一种放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种放散煤气催化燃烧显热利用装置，包括：无焰催化燃烧装置，通过一氧化碳自持催化无焰燃烧释放化学热，包括壳体、载体和涂层，壳体上设置有放散煤气入口和放散煤气出口；热交换装置，与壳体接触，包括流通管道和冷却介质出口、冷却介质进口；旁流管，用于连通放散煤气入口和冷却介质进口；蓄热体，包括旋转轴和换热辊；控制装置，用于监控反应过程并采集数据。本发明专利技术能够通过人员操控或自主工作实现不同工况放散煤气的处理，提高了设备的适用性范围和工作效率，可以实现放散煤气余热利用效率和无害化处理的生产需求，并降低可燃物和污染物的排放。和污染物的排放。和污染物的排放。

【技术实现步骤摘要】
一种放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置


[0001]本专利技术涉及余热利用领域，尤其涉及一种充分利用转炉工作过程中放散煤气的无焰催化燃烧显热利用装置。

技术介绍

[0002]在能源短缺和污染严重的大环境下，提高能源利用率和完善烟气后处理机制是解决现阶段能源和环境问题的重要方法之一。转炉炼钢间歇性地产生1500℃以上温度的煤气，除部分煤气被回收外，30～40％的煤气由于不符合回收条件而被放散。这些放散煤气中一氧化碳浓度可达35％，一方面，一氧化碳作为含碳物质不完全燃烧会产生一种有毒气体污染物，大量排放会污染环境，扩散不及时更可能导致一氧化碳中毒危及生命，亟需处理后排放；另一方面，一氧化碳作为易燃气体，能够在空气中或氧气中燃烧，生成二氧化碳，同时释放出大量热量，具有一定的能源利用价值，但是目前正在使用的放散煤气直接燃烧排放的处理办法无法实现资源的合理利用。
[0003]相关技术中，有人提出前端显热回收+后端催化燃烧的方法对放散煤气进行后处理，可以解决放散煤气高温显热利用和一氧化碳直接排放的问题，但该方式忽视了实际运行时，放散煤气中一氧化碳的浓度最高可达35％，35％浓度一氧化碳放散煤气自持催化燃烧将会产生可观的化学反应热，如果能将这部分余热资源进行安全高效地回收利用，对于钢铁行业节能减排意义重大。
[0004]现有技术中虽然也有一些利用该附属煤气的方案，但是这些方案中催化反应释放给换热器的热量较少，催化反应后产生的气体仍具有可燃性，而且现有方案的关注点也不在于一氧化碳燃烧化学热的余热利用；相应热交换器的形式单一，主要为安装在催化模块外部的螺旋管式换热器；同时，也缺少控制装置对装置运行过程形成反馈。

技术实现思路

[0005]本文专利技术的目的是提供一种充分利用转炉工作过程中放散煤气的催化燃烧显热利用装置。
[0006]具体地，本专利技术提供一种放散煤气催化燃烧显热利用装置，包括：
[0007]无焰催化燃烧装置，通过一氧化碳自持无焰催化燃烧释放化学热，包括内部设置有燃烧空间的壳体，和安装在壳体内提高燃烧效果的自催化剂载体和涂层，壳体上设置有放散煤气入口和放散煤气出口；
[0008]热交换装置，与壳体接触，包括流通管道，和设置在流通管道两端的冷却介质出口和冷却介质进口；
[0009]旁流管，用于连通放散煤气入口和冷却介质进口，在管道上设置有控制阀；
[0010]蓄热体，安装在壳体和旁流管之间，包括由电机驱动的旋转轴，和安装在旋转轴上且同时与壳体内部和流通管道内部接触的换热辊；
[0011]控制装置，用于监控反应过程并采集数据。
[0012]本专利技术能够通过人员操控或自主工作实现不同工况放散煤气的处理，提高了设备的适用性范围和工作效率，保证催化单元处于最佳反应工况，实现放散煤气余热利用效率和无害化处理的生产需求，并降低可燃物和污染物的排放。
[0013]本专利技术的连接结构可根据不同需要进行组合，并能够直接在工厂完成制造、组装、调试，运输至现场完成定位，不需要停产施工和改造已有设备，现场安装调试时间、工程工期短，投资成本相对较低，有利于促进中小企业使用放散煤气催化燃烧显热回收设施，有望产生较大的社会和环境效益。
附图说明
[0014]图1是本专利技术一个实施方式的显热利用装置结构示意图；
[0015]图2是本专利技术一个实施方式的壳体上设置流通管道的结构示意图；其中a为内外两层的夹层空心结构，b为多根管道贴合的结构，c为多根管道嵌在壳体内的结构；
[0016]图3是本专利技术一个实施方式中无焰催化燃烧装置单独加热冷却介质的结构示意图；
[0017]图4是本专利技术一个实施方式中两个无焰催化燃烧装置配合使用的结构示意图；
[0018]图5是本专利技术一个实施方式中单独设置换热器的结构示意图；
[0019]图6是本专利技术一个实施方式中单独设置换热器的另一结构示意图；
[0020]图7是本专利技术一个实施方式中单独设置换热器的再一结构示意图；
[0021]图8是本专利技术一个实施方式中单独设置换热器的又一结构示意图。
具体实施方式
[0022]以下通过具体实施例和附图对本方案的具体结构和实施过程进行详细说明。
[0023]如图1所示，在本专利技术的一个实施方式中，公开一种放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，一般包括无焰催化燃烧装置1，热交换装置2，旁流管3，蓄热体4和控制装置。
[0024]该无焰催化燃烧装置1通过一氧化碳自持无焰催化燃烧释放化学热，包括内部设置有燃烧空间的壳体11，和安装在壳体11内提高燃烧效果的自催化剂载体12和涂层13，在壳体11上设置有放散煤气入口14和放散煤气出口15；壳体11可以实现内部结构的封装、支撑和保护功能。形状可以为圆形或者方形，材料可采用不锈钢、碳钢、铸铁、铝等，使用氩弧焊、气焊、埋弧焊、手工焊、MIG/MAG焊接、TIG焊接等工艺制作。优选采用不锈钢材料，其可防止氧化脱落造成的载体堵塞；考虑到放散煤气易燃易爆的特性，从安全角度考虑，壳体11的厚度通常设置为1～6mm。
[0025]其中的载体12一般为蜂窝状陶瓷材料，或者金属(不锈钢、三氧化二铝等)材料。载体12形状可以为球形、圆柱体形、多棱体形和网状隔板等。载体12体积根据计算的催化剂数量和比表面积共同决定，载体12需要将内部流体的流速控制在0.1～3m/s，停留时间通常控制在2s以上，使放散煤气中CO在催化剂相界面上存在足够的停留和反应时间。具体的涂层13(催化剂层)可由Pt(铂)、Pd(钯)、Rh(铑)中的一种金属制作而成，也可以采用复合高效Cu-Ce-Zr催化剂。根据放散煤气组分及其浓度、比热等数据为基础可知，载体12和涂层13可以将150～200℃的放散煤气升温至300～500℃。从多孔结构渗透率及催化反应相界面形成特性角度，涂层13的厚度一般为0.1～1mm。
[0026]载体和涂层既可混合制作，也可将催化剂添加配合料制作成具有一定强度和形状结构的一体化物体，作为催化单元使用，该结构可解决载体和涂层的贴合问题，减少了涂层工序。
[0027]所述无焰催化燃烧装置采用复合高效的纳米Cu-Ce-Zr催化剂涂层，实现CO在催化剂相界面上自我维持的燃烧无焰状态，火焰尺度为2-4mm，不存在火焰传播引起爆炸的可能性。放散煤气CO转化率为99％-100％，燃烧效率高。由于燃烧温度低于500℃，NO
x
生成体积分数为0-24
×
10-6
，在源头上杜绝大部分氧化性气体污染物生成。具有安全性、经济性及环保性等多层属性。根据催化剂的种类不同，可以实现一氧化碳、碳氢化合物，以及氮氧化物、硫氧化物等污染物的处理，即氧化-还原反应。其中，一氧化碳被氧化成二氧化碳，碳氢化合物被氧化成水和二氧化碳，氮氧化物被还原成氮气和氧气。
[0028]放散煤气入口14一般用于输入由锅炉或是烟道排出的放散煤气，而放散煤气出口15则用于排出燃烧后升温后的气体。本实施方式涉及的放散煤气中，一氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，其特征在于，包括：无焰催化燃烧装置，通过一氧化碳自持催化无焰燃烧释放化学热，包括内部设置有燃烧空间的壳体，和安装在壳体内提高燃烧效果的自催化剂载体和涂层，壳体上设置有放散煤气入口和放散煤气出口；热交换装置，与壳体接触，包括流通管道，和设置在流通管道两端的冷却介质出口和冷却介质进口；旁流管，用于连通放散煤气入口和冷却介质进口，在管道上设置有控制阀；蓄热体，安装在壳体和旁流管之间，包括由电机驱动的旋转轴，和安装在旋转轴上且同时与壳体内部和流通管道内部接触的换热辊；控制装置，用于监控反应过程并采集数据。2.根据权利要求1所述的放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，其特征在于，所述无焰催化燃烧装置设置有2～4个，各所述无焰催化燃烧装置的所述放散煤气出口和所述冷却介质出口通过四通阀连通，各所述无焰催化燃烧装置的所述放散煤气入口和所述冷却介质进口通过四通阀连通。3.根据权利要求1所述的放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，其特征在于，在壳体的外部包覆有保温层，保温层由内至外依次分为恒温层、保护层和防水层。4.根据权利要求1所述的放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，其特征在于，所述热交换装置还包括外置式独立换热器，换热器包括换热箱，和安装在换热箱内的换热流道，换热箱上设置有煤气进口和煤气出口，所述放散煤气出口与换热流道的一端连接，换热流道的另一端穿出换热箱以排出冷却后的放散煤气，煤气出口与所述放散煤气入口连通。5.根据权利要求1所述的放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，其特征在于，所述热交换装置还包括外置式独立换热器，换热器包括换热箱，和安装在换热箱内的换热流道，换热箱上设置有煤气进口和煤气出口，所述放散煤气出口与换热箱的一端连接，换热箱的另一端设置有煤气出口；换热流道的一端与所述冷却介质入口连接，另一端穿出换热箱以排出加热后的冷却介质。6.根据权利要求1所述的放散煤气无焰催化燃烧显热利用装置，其特征在于，所述热交换装置还包括外置式独立换热器，换热器...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚远，潘利生，魏小林，李森，宾峰，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：