一種圓筒狀蓄熱催化燃燒器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種圓筒狀蓄熱催化燃燒器，屬于催化燃燒和環境保護技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟的高速發展，我國大中城市、經濟發達地區和基礎工業密集區域的灰霾空氣污染日漸嚴重。隨著我國對于SOx和NOx排放的限制日趨嚴格、相關環保技術和裝置不斷投入使用，我國大氣環境中SOx和NOx的污染物排放總量逐年減少，然而，從目前的監測結果看，我國長三角、珠三角和京津冀各片區的灰霾污染并未明顯減輕，已經嚴重威脅到了民眾的身體健康和經濟的可持續發展。
[0003]隨著當前我國目前大氣灰霾污染的溯源研宄的進展，工業生產排放的揮發性有機物(Volatile Organic Compounds:VOCs)對大氣霧霾的貢獻逐漸為人們所了解和重視。目前，我國經濟發達地區廣泛存在的涂料、涂裝、家具、制鞋、制革、印刷電路、制藥、精細化工、石油天然氣化工、農藥等眾多產業均存在大量的VOCs排放。在所排放的眾多VOCs當中，芳烴、烯烴、醛、酮等均具有很強的致霾能力，很容易在大氣中與NOx、03等物質發生二次光化學反應而產生二次氣凝膠，導致大氣能見度下降。因此從源頭治理工業VOCs排放已經成為我國目前遏止大氣灰霾頻發的重中之重。
[0004]工業VOCs的治理已有許多成熟方法面試，其中包括I)吸附法；2)吸收法；3)低溫冷凝回收法；4)紫外光催化分解法；5)低溫等離子體法；6)催化燃燒法；7)蓄熱燃燒法等。所有這些方案中采用活性炭吸附材料的技術比較成熟，對絕大多數VOCs都非常有效，其工程應用非常廣泛，但該方法氣阻較大，被吸附飽和的活性炭材料在熱蒸汽再生時有發生火災的隱患，此外，但廢氣中含有霧滴和油滴時，很容易在活性炭表面形成液膜而導致活性炭徹底失活。吸收法是采用水或者表面活性劑水溶液為吸收介質，通過水簾幕、文丘里管或者吸收塔對廢氣當中的VOCs進行吸收，該方法會產生二次污染廢水，而且對于濃度較低的惡臭性氣體效果不佳。低溫冷凝回收法是采用將廢氣低溫冷凝而去除其中VOCs的方法，該方法常用于高濃度油氣回收，但對于較低濃度的含VOCs廢氣而言，此方法能耗太高。紫外光催化法是利用紫外線對廢氣中的VOCs進行降解的方法，該方法常常與納米1102光催化材料協同使用，對于廢氣除味具有一定的效果，但其總VOCs去除率不高，而且該技術往往需要廢氣有較長的停留時間，因此其裝置尺寸比較龐大。低溫等離子體法是采用低溫等離子體所激發出的高反應性自由基對廢氣中的VOCs進行去除，該方法有一定的能源消耗，而且有產生臭氧的問題，如果其尾端沒有臭氧煙滅模塊，則該裝置對環境的綜合污染危害大于其對廢氣中VOCs的凈化效果，此外當廢氣中VOCs的濃度發生波動時，該裝置有引發爆炸的潛在危險。
[0005]催化燃燒是利用適當的催化材料在一定的溫度下對廢氣中的VOCs進行燃燒消解的方法，該方法去除率高，但對催化材料的要求較高，含硫、含氯的有機物常常會使催化劑發生中毒，而且該方法需要將廢氣加熱至催化劑起活的窗口溫度，否則不能處理掉其中的VOCs。蓄熱燃燒法是采用多孔陶瓷為蓄熱體，使含VOCs廢氣在多個高溫腔室交叉流動，實現VOCs的燃燒降解，燃燒所釋放的熱量用于保持蓄熱體的溫度，對于三室的情況而言，一室用于VOCs進氣、一室用于吹入新鮮反吹空氣、一室用于出氣，當出氣溫度升高到一定值時，則將三室的氣體流動切換，出氣變進氣，反吹變出氣，進氣變反吹，等待下一次出氣溫度升高到一定值時，再照此規則切換。該裝置能夠有效利用VOCs燃燒所產生的熱量，并通過進氣流預熱將該熱量最大限度的保留在蓄熱裝置內，所以雖然該裝置在較高溫度下操作(如800度)，但只要進氣中VOCs的燃燒焓足以補償設備對外散熱和設備出口帶走的少量熱量，該裝置是可以實現自熱并連續運行的。可知，該方法要求廢氣有一定VOCs濃度。當VOCs的熱分解溫度越低時，該裝置的操作溫度就越低，其熱損失就越小，就更加適于處理低濃度的VOCs廢氣。蓄熱燃燒技術方案和催化燃燒技術方案對于快速處理含有一定燃燒焓且沒有回收價值的VOCs廢氣具有鮮明的競爭力。
[0006]目前常見的三室蓄熱燃燒器往往是將三個腔室一字排開，腔室的頂端設置加熱裝置用于在設備啟動開車期間提供足夠高的溫度，三個腔室下層填塞多孔蓄熱陶瓷，上層空置，每個腔室下端設置兩個氣體進出口，其結構簡圖如說明書附圖1所示，其中A表示燃燒器頂蓋，B表示燃燒器三個腔室和外部保溫層，A垂直覆蓋在B上則構成該蓄熱燃燒器，圖中I代表蓄熱腔室之間的隔離層，2代表蓄熱腔室(共三個)，3代表三個腔室的外部保溫層，4代表電加熱管，5代表燃燒器頂蓋保溫層，1-1和I1-1I分別代表設備A和B之間解離后的仰視圖和俯視圖。為了明了起見，圖1沒有給出每個腔室下部的兩個氣體進出管口。從目前的蓄熱燃燒器的結構來看，該技術方案具有兩個明顯的缺陷:
[0007]I)當兩端的兩個腔室分別做為進氣室和出氣室時，含VOCs氣體在腔室上部的空間中流動距離最大，停留時間最長，處理效果最好，而當中間的腔室和兩端某個腔室作為進氣室和出氣室時，含VOCs氣體在腔室上部空間的運行距離減半，停留時間也減半，導致這時的VOCs處理效果明顯降低，這使該裝置的VOCs處理效果總是處在周期性振蕩之中，不利于裝置穩定運行。
[0008]2)由于三個腔室并排放置，導致高溫的腔室和室溫環境之間的外部保溫層周長較長，散熱面積較大，不利于設備的保溫和節能。
[0009]為了解決以上的設計問題，本發明結合了催化燃燒和蓄熱燃燒的技術特長，給出了一種圓筒狀蓄熱催化燃燒器的設計方案。
【發明內容】
[0010]本發明的目的在于通過在圓筒狀蓄熱催化燃燒器內等距設置三個扇形腔室，消除了不同腔室由于氣流切換導致的氣體停留時間改變，此外，本發明中三個扇形腔室的頂部隔離層采用負載有耐高溫催化劑的蜂窩陶瓷砌筑，強制腔室間的含VOCs氣體流過具有催化性能的多孔陶瓷，從而獲得更佳的降解效果。
[0011]一種圓筒狀蓄熱催化燃燒器，該燃燒器外形為圓筒狀、各腔室之間氣體流動距離相同，且在氣體流動路徑中設置了具有催化性能的多孔陶瓷，整個燃燒器中腔室間距離緊湊，減少了外壁的對外散熱。
[0012]本發明所提供的一種圓筒狀蓄熱催化燃燒器是通過如下的技術方案實現的:將三面相交于圓心的隔離墻砌筑于一個圓筒內，圓筒外壁為保溫隔熱材料，隔離墻兩兩之間的圓心角為120度，隔離墻的厚度為圓筒內徑的5%?30%，隔離墻將圓筒內的空間分隔為三個相同大小的蓄熱催化燃燒腔室，三個蓄熱催化燃燒腔室中從下往上砌筑孔道豎直的蓄熱多孔陶瓷，蓄熱多孔陶瓷的砌筑高度為整個蓄熱燃燒腔室高度的40%?90%，低于蓄熱多孔陶瓷的隔離墻采用不透氣的隔熱材料來砌筑，高于蓄熱多孔陶瓷的隔離墻采用催化多孔陶瓷來砌筑，催化多孔陶瓷的孔道方向垂直于隔離墻墻面，并將不同的蓄熱催化燃燒腔室連通起來，催化多孔陶瓷上催化劑的負載量為0.1%?10%，三面隔離墻在頂端的相交處從上到下挖出一個缺口，缺口處放置三根相連的電加熱管，缺口的高度為電加熱管管徑的I?2倍，缺口的邊緣距離圓筒圓心的距離為圓筒半徑的5 %?20 %，使用三相交流電的三根電加熱管采用星形連接，加熱管的星形連接點在圓筒圓心處，每根電加熱管均與相鄰的隔離墻墻面呈60度夾角，每根電加熱管的長度為圓筒半徑的50%?90%，圓筒頂部覆蓋圓盤狀保溫層，圓盤狀保溫層的外徑與圓筒外徑相同，厚度與圓筒的厚