烟气脱碳装置及烟气处理系统的制作方法

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1.本实用新型涉及一种烟气脱碳技术领域，尤其是一种烟气脱碳装置及烟气处理系统。

背景技术：

2.据世界钢铁协会预测，到2050年，有大概22亿吨到26亿吨钢铁需求，我国钢铁的产量也不会有太大下降，这是因为我国的工业化、城镇化还在进行当中。所以减碳不能抑制钢铁发展，反而应该使我们钢铁工业更持续的发展，我国钢铁工业经过这么多年的发展形成了非常大的优势，成本为全世界最低，如何在减碳的过程中保持钢铁的竞争力是非常重要的。
3.钢铁工业目前90％采用的是高炉转炉流程，并且钢厂都比较新，短时间内很难淘汰。我国的钢铁工业能源结构中，电炉比例比较少，高度依赖煤炭，钢厂自发电比例也比较高。在这种情况下，钢铁工业低碳化是能源转型的问题，从碳转成氢或者转成其他能源，而这个转型技术难度颇高。目前的钢厂电耗很大一部分是自发电，如果2060年实现碳中和，钢铁工业的电耗将是目前的3倍，甚至更多。
4.当前，烧结烟气中一氧化碳的末端治理技术，主要有直接燃烧法、深冷分离法、溶液吸收法、吸附法和氧化法。实际上，烧结烟气的温度一般为120℃～180℃，其中一氧化碳的体积分数为0.5％～2.0％，导致其起燃温度较高，难以被直接燃烧。而深冷分离法主要是将混合气体温度降低至-165℃～-210℃而液化，依靠各组分沸点的不同实现低温分馏，该方法由于一氧化碳和氮气的气体物理性质十分接近，使得两者不能有效分离，并且处理成本较高，限制了其在烧结烟气治理中的直接应用。而催化氧化法则是利用催化剂降低反应活化能，使一氧化碳能在较低温度下氧化为二氧化碳，可使出口烟气中一氧化碳的质量浓度降低至800mg/nm3以内；因此，具有工业应用价值的一氧化碳末端治理方法为氧化法。
5.公开号为cn 212068341 u的专利文献公开了一种高co浓度烟气耦合低温scr的处理系统，通过将高co浓度烟气分成三路，第一路烟气通入主反应塔进行co催化氧化，第二路烟气通入调节塔进行co催化氧化，第三路烟气通过旁路烟气输送管道直接输送，通过调控co转化产热量的装置及控制系统，从而控制进入scr反应器的烟气温度在一定的温度窗口内。

技术实现要素：

6.本实用新型的一个目的在于提供一种烟气脱碳装置，其可以用于氧化烟气中的一氧化碳，实现对一氧化碳的末端治理，其结构简单，安全性较高，且集成度高，便于推广应用。进一步地，采用本实用新型的脱碳装置能够长时间持续工作，适用于高浓度、大气量环境中一氧化碳的催化氧化。
7.本实用新型提供一种烟气脱碳装置，其包括：
8.框架本体，具有至少一个层结构，每个层结构配置为支撑用于脱除烟气中的碳成
分的催化剂模块，框架本体的四周侧部安装有挡板以围设出用于烟气脱碳的处理空间，框架本体的底部和顶部分别构成烟气脱碳装置的烟气进口和烟气出口；和
9.吊装组件，安装于至少一个层结构中的每个的上方，与框架本体连接，用于吊装催化剂模块。
10.根据本实用新型的烟气脱碳装置，优选地，框架本体包括多根立柱、外部连接梁和内部连接梁；
11.多根外部连接梁的首尾顺次连接且连接于立柱以形成外框结构，多根内部连接梁在横向方向和纵向方向交叉连接，并且多根内部连接梁的端部连接于外框结构以构成网格状的层结构。
12.根据本实用新型的烟气脱碳装置，优选地，内部连接梁和外部连接梁为工字型的梁结构，相邻的内部连接梁和外部连接梁的上翼缘配置为与催化剂模块的边缘承靠，以支撑催化剂模块。
13.根据本实用新型的烟气脱碳装置，优选地，吊装组件包括：轨道梁，安装于至少一个层结构中的每个的上方，与框架本体连接；和吊装工装，与轨道梁滚动连接，用于安装电动葫芦以吊装催化剂模块。
14.根据本实用新型的烟气脱碳装置，优选地，轨道梁为工字型的梁结构；其中，吊装工装包括：相对设置的两块上安装板，两块上安装板相对的侧壁上设置有轨道轮，相对设置的轨道轮夹持轨道梁的腹板并且在轨道梁的上翼缘和下翼缘之间滚动；和下安装板，与两块上安装板固定连接，用于安装电动葫芦。
15.根据本实用新型的烟气脱碳装置，优选地，挡板上对应于轨道梁的位置设置有检修口和用于开闭检修口的检修门。
16.根据本实用新型的烟气脱碳装置，优选地，层结构的设置数量范围为1～3；每个层结构中所支撑的催化剂模块的数量范围为2～100。
17.根据本实用新型的烟气脱碳装置，优选地，烟气脱碳装置还包括：加热组件，加热组件配置为使处理空间内的烟气温度维持在范围100℃～300℃之间。
18.根据本实用新型的烟气脱碳装置，优选地，烟气进口处设置有整流设备。
19.本实用新型的另一个目的在于提供一种烟气处理系统，包括根据如上的烟气脱碳装置和烟气脱硝装置，烟气脱硝装置配置为催化氧化烟气中的氮成分，其入口与所述烟气脱碳装置的所述烟气出口连通。
20.本实用新型的烟气脱碳装置结构简单，便于吊装催化剂模块，使脱碳装置实现模块化，集成度较高，便于推广应用。
21.本实用新型的烟气脱碳装置运行稳定可靠，而且也可以提高催化剂对烟气中一氧化碳的催化氧化效率，实现减碳的目的。另外，根据本实用新型的技术方案，能在100℃～250℃、高湿条件下实现一氧化碳的高效氧化，同时稳定性好，能够长时间持续工作。
22.本实用新型的烟气处理系统可以利用脱碳装置中一氧化碳催化氧化过程中放出的热量为后端脱硝装置进行供热，在一定程度上能够降低脱硝工艺脱硝时的能源物质，对一氧化碳催化氧化的热量进行能源化再利用，进一步相抵烟气处理的成本。
附图说明
23.图1为本实用新型的一种烟气脱碳装置的结构示意图。
24.图2为图1中结构的内部结构图。
25.图3为本实用新型的催化剂模块的布置结构示意图；
26.图4a至图4c分别为本实用新型的一种烟气脱碳装置的平面结构示意图、正立面结构示意图和侧立面结构示意图。
27.附图标记说明如下：
28.100、烟气脱碳装置；
29.110、框架本体；111、立柱；112、外部连接梁；113、内部连接梁；114、挡板；115-1、检修口；115-2、检修门；116、烟气进口；117、烟气出口；118、烟气进气管；119、烟气出气管；
30.120、轨道梁；
31.130、整流格栅；
32.140、催化剂模块。
具体实施方式
33.下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。
34.本实用新型中的烟气脱碳装置主要用于钢铁、水泥、冶金、制造、橡胶、化工等行业的烟气处理的场合，但是并不限于此。本实用新型的烟气脱碳装置能够有效催化氧化烟气中的一氧化碳成分，实现对烟气的减碳处理。而且，本实用新型的烟气脱碳装置结构简单，安全性较高，集成度高，便于推广应用。
35.本实用新型的烟气脱碳装置包括框架本体和吊装组件。优选地，烟气脱碳装置还包括加热组件。框架本体具有至少一个层结构，每个层结构配置为支撑用于脱除烟气中的碳成分的催化剂模块。本实用新型中所述的脱除烟气中的碳成分指的是将烟气中的一氧化碳催化氧化。框架本体的四周侧部安装有挡板以围设出用于烟气脱碳的处理空间。框架本体的底部和顶部分别构成烟气脱碳装置的烟气进口和烟气出口。吊装组件安装于至少一个层结构中的每个的上方，与框架本体连接，用于吊装催化剂模块。这样可以有利于催化剂布置及检修更换。
36.加热组件配置为使处理空间内的烟气温度维持在范围100℃～300℃之间。优选地，加热组件配置为使处理空间内的烟气温度维持在范围200℃～240℃之间。加热组件的结构没有特别限制，本领域熟知的那些即可。
37.本实用新型的催化剂模块可以采用以非贵金属为主要活性成分。示例性的，催化剂模块可以包括多种过渡金属和稀土金属等活性成分。可以采用本领域已知的那些，在此不做赘述。
38.本实用新型的框架本体包括多根立柱、外部连接梁和内部连接梁。多根外部连接梁的端部顺次连接且连接于立柱形成外框结构，并且多根内部连接梁交叉地连接于外框结构以构成层结构。本实用新型的框架结构可以方便催化剂布置以及方便催化剂更换。
39.本实用新型的立柱的下端可以预先焊接于底座等固定结构上，以使框架本体维持稳定。立柱的顶端可以设置有顶部节点连接结构，用于与下一流程的装置连接。立柱的中间
设置有多个与外部连接梁相连接的中部节点连接结构。中部节点连接结构可以包括连接立柱和外部连接梁的节点连接件，外部连接梁和节点连接件均可以为工字型型钢，节点连接件一端焊接于立柱上，外部连接梁的腹板和节点连接件的腹板之间连接有一对位于腹板两侧并通过螺栓连接在一起的中间连接板。外部连接梁的上翼缘和节点连接件的上翼缘之间连接有一对位于上翼缘上、下侧并通过焊接或螺栓连接在一起的上连接板，外部连接梁的下翼缘和节点连接件的下翼缘之间连接有一对位于下翼缘上、下侧并通过焊接或螺栓连接在一起的下连接板。内部连接梁交叉地连接于外部连接梁上，以与外部连接梁共同支撑催化剂模块。这样可以提高立柱的强度。本实用新型的内部连接梁也可以为工字型型钢，内部连接梁可以采用焊接的形式交叉连接。如此，相邻的内部连接梁和外部连接梁的上翼缘配置为与催化剂模块的边缘承靠，以支撑催化剂模块。可以理解的是，内部连接梁和外部连接梁的上翼缘应大致平齐，便于布置催化剂模块，以维持催化剂模块的稳定性。
40.需要说明的是，立柱、外部连接梁和内部连接梁还可以但不仅限于为热轧圆管、角钢、槽钢。立柱、外部连接梁和内部连接梁之间的连接结构可以采用本领域熟知的结构和方式即可。此外，还可以适应性地设置支撑板等结构用于与催化剂模块的边缘承靠。本实用新型的立柱、外部连接梁和内部连接梁的材质包括但不仅限于低碳结构钢或合金结构钢。
41.本实用新型的挡板设置有多块，并连接于立柱和外部连接梁之间。挡板与立柱、外部连接梁可以采用焊接的形式进行固定以提高处理空间的密封性能。优选地，在挡板的内侧或/或外侧还可以设置横向加强筋、纵向加强筋以及斜向加强筋等加强结构，以调高框架本体的强度。
42.本实用新型的层结构的设置数量范围为1～3；每个层结构中所支撑的催化剂模块的数量范围为2～100。相邻的层结构之间的间距的范围可以为2m～5m。需要说明的是，不论是层结构的数量，还是每层层结构所支撑的催化剂模块的数量均可以根据烟气脱碳装置的规模以及脱碳标准适应性地设置。
43.本实用新型的吊装组件包括轨道梁和吊装工装。轨道梁安装于至少一个层结构中的每个的上方，与框架本体连接。吊装工装与轨道梁滚动连接，用于安装电动葫芦以吊装催化剂模块。
44.挡板上对应于轨道梁的位置设置有检修口和用于开闭检修口的检修门。安装或检修催化剂模块时打开检修门，并由吊装组件葫芦安装/更换催化剂模块。
45.轨道梁为工字型的梁结构。吊装工装包括相对设置的两块上安装板，两块上安装板相对的侧壁上设置有轨道轮，相对设置的轨道轮夹持轨道梁的腹板并且在轨道梁的上翼缘和下翼缘之间滚动。吊装工装还包括下安装板，与两块上安装板固定连接，用于安装电动葫芦。
46.优选地，下安装板底部的中间位置开设有电动葫芦安装孔；电动葫芦安装孔上挂接电动葫芦。下安装板的顶部的前后两侧可以各设有一根连接轴，且两根连接轴呈前后对称。连接轴左右贯穿下安装板，且连接轴与下安装板限位地固定连接。下安装板的左右两侧各设有一块上安装板，且两块上安装板呈左右对称；连接轴左右贯穿上安装板的底部，且连接轴与上安装板通过螺栓固定方式相连接。两块上安装板相对的侧壁上均设有两个轨道轮；轨道轮的中心轴左右贯穿上安装板的顶部，且轨道轮的中心轴与上安装板镶嵌固定。每块上安装板上的两个轨道轮呈前后对称；设在左侧上安装板上的轨道轮与设在右侧上安装
板上的轨道轮呈左右对称；轨道轮夹持轨道梁的腹板并且在轨道梁的上翼缘和下翼缘之间沿轨道梁的延伸方向滚动，以将催化剂模块吊装至指定位置。
47.需要说明的是，可以根据层结构中的催化剂模块的布置格局适应性地设置吊装组件，以使吊装组件的活动范围能够覆盖该层结构中的所有需设置催化剂模块的位置。例如，可以使轨道梁纵向移动以带动吊装工装在纵向方向移动从而覆盖该层结构中的所有需设置催化剂模块的位置。
48.本实用新型的烟气进口处设置有整流设备。优选地，整流设备为整流格栅。整流格栅可以为q345材质或者锰钢160材质；还可以为具有镀层的整流格栅。镀层可以为锌镀层。采用热镀锌处理以提高隔离格栅的防锈防腐蚀能力。设置整流格栅可使进入整流格栅前较差的烟气速度分布整合得相对均匀，一方面能够避免催化剂模块表面被过度冲刷，使催化剂模块的使用寿命得到保障，另一方面，烟气的速度分布均匀性能够使催化剂能被充分利用，达到理想催化氧化效率。需要说明的是，本实用新型的靠近烟气进口的层结构中外部连接梁和内部连接梁的下翼缘也应大致平齐，以便于安装上述的整流格栅。这样更有利于防积灰、方便清灰，预防催化剂中毒，降低更换频率。整流格栅可以垂吊焊接于该层结构中外部连接梁和内部连接梁的下翼缘上。
49.本实用新型的烟气处理系统包括上述的烟气脱碳装置和烟气脱硝装置。烟气脱硝装置配置为催化氧化烟气中的氮成分，其入口与烟气脱碳装置的烟气出口连通。
50.本实用新型示例性实施方式提供的烟气脱碳装置结构简单、安全性高，且本实用新型的烟气脱碳装置可以适用于多种场合下的烟气净化，具有较高的净化效率。
51.实施例1
52.图1给出了本实用新型的一种烟气脱碳装置100的结构示意图。图2给出了图1中结构的内部结构示意图。图3给出了本实用新型的催化剂模块的布置结构示意图。图4a至图4c分别给出了本实用新型的一种烟气脱碳装置100的平面结构示意图、正立面结构示意图和侧立面结构示意图。图中的箭头表示烟气的进入和排出路径。
53.如图1至图4c所示，该烟气脱碳装置100包括框架本体110和吊装组件。框架本体110包括前后各4根立柱111，8根立柱111布局为大致呈立方体的框架。框架本体110的四个侧部密封地安装有挡板114以围设出用于烟气脱碳的处理空间，保证烟气不泄漏。在框架本体110的底部和顶部为敞口结构，分别构成烟气进口116和烟气出口117，烟气进口116和烟气出口117分别用于与烟气来源和下一处理设备连接。本实施例的烟气进口116处还安装有整流格栅130。本实施例还可以在烟气进口116的上游位置设置加热组件(未示出)，以使处理空间内的烟气温度维持在范围100℃～300℃之间。烟气进口116和烟气出口117分别连接有烟气进气管118和烟气出气管119。烟气进气管118和烟气出气管119可根据实际情况适应性设置为支管、弯管或者变径管。
54.如图1和图2所示，本实施例的框架本体110包括设置在处理空间内的用于支撑催化剂模块140的3层层结构，3层层结构在竖直方向上间隔地连接于8根立柱111上。参照图4a和图4b所示，每个层结构包括2根长的外部连接梁112和2根短的外部连接梁112，4根外部连接梁112首尾顺次连接形成外框结构，外框结构连接于立柱111上。如图3所示，在外框结构的窗口中安装有5根较长的内部连接梁113和5根较短的内部连接梁113，这10根内部连接梁113在横向方向和纵向方向交叉连接，并且每根内部连接梁113的端部均相应地连接于外部
连接梁112上，从而构成具有36个网格的层结构。每个网格上支撑1个催化剂模块140，则每层的层结构中可以支撑36个催化剂模块140，那么，本实施例的烟气脱碳装置100中则支撑有108个催化剂模块140，参照图3和图2所示。如此，可使本实用新型的烟气脱碳装置100适用于高浓度、大气量环境中一氧化碳的催化氧化。
55.本实施例的内部连接梁113和外部连接梁112为工字型的梁结构，相邻的内部连接梁113和外部连接梁112的上翼缘配置为与催化剂模块140的边缘承靠，以支撑催化剂模块140。
56.此外，本实施例的催化剂模块140采用以非贵金属为主要活性成分。示例性的，催化剂模块140可以包括多种过渡金属和稀土金属等活性成分，相比于现有技术中采用钯金系列催化剂将烟气中一氧化碳催化氧化为二氧化碳的技术方案，本实施例的技术方案不仅可以大大地降低烟气脱碳装置100的运行成本，而且抗硫、抗水性能较好的催化剂模块140可以使烟气脱碳装置100长时间持续工作，极大提高烟气脱碳装置100的运行寿命。
57.如图1所示，本实施例的吊装组件包括轨道梁120和吊装工装(未示出)。轨道梁120安装于至少一个层结构中的每个的上方，与框架本体110连接。吊装工装与轨道梁120滚动连接，用于安装电动葫芦以吊装催化剂模块140。
58.挡板114上对应于轨道梁120的位置设置有检修口115-1和用于开闭检修口115-1的检修门115-2，参照图4c所示。安装或检修催化剂模块140时打开检修门115-2，并通过检修口115-1由吊装组件葫芦安装/更换催化剂模块140。
59.本实用新型的烟气脱碳装置100可达到在烟温可达范围内，烟气中一氧化碳的脱除效率为＞99％，净化深度为出口烟气＜30ppm。
60.实施例2
61.本实施例提供一种烟气处理系统包括上述的烟气脱碳装置100和烟气脱硝装置(未示出)。烟气脱硝装置配置为催化氧化烟气中的氮成分，其入口与烟气脱碳装置100的烟气出气管119连通。
62.本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本实用新型的范围。

技术特征：

1.一种烟气脱碳装置，其特征在于，其包括：框架本体，具有至少一个层结构，每个所述层结构配置为支撑用于脱除烟气中的碳成分的催化剂模块，所述框架本体的四周侧部安装有挡板以围设出用于烟气脱碳的处理空间，所述框架本体的底部和顶部分别构成所述烟气脱碳装置的烟气进口和烟气出口；和吊装组件，安装于所述至少一个层结构中的每个的上方，与所述框架本体连接，用于吊装所述催化剂模块。2.根据权利要求1所述的烟气脱碳装置，其特征在于，所述框架本体包括多根立柱、外部连接梁和内部连接梁；多根所述外部连接梁的首尾顺次连接且连接于所述立柱以形成外框结构，多根所述内部连接梁在横向方向和纵向方向交叉连接，并且多根所述内部连接梁的端部连接于所述外框结构以构成网格状的层结构。3.根据权利要求2所述的烟气脱碳装置，其特征在于，所述内部连接梁和所述外部连接梁为工字型的梁结构，相邻的所述内部连接梁和所述外部连接梁的上翼缘配置为与所述催化剂模块的边缘承靠，以支撑所述催化剂模块。4.根据权利要求2所述的烟气脱碳装置，其特征在于，所述吊装组件包括：轨道梁，安装于所述至少一个层结构中的每个的上方，与所述框架本体连接；和吊装工装，与所述轨道梁滚动连接，用于安装电动葫芦以吊装所述催化剂模块。5.根据权利要求4所述的烟气脱碳装置，其特征在于，所述轨道梁为工字型的梁结构；其中，所述吊装工装包括：相对设置的两块上安装板，所述两块上安装板相对的侧壁上设置有轨道轮，相对设置的所述轨道轮夹持所述轨道梁的腹板并且在所述轨道梁的上翼缘和下翼缘之间滚动；和下安装板，与所述两块上安装板固定连接，用于安装所述电动葫芦。6.根据权利要求4所述的烟气脱碳装置，其特征在于，所述挡板上对应于所述轨道梁的位置设置有检修口和用于开闭所述检修口的检修门。7.根据权利要求1～6中任一项所述的烟气脱碳装置，其特征在于，所述层结构的设置数量范围为1～3；每个所述层结构中所支撑的所述催化剂模块的数量范围为2～100。8.根据权利要求1～6中任一项所述的烟气脱碳装置，其特征在于，还包括：加热组件，所述加热组件配置为使所述处理空间内的烟气温度维持在范围100℃～300℃之间。9.根据权利要求1～6中任一项所述的烟气脱碳装置，其特征在于，所述烟气进口处设置有整流设备。10.一种烟气处理系统，其特征在于，包括：根据权利要求1～9中任一项所述的烟气脱碳装置；和烟气脱硝装置，配置为脱除烟气中的氮成分，其入口与所述烟气脱碳装置的所述烟气出口连通。

技术总结

本实用新型公开了一种烟气脱碳装置及烟气处理系统，烟气脱碳装置包括：框架本体，具有至少一个层结构，每个所述层结构配置为支撑用于脱除烟气中的碳成分的催化剂模块，所述框架本体的四周侧部安装有挡板以围设出用于烟气脱碳的处理空间，所述框架本体的底部和顶部分别构成所述烟气脱碳装置的烟气进口和烟气出口；和吊装组件，安装于所述至少一个层结构中的每个的上方，与所述框架本体连接，用于吊装所述催化剂模块。本实用新型的烟气脱碳装置具有较高的一氧化碳催化氧化效率。有较高的一氧化碳催化氧化效率。有较高的一氧化碳催化氧化效率。