CN202868649U - 一种蓄热式催化氧化装置 - Google Patents

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廖昌建
刘忠生
王海波
王新
李经伟
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Abstract

本实用新型公开了一种蓄热式催化氧化装置，所述催化氧化装置包括燃烧喷嘴、燃烧室和三条以上废气通道，燃烧喷嘴设置在燃烧室内，所有废气通道的上端交汇处汇集于燃烧室内，与燃烧室构成密闭结构，每条废气通道的下端均设置了进气口、出气口和清洗口，所有废气通道的结构一致，所述装置还包括蒸汽发生器和净化气引风机，每条废气通道内由下端至上端依次设置低温蓄热段、催化氧化段和高温蓄热段，所述的高温蓄热段内设置换热管。本实用新型通过在高温蓄热段设置换热管，延长了蓄热体和催化氧化剂的使用寿命，通过增设催化氧化段，提高了废气的净化效果，可使净化气中非甲烷总烃的排放浓度小于15mg/m3，废气净化率大于99%，且其热效率大于95%。

Description

一种蓄热式催化氧化装置
技术领域
本实用新型涉及环境保护及节能技术领域的一种废气处理装置，具体地说是一种蓄热式催化氧化装置。
背景技术
目前，我国资源和环境问题日益突出，迫切要求高能耗行业全面推行高效、清洁的燃烧技术。蓄热式燃烧技术，又称高温空气燃烧技术，是20世纪90年代在发达国家开始推广的一项新型的燃烧技术，它具有高效烟气余热回收、空气和煤气预热温度高以及低氮氧化物排放的优越性，主要用于钢铁、冶金、机械、建材等工业部门中，并已出现迅猛发展的势头。
随着目前环保要求的日趋严格，对于一些低浓度有机废气排放控制技术的要求也不断提高，要求排放气中的污染物排放浓度越来越低。传统的废气排放控制技术无法满足排放要求，而且目前对装置系统能耗的要求也严格化。蓄热式燃烧技术是一种新型的有机废气净化方法，其净化排放气的排放浓度一般小于100mg/m3，且整个废气净化过程中，能量的回收利用率均在90%以上。
目前国内蓄热式燃烧技术的主要问题之一是蓄热体的使用寿命均不是很长。蓄热体长期工作在急冷急热，长时间承受高温作用和因内外温差变化而引起的应力作用。加热炉上的蓄热体使用寿命一般为3～6个月，甚至出现过使用一个星期就大量碎裂的情况。用于钢包烘烤器上的蓄热体因烟气温度低使用寿命有所增加。蓄热体在使用过程中经常出现的问题主要有熔化、软化、破裂、堵塞和腐蚀等，其中蓄热体材料的抗热震稳定性差是工程设计中最常出现的问题。
实用新型CN201020569756.5公开了一种蓄热燃烧反应器，该反应器采用了三床式蓄热燃烧，其中一床用于加热进入反应器中的废气，另一床用于蓄热净化气中的热量，第三床用于吹扫，该实用新型在不影响原有稳定工作阶段蓄热燃烧效果的同时，可以对废气通道进行吹扫，换向时不存在未处理的废气直接通过排气通道排入大气的情况，保证了有机废气的达标排放。但该实用新型仅适用于废气中有机物含量较低、且有机物浓度较稳定的情况。当废气中有机物浓度含量较高时，废气经过蓄热燃烧后，放出大量热量，从而引起蓄热床层的温升大大提高，降低蓄热体的使用寿命。经过该装置处理的净化气中非甲烷总烃的排放浓度大于50mg/m3，还不能满足部分标准要求的排放值（20 mg/m3）。
发明CN101430089A公开了一种催化燃烧装置低温起燃装置，该发明属于工业燃烧炉领域，采用蓄热燃烧和催化燃烧相结合的方式，蓄热体提高废气起燃的温度，但是催化燃烧催化剂直接处于高温环境，降低了催化剂的使用寿命。
    本领域技术人员熟知，采用现有的有机废气净化技术对有机废气净化处理后，排放气排放非甲烷总烃浓度主要是满足25g/m3排放标准，难以达到更严格的排放标准。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种蓄热式催化氧化装置，本装置具有安全可靠、设备简单、操作费用低、能耗低等优点。
本实用新型提供了一种蓄热式催化氧化装置，所述催化氧化装置包括燃烧喷嘴、燃烧室、三条以上废气通道和引风机，燃烧喷嘴设置在燃烧室内，所有废气通道的上端汇集于燃烧室内，与燃烧室构成密闭结构，每条废气通道的下端均设置进气口、出气口和清洗口，所有废气通道结构一致，所述引风机入口通过管线与废气通道出气口相连，引风机出口一路通过管线与废气通道清洗口相连，另一路通过管线排空；其中：所述催化氧化装置还包括蒸汽发生器，所述蒸汽发生器包括蒸汽发生汽包、蒸汽输送管、换热管和补充水管，每条废气通道内由下至上依次设置低温蓄热段、催化氧化段和高温蓄热段，所述换热管穿过高温蓄热段与蒸汽发生汽包相连。 
按照本实用新型提供的蓄热式催化氧化装置，所述引风机可以采用罗茨风机、涡旋风机或者离心鼓风机等形式。所述装置配置的引风机用于抽引净化气体出燃烧室，并将部分净化气增压后通过清洗管线进入待清洗蓄热床层。
按照本实用新型提供的蓄热式催化氧化装置，所述燃烧喷嘴有若干个，均匀分布在燃烧室顶部。
按照本实用新型提供的蓄热式催化氧化装置，所述换热管布置在每个高温蓄热段内温度分布一致的同一端面上，汽包内产生0.1MPa～0.4MPa的低压蒸汽。
按照本实用新型提供的蓄热式催化氧化装置，每条废气通道的进气口、出气口和清洗口均可以设置开关阀。
按照本实用新型提供的蓄热式催化氧化装置，所述装置的低温蓄热段和高温蓄热段内设置蓄热体，蓄热体可采用陶瓷类材料，其形式可用颗粒状或整体式蓄热体。低温蓄热段温度控制在200℃以下，高温蓄热段温度通过换热管控制在400℃～650℃之间，避免蓄热体在高温条件下缩短使用寿命的问题。
按照本实用新型提供的蓄热式催化氧化装置，所述装置的催化氧化段内设置催化氧化催化剂，催化剂可采用Pb/Pt等贵金属催化剂，催化剂的适宜反应温度为200℃～450℃。
本实用新型所述蓄热式催化氧化装置工作时，每条废气通道分别只打开进气口，或者出气口，或者清洗口中的一个。
本实用新型所述装置中，其它技术内容，如蓄热技术、催化氧化技术、蒸汽发射器等为本领域中技术人员所熟知的内容。
与现有技术相比，本实用新型所述的蓄热式催化氧化装置具有以下优点：
1、本实用新型所述蓄热式催化氧化装置增加了蒸汽发生器，通过在高温蓄热段设置换热管，与高温蓄热体换热，取走蓄热体中的过剩热量，保证蓄热体和催化氧化催化剂在适宜的温度条件下反应，避免了高温对蓄热体和催化剂的影响，进而延长了蓄热体和催化氧化剂的使用寿命，扩大了处理废气污染物浓度的适用范围。
2、本实用新型所述蓄热式催化氧化装置在低温蓄热段和高温蓄热段之间增设了催化氧化段，相对于单纯的蓄热燃烧来说，增加了废气污染物在装置内的反应时间，进而提高了废气的净化效果，进一步降低了净化气的排放浓度，采用本实用新型所述装置进行废气处理，可使净化气中非甲烷总烃的排放浓度小于15mg/m3，废气净化率大于99%，且其热效率大于95%。
3、本实用新型所述的蓄热式催化氧化装置利用本装置自身产生的净化气体作为清洗气，提高了能量利用率，且所述蓄热式催化氧化装置安全可靠、设备简单、操作费用低、能量回收率高。
附图说明
图1是本实用新型所述蓄热式催化氧化装置示意图。
图2是本实用新型所述蓄热式催化氧化装置使用过程之循环一。
图3是本实用新型所述蓄热式催化氧化装置使用过程之循环二。
图4是本实用新型所述蓄热式催化氧化装置使用过程之循环三。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型所述的蓄热式催化氧化装置作进一步说明。
本实用新型提供了一种蓄热式催化氧化装置，所述催化氧化装置包括燃烧喷嘴17、燃烧室9、引风机16三条废气通道1、2和3，燃烧喷嘴17均匀分布设置在燃烧室9内，所有废气通道的上端汇集于燃烧室9内，与燃烧室9构成密闭结构，每条废气通道的下端均设置进气口18a-c（18a-c中的下标a-c中的a、b、 c分别对应三条废气通道1、2、3，如  18a表示废气通道1的进气口，   18b表示废气通道2的进气口，18c表示废气通道3的进气口，以下同）、出气口19a-c和清洗口20a-c，所有废气通道的结构一致，所述引风机16入口通过管线与废气通道出气口19a-c相连，引风机16出口一路通过管线15与废气通道清洗口20a-c相连，另一路通过管线14排空；其中：所述催化氧化装置还包括蒸汽发生器4，所述蒸汽发生器包括蒸汽发生汽包5、换热管6、补充水管7和蒸汽输送管8，每条废气通道内由下至上依次设置低温蓄热段10a-c、催化氧化段11a-c和高温蓄热段12a-c，所述换热管6穿过高温蓄热段12a-c与蒸汽发生汽包5相连。所述换热管6布置在每个高温蓄热段12a-c内温度分布一致的同一端面上，蒸汽发生汽包5内产生0.1MPa～0.4MPa的低压蒸汽。在燃烧室9的顶部均匀分布设置若干个燃烧喷嘴17，在燃烧室9的外顶部设置蒸汽发生汽包5，换热管穿过每条废气通道的高温蓄热段12，蒸汽发生汽包5内的水通过换热管6流经高温蓄热段12，经过换热后蒸产生蒸汽，蒸汽回流至蒸汽发生汽包5中，产生的蒸汽可通过管线8去蒸汽消耗装置，蒸汽发生汽包5需要的补充水可由补水管线7补充。
本实施例所述蓄热式催化氧化装置采用三条废气通道，一个工作循环分为三个工作阶段，每个阶段的切换通过进气口、出气口和清洗口的阀门控制。其在使用时，三个循环过程周而复始地实现连续运转。
工作循环一，如图2，来自废气管线13的废气经进气口18a进入废气通道1，废气经低温蓄热段10a内的蓄热体加热至温度100℃～200℃，预热后的废气进入催化氧化段11a，与其中的催化氧化催化剂反应，经过催化氧化反应后的废气进入高温蓄热段12a换热，温度达到600℃～750℃，然后废气在燃烧室9内进行燃烧反应，将废气中的剩余污染物净化，得到的净化气体在废气通道2中放热，此时蓄热体处于蓄热状态，净化气体经出气口19b进入引风机16，净化气一部分经管线14排出装置，另一部分通过管线15经清洗口20c进入进入废气通道3，此时蓄热器处于放热状态，对净化气进行加热，净化气将废气通道3内的废气置换清洗，清洗后以备用为循环二的出气通道，废气通道3内置换出的废气在燃烧室9内进一步反应，也将由废气通道2排出。循环一经过30s～120s后，通过开关阀切换，装置进入循环二。
工作循环二，如图3，废气通道2为进气通道，废气通道3为出气通道，废气通道1为清洗通道。其中，进气、出气、清洗通道的功能同循环1所对应的通道。
工作循环三，如图4，废气通道3为进气通道，废气通道1为出气通道，废气通道2为清洗通道。其中，进气、出气、清洗通道的功能同循环1所对应的通道。

Claims (9)

1.一种蓄热式催化氧化装置，所述催化氧化装置包括燃烧喷嘴、燃烧室、三条以上废气通道和引风机，燃烧喷嘴设置在燃烧室内，所有废气通道的上端汇集于燃烧室内，与燃烧室构成密闭结构，每条废气通道的下端均设置进气口、出气口和清洗口，所有废气通道结构一致，所述引风机入口通过管线与废气通道出气口相连，引风机出口一路通过管线与废气通道清洗口相连，另一路通过管线排空；其特征在于：所述催化氧化装置还包括蒸汽发生器，所述蒸汽发生器包括蒸汽发生汽包、蒸汽输送管、换热管和补充水管，每条废气通道内由下至上依次设置低温蓄热段、催化氧化段和高温蓄热段，所述换热管穿过高温蓄热段与蒸汽发生汽包相连。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：所述燃烧喷嘴有若干个，均匀分布在燃烧室顶部。
3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：所述低温蓄热段和高温蓄热段内设置蓄热体。
4.按照权利要求3所述的装置，其特征在于：所述蓄热体采用陶瓷类材料，其形式为颗粒状或者整体式。
5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置的催化氧化段内设置催化氧化催化剂。
6.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：每条废气通道的进气口、出气口和清洗口分别设置开关阀。
7.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：每条废气通道分别只打开进气口，或者出气口，或者清洗口中的一个。
8.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：所述净化气引风机采用离心鼓风机、涡旋风机或罗茨风机。
9.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：所述换热管布置在高温蓄热段同一端面上。
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