一种放散煤气自持催化燃烧显热梯级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自持催化燃烧显热梯级利用装置，包括预热装置，内部设置有预热管路的预热腔，在预热腔上连接有煤气入口、煤气出口，在预热管路的两端分别连接高温进口、高温出口；催化燃烧装置包括壳体，和安装在壳体内的载体和涂层，壳体的两端分别与煤气出口和高温进口连接；显热回收装置包括内部设置有换热管的换热腔，换热腔的两端分别与高温出口和煤气排出口连接；控制系统用于监视和控制各装置的工作过程，同时在各装置工作过程中出现异常时进行报警。本发明专利技术根据放散煤气自持催化燃烧的特殊性质设计梯级热交换装置，可以满足放散煤气余热稳定回收和输出的生产需求，提高余热资源利用效率，降低了可燃物和污染物的排放。

【技术实现步骤摘要】
一种放散煤气自持催化燃烧显热梯级利用装置
本专利技术涉及钢铁冶炼转炉放散煤气
，尤其涉及一种放散煤气经自持催化燃烧后实现二级显热梯级利用的装置。
技术介绍
转炉炼钢通过氧气顶吹铁水脱碳，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(一氧化碳浓度<35％且氧气浓度>2％)由于不符合回收条件而被放散，如果能将放散煤气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。相关技术中，常采用前端燃烧+后端催化的方法对放散煤气进行后处理及余热回收，但是忽视了实际运行时，后端煤气一氧化碳浓度通常低于10％，10％浓度一氧化碳放散煤气自持催化要求煤气入口温度达到150℃以上。然而运行工况下，经过中间段显热利用后的煤气温度通常不足150℃，特别是低温环境实验工况下(冬天)，催化系统入口温度不足100℃，不能满足自持催化对煤气温度的需求。现有技术中公开一些利用散煤气的方法，如：专利申请号202010367226.0，该专利技术公开了一种协同热发电的脱硫脱硝烟气综合治理装置及方法，其利用热发电调节进口水温，控制换热器表面温度保证深度催化单元处于最佳反应工况。专利申请号201910651654.3，该专利技术公开了一种用于氮气、氧气、氩气和氦气的纯化装置及其工艺,其原料气进入催化换热器与从催化氧化器出来的高温气体进行多次热交换，直至冷却至常温。专利申请号201710659608.9，该专利技术公开了一种有机废气脱附催化燃烧一体机，脱附的有机废气通过催化换热器管外侧升温，用于热交换加热进入催化系统的脱附有机废气。虽然上述方法公开了一些利用方式，但是这些催化换热器只有一级催化反应余热回收利用，存在一定的能源浪费，同时，也缺少控制系统对装置运行过程形成反馈。
技术实现思路
本文专利技术的目的是提供一种放散煤气经自持催化燃烧后可实现二级显热梯级利用的装置。具体地，本专利技术提供一种放散煤气自持催化燃烧显热梯级利用装置，包括：预热装置，包括内部设置有预热管路的预热腔，在预热腔上连接有与烟道连接的煤气入口，和输出预热后放散煤气的煤气出口，及与预热管路两端分别连接的高温进口和高温出口；催化燃烧装置，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载体和涂层，壳体的一端与煤气出口连接，另一端与高温进口连接；显热回收装置，包括内部设置有换热管的换热腔，换热腔的一端与高温出口连接，另一端设置有煤气排出口，换热管的两端分别在壳体上连接有冷却入口和冷却出口；控制系统，用于监视和控制各装置的工作过程，同时在各装置工作过程中出现异常时进行报警。本专利技术能够通过人员操控或自主工作实现放散煤气自持催化燃烧显热梯级利用装置各主要装置的测量、监视、控制及记录。通过控制系统实现智能化，可以满足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和无害化处理的生产需求；本专利技术根据放散煤气自持催化燃烧的特殊性质设计梯级热交换装置，可以满足放散煤气余热稳定回收和输出的生产需求，提高余热资源利用效率，降低了可燃物和污染物的排放。附图说明图1是本专利技术一个实施方式的显热梯级利用装置连接状态示意图。具体实施方式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。如图1所示，在本专利技术的一个实施方式中，公开一种放散煤气自持催化燃烧显热梯级利用装置，包括预热装置1、催化燃烧装置2、显热回收装置3和控制系统4。预热装置1包括内部设置有预热管路12的预热腔11，在预热腔11上连接有与烟道连接的煤气入口13，和输出预热后放散煤气的煤气出口14，及与预热管路12两端分别连接的高温进口15和高温出口16；烟道作为转炉炼钢的排烟通道，排出不符合回收条件的放散煤气，预热管路12可采用回绕式排布方式，在预热腔11内平行且间隔的排列，由烟道进入的放散煤气进入预热腔11后由预热管路12外部绕过，再由煤气出口14排出，在该过程中，放散煤气与预热管路12产生热交换；本实施方式中，放散煤气与预热管路12热交换后，温度由低变高。催化燃烧装置2包括内部设置有燃烧空间的壳体21，和安装在壳体21内提高燃烧效果的自催化载体22和涂层23，壳体21的一端与煤气出口14连接，另一端与高温进口15连接。在预热装置1内升温的放散煤气进入壳体21内后，进行一氧化碳自持催化燃烧化学反应，使放散煤气中的一氧化碳进行催化燃烧为二氧化碳，减少一氧化碳排放，同时吸收反应释放的化学热，温度达到300℃以上后通过高温进口15进入预热管路12，对预热腔11内的低温放散煤气进行热交换。载体22一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22形状可以为球形、圆柱体形、多棱体形和网状隔板等。载体22体积根据计算的催化剂数量和比表面积共同决定。具体的涂层23(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。载体体积根据计算的催化剂数量和比表面积共同决定。考虑到催化反应效率，载体长度、等效直径，载体内部流道结构、孔隙度等特性参数，以及载体内流体流速、停留时间等需要进行合理控制，其中载体内流体流速通常控制在0-3m/s，停留时间通常控制在2s以上。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。涂层厚度一般为0.1～1mm。自持燃烧装置涂层载体和催化剂涂层混合制作，或者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，在一定程度上解决了载体和涂层的贴合问题，减少了涂层工序。显热回收装置3包括内部设置有换热管32的换热腔31，换热腔31的一端与高温出口16连接，另一端设置有煤气排出口33，换热管32的两端分别在壳体上连接有连接冷却介质的冷却入口34和冷却出口35。本实施方式中的冷却介质采用的是常温水，也可以采用空气，换热管32采用单根或多根管的结构，在换热腔31内绕行或间隔排布，以最大限度的提高与换热腔31内的放散煤气的接触面积；由催化燃烧装置2加热后的放散煤气在预热管路12内，与预热腔11中的低温放散煤气实现一次热交换，降温后的放散煤气再进入换热腔31中，与换热管32内流动的水进行热交换，最终温度降低到预定范围后排出换热腔31，直接进入大气，而加热后的水在由冷却出口35排出后可进入再利用设备进行循环利用。控制系统4用于监视和控制前述各装置的工作过程，同时在各装置工作过程中出现异常时进行报警。控制系统具体可收集流程中放散煤气组分、浓度、温度、压力、流量、电耗等信息，同时对功率、温度、压力、流量等参数进行控制调节，提高装置运行的可靠性、智能化水平和安保性能，控制系统可通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种放散煤气自持催化燃烧显热梯级利用装置，其特征在于，包括：/n预热装置，包括内部设置有预热管路的预热腔，在预热腔上连接有与烟道连接的煤气入口，和输出预热后放散煤气的煤气出口，及与预热管路两端分别连接的高温进口和高温出口；/n催化燃烧装置，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载体和涂层，壳体的一端与煤气出口连接，另一端与高温进口连接；/n显热回收装置，包括内部设置有换热管的换热腔，换热腔的一端与高温出口连接，另一端设置有煤气排出口，换热管的两端分别在壳体上连接有冷却入口和冷却出口；/n控制系统，用于监视和控制各装置的工作过程，同时在各装置工作过程中出现异常时进行报警。/n

【技术特征摘要】
1.一种放散煤气自持催化燃烧显热梯级利用装置，其特征在于，包括：
预热装置，包括内部设置有预热管路的预热腔，在预热腔上连接有与烟道连接的煤气入口，和输出预热后放散煤气的煤气出口，及与预热管路两端分别连接的高温进口和高温出口；
催化燃烧装置，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载体和涂层，壳体的一端与煤气出口连接，另一端与高温进口连接；
显热回收装置，包括内部设置有换热管的换热腔，换热腔的一端与高温出口连接，另一端设置有煤气排出口，换热管的两端分别在壳体上连接有冷却入口和冷却出口；
控制系统，用于监视和控制各装置的工作过程，同时在各装置工作过程中出现异常时进行报警。


2.根据权利要求1所述的显热梯级利用装置，其特征在于，
所述烟道内为-50～-30pa的负压状态，放散煤气的浓度范围为：一氧化碳浓度<35％且氧气浓度>2％。


3.根据权利要求1所述的显热梯级利用装置，其特征在于，
所述涂层为助燃催化剂涂层，且所述涂层至少需要将150～200℃的放散煤气升温至300～500℃。


4.根据权利要求3所述的显热梯级利用装置，其特征在于，
所述涂层为Pt、Pd、Rh金属或Cu-Ce-Zr基催化剂。


5.根据权利要求1所述的显热梯级利用装置，其特征在于，
所述换热管内部流通的介质为水，且在冷却入口处安装有水泵。


6...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚远，李森，魏小林，宾峰，潘利生，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11