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一種熔鹽蓄熱式催化燃燒裝置

蓄熱式催化氧化燃燒爐（Regenerative Catalytic Oxidation），簡(jiǎn)稱(chēng)RCO，該法與RTO相同，也是近10余年內發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，凈化率高，適應性強，能耗在燃燒法中低，無(wú)二次污染，應用于廢氣濃度高的場(chǎng)合比較多。 RCO是一種新的催化技術(shù)，它具有RTO高效回收能量的特點(diǎn)和催化反應的低溫工作的優(yōu)點(diǎn)，將催化劑置于蓄熱材料的頂部，來(lái)使凈化達到優(yōu)，其熱回收率高達95%。RCO系統性能優(yōu)良的關(guān)鍵是使用專(zhuān)用的、浸漬在鞍狀或是蜂窩狀陶瓷上的貴金屬或過(guò)渡金屬催化劑，氧化發(fā)生在250-500℃低溫，既降低了燃料消耗，又降低了設備造價(jià)?，F在，有的國家已經(jīng)開(kāi)始使用RCO技術(shù)取代CO進(jìn)行有機廢氣的凈化處理，很多RTO設備也已經(jīng)開(kāi)始轉變成RCO，這樣可以消減操作費用達33%-50%。經(jīng)反應后，有毒的有機化合物轉化為無(wú)毒的CO₂和H₂O，從而使污染得到治理。

蓄熱式催化氧化法（RCO）可直接應用于中高濃度（1000mg/m³－10000mg/m³）的有機廢氣凈化，工作原理是有機廢氣通過(guò)引風(fēng)機進(jìn)入設備的旋轉閥，再由旋轉閥將進(jìn)口氣體和出口氣體完全分開(kāi)。氣體首先通過(guò)陶瓷材料填充層（底層）預熱后發(fā)生熱量的儲備和熱交換，其溫度幾乎達到催化層進(jìn)行催化氧化所設定的溫度，其再進(jìn)入催化層完成催化氧化反應，即反應生成CO₂和H₂O，并釋放大量的熱量，以達到預期的處理效果。經(jīng)催化氧化后的氣體進(jìn)入其它的陶瓷填充層，回收熱能后通過(guò)旋轉閥排放到大氣中，凈化后排氣溫度僅略高于廢氣處理前的溫度。系統連續運轉、自動(dòng)切換。通過(guò)旋轉閥工作，所有的陶瓷填充層均完成加熱、冷卻、凈化的循環(huán)步驟，熱量得以回收。

陶瓷蓄熱體在使用中，要交替通過(guò)高溫煙氣和冷空氣，對于蓄熱箱中某一點(diǎn)來(lái)講，其溫度要周期性地快速升高和降低100-200℃，這種熱沖擊對蓄熱體材料有一定的破壞作用。蓄熱箱內各處有較大溫差，對于單塊蓄熱體來(lái)講，各部位的溫差會(huì )在材料內部形成熱應力。如果材料的熱震穩定性欠佳，便會(huì )在投入使用后不久，由于這些熱沖擊和熱應力面產(chǎn)生裂紋，甚至破碎。一般來(lái)說(shuō)，裂紋并不對使用造成明顯影響，但如果破損嚴重，則會(huì )堵塞流通道或是被吹出蓄熱室后在蓄熱室內形成空洞，使蓄熱室不能正常發(fā)揮作用。熱體在間隙和間隙的集中過(guò)程，最終將使高溫煙氣直接進(jìn)入排煙通道，造成排煙溫度過(guò)高。

現有技術(shù)中，如公開(kāi)號為CN105240864A，公開(kāi)時(shí)間為2016年1月13日，名稱(chēng)為“一種催化燃燒系統和催化燃燒方法”的中國發(fā)明專(zhuān)利文獻，公開(kāi)了一種催化燃燒系統和催化燃燒方法，催化燃燒系統，包括廢氣進(jìn)氣口、煙囪、催化燃燒裝置和吸附裝置；廢氣進(jìn)氣口通過(guò)一管道與過(guò)濾器連通，然后通過(guò)一管道與吸附床上進(jìn)氣口連通，吸附風(fēng)機通過(guò)一管道與吸附床的下出氣口連通；吸附床的上出氣口通過(guò)一管道與催化燃燒裝置的熱交換器連接；熱交換器通過(guò)一管道與催化燃燒風(fēng)機的出氣口連通，催化燃燒風(fēng)機的進(jìn)氣口通過(guò)一管道與廢氣進(jìn)氣口連通；熱交換器通過(guò)一管道與煙囪連通。本發(fā)明的催化燃燒方法將過(guò)濾、活性炭吸附、熱氣流脫附和催化燃燒結合在一起，形成有效的廢氣處理過(guò)程，極大的提高了廢氣處理效率，并且有效節約廢氣處理所需的外部能源，杜絕二次排放污染。但是這種技術(shù)方案中蓄熱式催化燃燒工藝設計中一般只考慮蓄熱和催化燃燒過(guò)程，換熱過(guò)程只是在蓄熱體中進(jìn)行，或者在裝置內部進(jìn)行換熱，但在該過(guò)程中，高濃度VOCs催化燃燒放出的大量熱能存在熱量的排放浪費。

發(fā)明內容

本實(shí)用新型針對上述現有技術(shù)的不足，提供了一種蓄熱量大、溫度均勻、熱量回收率高，且換熱后氣體溫度均勻、不易出現局部超溫適應有機廢氣的特性的熔鹽蓄熱式催化燃燒裝置。

本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現的：

一種熔鹽蓄熱式催化燃燒裝置，其特征在于：包括廢氣輸送管系統和至少兩個(gè)頂部催化室連通的反應罐體，反應罐體內、催化室下設置有蓄熱換熱部分，所述蓄熱換熱部分包括催化劑和熔鹽蓄熱體，且催化劑和熔鹽蓄熱體由多孔分布板分隔，所述催化劑靠近催化室一端；所述反應罐體底部均通過(guò)三通調節閥連入所述廢氣輸送管系統；所述廢氣輸送管系統包括進(jìn)氣管道和排氣管道，所述進(jìn)氣管道通過(guò)每個(gè)反應罐體底部三通調節閥的進(jìn)氣端將廢氣送入反應罐體，反應罐體中燃燒后的氣體經(jīng)過(guò)排氣口或者其連通的其他反應罐體并最終經(jīng)反應罐體底部的三通調節閥出氣端排入所述排氣管道。

所述熔鹽蓄熱體包括設置在進(jìn)出氣分布板之間的蓄熱組件，所述蓄熱組件中設置有作為儲熱材料的熔鹽。

所述蓄熱組件作為儲熱材料的熔鹽，其中一部分的結構為管束型結構，作為高溫相變蓄熱段；還有一部分的結構為蜂窩狀結構，作為中溫顯熱蓄熱段；蓄熱體高溫相變蓄熱段結構為管束型，起到吸收高溫段熱量和氣體均勻分布的作用；中溫顯熱蓄熱段為蜂窩狀結構，熔鹽儲熱材料分布在蓄熱體蜂窩狀多空介質(zhì)中。

所述熔鹽蓄熱體中還設置有依靠液態(tài)熔融鹽的顯熱與固態(tài)多孔介質(zhì)的顯熱來(lái)蓄熱的多孔介質(zhì)填料；熔融經(jīng)過(guò)高溫煙氣進(jìn)行換熱后相變，吸熱煙氣熱量，形成液體，并在換熱器中流動(dòng)和導熱，使得區域內的溫度場(chǎng)不會(huì )出現過(guò)高，同時(shí)蓄熱體截面上有斜溫層，形成有溫度梯度，使得蓄熱體斜溫層以上熔融鹽液保持高溫，斜溫層以下熔融鹽液保持低溫。

所述熔鹽為60%的NaNO₃與40%的KNO₃混合物，或者為53%的KNO₃與7%的NaNO₃以及40%的NaNO₂混合物。

所述多孔介質(zhì)填料為石英巖與硅質(zhì)沙中的一種或混合，其與熔鹽（60%NaNO₃KNO＋40%₃）、（53%KNO₃＋7%NaNO₃＋40%NaNO₂）等都具有良好的相容性與長(cháng)期穩定性。

所述進(jìn)氣管道上設置有用于為管道內氣體加壓的風(fēng)機。

所述反應罐體底部的三通調節閥，相鄰兩個(gè)三通調節閥之間異步調節。

所述催化室中設置有若干加熱器。

本技術(shù)方案的一種熔鹽蓄熱式催化燃燒裝置，解決了蓄熱-催化燃燒后的高溫氣體的余熱回收問(wèn)題，對熱量進(jìn)行回收利用，結構緊湊。蓄熱式催化燃燒裝置的蓄熱室內設有催化床層和熔鹽蓄熱床層，氣體在催化床層中進(jìn)行催化反應放熱后，將熱量傳遞并儲存至熔鹽蓄熱床層中，對后續氣體進(jìn)行預熱，以充分利用熱量，離開(kāi)蓄熱室的物料經(jīng)過(guò)熱交換器，預熱助燃氣體，以進(jìn)一步利用熱量；熔鹽蓄熱式催化燃燒裝置蓄熱量大，溫度均勻，熱量回收率高；換熱后氣體溫度均勻，不易出現局部超溫；設備造價(jià)低，適應有機廢氣的特性。

用熔鹽作為傳熱和蓄熱流體介質(zhì)有許多優(yōu)點(diǎn)，熔鹽密度較高為1700~1900g/m3；熔鹽可以接受的導熱系數為0.50~0.56W/（m·℃）；熔鹽可以接受的比熱為1.50~1.55kJ/（kg·℃）；熔鹽有較低的黏度，0.0010~0.0036kg·m/s；熔鹽在350℃以下對碳鋼的腐蝕性很低，在600℃以下對不銹鋼的腐蝕性很低；其主要成份中，二元硝酸鹽工作溫度在500~565℃，二元碳酸熔鹽工作溫度甚至高達850℃。

附圖說(shuō)明

本實(shí)用新型的前述和下文具體描述在結合以下附圖閱讀時(shí)變得更清楚，其中

圖1是本實(shí)用新型一種優(yōu)選方案的連接結構示意圖；

圖中：

1、反應罐體；2、催化室；3、催化劑；4、熔鹽蓄熱體；5、多孔分布板；6、三通調節閥；7、進(jìn)氣管道；8、排氣管道；9、風(fēng)機；10、加熱器。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)幾個(gè)具體的實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)現本發(fā)明目的技術(shù)方案，需要說(shuō)明的是，本發(fā)明要求保護的技術(shù)方案包括但不限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例1

作為本發(fā)明一種基本的實(shí)施方案，如圖1，公開(kāi)了一種熔鹽蓄熱式催化燃燒裝置，包括廢氣輸送管系統和至少兩個(gè)頂部催化室連通的反應罐體，反應罐體內、催化室下設置有蓄熱換熱部分，所述蓄熱換熱部分包括催化劑和熔鹽蓄熱體，且催化劑和熔鹽蓄熱體由多孔分布板分隔，所述催化劑靠近催化室一端；所述反應罐體底部均通過(guò)三通調節閥連入所述廢氣輸送管系統；所述廢氣輸送管系統包括進(jìn)氣管道和排氣管道，所述進(jìn)氣管道通過(guò)每個(gè)反應罐體底部三通調節閥的進(jìn)氣端將廢氣送入反應罐體，反應罐體中燃燒后的氣體經(jīng)過(guò)排氣口或者其連通的其他反應罐體并最終經(jīng)反應罐體底部的三通調節閥出氣端排入所述排氣管道；輸入的VOCs廢氣借助一個(gè)反應罐體的熔鹽蓄熱體被預熱，然后在該反應罐體的催化劑催化作用下、在頂部的催化室以較低溫度氧化燃燒凈化，并通過(guò)另一個(gè)反應室排出并將熱量傳遞給該反應室中的熔鹽蓄熱體這一方式，實(shí)現有機廢氣的凈化處理，達到節能減排的功。工作過(guò)程如下：打開(kāi)蓄熱式催化燃燒裝置的三通調節閥入口并將其出口關(guān)閉，打開(kāi)蓄熱催化部分中的另外一個(gè)或幾個(gè)反應罐體的換向閥出口并將其入口關(guān)閉，通過(guò)打開(kāi)的風(fēng)機向蓄熱式催化燃燒床中輸送一定濃度的VOCs廢氣，該一定濃度的VOCs廢氣在蓄熱式催化燃燒床中被加熱熔鹽蓄熱后的儲熱材料換熱，然后進(jìn)入催化劑進(jìn)行催化燃燒反應，形成高溫二氧化碳和水蒸氣，然后通過(guò)催化是室進(jìn)入催化室，流過(guò)反應罐體的熔鹽儲熱材料時(shí)將儲熱材料加熱，然后從反應罐體的出口流出，進(jìn)入廢氣輸送部分排出，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，關(guān)閉蓄熱式催化燃燒床的入口和蓄熱式催化燃燒床的出口，打開(kāi)蓄熱式催化燃燒床的入口和蓄熱式催化燃燒床的出口，向蓄熱式催化燃燒床中輸入一定濃度的VOCs廢氣，重復上一段中描述的VOCs廢氣在催化燃燒床、換熱部分和蓄熱式 化燃燒床中的催化燃燒反應和換熱反應。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案解決了蓄熱-催化燃燒后的高溫氣體的余熱回收問(wèn)題，對熱量進(jìn)行回收利用，結構緊湊。蓄熱式催化燃燒裝置的蓄熱室內設有催化床層和熔鹽蓄熱床層，氣體在催化床層中進(jìn)行催化反應放熱后，將熱量傳遞并儲存至熔鹽蓄熱床層中，對后續氣體進(jìn)行預熱，以充分利用熱量，離開(kāi)蓄熱室的物料經(jīng)過(guò)熱交換器，預熱助燃氣體，以進(jìn)一步利用熱量；熔鹽蓄熱式催化燃燒裝置蓄熱量大，溫度均勻，熱量回收率高；換熱后氣體溫度均勻，不易出現局部超溫；設備造價(jià)低，適應有機廢氣的特性。

實(shí)施例2

作為本發(fā)明一種優(yōu)選地實(shí)施方案，如圖1，公開(kāi)了一種熔鹽蓄熱式催化燃燒裝置，包括廢氣輸送管系統和至少兩個(gè)頂部催化室連通的反應罐體，所述催化室中設置有若干加熱器；

反應罐體內、催化室下設置有蓄熱換熱部分，所述蓄熱換熱部分包括催化劑和熔鹽蓄熱體，且催化劑和熔鹽蓄熱體由多孔分布板分隔，所述催化劑靠近催化室一端；所述熔鹽蓄熱體包括設置在進(jìn)出氣分布板之間的蓄熱組件，所述蓄熱組件中設置有作為儲熱材料的熔鹽；所述蓄熱組件作為儲熱材料的熔鹽，其中一部分的結構為管束型結構，作為高溫相變蓄熱段；還有一部分的結構為蜂窩狀結構，作為中溫顯熱蓄熱段；蓄熱體高溫相變蓄熱段結構為管束型，起到吸收高溫段熱量和氣體均勻分布的作用；中溫顯熱蓄熱段為蜂窩狀結構，熔鹽儲熱材料分布在蓄熱體蜂窩狀多空介質(zhì)中；所述熔鹽蓄熱體中還設置有依靠液態(tài)熔融鹽的顯熱與固態(tài)多孔介質(zhì)的顯熱來(lái)蓄熱的多孔介質(zhì)填料；熔融經(jīng)過(guò)高溫煙氣進(jìn)行換熱后相變，吸熱煙氣熱量，形成液體，并在換熱器中流動(dòng)和導熱，使得區域內的溫度場(chǎng)不會(huì )出現過(guò)高，同時(shí)蓄熱體截面上有斜溫層，形成有溫度梯度，使得蓄熱體斜溫層以上熔融鹽液保持高溫，斜溫層以下熔融鹽液保持低溫；所述熔鹽為60%的NaNO₃與40%的KNO₃混合物，或者為53%的KNO₃與7%的NaNO₃以及40%的NaNO₂混合物；所述多孔介質(zhì)填料為石英巖與硅質(zhì)沙中的一種或混合，其與熔鹽（60%NaNO₃KNO ＋40%₃）、（53%KNO₃＋7%NaNO₃＋40%NaNO₂）等都具有良好的相容性與長(cháng)期穩定性。

所述反應罐體底部均通過(guò)三通調節閥連入所述廢氣輸送管系統，所述反應罐體底部的三通調節閥，相鄰兩個(gè)三通調節閥之間異步調節；所述廢氣輸送管系統包括進(jìn)氣管道和排氣管道，所述進(jìn)氣管道上設置有用于為管道內氣體加壓的風(fēng)機，所述進(jìn)氣管道通過(guò)每個(gè)反應罐體底部三通調節閥的進(jìn)氣端將廢氣送入反應罐體，反應罐體中燃燒后的氣體經(jīng)過(guò)排氣口或者其連通的其他反應罐體并最終經(jīng)反應罐體底部的三通調節閥出氣端排入所述排氣管道；

輸入的VOCs廢氣借助一個(gè)反應罐體的熔鹽蓄熱體被預熱，然后在該反應罐體的催化劑催化作用下、在頂部的催化室以較低溫度氧化燃燒凈化，并通過(guò)另一個(gè)反應室排出并將熱量傳遞給該反應室中的熔鹽蓄熱體這一方式，實(shí)現有機廢氣的凈化處理，達到節能減排的功。工作過(guò)程如下：打開(kāi)蓄熱式催化燃燒裝置的三通調節閥入口并將其出口關(guān)閉，打開(kāi)蓄熱催化部分中的另外一個(gè)或幾個(gè)反應罐體的換向閥出口并將其入口關(guān)閉，通過(guò)打開(kāi)的風(fēng)機向蓄熱式催化燃燒床中輸送一定濃度的VOCs廢氣，該一定濃度的VOCs廢氣在蓄熱式催化燃燒床中被加熱熔鹽蓄熱后的儲熱材料換熱，然后進(jìn)入催化劑進(jìn)行催化燃燒反應，形成高溫二氧化碳和水蒸氣，然后通過(guò)催化是室進(jìn)入催化室，流過(guò)反應罐體的熔鹽儲熱材料時(shí)將儲熱材料加熱，然后從反應罐體的出口流出，進(jìn)入廢氣輸送部分排出，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，關(guān)閉蓄熱式催化燃燒床的入口和蓄熱式催化燃燒床的出口，打開(kāi)蓄熱式催化燃燒床的入口和蓄熱式催化燃燒床的出口，向蓄熱式催化燃燒床中輸入一定濃度的VOCs廢氣，重復上一段中描述的VOCs廢氣在催化燃燒床、換熱部分和蓄熱式 化燃燒床中的催化燃燒反應和換熱反應。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案解決了蓄熱-催化燃燒后的高溫氣體的余熱回收問(wèn)題，對熱量進(jìn)行回收利用，結構緊湊。蓄熱式催化燃燒裝置的蓄熱室內設有催化床層和熔鹽蓄熱床層，氣體在催化床層中進(jìn)行催化反應放熱后，將熱量傳遞并儲存至熔鹽蓄熱床層中，對后續氣體進(jìn)行預熱，以充分利用熱量，離開(kāi)蓄熱室的物料經(jīng)過(guò)熱交換器，預熱助燃氣體，以進(jìn)一步利用熱量；熔鹽蓄熱式催化燃燒裝置蓄熱量大，溫度均勻，熱量回收率高；換熱后氣體溫度均勻，不易出現局部超溫；設備造價(jià)低，適應有機廢氣的特性。