微波高温选择性非催化脱硝装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种微波高温选择性非催化脱硝装置，包括进气系统、微波反应器和烟气分析仪；进气系统包括N2气源、O2气源、NO气源和NH3气源；微波反应器包括外壳箱体、石英管、氧化锌蜂窝陶瓷和磁控管，石英管安装于外壳箱体内，其一端与进气系统连通、另一端与烟气分析仪连通；氧化锌蜂窝陶瓷填充于石英管内部，形成微波高温反应床；磁控管安装于外壳箱体的外部，用于对氧化锌蜂窝陶瓷进行辐射加热；外壳箱体内部形成谐振腔。本发明专利技术运用氧化锌在微波作用下可迅速升温发热的特性于高温脱硝领域，通过调节磁控管的输出功率来控制进入脱硝装置的气体的反应温度，利用烟气中的一氧化氮和氨气在高温条件下发生氧化还原反应从而实现脱硝减排的目的。

Microwave High Temperature Selective Non-Catalytic Denitrification Device

The invention relates to a microwave high temperature selective non-catalytic denitrification device, which comprises an air intake system, a microwave reactor and a flue gas analyzer; an air intake system comprises a N2 gas source, an O2 gas source, a NO gas source and a NH3 gas source; a microwave reactor comprises a housing box, a quartz tube, a zinc oxide honeycomb ceramic and a magnetron tube, and a quartz tube is installed in the housing box, one end of which is connected with the air intake system and the other end. Connecting with flue gas analyzer, zinc oxide honeycomb ceramics are filled in quartz tube to form microwave high temperature reaction bed, magnetron is installed outside the shell box for radiation heating of zinc oxide honeycomb ceramics, and resonant cavity is formed inside the shell box. The invention applies the characteristics of zinc oxide heating rapidly under microwave action in the field of high temperature denitrification, controls the reaction temperature of the gas entering the denitrification device by adjusting the output power of the magnetron, and realizes the purpose of denitrification emission reduction by using the oxidation-reduction reaction of nitric oxide and ammonia in the flue gas at high temperature.

【技术实现步骤摘要】
微波高温选择性非催化脱硝装置
本专利技术涉及工业废气的脱硝
，具体涉及一种微波高温选择性非催化脱硝装置。
技术介绍
NOx的大量排放对人体的健康和地球的生态环境都造成了极大的危害，如何实现高效深度的脱硝成为目前最迫切的环保难题，所以有效的NOx治理技术的研究具有重大意义。煤在燃烧过程中排放的NOx主要成分为NO和NO2，其中NO约占95％，故在脱硝研究中主要针对的是NO。NOx的治理技术分为燃烧前、燃烧中和燃烧后控制技术三种。燃烧前控制技术主要是对燃料进行脱氮的预处理，其成本较高。燃烧过程中控制主要是通过新型燃烧器的设计和改变炉内燃烧条件实现的，例如低氧燃烧技术、低温燃烧技术和烟气再循环技术等，此种技术最多仅能减少约50％的NOx排放。为达到减排目标，目前研究较多的防治NOx污染的技术是烟气脱硝技术，该方法主要分为干法和湿法两大类。干法脱硝主要包括选择性催化还原法、催化分解法、非催化还原法、固体吸附法和等离子法；湿法脱硝包括酸吸收、碱吸收、氧化吸收和化学吸收-生物还原法。湿法脱硝最大的障碍是NO很难溶于水，需要先将NO氧化成NO2。因此，通过选择性的氧化还原反应脱除NOx(选择性催化还原法和选择性非催化还原法)是目前脱除NOx领域中的研究热点。国际上应用最为广泛的脱硝技术是还原剂为NH3的选择性催化还原(SCR)技术，该技术具备NO转化效率高、选择性好等特点。但其不足之处在于需要昂贵的催化剂、催化剂易污染或中毒、有效温度区间窄、容易产生氧阻碍且不易适应烟气成分的较大变化等，这些都为SCR脱硝技术的大规模工业应用造成了较大的困难。选择性非催化还原技术(SNCR)是一种直接向正在运行的炉膛中喷射还原剂，使其在合适的温度区间与生成的NO发生氧化还原反应的炉内脱硝技术。研究表明【LYONRK,HARDYJE.DiscoveryandDevelopmentoftheThermaldeNOxProcess[J].Indus&EnginChemFundam,1986,25(1):19-24.】，温度范围在850～1250℃之间，无需使用催化剂，利用氨气或尿素等氨基还原剂可选择性地将烟气中的NOx还原为N2和H2O。SNCR技术在投资和运行成本均比其它烟气脱硝技术低，但是其适用温度(850～1250℃)的严控是应用SNCR工艺最大的难题也是必须解决的问题。此工艺由于气流的不稳定性，炉膛中的温度分布不均匀，氨的利用率不高从而形成过量的氨逃逸，造成二次污染，同时在反应过程中由于低温区(低于850℃区域)NOx的反应不完全会导致有毒的N2O生成。微波是波长为1m～1mm、频率为300MHz～300GHz、波段介于无线电波和红外线之间的电磁波。微波加热方式与传统加热方式相比有许多优点：均匀加热、加热速度快且具有选择性、易于控制、节能环保、高效清洁等。更重要的是，微波辐照所产生的高效的热效应对大多数化学反应有促进作用，通常表现为提高反应效率以及加快反应速率。目前微波辐射技术运用于脱硝技术中主要是用于直接催化分解脱硝或微波辐射活性炭吸附还原脱硝方法，但实用性都不高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的成本高、能耗大、实用性不强等不足，提供一种微波高温选择性非催化脱硝装置，它通过将一种具有优异的吸波发热特性的氧化锌陶瓷应用于烟气脱硝领域，解决了现有脱硝技术中的成本高、能耗大、实用性不强等问题，该装置升温速率快且温度精确可控，在烟气脱硝领域具有应用前景。本专利技术为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：一种微波高温选择性非催化脱硝装置，包括进气系统、微波反应器和烟气分析仪；所述进气系统包括N2气源、O2气源、NO气源和NH3气源；所述微波反应器包括外壳箱体、石英管、氧化锌蜂窝陶瓷和磁控管，所述石英管安装于所述外壳箱体内，石英管一端通过烟气进气管与所述进气系统连通、另一端通过烟气出气管与烟气分析仪连通；所述氧化锌蜂窝陶瓷填充于所述石英管内部，形成微波高温反应床；所述磁控管安装于所述外壳箱体的外部，用于对所述氧化锌蜂窝陶瓷进行微波辐射加热；所述外壳箱体内部形成谐振腔。上述方案中，所述氧化锌蜂窝陶瓷填充于所述石英管中央位置，所述磁控管安装于所述外壳箱体的外部并位于所述氧化锌蜂窝陶瓷的正下方。上述方案中，所述外壳箱体与烟气进气管、烟气出气管连接处均安装有用于密封所述外壳箱体的密封套，所述密封套安装于所述石英管的外圈。上述方案中，所述外壳箱体内层设有冷却水循环夹层，所述冷却水循环夹层设有冷却水入口和冷却水出口。上述方案中，所述氧化锌蜂窝陶瓷的外部设置保温耐火砖，所述保温耐火砖包覆于所述石英管的外圈，用于给反应区保温，同时防止高温区热辐射传播到箱体外壳造成炉体温度过高，保障安全。上述方案中，所述石英管的出气端设有热电偶，用于实时检测炉内温度。上述方案中，所述进气系统还包括多通道智能供气箱，所述多通道智能供气箱设置于气源与烟气进气管之间，多通道智能供气箱内的每个通道上均设有气体流量计和阀门，分别用于调节各种气体的流量和控制管路的开关，各种气源经多通道智能供气箱后在所述烟气进气管汇合，随后进入所述石英管内。上述方案中，所述氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法，包括以下步骤：(1)粉体原料配制：选择合适的烧结助剂，将烧结助剂在球磨机中研磨30～60min，烧结助剂与氧化锌粉按重量比1:(15～25)混合均匀，得到粉体原料；(2)泥料制备：称取占所得粉体原料总重量20～35wt％的水、1～1.5wt％的分散剂、1～2wt％的润滑剂、4～8wt％的塑性剂，将上述分散剂、润滑剂和塑性剂缓慢加入水中进行搅拌均匀，与所得粉体原料一起混料，得到塑性胶团泥料；(3)泥坯制备：将步骤(2)得到的塑性泥料放入真空炼泥机中进行真空炼泥，得到与成型机料筒规格配套的泥坯；(4)挤出成型：将步骤(3)得到的泥坯放入真空挤出机中，通过模具挤制出所需尺寸的氧化锌蜂窝陶瓷素坯；(5)干燥定型：将步骤(4)得到的蜂窝陶瓷素坯进行干燥，直到坯体中的含水率≤2％，保持蜂窝孔道的平行结构，坯体被定型为所需规格的蜂窝陶瓷半成品；(6)坯体排胶：将步骤(5)定型后的蜂窝陶瓷半成品进行有机物排除；(7)产品烧成：将步骤(6)中按照尺寸要求加工好的蜂窝陶瓷半成品放入窑炉中进行烧成，最终得到所需的微波吸收发热氧化锌蜂窝陶瓷。上述方案中，所述氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法中，步骤(1)涉及的氧化锌粉体为具有微波吸收发热特性的四针状氧化锌晶须，粒径为4～6μm；烧结助剂选用硅酸钠或硼砂，或者选用硅酸钠与硼砂的混合物，硅酸钠与硼砂按重量比1:(0.5～2)混合均匀。上述方案中，所述氧化锌蜂窝陶瓷的制备方法中，步骤(5)中氧化锌蜂窝陶瓷素坯的干燥方法为室温阴干或40～60℃加热烘干；步骤(6)中对干燥后的坯体进行有机物排除，排胶温度为200～600℃，保温时间为2～4h；步骤(7)中烧结时间为6～8h，烧结温度为800～1000℃，保温时间为1～3h。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术利用四针状ZnOw优异的微波-热转换特性，将四针状纳米ZnOw制备成微波吸收发热蜂窝陶瓷，利用蜂窝陶瓷独特的平行贯通的孔隙结构，大的比表面积等特点，在微波场下吸波发热氧化锌蜂窝陶瓷自身温度迅速升高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波高温选择性非催化脱硝装置，其特征在于，包括进气系统、微波反应器和烟气分析仪；所述进气系统包括N2气源、O2气源、NO气源和NH3气源；所述微波反应器包括外壳箱体、石英管、氧化锌蜂窝陶瓷和磁控管，所述石英管安装于所述外壳箱体内，石英管一端通过烟气进气管与所述进气系统连通、另一端通过烟气出气管与烟气分析仪连通；所述氧化锌蜂窝陶瓷填充于所述石英管内部，形成微波高温反应床；所述磁控管安装于所述外壳箱体的外部，用于对所述氧化锌蜂窝陶瓷进行微波辐射加热；所述外壳箱体内部形成谐振腔。

【技术特征摘要】
1.一种微波高温选择性非催化脱硝装置，其特征在于，包括进气系统、微波反应器和烟气分析仪；所述进气系统包括N2气源、O2气源、NO气源和NH3气源；所述微波反应器包括外壳箱体、石英管、氧化锌蜂窝陶瓷和磁控管，所述石英管安装于所述外壳箱体内，石英管一端通过烟气进气管与所述进气系统连通、另一端通过烟气出气管与烟气分析仪连通；所述氧化锌蜂窝陶瓷填充于所述石英管内部，形成微波高温反应床；所述磁控管安装于所述外壳箱体的外部，用于对所述氧化锌蜂窝陶瓷进行微波辐射加热；所述外壳箱体内部形成谐振腔。2.根据权利要求1所述的微波高温选择性非催化脱硝装置，其特征在于，所述氧化锌蜂窝陶瓷填充于所述石英管中央位置，所述磁控管安装于所述外壳箱体的外部并位于所述氧化锌蜂窝陶瓷的正下方。3.根据权利要求1所述的微波高温选择性非催化脱硝装置，其特征在于，所述外壳箱体与烟气进气管、烟气出气管连接处均安装有用于密封所述外壳箱体的密封套，所述密封套安装于所述石英管的外圈。4.根据权利要求1所述的微波高温选择性非催化脱硝装置，其特征在于，所述外壳箱体内层设有冷却水循环夹层，所述冷却水循环夹层设有冷却水入口和冷却水出口。5.根据权利要求1所述的微波高温选择性非催化脱硝装置，其特征在于，所述氧化锌蜂窝陶瓷的外部设置保温耐火砖，所述保温耐火砖包覆于所述石英管的外圈，用于给反应区保温，同时防止高温区热辐射传播到箱体外壳造成炉体温度过高，保障安全。6.根据权利要求1所述的微波高温选择性非催化脱硝装置，其特征在于，所述石英管的出气端设有热电偶，用于实时检测炉内温度。7.根据权利要求1所述的微波高温选择性非催化脱硝装置，其特征在于，所述进气系统还包括多通道智能供气箱，所述多通道智能供气箱设置于气源与烟气进气管之间，多通道智能供气箱内的每个通道上均设有气体流量计和阀门，分别用于调节各种气体的流量和控制管路的开关，各种气源经多通道智能供气箱后在所述烟气进气管汇合，随后进入所述石英管内。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，刘良兰，王均，赵子健，郭欢欢，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42