CN110772985B - 催化剂装载器以及具有该催化剂装载器的脱硝反应设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及催化剂装载器技术领域，具体提供了一种催化剂装载器以及具有该催化剂装载器的脱硝反应设备，旨在解决现有脱硝反应设备中催化剂填充容器的容量固定，无法根据反应气体的浓度调节催化剂的填充量以及催化剂与待反应气体的接触面积的问题。为此目的，本发明的催化剂装载器包括第一筒体，第一筒体的第一端固定有端板，端板中部具有开口，第一筒体内设置有与其内壁滑动配合的滑动板，端板和滑动板之间设置有嵌套的第二筒体和第三筒体，第二筒体的第一端与开口的边缘固定连接，第三筒体的第一端与滑动板固定连接，第一筒体、第二筒体以及第三筒体均为网孔结构，端板、滑动板、第一筒体、第二筒体、第三筒体围成第一催化剂装载空间。

Description

催化剂装载器以及具有该催化剂装载器的脱硝反应设备

技术领域

本发明涉及催化剂装载器技术领域，具体提供了一种催化剂装载器以及具有该催化剂装载器的脱硝反应设备。

背景技术

火力发电厂、冶炼厂、工业锅炉等排放的烟气中含有大量的NOx，是大气中产生酸雨的主要污染物。通常，将排出的烟气和氨气通入脱硝反应设备中，在催化剂的催化作用下，氨气与烟气中的NOx发生还原反应生成氮气和水排出。不过，传统的催化剂为蜂窝状结构，蜂窝状结构催化剂的空速比为2500-3000h^-1，体积占比较大。由于受催化剂材质和工艺影响，蜂窝状催化剂质地较脆，运输和装载过程中容易破损。

鉴于此，出现了颗粒状催化剂，颗粒状催化剂的空速比一般为6500-9000h^-1，与蜂窝状催化剂相比，体积占比大幅缩减。不过，在使用过程中，颗粒状催化剂装填在脱硝反应设备的固定容量的容器中，颗粒状催化剂与待反应气体的接触面积固定，不能根据反应气体的浓度调节颗粒状催化剂的填充量以及粒状催化剂与待反应气体的接触面积。

相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有脱硝反应设备中催化剂填充容器的容量固定，无法根据反应气体的浓度调节催化剂的填充量以及催化剂与待反应气体的接触面积的问题，一方面本发明提供了一种催化剂装载器，包括第一筒体，所述第一筒体的第一端固定有端板，所述端板中部具有开口，所述第一筒体内设置有与其内壁滑动配合的滑动板，所述端板和所述滑动板之间设置有嵌套的第二筒体和第三筒体，所述第二筒体的第一端与所述开口的边缘固定连接，所述第三筒体的第一端与所述滑动板固定连接，所述第一筒体、所述第二筒体以及所述第三筒体均为网孔结构，所述端板、所述滑动板、所述第一筒体、所述第二筒体、所述第三筒体围成第一催化剂装载空间。

在上述催化剂装载器的优选技术方案中，所述第三筒体套设在所述第二筒体的外侧或者所述第二筒体套设在所述第三筒体的外侧。

在上述催化剂装载器的优选技术方案中，所述滑动板上与所述第一催化剂装载空间对应的区域设置有至少一个填充口。

在上述催化剂装载器的优选技术方案中，所述滑动板上与所述第三筒体内部对应的区域为网孔结构，所述第一筒体的第二端与所述滑动板之间的空间形成第二催化剂装载空间。

在上述催化剂装载器的优选技术方案中，所述第二筒体的第二端和/或所述第三筒体的第二端设置有加强环。

在上述催化剂装载器的优选技术方案中，所述第一筒体、所述第二筒体和所述第三筒体的横截面形状相同。

在上述催化剂装载器的优选技术方案中，所述第一筒体、所述第二筒体以及所述第三筒体同轴设置。

在上述催化剂装载器的优选技术方案中，所述第一筒体的内壁与所述第二筒体的外壁之间的距离为50～80mm。

在上述催化剂装载器的优选技术方案中，所述网孔结构为多孔板结构或者网结构。

本领域技术人员能够理解的是，在本发明的技术方案中，催化剂装载器包括第一筒体，第一筒体的第一端固定有端板，端板中部具有开口，第一筒体内设置有与其内壁滑动配合的滑动板，端板和滑动板之间设置有嵌套的第二筒体和第三筒体，第二筒体的第一端与开口的边缘固定连接，第三筒体的第一端与滑动板固定连接，第一筒体、第二筒体以及第三筒体均为网孔结构，端板、滑动板、第一筒体、第二筒体、第三筒体围成第一催化剂装载空间。第三筒体和滑动板一起相对于第一筒体和第二筒体滑动，使第一催化剂装载空间的容积改变，同时改变了催化剂装载器内装载的颗粒状催化剂与反应气体的接触面积。通过这样的催化剂装载器，能够根据反应设备需要进行脱硝反应的气体的浓度，调节催化剂装载器中第一催化剂装载空间的大小，从而满足不同浓度反应气体反应时所需的催化剂的量以及催化剂与反应气体的接触面积，提高反应效率。

另一方面，本发明还提供了一种脱硝反应设备，所述脱硝设备包括壳体，所述壳体内形成有反应腔，所述壳体上形成有进口和出口，所述反应腔内配置有上述任一项所述的催化剂装载器，所述开口与所述进口或者所述出口连接。需要说明的是，该脱硝反应设备具有上述催化剂装载器的全部技术效果，在此不再赘述。

附图说明

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1是本发明一种实施例的脱硝反应设备的结构示意图；

图2是本发明一种实施例的脱硝反应设备的剖视示意图；

图3是本发明一种实施例的脱硝反应设备中催化剂装载器的半剖示意图。

附图标记列表:

1、壳体；11、外壳；111、外层结构；112、内层结构；12、内壳；131、第一腔体；132、第二腔体；2、进料通道；3、出料通道；4、防爆型电加热器；5、温度传感器；6、压力传感器；7、隔板；71、安装孔；8、催化剂装载器；81、第一筒体；82、第二筒体；83、第三筒体；84、端板；841、开口；85、滑动板；851、填充口；86、第一催化剂装载空间；87、第二催化剂装载空间；88、加强环。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，虽然本发明是结合脱硝反应设备的催化剂装载器进行介绍的，但是本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合，如本发明的催化剂装载器也可以应用于脱硫反应设备或者其他合适的反应设备等。显然，调整后的技术方案仍将落入本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

另外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，为了更好地说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实施例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于突显本本发明的主旨。

基于背景技术中所述的现有脱硝反应设备中催化剂填充容器的容量固定，无法根据反应气体的浓度调节催化剂的填充量以及催化剂与待反应气体的接触面积的问题，本发明提供了一种催化剂装载器，包括第一筒体，第一筒体的第一端固定有端板，端板中部具有开口，第一筒体内设置有与其内壁滑动配合的滑动板，端板和滑动板之间设置有嵌套的第二筒体和第三筒体，第二筒体的第一端与开口的边缘固定连接，第三筒体的第一端与滑动板固定连接，第一筒体、第二筒体以及第三筒体均为网孔结构，端板、滑动板、第一筒体、第二筒体、第三筒体围成第一催化剂装载空间。第三筒体和滑动板能够相对于第一筒体和第二筒体滑动，使第一催化剂装载空间的容积改变，同时改变了催化剂装载器内装载的颗粒状催化剂与反应气体的接触面积。在使用过程中，可以根据反应设备中需要进行脱硝反应的气体的浓度，调节催化剂装载器中第一催化剂装载空间的大小，从而装填与待反应气体对应量的催化剂，使催化剂与反应气体的接触面积处于合适的范围内，提高反应效率。同时改变了反应气体的过气截面积，在待处理的烟气量相对衡定的情况下，改变了烟气与氨气混合后经过催化器反应层的过气时间(如约0.8秒，1.5秒等)，提高了反应效率。

参照图1至图3，图1是本发明一种实施例的脱硝反应设备的结构示意图；图2是本发明一种实施例的脱硝反应设备的剖视示意图；图3是本发明一种实施例的脱硝反应设备中催化剂装载器的半剖示意图。

如图1至3所示，在一种具体的实施例中，脱硝反应设备包括壳体1，壳体1包括外壳11和内壳12。外壳11包括外层结构111和内层结构112，外层结构111和内层结构112之间设置有隔热层(图中未示出)，具体地，隔热层为填充在外层结构111和内层结构112之间的保温材料层，如岩棉层，或者陶瓷填料层或者高温玻璃纤维层等。内壳12内形成有反应腔，反应腔内设置有隔板7，隔板7将反应腔分成上部的第一腔体131和下部的第二腔体132。外壳11和内壳12之间形成有进料通道2，进料通道2的一端与外部连通，进料通道2的另一端与第一腔体131连通。壳体1上还形成有贯穿外壳11和内壳12的出料通道3，出料通道3的一端与第二腔体132连通，出料通道3的另一端与外部连通。隔板7上设置有多个安装孔71，每个安装孔71处安装有催化剂装载器8。壳体1上设置有4个从外部插入第二腔体132的防爆型电加热器4、1个从外部插入第二腔体132的温度传感器5以及2个从外部插入第二腔体132的压力传感器6。在使用过程中，防爆型电加热器4用于加热催化剂装载器8内填充的颗粒状催化剂以提高催化剂的活性，温度传感器5和压力传感器6分别用来检测反应腔内的温度以及压力。脱硝反应设备还包括控制器(图中未示出)，控制器基于温度传感器5检测到的数据控制防爆型电加热器4的功率。需要说明的是，催化剂颗粒的形状可以是粒状、柱状、三叶状、环状等。

如图3所示，催化剂装载器8包括横截面形状为圆形的第一筒体81，第一筒体81的下端固定有端板84，端板84中部具有开口841，第一筒体81内设置有与其内壁滑动配合的滑动板85，端板84和滑动板85之间设置有嵌套的横截面形状为圆形的第二筒体82和第三筒体83，第二筒体82的下端与开口841的边缘固定连接，第三筒体83的上端与滑动板85固定连接，第三筒体83套在第二筒体82的外部，第一筒体81、第二筒体82以及第三筒体83同轴设置。第一筒体81、第二筒体82以及第三筒体83均为网孔结构，滑动板85上与第一催化剂装载空间96对应的区域设置有4个填充口851，滑动板85上与第三筒体83内部对应的区域为网孔结构。例如，第一筒体81、第二筒体82以及第三筒体83均由多孔板制成，滑动板85上与第三筒体83内部对应的区域为多孔板。可以理解的是，第一筒体81、第二筒体82以及第三筒体83也可以通过金属网制成，动板85上与第三筒体83内部对应的区域为金属网。需要说明的是，孔板结构或者网结构的孔径小于颗粒体催化剂的粒径。端板84、滑动板85、第一筒体81、第二筒体82、第三筒体83围成第一催化剂装载空间86，第一筒体81的上端与滑动板85之间的空间形成第二催化剂装载空间87。在安装好的状态下，端板84中部的开口841与隔板7上的安装孔71固定连接。优选地，第一筒体81内壁与第二筒体82的外壁之间的距离为50～80mm。

在使用过程中，先根据反应气体的浓度上下移动滑动板85和第三筒体83，调节第一催化剂装载空间86的容积。然后通过填充口851在第一催化剂装载空间86内填满颗粒状催化剂，并在第二催化剂装载空间87内填充一定量的颗粒状催化剂。优选地，第二催化剂装载空间87内填充的催化剂层的厚度为50～80mm。将填充有颗粒状催化剂的催化剂装载器8安装至隔板7上的安装孔71。氨气和含有大量NOx的烟气混合并从进料通道2的左端(按照图2所示方位)通入，之后混合气体在外壳11与内壳12之间向上流动，最后从内壳12的上部进入第一腔体131内。第一腔体131内混合气体中的一部分从第一壳体81的外侧沿径向进入第一催化剂装载空间86内流经催化剂后进入第二筒体82的内部，最后从开口841进入第二腔体132；第一腔体131内混合气体中的另一部分进入催化剂装载器8的第二催化剂装载空间87内沿第一筒体81的轴向从上向下流经催化剂、滑动板85后进入第二筒体82内，最后从开口841进入第二腔体132。混合气体在流经催化剂的过程中，在催化剂的催化作用下，烟气中的NOx与氨气发生还原反应生成氮气和水，反应后的混合气体进入第二腔体132经出料通道3排出。

第一筒体81、第二筒体82和第三筒体83的截面形状相同并且同轴设置，使第一催化剂装载空间86各处沿第一筒体81径向的尺寸相同，混合气体从第一壳体81的外侧不同位置沿径向进入第一催化剂装载空间86内流经催化剂的过程中接触到等厚度的催化剂层，保证了催化剂的催化效果。第一筒体81内壁与第二筒体82的外壁之间的距离设置成50～80mm，第二催化剂装载空间87内填充的催化剂层的厚度为50～80mm既保证了混合气体与催化剂的接触面积，又避免了混合气体流过催化剂的阻力过大，降低了过气压头。滑动板85上与第三筒体83内部对应的区域为网孔结构，第一筒体81的上端与滑动板85之间的空间形成第二催化剂装载空间87，这样增大了混合气体与催化剂的接触面积，提高了反应效率，保证了混合气体充分反应。

本领域技术人员可以理解的是，滑动板85上与第一催化剂装载空间96对应的区域设置的填充口851的数量为4个仅是一种示例性的描述，本领域技术人员可以根据需要对其进行调整，如填充口851的数量可以是1个、2个、3个等。另外，填充口851的形状和大小不受限制，如可以使方形，圆形或环状等。在一种可行的实施例中，滑动板85上可以不设置填充口851。滑动板85和第三筒体83可拆卸地连接，在拆下滑动板85后向第一催化剂装载空间86内填充催化剂。另外，第三筒体83套在第二筒体82的外部仅是一种具体的实施方式，本领域技术人员可以根据需要对其进行调整，如第二筒体82套在第三筒体83的外部。

此外，第一筒体81、第二筒体82和第三筒体83的截面形状相同并且同轴设置仅是一种优选的实施方式，本领域技术人员可以根据需要对其进行调整，如在一种可行的实施例中，第一筒体81、第二筒体82和第三筒体83的截面形状相同，如均为圆形，第二筒体82和第三筒体83同轴但与第一筒体81不同轴；在一种可行的实施方式中，第一筒体81、第二筒体82和第三筒体83的截面形状不相同，第一筒体81和第三筒体83的横截面形状为圆形，第二筒体82的横截面形状为等边三角形、正方形、正五边形等，第一筒体81、第二筒体82和第三筒体83同轴设置。

在一种可行的实施例中，滑动板85上与第三筒体83内部对应的区域不设置网孔结构，滑动板85上与第三筒体83内部对应的区域为实体板，催化剂装载器8中仅设置有装载催化剂的第一催化剂装载空间86。

继续参照图3，优选地，第三筒体83的下端设置有加强环88。通过在第三筒体83的下端设置加强环88，能够防止第三筒体83的下端受热变形而造成第三筒体83与第二筒体82之间挤压产生较大的摩擦力或者卡死而影响第三筒体83相对于第二筒体82移动。本领域技术人员可以理解的是，可以在第二筒体82的上端设置加强环，也可以在第二筒体82的上端和第三筒体83的下端同时设置加强环。

另一方面，本发明提供了一种脱硝反应设备，脱硝反应设备包括壳体，壳体内形成有反应腔，壳体上形成有进口和出口，反应腔内配置有上述任一项的催化剂装载器。催化剂装载器8上的开口841与壳体上的进口连接。混合气体从开口841流入第二筒体82内，之后流经催化剂进入反应腔内，最后从壳体上的出口流出。在另一种可行的实施方式中，催化剂装载器8上的开口841与壳体上的出口连接，进入反应腔内的混合气体从流经催化剂进入第二筒体82内，最后经开口841从壳体上的出口流出。

通过以上描述可以看出，在本发明的技术方案中，催化剂装载器包括第一筒体，第一筒体的第一端固定有端板，端板中部具有开口，第一筒体内设置有与其内壁滑动配合的滑动板，端板和滑动板之间设置有嵌套的第二筒体和第三筒体，第二筒体的第一端与开口的边缘固定连接，第三筒体的第一端与滑动板固定连接，第一筒体、第二筒体以及第三筒体均为网孔结构，端板、滑动板、第一筒体、第二筒体、第三筒体围成第一催化剂装载空间。第三筒体和滑动板一起相对于第一筒体和第二筒体滑动，使第一催化剂装载空间的容积改变，同时改变了催化剂装载器内装载的颗粒状催化剂与反应气体的接触面积。通过这样的催化剂装载器，能够根据反应设备需要进行脱硝反应的气体的浓度，调节催化剂装载器中第一催化剂装载空间的大小，从而满足不同浓度反应气体反应时所需的催化剂的量以及催化剂与反应气体的接触面积，提高反应效率。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种催化剂装载器，其特征在于，包括第一筒体，所述第一筒体的第一端固定有端板，所述端板中部具有开口，所述第一筒体内设置有与其内壁滑动配合的滑动板，所述端板和所述滑动板之间设置有嵌套的第二筒体和第三筒体，所述第二筒体的第一端与所述开口的边缘固定连接，所述第三筒体的第一端与所述滑动板固定连接，所述第一筒体、所述第二筒体以及所述第三筒体均为网孔结构，所述端板、所述滑动板、所述第一筒体、所述第二筒体、所述第三筒体围成第一催化剂装载空间；

所述第一筒体、所述第二筒体和所述第三筒体的截面形状相同并且同轴设置。

2.根据权利要求1所述的催化剂装载器，其特征在于，所述第三筒体套设在所述第二筒体的外侧或者所述第二筒体套设在所述第三筒体的外侧。

3.根据权利要求2所述的催化剂装载器，其特征在于，所述滑动板上与所述第一催化剂装载空间对应的区域设置有至少一个填充口。

4.根据权利要求3所述的催化剂装载器，其特征在于，所述滑动板上与所述第三筒体内部对应的区域为网孔结构，

所述第一筒体的第二端与所述滑动板之间的空间形成第二催化剂装载空间。

5.根据权利要求4所述的催化剂装载器，其特征在于，所述第二筒体的第二端和/或所述第三筒体的第二端设置有加强环。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的催化剂装载器，其特征在于，所述第一筒体、所述第二筒体和所述第三筒体的横截面形状相同。

7.根据权利要求6所述的催化剂装载器，其特征在于，所述第一筒体、所述第二筒体以及所述第三筒体同轴设置。

8.根据权利要求7所述的催化剂装载器，其特征在于，所述第一筒体的内壁与所述第二筒体的外壁之间的距离为50～80mm。

9.根据权利要求8所述的催化剂装载器，其特征在于，所述网孔结构为多孔板结构或者网结构。

10.一种脱硝反应设备，包括壳体，所述壳体内形成有反应腔，所述壳体上形成有进口和出口，其特征在于，所述反应腔内配置有权利要求1至9中任一项所述的催化剂装载器，所述开口与所述进口或者所述出口连接。