。
在一些实施方式中，催化剂的层数为3至7层，第一催化剂安装在催化剂的1至3层，第二催化剂安装在催化剂的4至7层。
其中：第一催化剂的反应温度为450至750℃，主要将天然气氧化分解为一氧化碳，同时将氮氧化物还原成氮气；
第二催化剂的反应温度为200至500℃，主要是将多余的一氧化碳与氮氧化物催化氧化还原，利用一氧化碳为还原剂将氮氧化物催化还原为氮气，而一氧化碳转变为二氧化碳。
在一些实施方式中，烧嘴通道的截面面积大于挡板砖的横截面积，烧嘴通道与挡板砖相连通。
在一些实施方式中，挡板砖上设有通孔，通孔与催化剂相通。
在一些实施方式中，还包括点火孔和火焰检测孔，点火孔与火焰检测孔对称分布于烧嘴通道的两侧。
在一些实施方式中，点火孔的中心线与水平面的夹角为α，α为10至50°；火焰检测孔的中心线与水平面的夹角为β，β为10至50°。
其中：点火孔与火焰检测孔可实现点火与火焰检测，并且当点火器点火熄灭时，会发出信号，防止点火爆炸；点火的能量足够大，并且其火焰与烧嘴有一定的夹角，只要点火孔处有火，就能点燃烧嘴的火焰。
有益效果：本发明实施例的一种无氨脱硝蓄热式烧嘴，结构简单，易于操作，无需引入氨、尿素之类的还原剂，并且利用烟道的温度梯度来进行催化还原反应，选用蜂窝状催化剂，分层设置，第一催化反应中采用天然气为还原剂，将氮氧化物还原为氮气，同时天然气分解为一氧化碳；第二催化反应中，以一氧化碳为还原剂，将未被还原完全的氮氧化物还原为氮气，同时一氧化碳转变为二氧化碳，在获得较好的脱硝性能的同时将一氧化碳转变为更加清洁环保的二氧化碳。
附图说明
图1为本发明一实施方式的一种无氨脱硝蓄热式烧嘴的结构示意图；
图2为图1中的A部局部放大图；
图3为本发明一实施方式的催化剂的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
如图1、图2、图3所示，
本发明提供的实施方案中的一种无氨脱硝蓄热式烧嘴，包括：
烧嘴本体1；
挡板砖2，挡板砖2设置于烧嘴本体的内部；
催化剂3，催化剂3为蜂窝状，催化剂3包括第一催化剂31和第二催化剂，第一催化剂31为高温催化剂，第二催化剂为低温催化剂，催化剂3分层设置于烧嘴本体1的内部并与挡板砖2的上端固定连接；
烧嘴通道4，烧嘴通道4贯穿式地设置于烧嘴本体1的内部，并且天然气从烧嘴通道4通入烧嘴内部；
挡板砖2外截面为矩形；
挡板砖2与催化剂3同轴设置；
其中：利用烧嘴内的天然气做还原剂，通过二级催化，先将CH4氧化成一氧化碳及水，消耗烟气的氧，然后利用产生的一氧化碳与氮氧化物反应形成氮气。
催化剂3的层数为3至7层，第一催化剂31安装在催化剂3的1至3层，第二催化剂安装在催化剂3的4至7层；
其中：第一催化剂31的反应温度为450至750℃，主要将天然气氧化分解为一氧化碳，同时将氮氧化物还原成氮气；
第二催化剂的反应温度为200至500℃，主要是将多余的一氧化碳与氮氧化物催化氧化还原，形成二氧化碳及氮气。
第一催化剂31为正方体状，第一催化剂31的孔洞为六边形或正方形，并且孔径为3至5mm；第一催化剂31以Pt/Pd/Ir为活性组份，以La/Y为助催化剂；
其中：第一催化剂31的长、宽、高分别为100mm、100mm、100mm。
第二催化剂为正方体状，第二催化剂的孔洞为六边形或正方形，并且孔径为3至5mm；第二催化剂以Pt/Ir为活性组份，以Co/Mn/Fe为助催化剂；
其中：第二催化剂的长、宽、高分别为100mm、100mm、100mm。
烧嘴通道4的截面面积大于挡板砖2的横截面积，烧嘴通道4与挡板砖2相连通；
挡板砖2上设有通孔，通孔与催化剂3相通；
还包括点火孔5和火焰检测孔6，点火孔5与火焰检测孔6对称分布于烧嘴通道4的两侧；
点火孔5的中心线与水平面的夹角为α，α为10至50°；火焰检测孔6的中心线与水平面的夹角为β，β为10至50°。
其中：点火孔与火焰检测孔可实现点火与火焰检测，并且当点火器点火熄灭时，会发出信号，防止点火爆炸；点火的能量足够大，并且其火焰与烧嘴有一定的夹角，只要点火孔处有火，就能点燃烧嘴的火焰。
工作原理：先对点火孔进行点火，并通过火焰检测孔对火焰进行检测与监控；通过烧嘴通道4将脱硝需要的脱硝还原剂天然气输入到烧嘴中，与高温烟气混合，穿过挡板砖，在催化剂3内产生脱硝反应，首先通过第1至3层的第一催化剂31进行反应，其中第一催化剂31以Pt/Pd/Ir为活性组份、 La/Y为助催化剂，设置反应温度为450至750℃，将天然气氧化分解为一氧化碳，同时将氮氧化物还原成氮气；接着通过4至7层的第二催化剂进行反应，其中第二催化剂以Pt/Ir为活性组份，以Co/Mn/Fe为助催化剂，设置反应温度为200至500℃，将产生的一氧化碳与氮氧化物进行催化氧化还原，通过一氧化碳将氮氧化物还原为氮气，一氧化碳转变为二氧化碳。
烟气条件为：炉温：900至1700℃，氮氧化物浓度：200至1500mg/m3，氧质量含量为：1至5%。
使用本发明的无氨脱硝蓄热式烧嘴对烟气进行脱硝还原反应后，氮氧化物的去除率为80至92%，氮氧化物的浓度可以降低到40至100mg/m3以内。
综上所述：本发明提供的实施方案中的一种无氨脱硝蓄热式烧嘴，结构简单，易于操作，无需引入氨、尿素之类的还原剂，并且利用烟道的温度梯度来进行催化还原反应，选用蜂窝状催化剂，分层设置。第一催化反应中采用天然气为还原剂，将氮氧化物还原为氮气，同时天然气分解为一氧化碳；第二催化反应中，以一氧化碳为还原剂，将未被还原完全的氮氧化物还原为氮气，同时一氧化碳转变为二氧化碳，在获得较好的脱硝性能的同时将一氧化碳转变为更加清洁环保的二氧化碳。
以上表述仅为本发明的优选方式，应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无氨脱硝蓄热式烧嘴，其特征在于，包括：
烧嘴本体（1）；
挡板砖（2），所述挡板砖（2）设置于所述烧嘴本体的内部；
催化剂（3），所述催化剂（3）为蜂窝状，所述催化剂（3）包括第一催化剂（31）和第二催化剂，所述第一催化剂（31）为高温催化剂，所述第二催化剂为低温催化剂，所述催化剂（3）分层设置于所述烧嘴本体（1）的内部并与所述挡板砖（2）的上端固定连接；
烧嘴通道（4），所述烧嘴通道（4）贯穿式地设置于所述烧嘴本体（1）的内部，并且天然气从所述烧嘴通道（4）通入烧嘴内部；
其中，所述第一催化剂（31）位于所述第二催化剂和烧嘴通道（4）之间。
2.根据权利要求1所述的一种无氨脱硝蓄热式烧嘴，其特征在于，所述挡板砖（2）外截面为矩形。
3.根据权利要求2所述的一种无氨脱硝蓄热式烧嘴，其特征在于，所述挡板砖（2）与所述催化剂（3）同轴设置。
4.根据权利要求3所述的一种无氨脱硝蓄热式烧嘴，其特征在于，所述第一催化剂（31）以Pt/Pd/Ir为活性组份，以La/Y为助催化剂，所述第一催化剂（31）为正方体状，所述第一催化剂（31）的孔洞为六边形或正方形，并且孔径为3至5mm。
5.根据权利要求4所述的一种无氨脱硝蓄热式烧嘴，其特征在于，所述第二催化剂以Pt/Ir为活性组份，以Co/Mn/Fe为助催化剂，所述第二催化剂为正方体状，所述第二催化剂的孔洞为六边形或正方形，并且孔径为3至5mm。
6.根据权利要求5所述的一种无氨脱硝蓄热式烧嘴，其特征在于，所述催化剂（3）的层数为3至7层，所述第一催化剂（31）安装在所述催化剂（3）的1至3层，所述第二催化剂安装在所述催化剂（3）的4至7层。
7.根据权利要求1所述的一种无氨脱硝蓄热式烧嘴，其特征在于，所述烧嘴通道（4）的截面面积大于所述挡板砖（2）的横截面积，所述烧嘴通道（4）与所述挡板砖（2）相连通。
8.根据权利要求7所述的一种无氨脱硝蓄热式烧嘴，其特征在于，所述挡板砖（2）上设有通孔，所述通孔与所述催化剂（3）相通。
9.根据权利要求1所述的一种无氨脱硝蓄热式烧嘴，其特征在于，还包括点火孔（5）和火焰检测孔（6），所述点火孔（5）与所述火焰检测孔（6）对称分布于所述烧嘴通道（4）的两侧。
10.根据权利要求9所述的一种无氨脱硝蓄热式烧嘴，其特征在于，所述点火孔（5）的中心线与水平面的夹角为α，α为10至50°；所述火焰检测孔（6）的中心线与水平面的夹角为β，β为10至50°。
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