CN209782671U - 工业锅炉烟气的净化装置以及烟气氧化效率的测定装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例涉及气态污染物治理技术领域，提供一种工业锅炉烟气的净化装置以及烟气氧化效率的测定装置，该净化装置包括：回程烟道、出口烟道、CH4氧化剂载体和CO氧化剂载体；回程烟道的进气口与锅炉炉膛的烟气出口连通，回程烟道的出气口与出口烟道的进气口连通；CH4氧化剂载体设置在回程烟道内，且回程烟道内靠近CH4氧化剂载体处设有第一加热元件；CO氧化剂载体设置在出口烟道内，且出口烟道内靠近CO氧化剂载体处设有第二加热元件。本实用新型实施例提供的工业锅炉烟气的净化装置以及烟气氧化效率的测定装置，能够使锅炉内产生的烟气进行二次燃烧，有效减少烟气中CH4和CO的排放量，实现烟气洁净节能排放。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及气态污染物治理技术领域，尤其涉及一种工业锅炉烟气的净化装置以及烟气氧化效率的测定装置。
背景技术
随着我国经济发展和能源结构的调整，天然气在能源结构中的比例大幅增加，加之天然气较煤炭、石油等能源有热值高、洁净、燃烧后无废渣产生等优势，燃天然气锅炉将成为今后推广发展的方向。然而，燃气锅炉在使用过程中不可避免的含有一定量未参与燃烧反应而逃逸的CH4以及反应生成的CO、NOx等气态污染物。其中，NOx是温室效应、酸雨、臭氧层破坏、水体富营养化、光化学烟雾和雾霾的主要前驱物，是一种涉及环境问题最多的大气污染物，CH4和CO作为清洁燃料，同属于引起温室效应的重要组分，因此直接排放工业锅炉产生的烟气不仅会造成能源的浪费，还会造成大气污染、引起温室效应，给人类生活质量产生一定的影响。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种工业锅炉烟气的净化装置以及烟气氧化效率的测定装置，用以解决现有技术中工业锅炉排放的烟气燃烧不充分造成环境污染的技术问题。
本实用新型实施例提供了一种工业锅炉烟气的净化装置，该装置包括：回程烟道、出口烟道、CH4氧化剂载体和CO氧化剂载体；所述回程烟道的进气口与锅炉炉膛的烟气出口连通，所述回程烟道的出气口与所述出口烟道的进气口连通；所述CH4氧化剂载体设置在所述回程烟道内，且所述回程烟道内靠近所述CH4氧化剂载体处设有第一加热元件；所述CO氧化剂载体设置在所述出口烟道内，且所述出口烟道内靠近所述CO氧化剂载体处设有第二加热元件。
进一步地，所述CH4氧化剂载体为由在第一TiO2载体表面涂覆铂层、钯层、二氧化铈层、二氧化锆层、锰层和二氧化钛构成的合金体。
进一步地，所述CO氧化剂载体为由在第二TiO2载体表面涂覆铂层、钌层、铱层、二氧化铈层、铜层、锰层构成的合金体。
进一步地，所述第一TiO2载体和第二TiO2载体分别呈蜂窝型结构。
进一步地，还包括：低氮燃烧器，所述低氮燃烧器的燃烧室内置于锅炉的炉膛内，且其进气口通过循环管道与所述回程烟道的出气口连通。
进一步地，还包括：风机，所述风机连接在所述出口烟道的出气口处。
进一步地，还包括：余热回收装置，所述余热回收装置设置在所述风机与所述出口烟道的出气口连通的管道上。
本实用新型还提供了一种烟气氧化催化效率的测定装置，该测定装置应用于上述所述的净化装置，包括：尾气罐组、混气罐、三通阀和烟气分析仪；所述尾气罐组由多个不同尾气气体的储气罐组成，其中至少包括一个CH4储气罐和一个CO储气罐，每个储气罐通过定量控制阀控制出气量；所述CH4储气罐与所述三通阀的第一通阀门连通，其余储气罐汇通至混气罐，所述混气罐的出气口通过第一支管道与所述三通阀的第二通阀门连通，所述混气罐的出气口通过第二支管道与所述烟气分析仪的进气口连通；其中，所述第一支管道上设有第一控制阀门，所述第二支管道上设有第二控制阀门；所述三通阀的第三通阀门与所述回程管道的进气口连通；所述出口烟道的出气口通过管道与所述烟气分析仪的进气口连通。
进一步地，所述出口烟道的出气口处还连通有尾气管道，且所述尾气管道上设有第一开关阀，所述回程烟道的进气口与锅炉炉膛的烟气出口连通的管道上设有第二开关阀。
进一步地，所述尾气罐组包括：CH4储气罐、CO储气罐、NO储气罐、CO2储气罐、O2储气罐和N2储气罐；所述CH4储气罐与所述三通阀的第一通阀门连通，CO储气罐、NO储气罐、CO2储气罐、O2储气罐和N2储气罐分别汇通至混气罐。
本实用新型实施例提供的工业锅炉烟气的净化装置，在传统工业锅炉的基础上进行改进，能够使锅炉内产生的烟气进行二次燃烧，将未充分燃烧的CH4和CO、以及不完全燃烧产生的有害气体进行充分氧化，反应产生无害化的CO2等气体，然后以尾气排出，有效减少烟气中CH4和CO的排放量，实现烟气洁净节能排放；同时，本实用新型的净化装置还能够通过调控温度及选取使用CH4氧化剂载体和CO氧化剂载体，从而提高工业锅炉烟气中CH4和CO的氧化转化率。
本实用新型实施例提供的烟气氧化效率的测定装置，应用于上述所述的工业锅炉烟气的净化装置，能够有效测定该净化装置的CH4和CO的氧化转化率，并通过测定结果及时更换净化装置内催化活性较低的CH4氧化剂载体和CO氧化剂载体，保证工业锅炉烟气的净化装置具有较高的氧化效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型工业锅炉烟气的净化装置一实施例的结构示意图；
图2为本实用新型烟气氧化效率的测定装置一实施例的结构示意图。
其中：
1-回程烟道；1a-回程管道的进气口；1b-回程管道的出气口；2-出口烟道；3-CH4氧化剂载体；4-CO氧化剂载体；5-第一加热元件；6-第二加热元件；7-低氮燃烧器；8-风机；9a-第一余热回收装置；9b-第二余热回收装置；10-工业锅炉；11-尾气罐组；12-混气罐；13-三通阀；14-烟气分析仪；15-第一控制阀门；16-第二控制阀门；17-循环管道。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1给出了本实用新型工业锅炉烟气的净化装置一实施例的结构示意图，如图1所示，该净化装置包括：回程烟道1、出口烟道2、CH4氧化剂载体3和CO氧化剂载体4；所述回程烟道的进气口1a与锅炉炉膛的烟气出口连通，所述回程烟道的出气口1b与所述出口烟道2的进气口连通；所述CH4氧化剂载体3设置在所述回程烟道1内，且所述回程烟道1内靠近所述CH4氧化剂载体3处设有第一加热元件5；所述CO氧化剂载体4设置在所述出口烟道2内，且所述出口烟道2内靠近所述CO氧化剂载体4处设有第二加热元件6。
具体地，CH4氧化剂载体3为由在第一TiO2载体表面依次设置铂层、钯层、二氧化铈层、二氧化锆层、锰层和二氧化钛构成的合金体，即以二氧化钛为载体，在其表面涂覆一层铂、钯、二氧化铈、二氧化锆、锰等合金组合制成的合金体，其中，二氧化钛表面的铂层、钯层、二氧化铈层、二氧化锆层、锰层，其涂覆的次序以及各个层所在的上下层位置不作限定，均在本实用新型的保护范围内，优选在二氧化钛的表面由内向外依次涂覆铂层、钯层、二氧化铈层、二氧化锆层、锰层。此种CH4氧化剂载体3能够在第一加热元件5的温度调控下，于450～600℃的高温下产生优异的催化氧化效果，烟气中CH4的氧化转化率能够达到73％以上，在475～600℃的温度区间范围内其氧化转化率达到90％以上。
CH4氧化剂载体3形状优选为蜂窝状结构，蜂窝状结构能够与烟气进行充分接触，增大反应面积，提高氧化效率。
优选该CH4氧化剂载体3的各个组成部分的质量含量比分别为：0～1wt％铂、0～1wt％钯、0～20wt％二氧化铈、0～15wt％二氧化锆、0～1.5wt％锰、0～80wt％二氧化钛载体。
第一加热元件5用于给回程烟道1内加热，提供高温反应条件，可采用热电偶棒，通过插孔插入回程烟道1内进行加热，通过连接外部的加热控温装置进行调温控温，但不限于此。为了便于氧化反应的进行，第一加热元件5设置在靠近CH4氧化剂载体3处。
回程烟道1内对烟气进行第一氧化反应，其过程如下：通过第一加热元件5将回程烟道1内加热至450～600℃，工业锅炉10内产生的烟气经过烟道进入回程烟道1内，烟气与CH4氧化剂载体3充分接触，从而发生氧化催化反应，经过第一氧化反应后的烟气由回程烟道的出气口1a排出进入出口烟道2内。
在回程烟道1内，烟气经过第一氧化反应，能够有效提高烟气中CH4的氧化转化率，对烟气中的CH4进行充分氧化，转化成无害化的CO2气体后排出烟道外，有效减少烟气中CH4的排放量，最终实现烟气洁净节能排放。
CO氧化剂载体4为由在第二TiO2载体表面涂覆铂层、钌层、铱层、二氧化铈层、铜层、锰层构成的合金体，即以二氧化钛为载体，在其表面涂覆一层铂、钌、铱、二氧化铈、铜、锰等合金组合制成的合金体，其中，二氧化钛表面的铂层、钌层、铱层、二氧化铈层、铜层、锰层，其涂覆的次序以及各个层所在的上下层位置不作限定，均在本实用新型的保护范围内，优选在二氧化钛的表面由内向外依次涂覆铂层、钯层、二氧化铈层、二氧化锆层、锰层。此种CO氧化剂载体4能够在第二加热元件6的温度调控下，于100～150℃的高温下产生优异的催化氧化效果，烟气中CO的氧化转化率能够达到92％以上，在130～150℃的温度区间范围内其氧化转化率达到95％以上。
CO氧化剂载体4形状可以为球状、片状或蜂窝状，优选采用蜂窝挤出式或蜂窝涂覆式工艺制成蜂窝状结构，蜂窝状结构能够与烟气进行充分接触，增大反应面积，提高氧化效率。
优选该CO氧化剂载体4各个组成部分的质量含量比分别为：0～1wt％铂、0～1wt％钌、0～1wt％铱、0～20wt％二氧化铈、0～1.5wt％铜、0～1.5wt％锰、0～80wt％二氧化钛载体。
第二加热元件6用于给出口烟道2内加热，提供高温反应条件，同样可采用热电偶棒，通过插孔插入出口烟道2内进行加热，通过连接外部的加热控温装置进行调温控温，但不限于此。为了便于氧化反应的进行，第二加热元件6设置在靠近CO氧化剂载体4处。
出口烟道2内对烟气进行第二氧化反应，安装在回程烟道的出气口1b处，烟气先在回程烟道1进行第一氧化反应，再进行第二氧化反应，实现二次氧化净化处理，其净化过程如下：工业锅炉10内产生的烟气进入回程烟道1经过第一氧化反应后，由回程烟道的出气口1b排出并进入出口烟道2内，通过第二加热元件6将出口烟道2内加热至100～150℃，烟气与CO氧化剂载体4充分接触，发生氧化催化反应后由出口烟道2的出气口排出。
在出口烟道2内，烟气经过第二氧化反应，能够有效提高烟气中CO的氧化转化率，对烟气中的CO进行充分氧化，转化成无害化的CO2气体后排出烟道外，有效减少烟气中CO的排放量，最终实现烟气洁净节能排放。
此外，为了增大烟气与CH4氧化剂载体3的接触面积，可使呈蜂窝状的CH4氧化剂载体3安装在回程烟道的出气口1b处，并堵住该出气口，蜂窝孔芯沿烟气流通的方向放置；同样地，为了增大烟气与CO氧化剂载体4的接触面积，可使呈蜂窝状的CO氧化剂载体4安装在出口烟道2的出气口处，并堵住该出气口，蜂窝孔芯沿烟气流通的方向放置。在回程烟道的进气口1a处和出口烟道2的进气口处可设置导流板。
本实用新型的净化装置可应用于焦化、烧结、玻璃、化工、燃气等行业的烟气治理，尤其适用于燃天然气或煤气的工业锅炉的烟气治理，该种燃天然气或煤气的工业锅炉以天然气或煤气为能源，具有热值高、洁净、燃烧后无废渣产生等优点，然而传统燃天然气或煤气锅炉存在燃烧不充分的情况，其排出的烟气尾气中会存在一定量未参与燃烧的CH4或CO，以及反应不完全所产生的影响空气质量的有害气体，例如NO、CO、CH4、CO2等。本实用新型的净化装置在传统工业锅炉的基础上进行改进，能够使锅炉内产生的烟气进行二次燃烧，将未充分燃烧的CH4和CO、以及不完全燃烧产生的有害气体进行充分氧化，反应产生无害化的CO2等气体，然后以尾气排出，有效减少烟气中CH4和CO的排放量，实现烟气洁净节能排放；同时，本实用新型的净化装置还能够通过调控温度及选取使用CH4氧化剂载体3和CO氧化剂载体4，从而提高工业锅炉10烟气中CH4和CO的氧化转化率。
在上述各实施例的基础上，本实用新型的净化装置还包括：低氮燃烧器7，该低氮燃烧器7的燃烧室内置于锅炉10的炉膛内，且其进气口通过循环管道17与回程烟道的出气口1b连通。在回程烟道1内的烟气经过第一氧化反应后，部分可通过循环管道17再次进入锅炉10内进行低氮燃烧，能够保证出口氮氧化物浓度控制在30mg/m3范围内，进一步减少烟气中雾霾前驱物-NOx的排放量，实现洁净节能排放。
在上述各实施例的基础上，本实用新型的净化装置还包括：风机8，该风机8连接在出口烟道2的出气口处，其风机8出烟口连接烟囱。工业锅炉10内的烟气进入回程烟道1和出口烟道2进行两次氧化反应后，烟气尾气通过风机8排入烟囱。
在上述各实施例的基础上，本实用新型的净化装置还可设置余热回收装置，在回程烟道1和出口烟道2之间设置第一余热回收装置9a，在出口烟道2的出气口处设置第二余热回收装置9b，利用氧化放热提升烟气温度，提高能源利用率和能量回收率。具体地，第一余热回收装置9a的进口与回程烟道的出气口1b连通，第一余热回收装置9a的出口与出口烟道2的进气口连通；第二余热回收装置9b的进口与出口烟道2的进气口连通，第二余热回收装置9b的出口与风机8相连。第一余热回收装置9a和第二余热回收装置9b均可采用小型余热回收装置，利用氧化放热回收烟气流通过程中产生的热能，以提升烟气的温度，以及能源利用率和能量回收率。
本实用新型还提供了一种烟气氧化催化效率的测定装置，该装置能够应用于上述工业锅炉烟气的净化装置中，实现该净化装置的净化效率的测定。
图2给出了本实用新型烟气氧化效率的测定装置一实施例的结构示意图，如图2所示，该测定装置包括：尾气罐组11、混气罐12、三通阀13和烟气分析仪14；其中：
尾气罐组11由多个不同尾气气体的储气罐组成，其中至少包括一个CH4储气罐和一个CO储气罐，每个储气罐通过定量控制阀控制出气量。具体地，尾气罐组11优选由CH4储气罐、CO储气罐、NO储气罐、CO2储气罐、O2储气罐和N2储气罐组成；其中，CH4储气罐与三通阀13的第一通阀门连通，CO储气罐、NO储气罐、CO2储气罐、O2储气罐和N2储气罐分别汇通至混气罐12。定量控制阀连接质量流量控制器和显示器，实现定量控制出气量。
混气罐12的出气口通过第一支管道与三通阀13的第二通阀门连通，混气罐12的出气口通过第二支管道与烟气分析仪14的进气口连通；其中，第一支管道上设有第一控制阀门15，第二支管道上设有第二控制阀门16；三通阀13的第三通阀13门与回程管道的进气口1a连通；出口烟道2的出气口1b通过管道与烟气分析仪14的进气口连通。
CH4氧化剂载体3用石英棉支撑于回程烟道1内，烟道上方开口用橡胶塞塞紧，第一加热元件5穿过橡胶塞直抵CH4氧化剂载体3上端面的气固临界处，通过温度控制仪控制第一加热元件5的加热温度，从而控制CH4氧化剂载体3的温度，回程烟道1内所控温度T1范围优选为450～600℃；CO氧化剂载体4用石英棉支撑于出口烟道2内，烟道上方开口用橡胶塞塞紧，第一加热元件5穿过橡胶塞直抵CO氧化剂载体4上端面的气固临界处，通过温度控制仪控制第二加热元件6的加热温度，从而控制CO氧化剂载体4的温度，出口烟道2内所控温度T2范围优选为100～150℃。
以上各个设备之间采用直径3mm的聚四氟乙烯管连接。
本实施例的测定装置是在工业锅炉10处于停止状态时对回程烟道1和出口烟道2中CH4和CO的氧化性能进行检测。其检测过程如下：首先，控制第一控制阀门15关闭，第二控制阀门16打开，此时混气罐12内的模拟烟气(即CO、NO、CH4、CO2、O2和N2混合形成的混合气体，N2为平衡气)由第二支管道进入烟气分析仪14中，测定入口烟气中的NO、CO、CH4、CO2和O2浓度；其次，控制第一控制阀门15打开，第二控制阀门16关闭，此时混气罐12内的模拟烟气通过三通阀13依次进入回程烟道1、出口烟道2内，同时控制回程烟道1、出口烟道2加热温度，在高温的条件下，模拟烟气通过催化剂床层进行第一氧化反应和第二氧化反应，反应后的烟气排出进入烟气分析仪14中，测定反应后的NO、CO、CH4、CO2和O2浓度。通过以下转化率计算公式计算CH4和CO的转化率：CH4转化率＝([CH4]入口-[CH4]出口)/[CH4]入口×100％；CO转化率＝([CO]入口-[CO]出口)/[CO]入口×100％。
为了便于模拟烟气及工业锅炉10内的烟气排出，在出口烟道2的出气口处可连接一个尾气管道，且该尾气管道上设置第一开关阀；为防止测定过程中，模拟烟气的泄漏，在回程烟道的进气口1a与锅炉炉膛的烟气出口连通的管道上设置第二开关阀。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种工业锅炉烟气的净化装置，其特征在于，包括：回程烟道、出口烟道、CH4氧化剂载体和CO氧化剂载体；
所述回程烟道的进气口与锅炉炉膛的烟气出口连通，所述回程烟道的出气口与所述出口烟道的进气口连通；
所述CH4氧化剂载体设置在所述回程烟道内，且所述回程烟道内靠近所述CH4氧化剂载体处设有第一加热元件；
所述CO氧化剂载体设置在所述出口烟道内，且所述出口烟道内靠近所述CO氧化剂载体处设有第二加热元件。
2.根据权利要求1所述的工业锅炉烟气的净化装置，其特征在于，所述CH4氧化剂载体为由在第一TiO2载体表面涂覆铂层、钯层、二氧化铈层、二氧化锆层、锰层和二氧化钛构成的合金体。
3.根据权利要求2所述的工业锅炉烟气的净化装置，其特征在于，所述CO氧化剂载体为由在第二TiO2载体表面涂覆铂层、钌层、铱层、二氧化铈层、铜层、锰层构成的合金体。
4.根据权利要求3所述的工业锅炉烟气的净化装置，其特征在于，所述第一TiO2载体和第二TiO2载体分别呈蜂窝型结构。
5.根据权利要求1-4任一项所述的工业锅炉烟气的净化装置，其特征在于，还包括：低氮燃烧器，所述低氮燃烧器的燃烧室内置于锅炉的炉膛内，且其进气口通过循环管道与所述回程烟道的出气口连通。
6.根据权利要求5所述的工业锅炉烟气的净化装置，其特征在于，还包括：风机，所述风机连接在所述出口烟道的出气口处。
7.根据权利要求6所述的工业锅炉烟气的净化装置，其特征在于，还包括：余热回收装置，所述余热回收装置设置在所述风机与所述出口烟道的出气口连通的管道上。
8.一种烟气氧化效率的测定装置，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的净化装置，包括：尾气罐组、混气罐、三通阀和烟气分析仪；
所述尾气罐组由多个不同尾气气体的储气罐组成，其中至少包括一个CH4储气罐和一个CO储气罐，每个储气罐通过定量控制阀控制出气量；
所述CH4储气罐与所述三通阀的第一通阀门连通，其余储气罐汇通至混气罐，所述混气罐的出气口通过第一支管道与所述三通阀的第二通阀门连通，所述混气罐的出气口通过第二支管道与所述烟气分析仪的进气口连通；其中，所述第一支管道上设有第一控制阀门，所述第二支管道上设有第二控制阀门；
所述三通阀的第三通阀门与所述回程管道的进气口连通；
所述出口烟道的出气口通过管道与所述烟气分析仪的进气口连通。
9.根据权利要求8所述的测定装置，其特征在于，所述出口烟道的出气口处还连通有尾气管道，且所述尾气管道上设有第一开关阀，所述回程烟道的进气口与锅炉炉膛的烟气出口连通的管道上设有第二开关阀。
10.根据权利要求8所述的测定装置，其特征在于，所述尾气罐组包括：CH4储气罐、CO储气罐、NO储气罐、CO2储气罐、O2储气罐和N2储气罐；所述CH4储气罐与所述三通阀的第一通阀门连通，CO储气罐、NO储气罐、CO2储气罐、O2储气罐和N2储气罐分别汇通至混气罐。
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|---|---|---|---|---|
| CN113432932A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-09-24 | 北京市劳动保护科学研究所 | 一种餐饮油烟污染物采样装置 |
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