一种燃气热水器换热器涂覆复合催化剂的处理方法与流程

1.本发明属于燃气热水器热技术领域，具体涉及一种燃气热水器换热器涂覆复合催化剂的处理方法，可以实现天然气完全燃烧，燃气热水器co的零排放。


背景技术：

2.燃气热水器是指以燃气作为燃料，与空气混合后燃烧释放热量，通过高温的燃烧烟气将热量传递给流经换热器的冷水，实现制备热水目的的一种燃气设备。随着我国城镇化的发展，民用燃气设备比例逐年提高。一氧化碳(co)是含碳物质不完全燃烧的结果，它是一种无色无味无刺激的气体，人类仅靠感觉器官无法察觉其存在，co与血红蛋白结合能力是氧气的200多倍，因此，可以从血红蛋白中排除氧，致使人体组织缺氧，中毒，甚至造成死亡。根据媒体报道和有关单位的统计结果，我国发生的燃气安全事故的一个重要原因是通风不良条件下不完全燃烧引起的中毒窒息，给燃气设备用户、生产厂家、供气企业等都带来了巨大的损失。
3.燃气热水器排放co浓度不仅受燃气、空气的配比的影响，也会受到燃烧器及其在燃烧室内的混合情况的影响，特别是启动、熄火、温度调节、燃气供气压力变化时，燃气不安全燃烧更为严重，co的排放浓度增加。尤其是在密闭空间内，co的浓度可以累积到很高的值。目前热水器co的排放控制主要是通过燃烧的优化来实现的，由于受供气、混合条件、燃烧条件的限制，无法从根源上彻底解决co的产生。根据国家标准gb6932
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2001家用燃气快速热水器国家标准，燃气热水器co的排放浓度不超过300ppm。因此，需要提出一种具有高效性和经济性要求的减少co排放的方法，并且能够利用现有设备进行改造，满足设备生产厂家的需求。


技术实现要素：

4.基于现有技术上的上述问题，本发明的目的在于提供一种燃气热水器换热器涂覆复合催化剂的处理方法，是脱除燃气热水器不完全燃烧产物co的方法，在燃气热水器的换热器的合理的部位，使用喷涂或高温粘结在低温换热器烟气侧敷设催化剂，使co完全转化给无害的co2，同时又回收部分热量，实现节能减排的目标。
5.为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
6.一种燃气热水器换热器涂覆复合催化剂的处理方法，在燃气热水器低温段换热器表面，使用耐高温粘结剂涂覆一层复合催化剂；该复合催化剂为以fe
‑
cu过渡金属双氧化物为活性组分，以含有无定形态二氧化硅的稻壳灰为负载材料制备而成的水性涂料；当燃烧产生的烟气流经低温段换热器时，在所述复合催化剂的作用下，在100℃以上的宽温度区间内，未燃尽co被高效氧化成co2，从而实现热能的吸收和co的零排放。
7.所述复合催化剂将co氧化成co2的过程如下：
8.700℃以下燃烧得到的稻壳灰中二氧化硅主要以无定型形态存在，复合催化剂能够在100℃以上的条件下使co高效的与o2反应，反应方程式如下：
9.2co o2→
2co
2 δh＝ 257.2kj/mol
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
10.当co浓度低于5000ppm时，在复合催化剂的作用下，反应温度大于100℃时该氧化反应中co的转化率能够达到100％。
11.所述复合催化剂在换热器表面涂敷的厚度为0.1～1mm，常温干燥成型，干燥成型后硬度达5h以上，能够应对烟气高温加热和冲刷的情况。
12.具体实施方法如下：
13.(1)复合催化剂活性组分制备
14.采用过量浸渍法，将fe和cu的化学计量比2:1的fe(no3)3·
9h2o和cu(no3)2·
3h2o溶于去离子水中获得均匀的混合溶液，即前驱液，在室温下磁力搅拌直至溶液中的硝酸盐完全溶解，即得fe
‑
cu活性组分的浸渍液；
15.(2)制备稻壳灰基复合催化剂
16.将500
‑
700℃温度下燃烧得到的稻壳灰浸渍于步骤(1)制备的fe
‑
cu活性组分浸渍液中，浸渍0.5
‑
1h后用压缩空气吹尽孔道中的残液，然后干燥，干燥后，在450
‑
600℃下焙烧5
‑
8h，然后冷却至室温；重复浸渍多次，即得稻壳灰基fe
‑
cu双氧化物复合催化剂；
17.(3)燃气热水器换热器表面涂覆
18.取制取得到的复合催化剂10
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20g，取决于换热器管段长度，加入去离子水，再加入耐高温粘结剂，搅拌均匀成浆液，其中复合催化剂、去离子水、耐高温粘结剂的质量比为10：150：1.6，将已经加工制作完成的换热器管段浸没在制备好的浆液中，0.5
‑
2h后取出，用压缩空气吹去孔道内多余的残液，干燥后称重；重复多次浸没、吹扫、干燥，再于马弗炉中350
‑
450℃下焙烧5
‑
8h；
19.(4)催化燃烧和换热性能检测
20.将粘结了复合催化剂的低温段换热器安装到测试试验平台上，对催化剂的活性和换热器的换热性能进行测试，co转化率达到100％，换热器换热性能无变化。
21.相对于常规的可能造成co污染的燃气热水器，本发明一种燃气热水器换热器涂覆复合催化剂的处理方法仅须在原有燃气热水器低温段换热器表面使用耐高温粘结剂涂覆一层复合催化剂，催化剂本身性能稳定，价格低廉，可用性和使用寿命良好，有望取得显著的节能及经济效益，可以达到如下有益效果：
22.(1)该方法所用耐高温粘合剂是水性涂料，可以在换热器表面涂敷0.1～1mm厚度，常温干燥成型后硬度可达5h以上，可以应对烟气高温加热和冲刷的情况。
23.(2)该方法中所用稻壳灰和金属氧化物制备的催化剂，成本低且催化活性稳定，涂覆催化剂厚度较小，对换热器的换热性能影响很小。
24.(3)该方法中涂覆复合催化剂的低温段换热器，其co转化率达到100％，而换热器换热性能基本无变化，同时能够回收部分热量，实现节能减排的目标。
25.(4)该方法中对于燃气热水器中低温换热器的处理方法可拓展至其它燃烧烟气中用于co的处理。
附图说明
26.图1是本发明燃气热水器换热器涂覆复合催化剂处理co示意图。
具体实施方式
27.如图1所示，本发明一种燃气热水器换热器涂覆复合催化剂的处理方法，在燃气热水器低温段换热器表面，使用耐高温粘结剂涂覆一层复合催化剂；该复合催化剂为以廉价的fe
‑
cu过渡金属双氧化物为活性组分，以含有无定形态二氧化硅的稻壳灰为负载材料制备而成的水性涂料；当燃烧产生的烟气流经低温段换热器时，在所述催化剂的作用下在100℃以上的宽温度区间内，未燃尽co被高效氧化成co2，从而实现热能的吸收和co的零排放，在节能减排上具有较好的优势。
28.所述复合催化剂将co氧化成co2的过程如下：
29.700℃以下燃烧得到的稻壳灰中二氧化硅主要以无定型形态存在，以fe
‑
cu过渡金属双氧化物为活性组分，以稻壳灰为负载材料的催化剂能够在100℃以上的条件下使co高效的与o2反应，反应方程式如下：
30.2co o2→
2co
2 δh＝ 257.2kj/mol
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
31.同时研究发现，当co浓度低于5000ppm时，在复合催化剂的作用下，反应温度大于100℃时该氧化反应中co的转化率可以达到100％。
32.纯铜的热传递效率相比其他金属要高很多，导热性级佳，且可塑性强，耐高温，抗腐蚀，使用寿命更长久，被普遍用于燃气热水器的换热器通的制造中。目前也有一些新型、高端燃气热水器的换热器使用耐腐蚀性能更好的不锈钢制造。如图1所示，强排式燃气热水器的换热器整个换热过程主要分为上下两个区域，上部的低温区烟气温度大约为150～300℃之间，可以满足催化氧化反应的需要。
33.所述耐高温粘合剂，广泛应用于陶瓷、金属制品当中。复合催化剂是水性涂料，可以在换热器表面涂敷0.1～1mm厚度，常温干燥成型，干燥成型后硬度可达5h以上，可以应对烟气高温加热和冲刷的情况。同时催化剂厚度较小，对换热器的换热性能影响很小。
34.本发明中对于燃气热水器中低温换热器的处理方法可拓展至其它燃烧烟气中用于co的处理。
35.本发明燃气热水器换热器涂敷复合催化剂的处理方法，具体实施方法如下：
36.(1)复合催化剂活性组分制备
37.采用过量浸渍法，将fe和cu的化学计量比2:1的fe(no3)3
·
9h2o和cu(no3)2
·
3h2o溶于去离子水中获得均匀的混合溶液，即前驱液，在室温下磁力搅拌直至溶液中的硝酸盐完全溶解，即得fe
‑
cu活性组分的浸渍液；
38.(2)制备稻壳灰基复合催化剂
39.将500
‑
700℃温度下燃烧得到的稻壳灰浸渍于步骤(1)制备的fe
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cu活性组分浸渍液中，浸渍0.5h后用压缩空气吹尽孔道中的残液，然后置于干燥箱中，在100℃下干燥24h，干燥后，将其盛入坩埚，并在马弗炉中350℃下焙烧8h，然后冷却至室温；重复浸渍3次，即得稻壳灰基fe
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cu双氧化物催化剂。
40.(3)燃气热水器换热器表面涂覆
41.取制取得到的复合催化剂10g，加入去离子水至150ml，再加入商用耐高温粘结剂1.6g，搅拌均匀，将已经加工制作完成的换热器管段浸没在制备好的浆液中，0.5h后取出，用压缩空气吹去孔道内多余的残液，在烘箱中于100℃下干燥24h，干燥后称重；重复3次浸没、吹扫、干燥，再于马弗炉中450℃下焙烧8h。
42.(4)催化燃烧和换热性能检测
43.将粘结了复合催化剂的低温段换热器安装到测试试验平台上，对催化剂的活性和换热器的换热性能进行测试，co转化率达到100％，换热器换热性能基本无变化。