CN1293590A - 催化转换器 - Google Patents

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Abstract

在含尘的废气中工作的催化转换器存在着被流入的气体中所含的单个颗粒堵塞的问题。为此,本发明的催化转换器(1)除具有许多第一纵向通道(2)之外,还包含一些第二纵向通道(3),其中,第二纵向通道(3)有比第一纵向通道(2)更大的通道截面。因此,本发明可以在允许单个颗粒(4、5)流过的同时保持催化转换器高的单位面积/体积比的优点。

Description

催化转换器
本发明涉及一种催化转换器，它包括流入侧和流出侧以及包括许多可从流入侧流到流出侧的纵向通道。
催化转换器用于净化燃烧装置的废气，例如用于从废气中按选择的催化反应(SCR)方法消除氮氧化物、碳氢化合物、一氧化碳和／或二烷。这种燃烧装置例如有锅炉组、燃煤、燃油或燃气的矿物燃料发电站、燃气涡轮、或内燃机尤其是柴油机。垃圾焚化炉也排放上述有害物质。互相反应的成分通过从催化转换器的流入侧到流出侧的纵向通道流过催化转换器。在这种情况下当反应成分与壁面接触时进行催化反应。在这里，催化转换器指的是一种结构紧凑的催化转换器元件或是由多个催化转换器元件组成的模块。
催化转换器催化活性的度量是所谓的AP值。它被定义为催化转换器几何表面积与其空间体积之比(m2／m3)。为获得尽可能大的催化转换器AP值，并因而有尽可能小的催化转换器体积，人们试图将催化转换器成形为使它有尽可能大的表面。达到这一目的的一种可能性是，在纵向通道之间的壁设计得尽可能薄的同时，将各纵向通道的横截面制造得小。
然而，纵向通道的通道截面尺寸必须针对催化转换器的使用场合。当燃烧装置的废气含有大量烟尘时，将具有小横截面纵向通道的催化转换器应用于减少此燃烧装置废气内的氮氧化物或二烷会成问题。在这样一种所谓高含尘量的装置中，最好使用具有大截面纵向通道的催化转换器，因为它们不容易被堵塞。但是在整个催化转换器催化活性相同时，具有大截面纵向通道的催化转换器的体积却比具有小截面纵向通道的催化转换器的体积大。若在高含尘量装置中使用具有小截面纵向通道的催化转换器，比如由于在装置的排气通道内没有足够的空间可供大的催化转换器使用，则意味着存在相当高的运行风险：在这种装置中催化转换器将出现局部堵塞。
因此本发明的目的是提供一种催化转换器，它将具有小截面纵向通道AP值高的优点与即使在含尘的废气中堵塞的危险性仍然很小的特点结合在一起。
此目的通过一种催化转换器达到，它含有许多第一纵向通道并按本发明附加地含有数量较少的第二纵向通道，其中，第二纵向通道的通道截面大于第一纵向通道的通道截面。
本发明考虑问题的出发点是，尤其当出现大的单个颗粒，如所谓的“爆玉米花粒渣”，它例如由于燃煤的发电站煤燃烧器的工作缺陷造成，或由于废气夹带有在所谓熔炼室燃烧时产生的熔珠，而这种颗粒不能通过第一纵向通道时，会导致闭塞纵向通道。之后，从这些已闭塞的纵向通道出发，由于灰渣沉积得越来越多，很容易造成相邻区也被堵塞。因此，相对而言不那么大的单个颗粒导致堵塞大部分催化转换器。通过设计仅仅少量的有大截面的第二纵向通道，一方面几乎不影响高AP值的优点，另一方面甚至为有超大尺寸的单个颗粒提供了自由的通道并因而可靠避免了堵塞。第二纵向通道的数量及其大小和在蜂窝结构中的布局可与具体使用情况的工作条件相适应。
按本发明的一项有利的设计，第二纵向通道的口沿催化转换器的流入侧分布并分别通过带有按规则排列的第一纵向通道的区域隔开距离。废气中没有通过第一纵向通道的大的单个颗粒，被气流吹得在按规则排列在催化转换器流入侧的第一纵向通道的口上来回运动，并在本发明的上述设计中找到就近的第二纵向通道的口，它可以通过此口并以此方式离开流入侧。
在常用的结构形式的催化转换器中，第一纵向通道的通道截面在4mm2与70mm2之间。采用这些值可获得有利的AP值超过900m2／m3。第二纵向通道的通道截面被相宜地选择为，使得在气流中夹带的一般尺寸的单个颗粒能通过第二纵向通道。在明确规定横截面之前可以(但不是必须)进行废气的粉尘分析。粉尘分析提供废气内粒度分布的数据以及有关超大尺寸的单个颗粒(爆玉米粒渣、熔炼室熔珠)的存在状况。第二纵向通道的通道截面相宜地在9mm2与200mm2之间。当所选择的横截面不比第一纵向通道的截面大许多倍时，催化转换器的AP值只有微量的减少。
同样，为了使催化转换器的AP值只是微量地下降，第二纵向通道的数量选得尽可能少。取决于废气中的含尘和含颗粒量，第二纵向通道的数量相宜地是每平方米入流面积在10与500个之间。入流面积是与废气流入方向垂直的催化转换器流入侧的面积。
按本发明另一项有利的设计，催化转换器的流入侧具有至少一个凹穴，以及第二纵向通道总是基本上布置在凹穴的区域内。在本发明的这种设计中，大的单个颗粒被流入的气体吹入流入侧的凹穴内，在那里它们可被通道截面较大的第二纵向通道吸纳并找到一个通过催化转换器的自由通道。凹穴可例如设计为局部洼地或在流入侧内部的沟槽或在流入侧上平的面段朝一侧方向的下沉。
催化转换器流入侧的一种从加工技术的观点看为有利的设计在于，将流入侧设计为一个或多个基本上平的面。在这种催化转换器中，通过使这些平面不是垂直于气本流入方向而是相对于此方向倾斜布置，构成在催化转换器流入侧的凹穴。因此，个别颗粒在气流的影响下总是沿此倾斜面被导向较大的(第二)纵向通道。
由于加工技术方面的原因，大型催化转换器有利的是由一定数量的催化转换器元件组成。若催化转换器所有的或许多催化转换器元件的流入侧是相对于流入方向倾斜的平面，则合理的是将这些催化转换器元件按这样的方式组合成催化转换器，即，使催化转换器元件流入侧的凹穴互相面对。催化转换器流入侧的一种特别高效的结构是，将基本上矩形的催化转换器元件的流入侧设计为使它们的最低点布置在流入侧的一个角上。若相邻催化转换器四个这样的角互相面对，则它们构成了一个漏斗状的凹穴，入流气体内所含的大的单个颗粒被气流吹入其中。当催化转换器流入侧按这种方式设计时，每个催化转换器元件有唯一的一个第二纵向通道，便足以防止流入侧被大的颗粒堵塞。
在本发明另一种有利的实施形式中，当催化转换器具有一定数量的催化转换器元件时，第二纵向通道位于催化转换器元件外面。它们由在催化转换器外壁处沿流动方向延伸的纵向沟槽构成，或由在催化转换器内通过各催化转换器元件斜的纵向边形成的自由空间构成。或将它们例如加工在一种连接催化转换器元件的密封材料内，或加工在通常位于催化转换器元件之间的材料，例如金属框架内。采用这种设计取消了在各个催化转换器元件内加工第二纵向通道。
催化转换器可按有利的方式设计为催化剂载体，其中，载体涂覆一层催化活性涂层。作为替代形式，比较有利的是也可以将催化转换器设计为全挤压型材。在这种情况下，此催化转换器仅仅由催化材料组成。全挤压型材的制造可借助于挤压机完成，模制体由一种软的塑性物质制造，接着再使之固化(例如通过煅烧)。
为了减少氮氧化物，每个通道供气体自由接触的表面有利地具有这些材料：重量百分比为70％-95％的二氧化钛(TiO2)，重量百分比为5％-20％的三氧化钨(WO3)和／或三氧化钼(MoO3)以及重量百分比少于5％的五氧化二钒(V2O5)。这种催化转换器也称为DeNOx催化转换器。
特别有利的是，具有第一和第二纵向通道的催化转换器与吹烟灰器结合使用，吹烟灰器装在燃烧装置的废气通道内沿废气流动方向看位于催化转换器的上游。吹烟灰器按一定的时间间隔从许多喷嘴或沿催化转换器整个流入侧吹出压缩空气、热蒸汽或具有高压的类似介质。因此，由废气夹带的粉尘在流入侧形成的粉尘沉积通过纵向通道被吹除。没能通过第一纵向通道的被废气流夹带的个别大颗粒，被来自吹烟灰器的紊乱的压缩空气或蒸汽流(它们比废气流本身更强)吹得在催化转换器流入侧上来回运动，它们找到第二纵向通道，并可通过第二纵向通道穿过催化转换器并因而离开其流入侧。
下面借助9个附图详细说明本发明的实施例，附图中：
图1为具有两个第二纵向通道的催化转换器的流入侧视图，大的单个颗粒可通过这些第二纵向通道；
图2为传统的催化转换器的流入侧视图，在流入侧上留有大的单个颗粒；
图3为具有一个凹穴的催化转换器的流入侧透视图。在流入侧的最低位置有一个第二纵向通道；
图4为由催化转换器元件组成的催化转换器的流入侧俯视图，其中设置配备有第二纵向通道的纵向沟谷形状的凹穴；
图5为沿图4中切割线V-V剖切催化转换器的剖面图；
图6为由四个催化转换器元件组成的催化转换器的流入侧透视图；
图7为由四个催化转换器元件组成的催化转换器的流入侧透视图，催化转换器元件通过密封材料彼此隔开间距；
图8为由12个催化转换器元件组成的催化转换器的流入侧俯视图，其中，第二纵向通道位于各催化转换器元件的外面；以及
图9为在燃烧装置排气通道内的催化转换器及设在其上游的吹烟灰器的透视图。
在按图1的催化转换器1中，除小截面的第一纵向通道2外还包括大截面的第二纵向通道3，大的单个颗粒4、5可经由第二纵向通道通过催化转化器1，在图1中它们是在燃烧装置熔炼室高温燃烧时产生的熔炼室熔珠5和在烧煤的燃烧器发生工作缺陷时出现的所谓爆玉米花粒渣4。第二纵向通道的数量为每平方米入流面积有88个。个别颗粒被入流的气体带动在流入侧上运动，直至找到一个第二纵向通道的入口。
图2示出传统的仅具有第一纵向通道2的催化转换器，当在流入催化转换器1流入侧的气体中出现大的单个颗粒4、5时，该催化转换器会被堵塞。这些单个颗粒停留在流入侧上不能通过催化转换器1。
图3表示催化转换器10的透视图，它的流入侧有一凹穴16。由沿流入方向17流到催化转换器10流入侧的气体所夹带的但不能通过催化转换器10第一纵向通道12的大的颗粒，被入流的气体吹入凹穴16中，在那里它们找到了可借助于第二纵向通道13通过催化转换器10的通道。第一纵向通道12的通道截面为36mm2，而第二纵向通道13的通道截面有144mm2。
在按图4和5的实施例中，催化转换器20由一些结构相同的催化转换器元件28组成。在沿图4中切割线V-V剖切催化转换器20的剖面图5中，催化转换器元件28的流入侧是平面29，它们相对于入流气体的流入方向27倾斜。通过各催化转换器元件27流入侧的这种倾斜，在催化转换器20流入侧形成一些线性沟谷状凹穴26，在它们的最深处设有第二纵向通道23。
在图6所示实施例中，四个催化转换器元件38组成一个催化转换器30。催化转换器元件38的流入侧设计为平面，它们相对于入流气体的流入方向37倾斜。四个催化转换器元件38的流入侧倾斜形成一就象群山围绕的盆地一样的凹穴36，在凹穴的最深处形成一些第二纵向通道33。此催化转换器30设计为催化剂载体，它涂覆有一层催化活性物质。
在图7所示的实施例中，催化转换器40由四个催化转换器元件48组成，它们通过密封材料410彼此隔开距离。这些催化转换器元件设计为用一种催化活性材料制的全挤压型材。第二纵向通道43设计在催化转换器40流入侧最低点46处的材料410中。在催化转换器48内只加工第一纵向通道42。
图8在流入侧俯视图中表示由催化转换器元件58组成催化转换器50的另一种实施例，其中第二纵向通道53在催化转换器58外面通过催化转换器元件的形状构成。这些催化转换器元件58由催化活性物质构成，它包括有这些材料：重量百分比在70％～95％之间的二氧化钛(TiO2)，重量百分比在5％～20％之间的三氧化钨(WO3)和／或三氧化钼(MoO3)以及重量百分比小于5％的五氧化二钒(V2O5)。
图9用透视图示出在矿物燃料发电站的燃烧装置的排气通道61内的催化转换器60，它含有第一纵向通道62和第二纵向通道63。在催化转换器60的上面，亦即沿废气的流动方向67看在催化转换器60的上游，设有一吹灰器69，它按一定的时间间隔在催化转换器60的整个流入侧上吹压缩空气或热蒸汽。在通过压缩空气或蒸汽在流入侧形成的紊流中，被废气流夹带的停留在流入侧的大的单个颗粒被吹得来回运动。以此方式它们找到第二纵向通道63，并可通过第二纵向通道63离开流入侧。

Claims (12)

1．一种催化转换器(1、10、20、30、40、50、60)，其具有一流入侧和一流出侧以及有许多可从流入侧朝流出侧方向流通的第一纵向通道(2、12、32、42、62)，它们的通道截面固定，其特征在于，还有数量较少的第二纵向通道(3、13、23、33、43、53、63)，第二纵向通道(3、13、23、33、43、53、63)的通道截面大于第一纵向通道(2、12、32、42、62)的通道截面。
2．按照权利要求1所述的催化转换器(1、10、20、30、40、50、60)，其特征在于：第二纵向通道(3、13、43、53、63)分别通过具有按规律排列的第一纵向通道(2、12、42、62)的区域隔开距离。
3．按照权利要求1或2所述的催化转换器(10)，其特征在于：第一纵向通道(12)的通道截面在4mm2与70mm2之间，第二纵向通道(13)的通道截面在9mm2与200mm2之间。
4．按照权利要求1至3之一所述的催化转换器(1)，其特征在于：第二纵向通道(3)的数量在每平方米入流面积内在10至500个之间。
5．按照权利要求1至4之一所述的催化转换器(10、20、30、40)，其特征在于：流入侧具有至少一个凹穴(16、26、36、46)，所述第二纵向通道(13、23、33、43)基本上分别设置在凹穴(16、26、36、46)的区域内。
6．按照权利要求5所述的催化转换器(10、20、30、40)，其特征在于：所述流入侧被设计为至少一个基本上平的面，它相对于凹穴(16、26、36、46)倾斜。
7．按照权利要求1至6之一所述的催化转换器(20、30、40、50、60)，其特征在于：它由一定数量的催化转换器元件(28、38、48、58、68)组成。
8．按照权利要求7所述的催化转换器(40、50)，其特征在于：第二纵向通道(43、53)基本上设置在催化转换器元件(48、58)外面。
9．按照权利要求1至8之一所述的催化转换器(30)，其特征在于：它设计为一催化剂载体，此载体涂覆有一层催化活性物质。
10．按照权利要求1至8之一所述的催化转换器(40、50)，其特征在于：它设计为由一种催化活性物质构成的全挤压型材。
11．按照权利要求9或10所述的催化转换器(30、40、50)，其特征在于：催化活性物质包括这些材料，即，重量百分比在70％-95％之间的二氧化钛(TiO2)，重量百分比在5％-20％之间的三氧化钨(WO3)和／或三氧化钼(MoO3)以及重量百分比小于5％的五氧化二钒(V2O5)。
12．将权利要求1至11之一所述的催化转换器(60)用在一燃烧装置的废气通道(61)内，尤其是一矿物燃料发电站的废气通道(61)内，其中，在废气通道(61)内，沿废气流动方向在催化转换器(60)的上游设有一吹烟灰器(69)。
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