CN101871734A

CN101871734A - 一种热交换装置及具有该装置的废气净化***

Info

Publication number: CN101871734A
Application number: CN201010196381A
Authority: CN
Inventors: 李兵; 荆文保; 张辉言
Original assignee: CHANGSHU KEDDY DECORATION MATERIAL Co Ltd
Current assignee: CHANGSHU KEDDY DECORATION MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2010-10-27

Abstract

本发明揭示一种热交换装置，该热交换装置由若干个相互连通的热交换器组成，所述热交换器由若干个热交换管成行并平行排列而成，其特征在于，相邻的热交换器通过连通管头尾连接，使整个换热装置形成“S”型换热通道，相邻每一行的换热管彼此交错分布；所述热交换装置，具有体积小、换热效率高的优点。同时本发明还提供了一种具有该种热交换装置的废气净化***。

Description

一种热交换装置及具有该装置的废气净化***

技术领域

本发明主要涉及一种热交换装置，具体而言，通过对热交换器和热交换管；排列位置的优化分布，最大化的提高换热系数，同时，还涉及一种具有该热交换装置的废气净化***。

背景技术

在涂料烘烤过程中一般都会产生可燃性组分的气体，当可燃性气体遇到相应的助燃介质时，同时可燃气体达到一定的比例后，并在点火源作用下，能够引起燃烧或***，其危害性主要视其***极限，***下限数值越小、***下限与上限之间的范围越大，越危险；另外，许多可燃气体本身具有毒性。

目前，还有极少数企业，直接将废气排放至室外，不作任何净化处理，严重污染周边环境。但是大多数企业通常采用以下废气净化方法：

1、热力燃烧法，该种净化方法一般用于处理废气中含可燃组分浓度较低的情况，它可以直接在空气中燃烧。由于废气中可燃组分的浓度很低，燃烧过程中所放出的热量不足以满足燃烧过程所需的热量。因此，废气本身不能作为燃料，只能作为辅助燃料燃烧过程中的助燃气体，运行能耗较高，不利于工业化推广。

2、催化燃烧法，催化燃烧法的优点在于：①可以降低有机废气的起始燃烧温度。例如甲醇、甲醛在以氧化铝为载体的Pt催化剂(Pt/Al2O3)的作用下，室温下就开始燃烧，而直接燃烧法起始燃烧点通常为300～600℃；②燃烧不受碳氢化合物浓度的限制；③基本上不会造成二次污染；④设备较简单，投资少，见效快。但是，催化燃烧法也同样存在相应的不可避免的缺陷：①催化剂易中毒和不耐高温；②易使催化剂中毒的物质有焦油、油烟、粉尘、铅化合物和硫、磷、卤族元素的化合物等。

为了弥补热力燃烧法和催化燃烧法的缺点，现有技术还公开一种可燃性废气的净化方法，一方面能净化废气，另一方面，能够对能耗循环利用；如中国发明专利CN200310109117，名称为“烘房净化处理和能源回收利用***和装置”，揭示了一种烘房废气处理及能源回收利用的***及其装置，采用循环***，将热交换、加热、催化燃烧置于一体，包括：(1)烘房排出的废气经收集后进入热交换器进入热交换预加热；(2)预加热的废气进入加热室加热；(3)加热后废气过滤后由引风机抽取进入催化室催化燃烧；(4)燃烧后的净化气体进入烘房提供热量；多余部分气体进入热交换器为废气提供热量后排出。热量在装置内部循环利用，在废气进行处理的同时，又能提供烘房所需加热气体；但是该种***并没有对热交换器进行优化设计，因此热交换器的体积较大，直接影响净化***的体积，而且热交换利用率不高。

可见，现有技术至少存在以下缺陷，热交换装置体积过大，以及热交换效率不高。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中的缺点，提供一种热交换装置，具有体积小、换热效率高的优点。

一种热交换装置，该热交换装置由若干个相互连通的热交换器组成，所述热交换器由若干个热交换管成行并平行排列而成，相邻的热交换器通过连通管头尾连接，使整个换热装置形成“S”型换热通道，相邻每一行的换热管彼此交错分布。

优先地，所述热交换管为波纹管。

本发明的另一目的在于，提供一种具有该种热交换装置的废气净化***，该***在净化废气的同时，能将热量在***内部进行循环利用，而且能够减小净化***的体积，提高换热效率，该***包括：

烘房，用于对产品进行烤漆烘干，并排出废气；

热交换装置，与烘房相连接，对废气进行预热；

催化反应室，与热交换装置相连接，该反应室设有催化剂，催化剂与预热后的废气进行反应并生成净化气体；

混合室，设置于催化反应室与烘房之间，混合室内有空腔，空腔设有热风输入口、冷风输入口、混合输出口，其中，热风输入口与催化反应室相连，以及其中，冷风输入口与烘房相连，以及，混合输出口将冷热混合气体输入烘房内；

第一温度控制装置，与烘房相连，用于监测烘房温度；

第一风道控制装置，与第一温度监控装置连接，并设置于催化反应室与混合室之间，该装置基于炉内温度控制装置反馈的信号，控制热风是否进混合室，其特征在于，所述热交换装置由若干个相互连通的热交换器组成，所述热交换器由若干个热交换管成行并平行排列而成，其特征在于，相邻的热交换器通过连通管头尾连接，使整个换热装置形成“S”型换热通道，相邻每一行的换热管彼此交错分布。

优先地，所述热交换管为波纹管。

优先地，含可燃性组分废气的净化***，还包括第二温度控制装置、第二风道控制装置，其中，所述第二温度控制装置设置于混合室与催化反应室之间的风道内，以及其中，所述第二风道控制装置一方面与催化反应室相连，另一方面与外部空间相连。

优先地，所述温度监控装置包括，热电偶、与热电偶相连的温控表、与温控表相连的电动执行器，其中，所述电动控制器分别连接控制第一、第二风道控制装置。

优先地，所述烘房设置有4个第一温度控制装置，4个第一温度控制装置沿烘房长度方向均匀分布。

优先地，所述第一温度控制装置连接有4个第一风道控制装置。

优先地，所述含可燃性组分废气的净化***具有4个混合室，4个混合室沿烘房长度方向均匀分布。

优先地，所述烘房排出的废气为C₈H₁₀，所述催化剂为γ-Al₂O₃，其催化反应为C₈H₁₀+γ-Al₂O₃→CO₂+H₂O。

本发明揭示的一种热交换装置，由于热交换装置通过连通管将热交换器收尾相连，形成“S”型换热通道，在单位体积下大大增加了热交换器内流体的换热面积，以及将相邻两行的热交换管交叉排列，使热交换管外的热气体能够在热交换器内作反弹运动，进一步提高了热交换装置的热交换系数；并且本发明针对热交换装置公开了一种具有该热交换装置的废气净化***，相对于现有技术的废气净化***，其具有以下优点：1、可燃性气体净化吸收效率高；2、多余热量能够循环利用，减少了大量常规能源的消耗，节能效果明显，降低企业生产成本；3、结构紧凑、体积大大缩小。

附图说明

图1是本发明优选实施例的废气净化***的流程原理图；

图2是本发明废气净化***的优先总装示意图；

图3是本发明优先实施例的热交换装置的俯视图；

图4是本发明优先实施例的热交换装置的剖面图；

图5是本发明优先实施例的换热管的换热原理图；

图6是本发明优先实施例的废气净化方法的流程示意图；

图中，100为烘房、200为催化反应室、300为热交换装置、310为热交换器、320为风道、311为热交换管，400混合室。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示，是本发明的废气净化***的流程原理图，在本发明优选实施例中，该发明主要针对铝塑板的涂料烘烤，因此其挥发出的废气的主要成分为二甲苯，二甲苯属于可燃性气体的一种。本发明实施例中的净化***，首先通过风机将二甲苯从烘房100中引出，进入热交换装置300进行预加热，热交换装置300采用焦炭作为原料进行加热，至所以采用工业用煤进行加热，而并没有采用诸如工业电炉或工业柴油进行加热，其道理也是显而易见地，工业用煤的成本远小于其它方式的加热，给企业降低了运行费用，经申请人计算，采用焦炭进行加热与工业电炉相比，其运行费用能够降低65％～90％，二甲苯经热交换装置300预加热至400～500℃后，进入催化反应室200，该反应室设有催化剂，在本发明实施例中，主要针对二甲苯废气的净化吸收，相应地采用γ-Al₂O₃作为催化剂，其催化反应方程式为C₈H₁₀+γ-Al₂O₃→CO₂+H₂O，反应后的净化气体温度较高，大约在500℃以上，申请人将该温度较高的净化气体称之为“热风”，以及，由于烘房100内温度相对较低因此将烘房内的气体称之为“冷风”。热风通过风机的吸引进入混合室400，该混合室400设有空腔，空腔设有热风输入口、冷风输入口、混合输出口，顾名思义，热风输入口吸入的是催化反应室排出的热风，冷风输入口吸入的是烘房内的冷风，热风和冷风在混合室内混合后，通过混合输出口排出，并进入烘房，由于催化反应室200排出的热风温度在500℃以上，而烘房100内的温度在180～250℃之间，如果热风直接进入烘房100内，由于两者的温差较大，使得烘房100内温度不均匀，导致烤漆产品的颜色不均匀，影响其质量，故申请人在催化反应室和烘房之间设置混合室400，其目的在于，防止热能循环利用时，冷、热风温差过大导致产品的颜色不均匀。另外，为了控制烘房100内的温度，因此烘房100设置有第一温度控制装置，该第一温度控制装置与一第一风道控制装置相连，第一风道控制装置实际为一阀门，当第一温度控制装置监测到烘房100内温度180～250℃时，将给阀门发出关闭指令，从而使得热风不能进入混合室400。此外，为了控制风道内的温度，申请人还在催化反应室200和混合室400之间设置有第二风道控制装置，该装置也为一阀门，同时阀门受第二温度控制装置控制，第二温度控制装置主要采集混合室400与烘房100之间风道内的温度信息，当该处温度达到280～300℃时，第二温度控制装置将信号传递给第二风道控制装置，并使其打开，该阀门一面与催化反应室相连，另一方面与外部空间相连，因此阀门打开后，热气体能够排出***外，从而保证***内温度控制在合理范围之内。

需要说明的是，在本发明实施例中，第一、二温度控制装置均包括热电偶、与热电偶相连的温控表、与温控表相连的电动执行器，同时电动执行器分别控制与之相连的第一、第二风道控制装置。由于温度控制装置控制风道控制装置的技术属于自动化领域的公知技术，且不为本发明的创新之处，故申请人只对其作简单描述。

请继续参阅图1并结合图2，图2本发明废气净化***的优先总装示意图，作为本发明的优先实施方式，申请人将烘房沿其长度方向划分成4个区域，分别为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区，其中，Ⅰ区用于对铝塑板的预热，Ⅱ区、Ⅲ区用于对铝塑板的加热固化，Ⅳ区用于对铝塑板的降温处理。相应地，每个区分别设有1个第一温度控制装置，每个第一温度控制装置分别控制1个第一风道控制装置，以及相应地，每个区还设置有1个混合室。另外，Ⅰ区温度控制范围在150～180℃，Ⅱ区温度控制范围在180～240℃，Ⅲ区温度控制范围在240～250℃、Ⅳ区温度控制范围在220～240℃，当温度达到每个区预先设定的范围值内，与每个区相对应地第一温度控制装置将指令相应阀门的闭合。此外，为了提高混合室内的冷、热气体的换热效率，每个混合室安装有风机。

图3为本发明热交换装置的俯视图，从图中可以看出，热交换装置300设有若干个热交换器310，每个热交换器310由若干个热交换管311组合而成，若以该图为例，热交换装置300具有4个热交换器，但热交换器310的数量并不局限于本发明的优先实施方式，可以根据实际需要设置多个热交换器310，热交换器310采用S型结构排列，热交换器310端部设有连通的风道，由于该热交换装置通过连通管将相邻的热交换管的头尾相连，更具体地说，通过连通管将热交换管头尾相连，因此气体在热交换装置300内经过时，也将成S型路线流动，增加了换热面积，从而在单位体积内大大提高了气体的热交换效率。图中，箭头方向为经过焦炭加热后的热气流的流动方向，烘房100内的废气在换热管311内流动，并与热气流进行换热。

再结合图4所示，图4为热交换装置300的剖面图，从图中可以看出，热交换装置300的热交换管311的分布方式，热交换装置由多个热交换器组成，热交换器又由若干成行并平行排列的热交换管组成，每一行热交换管311与相邻一行的热交换管311彼此交错排列，并进一步结合图5所示，当热气流从左向右流动时，首先撞击中间的热交换管，然后向两侧反弹，反弹后的热气流又能够撞击相邻一行的热交换管311，从而能够进一步提高***的热交换性能。

另外，作为本发明的一个优先实施方式，热交换管311采用波纹式热交换管，由于波纹式热交换管，由于波纹管表面凹凸的外形，使流体在管内形成较强的湍流，从而大大提高管内外表面的换热系数，使换热器整体换热效率比列管式的提高2～3倍。波纹管通过热胀冷缩而具有自动脱垢作用，因而不易结垢，自行补偿温差产生的热应力。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims

1.一种热交换装置，该热交换装置由若干个相互连通的热交换器组成，所述热交换器由若干个热交换管成行并平行排列而成，其特征在于，相邻的热交换器通过连通管头尾连接，使整个换热装置形成“S”型换热通道，相邻每一行的换热管彼此交错分布。

2.根据权利要求1所述的热交换装置，其特征在于，所述热交换管为波纹管。

3.一种具有热交换装置的废气净化***，该***包括：

烘房，用于对产品进行烤漆烘干，并排出废气；

热交换装置，与烘房相连接，对废气进行预热；

第一温度控制装置，与烘房相连，用于监测烘房温度；

4.根据权利要求3所述的具有热交换装置的废气净化***，其特征在于，所述热交换管为波纹管。

5.根据权利要求3或4所述的具有热交换装置的废气净化***，其特征在于，含可燃性组分废气的净化***，还包括第二温度控制装置、第二风道控制装置，其中，所述第二温度控制装置设置于混合室与催化反应室之间的风道内，以及其中，所述第二风道控制装置一方面与催化反应室相连，另一方面与外部空间相连。

6.根据权利要求5所述的具有热交换装置的废气净化***，其特征在于，所述温度监控装置包括，热电偶、与热电偶相连的温控表、与温控表相连的电动执行器，其中，所述电动控制器分别连接控制第一、第二风道控制装置。

7.根据权利要求6所述的具有热交换装置的废气净化***，其特征在于，所述烘房设置有4个第一温度控制装置，4个第一温度控制装置沿烘房长度方向均匀分布。

8.根据权利要求6所述的具有热交换装置的废气净化***，其特征在于，所述第一温度控制装置连接有4个第一风道控制装置。

9.根据权利要求8所述的具有热交换装置的废气净化***，其特征在于，所述含可燃性组分废气的净化***具有4个混合室，4个混合室沿烘房长度方向均匀分布。

10.根据权利要求9所述的具有热交换装置的废气净化***，其特征在于，所述烘房排出的废气为C₈H₁₀，所述催化剂为γ-Al₂O₃，其催化反应为C₈H₁₀+γ-Al₂O₃→CO₂+H₂O。