[发明专利]一种催化净化蓄热材料及其蓄热燃烧方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有烟气净化功能的蓄热燃烧技术及其催化净化蓄热材 料，是一种新型、环保、节能的燃烧技术，属于节能环保技术领域。

技术背景

蓄热燃烧技术是当今国际上先进的高温空气燃烧技术，被国际燃烧界公认 为燃烧技术的革命。该技术是通过换向阀的控制反复进行交替运行的方式，使 用装有蓄热材料的蓄热室将助燃空气预热到1000℃以上，将排放烟气的温度降 低到200℃以下，从而实现烟气余热的极限回收利用。与传统的燃烧过程相比， 蓄热燃烧技术最大的特点是节约燃料、降低燃烧噪音，因此也被誉为21世纪的 关键技术之一。1998年日本有五十余家企业采用蓄热燃烧技术改造工业炉窑， 平均节能效果达到了35％。目前，日本工业界已准备把推广应用该技术作为21 世纪节能和改善环境的重要任务之一。蓄热燃烧技术近年在我国也得到了快速 的发展，据不完全统计，至今我国已有百余台工业炉窑已经成功应用了该技术， 所涉及的工业炉种类也较多，特别是钢铁企业的30～80万t的加热炉有较大部 分采用该技术，而且取得了良好的经济效益，热回收率都可达80％～90％，节能 效果达到了30％～40％。

但无论是蓄热燃烧方式，还是传统的燃烧方式，都存在燃烧不充分、有害 物质产生的问题，特别是涉及到大型工业炉窑的燃烧过程。随着环境的恶化与 全球变暖，国家环境保护政策的愈加严格，燃烧过程的烟气的净化处理已经势 在必行。同时发展环保清洁的燃烧技术也是当前节能减排的需要。

因此，在此背景下，我们提出了一种具有烟气净化功能的蓄热燃烧技术及 其催化净化蓄热材料。

发明内容

具有烟气净化功能的蓄热燃烧技术不仅能够实现燃料的高效燃烧，提高热 利用效率，而且还能起到净化烟气的作用。该技术的实施将对蓄热燃烧与烟气 净化技术产生重要的影响。

本发明是以具有烟气催化净化功能的复合型蓄热材料为基础，其制备过程 如图1所示：复合型蓄热材料的基体材料由固相合成法合成，即将两种不同氧 化物(如氧化铝、氧化镁、氧化锆和氧化硅等)按一定比例混合(两者比例：1∶ 9～9∶1)，经球磨机球磨8～48个小时，使材料粒度达到80～320目，然后压 制成型(压力12～15MPa，保压时间15～120分钟)，100℃～1500℃干燥或焙烧 6～24小时。干燥烧成后的基体材料，用浸渍法将能将烟气中的碳黑及一氧化碳 催化净化的催化材料负载在其上面，具体步骤为：先将催化材料的前驱体(硝 酸铈、硝酸铁、硝酸镍、硝酸锆等)配成一定浓度(溶液中阳离子总浓度：0.1～ 15mol/L)、一定比例(催化材料为氧化铈基二元复合氧化物，以氧化铈为基础 复合另一种氧化物(氧化镍、氧化铁和氧化锆等)，氧化铈与另一氧化物的比例 9∶1～5∶5)的混合溶液，将成型的蓄热材料放置于该溶液中浸渍12～48h，然 后将其取出，放置过夜后50～300℃干燥5～24小时，600～1500℃焙烧4～26 小时，根据溶液浓度变化计算催化剂担载量，确保催化剂担载量在10～32％之间。

整个蓄热燃烧技术路线图如图2所示：蓄热式燃烧单元由一对烧嘴本体、 一对装有具有烟气催化净化和蓄热双功能的复合型蓄热材料的蓄热室及一套配 有控制系统的换向阀所组成，烧嘴成对安装，可在加热炉两侧相对排列，也可 以同侧布置。当烧嘴A燃烧工作时，炉膛内产生的高温烟气就以复合型蓄热体- 蓄热室B为烟道排出，烟气流经复合型蓄热体-蓄热室B蓄热后，此时烟气温度 已由1200℃以上的高温降低到150℃～200℃以下排放，换热的同时由于复合型 蓄热体上催化材料的作用，烟气中未燃尽的炭黑、一氧化碳等有害物质发生催 化燃烧，不仅达到净化烟气的目的而且利用了催化燃烧放出的热量，提高了能 源利用效率。经过一段时间间隔后，换向阀自动切换，使冷的助燃空气通过复 合型蓄热体-蓄热室B换热，使冷的空气预热至1000℃以上，预热的高温空气 通过复合型蓄热体-蓄热室B喷入炉膛进行燃烧，同时复合型蓄热体-蓄热室A 停止通入助燃空气而改变成为烟气通道，起到复合型蓄热体-蓄热室A的排烟与 蓄热作用，同时冷空气对复合型蓄热体中的催化材料起到了活化作用，防止长 时间使用后催化性能下降。通过换向阀的控制反复进行交替运行的方式，起到 助燃气体的高温预热与烟气净化作用，从而实现烟气余热的极限回收与烟气净 化处理的目的。

本发明的特点在于高效燃烧的同时实现了燃烧烟气的净化，具有燃烧效率 高，无污染的优点。