[发明专利]一种对流式催化燃烧方法、燃烧器及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及催化燃烧技术领域，尤其涉及一种对流式催化燃烧方法、燃烧器及其应用。

背景技术

催化燃烧技术在低浓度有机废气处理方面被广泛应用，如化工、汽车等行业的有机废气处理，煤矿排风的瓦斯处理，以及漆包线中的有机挥发物燃烧和热量利用等，催化燃烧技术是当前大气环保的重要手段之一。

有机废气的种类很多，催化燃烧不同种类的有机废气可选择不同的催化剂，但所有的处理过程都需要将有机废气加热到相应的催化起燃温度才能发生催化燃烧反应，且进入催化床的有机废气温度决定了催化过程的效率和最终达到的净化率。一般情况下，在催化剂可承受的温度范围内，温度越高则催化效率越高，可达到的净化率越高。

因此，如何利用催化燃烧后的高温气体加热尚未燃烧的有机废气，成为了减少能耗和提高净化率的关键。在现有的催化燃烧技术中，普遍存在各种各样的缺陷：由换热效率低导致的高能耗、由催化前端温度偏低导致的前端催化效率低、由催化后端温度偏高导致的后端催化剂损坏、由整体催化效率低导致的有害物质排放浓度高等。

逆流式催化燃烧是一种被广泛研究和应用的催化燃烧技术，其本质是蓄热式换热器，其缺点是：需要切换气体流向，导致结构比较复杂，不利于处理设备的制造、运行和保养；每次切换气体流向时，已经进入储热材料但尚未进入催化床的有机废气，将被当做催化后气体排出，造成间歇性高浓度污染排放，降低了整体的净化效果。

除此之外，在催化燃烧中应用更为广泛的是间壁式换热器，包括管壳式和板式等结构形式的间壁式换热器。众所周知，管壳式换热器的换热效率不高。而在应用换热效率较高的板式换热器时，通常未重视定向气流之外的局部对流，气流进出口及流向设计的不合理，常常使得局部对流扰乱了换热器的运行效果。因此，有必要针对性地利用局部对流，来优化板式换热器的设计。

不论是蓄热式换热器，还是间壁式换热器，换热效率都不如混合式换热器，都不能使受热气体的温度达到或接近放热气体的温度。当然，未燃烧的有机废气不能与燃烧后的清洁废气进行混合式换热，否则催化燃烧无法持续。但在两者的交汇点，也就是催化燃烧室，若能以某种方式达到混合式换热的效果，必能大大提高接触催化剂前的有机废气温度。此外，若能使有机废气进入的催化前端和清洁废气离开的催化后端两处的温度接近，使整个催化过程都在催化效率最高的温度下进行，必能提高整体的催化燃烧净化率，降低清洁废气中的残余有机物含量。

可见，现有技术中的换热器都存在一个共同的缺陷：热交换的热源与冷源温差较小时热交换效率极低，所以有机废气可被加热到的上限温度大幅低于燃烧后气体的温度，无法使有机废气温度大幅高于起燃温度，达到较高的催化燃烧效率和净化率。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种对流式催化燃烧方法、燃烧器及其应用，旨在解决现有的催化燃烧技术催化燃烧能耗高、效率低、净化率低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种对流式催化燃烧方法，用于对有机废气进行催化燃烧，其中，包括步骤： 

A、将有机废气从有机废气进口通入到设置在催化床上部的催前空腔上部，并通过所述催前空腔将有机废气向下的流速缓冲到预定速度；

B、将从有机废气进口通入的有机废气，与催化床中燃烧后的向上流动的高温气体在所述催前空腔中进行对流加热，以将接触催化剂前的有机废气加热到预定温度，以及将催化床上部的低温气体与催化床下部的高温气体在催化床的层间间隔及孔隙中进行对流加热，以减小催化床上部与下部的温差；

C、控制将加热后的有机废气向下穿过催化床进行催化燃烧后从清洁废气出口排出。

一种对流式催化燃烧器，用于对有机废气进行催化燃烧，其中，所述对流式催化燃烧器包括一燃烧器本体，在所述燃烧器本体上设有用于对有机废气进行催化燃烧的催化床，在所述催化床的上部设置有用于使有机废气向下的流速缓冲到预定速度的催前空腔，所述催前空腔的顶部设置有用于通入有机废气的有机废气进口；所述催前空腔还用于将从有机废气进口通入的有机废气，与催化床中燃烧后的向上流动的高温气体在所述催前空腔中进行对流加热，用于将接触催化剂前的有机废气加热到预定温度；催化床上部的低温气体与催化床下部的高温气体在催化床的层间间隔及孔隙中进行对流加热，以减小催化床上部与下部的温差，所述燃烧器本体上还设置有清洁废气出口，用于排出向下穿过催化床进行催化燃烧后生成的清洁废气。