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RCO，該法與RTO相同，也是近10余年內(nèi)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，凈化率高，適應(yīng)性強(qiáng)，能耗在燃燒法中低，無(wú)二次污染，應(yīng)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(yīng)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(dá)到優(yōu)，其熱回收率高達(dá)95%。RCO系統(tǒng)性能優(yōu)良的關(guān)鍵是使用專用的、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(shè)備造價(jià)?，F(xiàn)在，有的國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始使用RCO技術(shù)取代CO進(jìn)行有機(jī)廢氣的凈化處理，很多RTO設(shè)備也已經(jīng)開(kāi)始轉(zhuǎn)變成RCO，這樣可以消減操作費(fèi)用達(dá)33%-50%。經(jīng)反應(yīng)后，有毒的有機(jī)化合物轉(zhuǎn)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(yīng)用于中高濃度（1000mg/m³－10000mg/m³）的有機(jī)廢氣凈化，工作原理是有機(jī)廢氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入設(shè)備的旋轉(zhuǎn)閥，再由旋轉(zhuǎn)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(yù)熱后發(fā)生熱量的儲(chǔ)備和熱交換，其溫度幾乎達(dá)到催化層進(jìn)行催化氧化所設(shè)定的溫度，其再進(jìn)入催化層完成催化氧化反應(yīng)，即反應(yīng)生成CO₂和H₂O，并釋放大量的熱量，以達(dá)到預(yù)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(zhuǎn)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(tǒng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、自動(dòng)切換。通過(guò)旋轉(zhuǎn)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?zé)煔夂屠淇諝?，?duì)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(duì)蓄熱體材料有一定的破壞作用。蓄熱箱內(nèi)各處有較大溫差，對(duì)于單塊蓄熱體來(lái)講，各部位的溫差會(huì)在材料內(nèi)部形成熱應(yīng)力。如果材料的熱震穩(wěn)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(yīng)力面產(chǎn)生裂紋，甚至破碎。一般來(lái)說(shuō)，裂紋并不對(duì)使用造成明顯影響，但如果破損嚴(yán)重，則會(huì)堵塞流通道或是被吹出蓄熱室后在蓄熱室內(nèi)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?zé)煔庵苯舆M(jìn)入排煙通道，造成排煙溫度過(guò)高。

現(xiàn)有技術(shù)中，如公開(kāi)號(hào)為CN105240864A，公開(kāi)時(shí)間為2016年1月13日，名稱為“一種催化燃燒系統(tǒng)和催化燃燒方法”的中國(guó)發(fā)明專利文獻(xiàn)，公開(kāi)了一種催化燃燒系統(tǒng)和催化燃燒方法，催化燃燒系統(tǒng)，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(jī)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(jī)的出氣口連通，催化燃燒風(fēng)機(jī)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(jié)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(jié)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(shè)計(jì)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(nèi)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(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型針對(duì)上述現(xiàn)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(xiàn)局部超溫適應(yīng)有機(jī)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(xiàn)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(tǒng)和至少兩個(gè)頂部催化室連通的反應(yīng)罐體，反應(yīng)罐體內(nèi)、催化室下設(shè)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(yīng)罐體底部均通過(guò)三通調(diào)節(jié)閥連入所述廢氣輸送管系統(tǒng)；所述廢氣輸送管系統(tǒng)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(yīng)罐體底部三通調(diào)節(jié)閥的進(jìn)氣端將廢氣送入反應(yīng)罐體，反應(yīng)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(yīng)罐體并最終經(jīng)反應(yīng)罐體底部的三通調(diào)節(jié)閥出氣端排入所述排氣管道。

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

所述蓄熱組件作為儲(chǔ)熱材料的熔鹽，其中一部分的結(jié)構(gòu)為管束型結(jié)構(gòu)，作為高溫相變蓄熱段；還有一部分的結(jié)構(gòu)為蜂窩狀結(jié)構(gòu)，作為中溫顯熱蓄熱段；蓄熱體高溫相變蓄熱段結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，熔鹽儲(chǔ)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(shè)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?zé)煔膺M(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(dǎo)熱，使得區(qū)域內(nèi)的溫度場(chǎng)不會(huì)出現(xiàn)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(zhǎng)期穩(wěn)定性。

所述進(jìn)氣管道上設(shè)置有用于為管道內(nèi)氣體加壓的風(fēng)機(jī)。

所述反應(yīng)罐體底部的三通調(diào)節(jié)閥，相鄰兩個(gè)三通調(diào)節(jié)閥之間異步調(diào)節(jié)。

所述催化室中設(shè)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(duì)熱量進(jìn)行回收利用，結(jié)構(gòu)緊湊。蓄熱式催化燃燒裝置的蓄熱室內(nèi)設(shè)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(yīng)放熱后，將熱量傳遞并儲(chǔ)存至熔鹽蓄熱床層中，對(duì)后續(xù)氣體進(jìn)行預(yù)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(yù)熱助燃?xì)怏w，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(xiàn)局部超溫；設(shè)備造價(jià)低，適應(yīng)有機(jī)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(dǎo)熱系數(shù)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(duì)碳鋼的腐蝕性很低，在600℃以下對(duì)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(dá)850℃。

附圖說(shuō)明

本實(shí)用新型的前述和下文具體描述在結(jié)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(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：

1、反應(yīng)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(diào)節(jié)閥；7、進(jìn)氣管道；8、排氣管道；9、風(fēng)機(jī)；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(xiàn)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(hù)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(tǒng)和至少兩個(gè)頂部催化室連通的反應(yīng)罐體，反應(yīng)罐體內(nèi)、催化室下設(shè)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(yīng)罐體底部均通過(guò)三通調(diào)節(jié)閥連入所述廢氣輸送管系統(tǒng)；所述廢氣輸送管系統(tǒng)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(yīng)罐體底部三通調(diào)節(jié)閥的進(jìn)氣端將廢氣送入反應(yīng)罐體，反應(yīng)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(yīng)罐體并最終經(jīng)反應(yīng)罐體底部的三通調(diào)節(jié)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(yīng)罐體的熔鹽蓄熱體被預(yù)熱，然后在該反應(yīng)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(yīng)室排出并將熱量傳遞給該反應(yīng)室中的熔鹽蓄熱體這一方式，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的凈化處理，達(dá)到節(jié)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(diào)節(jié)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(yīng)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(jī)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(chǔ)熱材料換熱，然后進(jìn)入催化劑進(jìn)行催化燃燒反應(yīng)，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(yīng)罐體的熔鹽儲(chǔ)熱材料時(shí)將儲(chǔ)熱材料加熱，然后從反應(yīng)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(fù)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(yīng)和換熱反應(yīng)。

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(duì)熱量進(jìn)行回收利用，結(jié)構(gòu)緊湊。蓄熱式催化燃燒裝置的蓄熱室內(nèi)設(shè)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(yīng)放熱后，將熱量傳遞并儲(chǔ)存至熔鹽蓄熱床層中，對(duì)后續(xù)氣體進(jìn)行預(yù)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(yù)熱助燃?xì)怏w，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(xiàn)局部超溫；設(shè)備造價(jià)低，適應(yīng)有機(jī)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(tǒng)和至少兩個(gè)頂部催化室連通的反應(yīng)罐體，所述催化室中設(shè)置有若干加熱器；

反應(yīng)罐體內(nèi)、催化室下設(shè)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(shè)置在進(jìn)出氣分布板之間的蓄熱組件，所述蓄熱組件中設(shè)置有作為儲(chǔ)熱材料的熔鹽；所述蓄熱組件作為儲(chǔ)熱材料的熔鹽，其中一部分的結(jié)構(gòu)為管束型結(jié)構(gòu)，作為高溫相變蓄熱段；還有一部分的結(jié)構(gòu)為蜂窩狀結(jié)構(gòu)，作為中溫顯熱蓄熱段；蓄熱體高溫相變蓄熱段結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，熔鹽儲(chǔ)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(shè)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?zé)煔膺M(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(dǎo)熱，使得區(qū)域內(nèi)的溫度場(chǎng)不會(huì)出現(xiàn)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(zhǎng)期穩(wěn)定性。

所述反應(yīng)罐體底部均通過(guò)三通調(diào)節(jié)閥連入所述廢氣輸送管系統(tǒng)，所述反應(yīng)罐體底部的三通調(diào)節(jié)閥，相鄰兩個(gè)三通調(diào)節(jié)閥之間異步調(diào)節(jié)；所述廢氣輸送管系統(tǒng)包括進(jìn)氣管道和排氣管道，所述進(jìn)氣管道上設(shè)置有用于為管道內(nèi)氣體加壓的風(fēng)機(jī)，所述進(jìn)氣管道通過(guò)每個(gè)反應(yīng)罐體底部三通調(diào)節(jié)閥的進(jìn)氣端將廢氣送入反應(yīng)罐體，反應(yīng)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(yīng)罐體并最終經(jīng)反應(yīng)罐體底部的三通調(diào)節(jié)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(yīng)罐體的熔鹽蓄熱體被預(yù)熱，然后在該反應(yīng)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(yīng)室排出并將熱量傳遞給該反應(yīng)室中的熔鹽蓄熱體這一方式，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的凈化處理，達(dá)到節(jié)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(diào)節(jié)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(yīng)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(jī)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(chǔ)熱材料換熱，然后進(jìn)入催化劑進(jìn)行催化燃燒反應(yīng)，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(yīng)罐體的熔鹽儲(chǔ)熱材料時(shí)將儲(chǔ)熱材料加熱，然后從反應(yīng)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(fù)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(yīng)和換熱反應(yīng)。

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(duì)熱量進(jìn)行回收利用，結(jié)構(gòu)緊湊。蓄熱式催化燃燒裝置的蓄熱室內(nèi)設(shè)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(yīng)放熱后，將熱量傳遞并儲(chǔ)存至熔鹽蓄熱床層中，對(duì)后續(xù)氣體進(jìn)行預(yù)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(yù)熱助燃?xì)怏w，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(xiàn)局部超溫；設(shè)備造價(jià)低，適應(yīng)有機(jī)廢氣的特性。