CN112460612A - 一种放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种放散煤气催化燃烧显热利用装置，包括：无焰催化燃烧装置，通过一氧化碳自持催化无焰燃烧释放化学热，包括壳体、载体和涂层，壳体上设置有放散煤气入口和放散煤气出口；热交换装置，与壳体接触，包括流通管道和冷却介质出口、冷却介质进口；旁流管，用于连通放散煤气入口和冷却介质进口；蓄热体，包括旋转轴和换热辊；控制装置，用于监控反应过程并采集数据。本发明能够通过人员操控或自主工作实现不同工况放散煤气的处理，提高了设备的适用性范围和工作效率，可以实现放散煤气余热利用效率和无害化处理的生产需求，并降低可燃物和污染物的排放。

Description

一种放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置

技术领域

本发明涉及余热利用领域，尤其涉及一种充分利用转炉工作过程中放散煤气的无焰催化燃烧显热利用装置。

背景技术

在能源短缺和污染严重的大环境下，提高能源利用率和完善烟气后处理机制是解决现阶段能源和环境问题的重要方法之一。转炉炼钢间歇性地产生1500℃以上温度的煤气，除部分煤气被回收外，30～40％的煤气由于不符合回收条件而被放散。这些放散煤气中一氧化碳浓度可达35％，一方面，一氧化碳作为含碳物质不完全燃烧会产生一种有毒气体污染物，大量排放会污染环境，扩散不及时更可能导致一氧化碳中毒危及生命，亟需处理后排放；另一方面，一氧化碳作为易燃气体，能够在空气中或氧气中燃烧，生成二氧化碳，同时释放出大量热量，具有一定的能源利用价值，但是目前正在使用的放散煤气直接燃烧排放的处理办法无法实现资源的合理利用。

相关技术中，有人提出前端显热回收+后端催化燃烧的方法对放散煤气进行后处理，可以解决放散煤气高温显热利用和一氧化碳直接排放的问题，但该方式忽视了实际运行时，放散煤气中一氧化碳的浓度最高可达35％，35％浓度一氧化碳放散煤气自持催化燃烧将会产生可观的化学反应热，如果能将这部分余热资源进行安全高效地回收利用，对于钢铁行业节能减排意义重大。

现有技术中虽然也有一些利用该附属煤气的方案，但是这些方案中催化反应释放给换热器的热量较少，催化反应后产生的气体仍具有可燃性，而且现有方案的关注点也不在于一氧化碳燃烧化学热的余热利用；相应热交换器的形式单一，主要为安装在催化模块外部的螺旋管式换热器；同时，也缺少控制装置对装置运行过程形成反馈。

发明内容

本文发明的目的是提供一种充分利用转炉工作过程中放散煤气的催化燃烧显热利用装置。

具体地，本发明提供一种放散煤气催化燃烧显热利用装置，包括：

无焰催化燃烧装置，通过一氧化碳自持无焰催化燃烧释放化学热，包括内部设置有燃烧空间的壳体，和安装在壳体内提高燃烧效果的自催化剂载体和涂层，壳体上设置有放散煤气入口和放散煤气出口；

热交换装置，与壳体接触，包括流通管道，和设置在流通管道两端的冷却介质出口和冷却介质进口；

旁流管，用于连通放散煤气入口和冷却介质进口，在管道上设置有控制阀；

蓄热体，安装在壳体和旁流管之间，包括由电机驱动的旋转轴，和安装在旋转轴上且同时与壳体内部和流通管道内部接触的换热辊；

控制装置，用于监控反应过程并采集数据。

本发明能够通过人员操控或自主工作实现不同工况放散煤气的处理，提高了设备的适用性范围和工作效率，保证催化单元处于最佳反应工况，实现放散煤气余热利用效率和无害化处理的生产需求，并降低可燃物和污染物的排放。

本发明的连接结构可根据不同需要进行组合，并能够直接在工厂完成制造、组装、调试，运输至现场完成定位，不需要停产施工和改造已有设备，现场安装调试时间、工程工期短，投资成本相对较低，有利于促进中小企业使用放散煤气催化燃烧显热回收设施，有望产生较大的社会和环境效益。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的显热利用装置结构示意图；

图2是本发明一个实施方式的壳体上设置流通管道的结构示意图；其中a为内外两层的夹层空心结构，b为多根管道贴合的结构，c为多根管道嵌在壳体内的结构；

图3是本发明一个实施方式中无焰催化燃烧装置单独加热冷却介质的结构示意图；

图4是本发明一个实施方式中两个无焰催化燃烧装置配合使用的结构示意图；

图5是本发明一个实施方式中单独设置换热器的结构示意图；

图6是本发明一个实施方式中单独设置换热器的另一结构示意图；

图7是本发明一个实施方式中单独设置换热器的再一结构示意图；

图8是本发明一个实施方式中单独设置换热器的又一结构示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例和附图对本方案的具体结构和实施过程进行详细说明。

如图1所示，在本发明的一个实施方式中，公开一种放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，一般包括无焰催化燃烧装置1，热交换装置2，旁流管3，蓄热体4和控制装置。

该无焰催化燃烧装置1通过一氧化碳自持无焰催化燃烧释放化学热，包括内部设置有燃烧空间的壳体11，和安装在壳体11内提高燃烧效果的自催化剂载体12和涂层13，在壳体11上设置有放散煤气入口14和放散煤气出口15；壳体11可以实现内部结构的封装、支撑和保护功能。形状可以为圆形或者方形，材料可采用不锈钢、碳钢、铸铁、铝等，使用氩弧焊、气焊、埋弧焊、手工焊、MIG/MAG焊接、TIG焊接等工艺制作。优选采用不锈钢材料，其可防止氧化脱落造成的载体堵塞；考虑到放散煤气易燃易爆的特性，从安全角度考虑，壳体11的厚度通常设置为1～6mm。

其中的载体12一般为蜂窝状陶瓷材料，或者金属(不锈钢、三氧化二铝等)材料。载体12形状可以为球形、圆柱体形、多棱体形和网状隔板等。载体12体积根据计算的催化剂数量和比表面积共同决定，载体12需要将内部流体的流速控制在0.1～3m/s，停留时间通常控制在2s以上，使放散煤气中CO在催化剂相界面上存在足够的停留和反应时间。具体的涂层13(催化剂层)可由Pt(铂)、Pd(钯)、Rh(铑)中的一种金属制作而成，也可以采用复合高效Cu-Ce-Zr催化剂。根据放散煤气组分及其浓度、比热等数据为基础可知，载体12和涂层13可以将150～200℃的放散煤气升温至300～500℃。从多孔结构渗透率及催化反应相界面形成特性角度，涂层13的厚度一般为0.1～1mm。

载体和涂层既可混合制作，也可将催化剂添加配合料制作成具有一定强度和形状结构的一体化物体，作为催化单元使用，该结构可解决载体和涂层的贴合问题，减少了涂层工序。

所述无焰催化燃烧装置采用复合高效的纳米Cu-Ce-Zr催化剂涂层，实现CO在催化剂相界面上自我维持的燃烧无焰状态，火焰尺度为2-4mm，不存在火焰传播引起爆炸的可能性。放散煤气CO转化率为99％-100％，燃烧效率高。由于燃烧温度低于500℃，NO_x生成体积分数为0-24×10^-6，在源头上杜绝大部分氧化性气体污染物生成。具有安全性、经济性及环保性等多层属性。根据催化剂的种类不同，可以实现一氧化碳、碳氢化合物，以及氮氧化物、硫氧化物等污染物的处理，即氧化-还原反应。其中，一氧化碳被氧化成二氧化碳，碳氢化合物被氧化成水和二氧化碳，氮氧化物被还原成氮气和氧气。

放散煤气入口14一般用于输入由锅炉或是烟道排出的放散煤气，而放散煤气出口15则用于排出燃烧后升温后的气体。本实施方式涉及的放散煤气中，一氧化碳浓度<35％且氧气浓度>2％；其通常发生于转炉炼钢吹炼过程的0～3.3％，以及85.1～100％这两个时间区间。

该热交换装置2与壳体11接触，用于通过置换的方式使冷却介质吸收无焰催化燃烧装置1自持反应后放出的热量，其包括供冷却介质流动的流通管道21，和设置在流通管道21两端的冷却介质出口23和冷却介质入口22。在本实施方式中，冷却介质入口22和冷却介质出口23即可以是两个分别独立的出入口，也可以将热交换装置1的冷却介质出口23与放散煤气入口14连通，此结构能够在使用放散煤气作为冷却介质时，提高进入无焰催化燃烧装置1的放散煤气温度，进而维持自持催化燃烧温度(要求放散煤气入口温度大于等于150℃)，同时提高自持反应后的气体输出温度，具体的结构在下述实施例中进行详细说明。

热交换装置2的流道形状可以为圆形、方形、波浪形等任意规则或不规则形状。考虑到停留时间以及换热效率等因素，壳体侧(即无焰催化燃烧装置)气体流速通常控制在3～15m/s，管侧(即输入放散煤气的管道和输出管道)气体流速通常控制在3～30m/s；热交换装置内液体流速通常控制在0.6～2.4m/s，冷却介质入口和出口处的管道内液体流速通常控制在0.6～3.7m/s。

热交换装置的流道结构可以为管束叉排、顺排，蛇形或屏式等。通常管束采用中心对称分布，管径可以选择DN14、DN16、DN19、DN25、DN30、DN32或者DN35，对应换热流道中心距可以选择19mm、22mm、25mm、32mm、38mm、40mm或者44mm。管道数量可以为30～90根；鳍片宽度即管间节距与锅炉压力、炉膛热负荷等因素有关，管间距与管子外径之比一般为1.2～1.5；水力直径根据计算的换热系数、换热面积、流体流速共同决定。

为防止热量散失，可在壳体11的外部或是热交换装置2的外部包覆保温层16；保温层16通常采用三层结构：用于对装置进行保温的恒温层，保护装置及恒温层的保护层，以及防止水等液态物质进入，腐蚀或污染装置以及外面包裹的恒温层的防水层。具体的冷却介质可以是空气、水、制冷剂或放散煤气。

如图2所示，流通管道21可以设置在无焰催化燃烧装置1的壳体11侧壁上，即壳体11采用双层结构，内部形成冷却介质流动的空间，管壁厚度可以选择14～44mm，如图2a所示；还可以将壳体11内部设置成相应的管道，以作为冷却介质流动的通道，管道即可以采用螺旋形缠绕结构，也可以采用并排设置的首尾相连通的结构，管道与管道之间既可以贴合排列，如图2b所示，也可以间隔排列，如图2c所示。在其它的实施例中，流通管道21也可以仅设置在壳体11的一侧，形成局部换热结构。

该旁流管3用于连通放散煤气入口14和冷却介质入口22，在旁流管3上设置有控制阀；旁流管3用于放散煤气同时作为反应产物和待加热产物时使用，可以使催化维持在自持温度，反应稳定高效。旁流管3可以根据需要打开和关闭。如图3所示，当关闭旁流管3时，经过加温后的冷却介质在流过流通管道21后，可直接由冷却介质出口23排出，以直接进入再利用装置。

本实施方式中，在满足流速的基础上需要尽可能减少管道尺寸，缩短流动距离，以减少管道散热损失。各部件之间采用法兰连接，以便于拆卸、更换、测试和检修。冷却介质入口22处可设计三通或多通阀门连接，方便连接并联多条放散煤气管道，另外，增加设置辅助流道的旁通管路，通过调节旁通管路阀门的开度对冷却介质流量进行从0～100％风量的连续调节。该蓄热体4安装在壳体11和热交换装置2之间，包括由电机驱动的旋转轴41，和安装在旋转轴41上且同时与壳体11内部和流通管道21内部接触的换热辊42；换热辊42可以通过旋转将在壳体11内受热的一面转动至冷却介质的流动通道21一侧，从而使流经流通管道21内的冷却介质得到加温；在采用蓄热体4后，既可以取消在壳体11上设置流动通道21的方式，也可以两者并存。蓄热体4在旋转轴41的带动下，既可以间隔转动，也可以持续转动。

间歇性转动的控制方式可以是控制受热面在每隔固定时间(如1～10s)，或者达到某一个设定温度(如250～500℃)时进行转动。连续旋转是控制受热面持续按照设定的角速度转动，该角速度可调可控；蓄热体受热面的形状可为方形、波浪形或半圆形等，等效直径可为1～1000mm，长度可为1～1000mm，材质可选用固体、液体、是否存在相变等材料，内部结构可设置成蜂窝陶瓷或多孔结构等；与接触件之间的密封可采用旋转式动密封，如接触式动密封、非接触式动密封和半流体动密封等。

此外，可在相应的入口和/或出口处安装水泵和风机，以为冷却介质或烟气提供流动动力。其中，水泵可采用变频水泵，通常将其设置在装置入口之前。而风机可采用变频风机，通常将其设置在装置出口之后。

该控制装置用于监控反应过程并采集数据。主要工作内容包括测量、监视、控制并记录重要装置的运行参数数据，保障整个反应过程的安全高效进行。如：对无焰催化燃烧装置1的过程进行测量、监视、控制并记录进入无焰催化燃烧装置的放散煤气组分、浓度、温度、压力、流量等信息，以保障催化燃烧反应过程的安全高效进行。对热交换装置2实现测量、监视、控制并记录进入热交换装置2的放散煤气和冷却介质组分、浓度、温度、压力、流量等信息。一方面，基于放散煤气流道信息，通过系统控制软件计算分析，获得相应的冷却介质理论流量数据，形成对冷却介质动力装置(如水泵、风机等)功率的调控，与热交换装置2的各个环节形成反馈，保障热交换过程的安全高效进行；一方面，关于炉气中一氧化碳、碳氢化合物，以及污染物(特别是氮和硫等)成分、浓度数据的监测，可以对无焰催化燃烧装置1的处理能力形成反馈。同时，通过对烟道压力的信息反馈，调节烟道动力装置(如风机等)功率的调控，使烟道在放散煤气不同组分、浓度、温度、压力、流量下可以稳定维持在微负压压力条件下。

还可以对冷却介质实现流通管道21的温度、流量数据监控，当发现温度问题，立即发出警报信号，并通过控制阀门或者电机功率进行调节。

本实施方式在工作时，由转炉排出的温度在20～150℃的放散煤气，经过放散煤气入口14进入无焰催化燃烧装置1，经过内部的载体12和涂层13时，进行一氧化碳自持催化燃烧化学反应，吸收反应释放的化学热，温度达到300～500℃左右，然后由放散煤气出口15排出到再利用装置中或直接排放大气；而在无焰催化燃烧装置1反应的过程中，由冷却介质入口22流入热交换装置2中的冷却介质在经过壳体11或蓄热体4时，进行热交换，可将环境温度下0～40℃的冷却介质加热至60～150℃，进而由冷却介质出口23排出至再利用装置，如冷却介质是水时，此时则可产生相应的热水，以用于供暖。而如是空气时，则可作为暖风使用；而采用放散煤气时，则可将加热后的放散煤气利用旁流管3由放散煤气入口14输入无焰催化燃烧装置1内，此时放散煤气的温度较高，从而可在自持反应中产生更高的温度，如达到500℃，从而在排出后可作为转炉送风的预热风或是其它需要加热介质的预热风。

其中，冷却介质入口通常设置在放散煤气流向的下风向方向，转轴两侧，靠近端面，与放散煤气的进出口(接头)对称分布，也可以根据设备的连接方式设置在端面朝上或者朝下的位置。接头尺寸可根据管道尺寸进行合理设计，采用液态介质时，入口管径一般为14～150mm；采用气态介质时，入口管径一般为50～400mm；冷却介质出口(接头)一般设置在放散煤气流向的上风向方向，转轴两侧，靠近端面，与放散煤气入口对称分布，考虑到积液问题，当使用液态介质时该装置通常水平放置；管径与进口尺寸一一对应。

进一步地，放散煤气的进出口(接头)通常设置在端面不同端，转轴两侧，与冷却介质的进出口(接头)相对应，位置通常设计在侧面靠近端面处，也可以根据设备的连接方式设置在端面中心法线方向朝内或者朝外的位置。每处接头的数量可以设置为1个或者若干接口，可以通过三通或者四通等方式实现，方便连接并联多条放散煤气管道，可以根据实际使用情况及需求设计。接头尺寸可根据管道尺寸，合理设计为150～400mm。当烟道足够大，也可以选择性使用壳体端面本身作为接口，相应的接头尺寸可根据管道尺寸，合理设计为1～1000mm，需要充分考虑管道所占的空间和散热损失进行设计。

这里关于输入和输出接头的设置位置限定同样适用于下述各实施例的结构中，因此，在后续实施例中，不再就各接头的位置进行说明。

本实施方式能够通过人员操控或自主工作实现不同工况放散煤气的处理，提高了设备的适用性范围和工作效率，可以实现放散煤气余热利用效率和无害化处理的生产需求，并降低可燃物和污染物的排放。

本实施方式的连接结构可根据不同需要进行组合，并能够直接在工厂完成制造、组装、调试，运输至现场完成定位，不需要停产施工和改造已有设备，现场安装调试时间、工程工期短，投资成本相对较低，有利于促进中小企业使用放散煤气催化燃烧显热回收设施，有望产生较大的社会和环境效益。

如图4所示，在本发明的一个实施方式中，该无焰催化燃烧装置1可以设置有2～4个，两者的放散煤气出口15和冷却介质出口23通过四通阀17连通，两者的放菜煤气进口14和冷却介质入口22通过四通阀17连通。

在该结构下可并联设置多个无焰催化燃烧装置1，以并联两个无焰催化燃烧装置1为例，通过一个四通阀17连接两个无焰催化燃烧装置1的放散煤气入口14和冷却介质入口22，该四通阀17通过一个阀门控制4个通道的连接状态，有且仅有“AC”和“BD”两种状态；类似的，通过一个四通阀17连接两个无焰催化燃烧装置的放散煤气出口15和冷却介质出口23，该四通阀17通过一个阀门控制4个通道的连接状态，有且仅有“EG”和“FH”两种状态；通常情况下，“AC”和“EG”状态同时存在，“BD”和“FH”状态同时存在。

如5图所示，在本发明的一个实施方式中，热交换装置1还包括外置式独立换热器，该换热器包括空心的换热箱24，和安装在换热箱24内盘旋的换热流道25，换热箱24上设置有煤气进口241和煤气出口242，放散煤气出口15与换热流道25的一端251连接，换热流道25的另一端252穿出换热箱24以排出冷却后的气体，煤气出口242与放散煤气入口14连通。

在该方案中，由无焰催化燃烧装置1内排出的高温气体经放散煤气出口15直接进入换热流道25内，然后由换热流道25的另一端252排出，而经换热箱24的煤气进口241输入的放散煤气则在换热箱24中与换热流道25进行热交换，使放散煤气温度升高后再由放散煤气入口14输入无焰催化燃烧装置1中去进行自持反应。该结构能够提高放散煤气的起始温度，从而在自持反应后达到更高的温度。

如需要加热冷却介质，则换热箱24的煤气出口242不与放散煤气入口14连通，使冷却介质在换热箱24内流动后，由煤气出口242直接排出至再利用装置，而无焰催化燃烧装置1排出的高温气体则经换热流道25后由端口252直接排出至大气中，此时，放散煤气直接采用单独的管路由放散煤气入口14进入无焰催化燃烧装置1进行自持反应。

如图6所示，在本发明的一个实施方式中，热交换装置还包括外置式独立换热器，换热器包括换热箱24，和安装在换热箱24内的换热流道25，换热箱24上设置有煤气进口241和煤气出口242，放散煤气出口15与换热箱24的煤气进口241连接，煤气出口242设置在换热箱24的另一端；换热流道25的一端251与冷却介质入口22连接，另一端252穿出换热箱24以排出加热后的冷却介质。

在该结构下，冷却介质可以仅通过换热流道25在换热箱24与进入的高温气体进行热交换，即放散煤气直接通过放散煤气入口14进入无焰催化燃烧装置1内，经过自持反应后升温的高温空气由放散煤气出口15进入换热箱24内，再由换热箱24的煤气出口242排出，而冷却介质在换热流道25内流动，然后与换热箱24内的高温空气进行热交换，在升温后由换热流道25的另一端252排出，进入再利用装置。

在本实施方式中，热交换装置2既可以采用独立的外部交换结构，不在壳体11上再设置流通管道21；也可以与壳体11上设置流通管道21的结构相配合，即位于壳体11上的流通管道21的冷却介质出口23与换热流道25的入口251连接，即可实现两种热交换结构的配合使用。

如图7所示，在本发明的一个实施方式中，热交换装置2还包括外置式独立换热器，换热器包括内部通过隔板分成两个独立腔室的换热箱24，其中一个腔室为热侧室244，另一个腔室为冷侧室243，热侧室244的一端与放散煤气出口15连通，另一端设置有煤气出口242；冷侧室243的一端与放散煤气入口14连通，另一端设置有煤气进口241；在换热箱24的隔板上设置有蓄热体4。

在本实施方式中，放散煤气首先由煤气进口241进入冷侧室243，然后被转动的蓄热体4加热，再由放散煤气入口14进入无焰催化燃烧装置1内，经过自持反应后由放散煤气出口15进入热侧室244，然后对旋转的蓄热体4进行加热，再由煤气出口242排出。

本结构可以利用蓄热体4提前加热放散煤气，进而使进入无焰催化燃烧装置1的放散煤气温度升高，从而可提供自持反应后更高的气体温度，如达到500℃，从而起到更大的利用作用。

如图8所示，在本发明的一个实施方式中，热交换装置2还包括外置式独立换热器，该换热器包括内部通过隔板分成两个独立腔室的换热箱24，其中一个腔室为热侧室244，另一个腔室为冷侧室243，热侧室244的一端与放散煤气出口15连通，另一端设置有煤气出口242；冷侧室243的一端与冷却介质入口22连通，另一端设置有排出加热后介质的介质出口241；在换热箱24的隔板上设置有蓄热体4。

本实施方式与前述采用换热箱24的效果一致，只是这里取消了换热流道25，而直接利用蓄热体4进行换热，相对来说减少了固定结构部件，但增加了动力设备。

其工作方式如下：由无焰催化燃烧装置1排出的高温气体直接由放散煤气出口15排入热侧室244，然后由煤气出口242排出，在热侧室243内，高温气体对旋转的蓄热体4进行加热。冷却介质直接在冷侧室243内流过，在流过的同时被旋转的蓄热体4加热，然后再通过介质出口241排出至再利用装置。本装置下，加热的冷却介质温度在60-150℃左右。

在本发明的一个实施方式中，还包括防爆控制装置，该防爆控制装置包括防爆装置、泄漏检测装置和相关软件；其能有效防止管道二次回火爆炸，避免系统泄漏导致环境中可燃气体和污染物浓度过高对现场工作人员的影响。

以下通过实施例对前述各结构的工作过程进行说明。

实施例一：如图1所示，放散煤气侧，放散煤气通过烟气管道进入系统；热交换装置2的冷却介质入口22与烟气管道出口相连，20-150℃的放散煤气进入热交换装置2流通管道，作为冷源与无焰催化燃烧装置1进行换热，换热后的温度可达到150-200℃的催化自持温度；放散煤气入口14与热交换装置2的冷却介质出口23相连，150℃以上的放散煤气进入无焰催化燃烧装置1，进行一氧化碳自持催化燃烧化学反应，吸收反应释放的化学热，温度达到300℃以上，同时，作为热源为进入无焰催化燃烧装置1前的放散煤气进行预热；放散煤气通过放散煤气出口15流出系统，结束。

实施例二：如图3所示，排放放散煤气的烟气管道出口与无焰催化燃烧装置1的放散煤气入口14相连，20-150℃的放散煤气进入无焰催化燃烧装置1，首先在无焰催化燃烧装置1内部进行一氧化碳自持催化燃烧化学反应，吸收反应释放的化学热，温度达到300℃以上；然后作为热源与热交换装置2中的冷却介质(冷却水、空气等)进行换热，完成显热回收利用；然后高温气体通过放散煤气出口15流出系统，结束。

而在冷却介质侧，环境温度0-40℃的冷却介质(冷却水、空气等)通过冷却介质管道进入系统；热交换装置2的冷却介质入口22与冷却介质管道出口相连，冷却介质进入流通管道21，与热介质(无焰催化燃烧装置内的放散煤气)进行换热，换热后的温度可达到60-150℃；冷却介质通过冷却介质出口23流出系统，结束。

实施例三：如图5所示，放散煤气侧，放散煤气通过烟气管道进入系统；热交换装置2的煤气进口241与烟气管道出口相连，20-150℃的放散煤气进入热交换装置的换热箱24内，与热介质(放散煤气出口15的放散煤气)进行换热，完成放散煤气的预热升温，换热温度可达到150-200℃的催化自持温度；放散煤气入口14与热交换装置2的煤气出口242相连，150℃以上的放散煤气进入无焰催化燃烧装置1，进行一氧化碳自持催化燃烧化学反应，吸收反应释放的化学热，温度达到300℃以上；热交换装置2的换热流道的一端251与放散煤气出口15相连，300-500℃的放散煤气进入换热流道25，与冷却介质(刚进入系统的放散煤气)进行换热，为进入无焰催化燃烧装置1前的放散煤气进行预热，完成显热回收利用，温度可降至100℃以内；放散煤气通过换热流道的另一端252流出系统，结束。

实施四：如图8扭洋，放散煤气侧，放散煤气通过烟气管道进入系统；无焰催化燃烧装置1的放散煤气入口14与烟气管道出口相连，20-150℃的放散煤气进入无焰催化燃烧装置1，进行一氧化碳自持催化燃烧化学反应，吸收反应释放的化学热，温度达到300℃以上；热交换装置2热侧室244的煤气入口与无焰催化燃烧装置2的放散煤气出口15相连，300-500℃的放散煤气进入热交换装置2的热侧室244，与冷侧室243内的冷却介质(冷却水、空气等)进行换热，完成显热回收利用，温度可降至100℃以内；换热后的高温气体通过热侧室的煤气出口242管道流出系统，结束。在冷却介质侧，环境温度5-40℃的冷却介质(冷却水、空气等)通过冷却介质管道进入系统；热交换装置2冷侧室243入口与冷却介质管道出口相连，冷却介质进入冷侧室243，与蓄热体4进行换热，换热温度可达到60-150℃；然后由冷侧室的介质出口241流出系统，结束。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (11)

1.一种放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，其特征在于，包括：

无焰催化燃烧装置，通过一氧化碳自持催化无焰燃烧释放化学热，包括内部设置有燃烧空间的壳体，和安装在壳体内提高燃烧效果的自催化剂载体和涂层，壳体上设置有放散煤气入口和放散煤气出口；

热交换装置，与壳体接触，包括流通管道，和设置在流通管道两端的冷却介质出口和冷却介质进口；

旁流管，用于连通放散煤气入口和冷却介质进口，在管道上设置有控制阀；

蓄热体，安装在壳体和旁流管之间，包括由电机驱动的旋转轴，和安装在旋转轴上且同时与壳体内部和流通管道内部接触的换热辊；

控制装置，用于监控反应过程并采集数据。

2.根据权利要求1所述的放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，其特征在于，

所述无焰催化燃烧装置设置有2～4个，各所述无焰催化燃烧装置的所述放散煤气出口和所述冷却介质出口通过四通阀连通，各所述无焰催化燃烧装置的所述放散煤气入口和所述冷却介质进口通过四通阀连通。

3.根据权利要求1所述的放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，其特征在于，

在壳体的外部包覆有保温层，保温层由内至外依次分为恒温层、保护层和防水层。

4.根据权利要求1所述的放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，其特征在于，

所述热交换装置还包括外置式独立换热器，换热器包括换热箱，和安装在换热箱内的换热流道，换热箱上设置有煤气进口和煤气出口，所述放散煤气出口与换热流道的一端连接，换热流道的另一端穿出换热箱以排出冷却后的放散煤气，煤气出口与所述放散煤气入口连通。

5.根据权利要求1所述的放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，其特征在于，

所述热交换装置还包括外置式独立换热器，换热器包括换热箱，和安装在换热箱内的换热流道，换热箱上设置有煤气进口和煤气出口，所述放散煤气出口与换热箱的一端连接，换热箱的另一端设置有煤气出口；换热流道的一端与所述冷却介质入口连接，另一端穿出换热箱以排出加热后的冷却介质。

6.根据权利要求1所述的放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，其特征在于，

所述热交换装置还包括外置式独立换热器，换热器包括内部通过隔板分成两个独立腔室的换热箱，其中一个腔室为热侧室，另一个腔室为冷侧室，热侧室的一端与所述放散煤气出口连通，另一端设置有煤气出口；冷侧室的一端与所述放散煤气入口连通，另一端设置有煤气进口；在换热箱的隔板上设置有所述蓄热体。

7.根据权利要求1所述的放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，其特征在于，

所述热交换装置还包括外置式独立换热器，换热器包括内部通过隔板分成两个独立腔室的换热箱，其中一个腔室为热侧室，另一个腔室为冷侧室，热侧室的一端与所述放散煤气出口连通，另一端设置有煤气出口；冷侧室的一端与所述冷却介质入口连通，另一端设置有排出加热后介质的介质出口；在换热箱的隔板上设置有所述蓄热体。

8.根据权利要求1所述的放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，其特征在于，

所述涂层为助燃催化剂涂层，其厚度为0.1～1mm，所述涂层由Pt、Pd、Rh金属或Cu-Ce-Zr基催化剂形成，且所述涂层至少需要将150～200℃的放散煤气升温至300～500℃。

9.根据权利要求8所述的放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，其特征在于，

所述载体和所述涂层既可混合制作，也可分别将所述载体和所述涂层通过催化剂添加配合料制作成一体化物体，作为独立催化单元使用。

10.根据权利要求9所述的放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，其特征在于，

所述Cu-Ce-Zr催化剂形成的涂层，实现CO在催化剂相界面上自我维持的燃烧无焰状态，需要满足将火焰尺度维持在2～4mm，放散煤气CO转化率达到99％～100％，NO_x生成体积分数为0～24×10^-6。

11.根据权利要求1所述的放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，其特征在于，

所述燃烧空间内的气体流速控制在3～15m/s，所述旁流管内的气体流速控制在3～30m/s；所述热交换装置内的液体流速控制在0.6～2.4m/s，所述冷却介质出口和入口处管道内液体流速控制在0.6～3.7m/s。

Images