CN110017492A - 废气挥发性有机物催化燃烧及非均布热管余热回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废气挥发性有机物催化燃烧及非均布热管余热回收装置，包括盖板，催化燃烧组件，绝热板，导流器组件，换热组件；其中所述的导流器组件从上而下依次与盖板、催化燃烧组件、绝热板、换热组件焊接相连；所述的盖板与催化燃烧组件也通过焊接相连。本发明提出带非均布催化剂阵列的催化燃烧通道，可将印染废气吹入催化剂层，增加了催化剂表面及内部活性单元与废气中的关键挥发性有机物的接触概率，有利于提高催化转化效率。其采用非均布热管阵列作为热能处理部分的传热单元，强化了构件的催化燃烧性能和传热性能。本发明结构紧凑、反应效率高、催化剂负载、整体结构容易、操作简单可用于中、小流量印染热定型废气处理场合。

Description

废气挥发性有机物催化燃烧及非均布热管余热回收装置

技术领域

本发明涉及一种印染废气处理的反应装置，尤其是一种废气挥发性有机物催化燃烧及非均布热管余热回收装置。

技术背景

纺织工业是我国国民经济的传统支柱产业，重要民生产业，在建设美好人民生活、生态文明、带动相关产业发展等方面发挥着重要作用。目前，我国已拥有世界最大规模的纺织业。产量已超过世界总产量的一半，化纤、纱、布、服装等产量输出稳居世界第一，出口量也稳居全球前列。然而，在高速发展的同时，我国纺织产业方面的能量消耗高居不下，污染问题十分突出。高能耗带来的高成本严重削弱了纺织行业的竞争力，高污染又对人们身体健康和生活造成了严重的影响。因此，提高节能减排水平，降低污染物排放量，促进纺织行业可持续发展已成与时俱进的战略目标。

随着我国经济的不断发展，人们对生态环境的认识不断提高，以及近年来国家政策的导向作用，环境治理工程越来越得到广泛重视。目前我国正在逐步完善气态污染物的排放标准，但治理工程设备和设施的规范还没有跟上。纺织行业中能耗最高的是印染行业，其中，印染热定型过程是主要耗能单元之一。但目前热定型过程消耗的能量却仅有少部分用于织物加工定型，而大部分被热定型排放的高温废气带走，造成了能源在很大程度上的浪费。另一方面，热定型排放的高温废气中含有水蒸气、挥发性有机化合物、织物携带的纤维和尘埃、油污等杂质，直接排放到空气中会造成严重的环境污染。因此，为了实现纺织行业的健康、稳定发展，对印染热定型废气处理和热能回收处理是很有必要的。

挥发性有机化合物的去除是印染废气处理的一个关键环节。近年来，国内外学者以及相关印染公司 已在印染热定型废气的挥发性有机物处理方面开展了不少研究工作，提出了吸附、膜分离、催化燃烧、 生物降解等多种方法。热定型废气挥发性有机物中含量高且毒害作用大的污染物主要为苯、甲苯、萘等 芳香烃。其中，苯作为一类致癌物几乎存在于所有热定型机排放的废气中。因此，本专利有必要对这几 种关键污染物开展选择催化燃烧研究。

中国发明专利（申请号 201820242288 .7）涉及的一种印染废气处理装置，设计合理，能够实现对废气的处理，通过设置过滤网可以对废气中的固体颗粒、化纤颗粒等进行过滤，滤渣储存罐通过螺母固定在进气管道底部，拆卸方便，滤渣清除方便，在第一喷洒管与第二喷洒管底部均等距设置若干喷头，通过设置碱洗塔与氧化塔双重吸收，废气清理性能较好，但是，该发明结构复杂，且存在传热效率不高问题。

中国发明专利（申请号 201721086585 .9）涉及废气处理技术领域，公开了一种印染定型机废气处理装置，该装置能有效的去除废气中的各种污染物，还能去除尾气中的水雾，使得排出的尾气中没有白雾、不会影响市容。但是，该印染定型机废气处理装置采用管式结构，导致换热效率不高。

中国发明专利（申请号 201711434855.5）涉及一种催化燃烧处理VOCs废气的方法及系统，包括依次连接的吸附脱附单元、催化燃烧单元、及余热再利用单元。其中，吸附脱附单元包括依次连接的预处理装置及吸附器，催化燃烧单元包括与吸附器连接的催化燃烧反应器，余热再利用单元包括与催化燃烧反应器相连的换热器。本发明催化燃烧处理VOCs废气的方法及系统可适用于各种浓度有机废气的处理，且对有机废气的净化率高，同时还能合理回收有机物燃烧产生的热量，并进行再利用，从而可有效提高节能效率。不过该发明在结构紧凑性上存在局限性。

综上所述，现有传统挥发性有机物催化燃烧处理装置的废气处理效果不好，设备结构较大，热能浪费较为严重。因此，有必要设计一种能量高、效率快、低成本的印染热定型废气挥发性有机物选择催化燃烧装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种废气挥发性有机物催化燃烧及非均布热管余热回收装置。本发明提出的带非均布催化剂载体阵列的催化燃烧通道，催化剂载体阵列上的催化剂层与废气流动方向垂直。由于边界层与气流速度垂直，直接将废气中有害气体吹入催化剂层，增加了催化剂表面及内部活性单元与废气中的有害气体的接触概率，从而提升了转化效率。同时，废气碰到非均布排列的催化剂载体发生变向、弯曲，增加了气体流过催化燃烧通道的距离，增加了有害气体停留时间，提高了转化效率。传热热管采用了非均布排列方式，一方面增加了高温热气与传热热管的接触面积；另一方面增加了冷热气体通过换热通道的时间，提高了传热效率。该反应器结构紧凑，传热传质效率高，制造成本低，可用于中、小功率废气处理场合。

本发明采用的技术方案是：

一种废气挥发性有机物催化燃烧及非均布热管余热回收装置，包括盖板，催化燃烧组件，绝热板，导流器组件，换热组件；其中所述的导流器组件从上而下依次与盖板、催化燃烧组件、绝热板、换热组件焊接相连；所述的盖板与催化燃烧组件也通过焊接相连。

所述的催化燃烧组件包括底板、与底板其中两条相对边分别垂直焊接相连的第一侧板；所述的底板上非均布焊接排列有催化剂载体，所述的催化剂载体上涂覆有挥发性有机物燃烧催化剂；催化剂载体呈上层布置，所述的催化燃烧组件的底板另外两条相对边呈对流开口状态，使进气方向与涂有催化剂载体垂直，印染废气从底板开口的一端流入与挥发性有机物燃烧催化剂反应，催化剂载体错列分布有效增加废气流过催化燃烧组件的时间，从而使印染热定型废气与催化剂充分反应后，从开口的另一端流出催化燃烧组件；所述的催化燃烧组件由结构相同的第一催化燃烧组件和第二催化燃烧组件组成；所述的第一催化燃烧组件的第一侧板的顶部与盖板通过焊接相连；所述的第二催化燃烧组件的第一侧板的顶部与第一催化燃烧组件的底板焊接相连；所述的第一催化燃烧组件、第二催化燃烧组件分别与导流器组件通过焊接相连。

所述的催化剂燃烧组件中底板为上表面焊接催化燃烧反应载体阵列结构的矩形薄板，且所述的催化燃烧反应载体呈非均布方式排布，所述的催化燃烧反应载体结构为圆柱体；所述的第一催化燃烧组件、第二催化燃烧组件均采用不锈钢制作而成。

所述的绝热板为中部开正方形槽孔的矩形板，所述的矩形板与导流器组件通过焊接相连；所述的第二催化燃烧组件的底板下表面与绝热板的矩形板上表面焊接相连。

所述的绝热板采用中空不锈钢板件且表面镀有陶瓷，可以有效的阻隔冷热气体温度交换。

所述的导流器组件包括中空矩形板；所述的中空矩形板包括第三侧板，与第三侧板两侧边分别焊接相连的第二侧板，与第二侧板焊接相连的有顶板和第一侧板；所述的第三侧板、第一侧板、第二侧板和顶板围成中空矩形板。所述的导流器组件采用不锈钢制作而成。

所述的换热组件包括换热壳体和中间板，所述的中间板上焊接有传热热管，所述的传热热管的蒸发端在中间板上表面；所述的传热热管的冷凝端在中间板下表面；且所述的中间板上的传热热管非均布排列在中间板上；所述的换热组件由结构相同的第一换热组件和第二换热组件组成；经过第一催化燃烧组件与第二催化燃烧组件催化燃烧反应后，通过导流器组件引流至传热热管部位，上下两层错列排布的传热热管具有传质导热作用；所换热壳体包括换热底板、与换热底板四周边垂直焊接相连的4块第三侧板；所述的第三侧板上开设有对流孔；所述的中间板与第三侧板通过螺栓相连，且保证所述螺栓螺纹中心与中间板侧面垂直；所述的4块第三侧板顶部与绝热板焊接相连；所述的换热壳体与导流器组件焊接相连。

所述的换热组件除传热热管用铜热管外，其它均采用不锈钢制作而成。

本发明的有益效果：

1) 本发明设备边界层与气流速度垂直，直接迎着边界层流动的高速废气可减薄甚至打破边界层，直接将挥发性有机物吹入催化剂层，增加了催化剂表面及内部活性单元与废气中的关键有害物质的接触概率，有利于提高催化转化效率。

2) 本发明在催化燃烧通道中增加非均布催化剂载体阵列结构，废气进入带催化剂的催化燃烧通道后，气体流线会因碰到催化剂载体发生变向、弯曲，这就增加了气体流动的路程，提高了废气在通道中的停留时间，增加了废气与催化剂的接触时间，提高催化燃烧效率。

3) 本发明催化反应器结构紧凑，小巧，通过优化反应器结构尺寸，可用于小流量除污场合。

4) 本发明催化反应装置采用层叠形式，通过两层分开催化燃烧，提高了催发燃烧性能。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明催化燃烧组件的放大示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是本发明绝热板放大示意图；

图5是本发明导流器组件的放大示意图；

图6是本发明中间板和传热热管安装结构放大图；

图7是本发明换热壳体放大示意图；

图8是本发明的流体流动路径原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本实施例的一种废气挥发性有机物催化燃烧及非均布热管余热回收装置，如图1-7所示，包括盖板1，催化燃烧组件，绝热板4，导流器组件 5，换热组件；其中所述的导流器组件 5 从上而下依次与盖板1、催化燃烧组件、绝热板4、换热组件焊接相连；所述的盖板1与催化燃烧组件也通过焊接相连。

所述的催化燃烧组件包括底板9、与底板9其中两条相对边分别垂直焊接相连的第一侧板8；所述的底板9上非均布焊接排列有催化剂载体10，所述的催化剂载体10上涂覆有挥发性有机物燃烧催化剂；催化剂载体10呈上层布置，所述的催化燃烧组件的底板与另外两条相对边呈对流开口状态，使进气方向与涂有催化剂载体垂直，印染废气从底板9上未安装第一侧板的开口的一端（作为高温废气进口）流入与挥发性有机物燃烧催化剂反应，催化剂载体10非均布错列分布有效增加废气流过催化燃烧组件的时间，从而使印染热定型废气与催化剂充分反应后，从开口的另一端流出催化燃烧组件后进入导流器组件5；所述的催化燃烧组件由结构相同的第一催化燃烧组件2和第二催化燃烧组件3组成；所述的第一催化燃烧组件2的第一侧板8的顶部与盖板1通过焊接相连；所述的第二催化燃烧组件3的第一侧板8的顶部与第一催化燃烧组件2的底板9焊接相连；所述的第一催化燃烧组件2、第二催化燃烧组件3分别与导流器组件5通过焊接相连。

所述的催化剂燃烧组件中底板9为上表面焊接催化燃烧反应载体阵列结构的矩形薄板，且所述的催化燃烧反应载体呈非均布方式排布，所述的催化燃烧反应载体结构为圆柱体。

所述的绝热板4为中部开有正方形槽12的矩形板11，所述的矩形板11与导流器组件5通过焊接相连；所述的第二催化燃烧组件3的底板9下表面与绝热板4的矩形板11上表面焊接相连。

所述的绝热板4采用不锈钢板件且表面镀有陶瓷，可以有效的阻隔冷热气体温度交换。

所述的导流器组件5包括中空矩形板13；所述的中空矩形板13包括第三侧板15，与第三侧板15两侧边分别焊接相连的第二侧板16，与第二侧板16焊接相连的有顶板17和第一侧板14；所述的第三侧板15、第一侧板14、第二侧板16和顶板17围成中空矩形板13。所述的导流器组件5 采用不锈钢制作而成。

所述的换热组件包括换热壳体和中间板18，所述的中间板18上焊接有传热热管19，所述的传热热管19的蒸发端在中间板18上表面（换热组件的热流通道26中）；所述的传热热管19的冷凝端在中间板18下表面（换热组件的冷流通道27中）；且所述的中间板18上的传热热管19非均布排列在中间板18上；所述的换热组件由结构相同的第一换热组件6和第二换热组件7组成；经过第一催化燃烧组件2与第二催化燃烧组件3催化燃烧反应后，通过导流器组件5引流至传热热管19部位，上下两层错列排布的传热热管19具有传质导热作用；所换热壳体包括换热底板20、与换热底板20四周边垂直焊接相连的4块第三侧板21；所述的第三侧板21上开设有对流孔22（作为空气新风进口和低温废气出口25）；所述的中间板18与第三侧板21通过螺栓相连，且保证所述螺栓螺纹中心与中间板18侧面垂直；所述的4块第三侧板21顶部与绝热板4焊接相连；所述的换热壳体与导流器组件5焊接相连。

所述的换热组件除传热热管19用铜热管外，其它均采用不锈钢制作而成。

因为第一催化燃烧组件2、第二催化燃烧组件3上的底板9上未安装第一侧板的两面开口相对而设；所有印染热定型废气首先从第一催化燃烧组件1的底板9上未安装第一侧板的一面开口流入与挥发性有机物燃烧催化剂反应，催化剂载体10错列分布（形成催化燃烧通道）有效增加废气流过催化燃烧组件的时间，从而使印染热定型废气与催化剂充分反应后，充分发生催化反应后的高温气体从另一面开口流出第一催化燃烧组件2；

印染热定型废气也可以从第二催化燃烧组件3的的底板9上未安装第一侧板的一面开口流入与挥发性有机物燃烧催化剂反应，催化剂载体10错列分布（形成催化燃烧通道）有效增加印染热定型废气流过第二催化燃烧组件2的时间，从而使印染热定型废气与催化剂充分反应后，充分发生催化反应后的高温气体从另一面开口流出第二催化燃烧组件3；

印染热定型废气经过第一催化燃烧组件2与第二催化燃烧组件3催化燃烧反应后，通过导流器组件5引流至换热组件的传热热管部位，其上下两层错列排布的传热热管具有特殊的传质导热作用，经过催化燃烧组件上的催化燃烧通道充分反应后的气体，变成了较洁净的高温气体，进入第一换热组件6和第二换热组件7的中间板18之上的上层通道（热流通道），而新风常温气体通过第一换热组件6和第二换热组件7的中间板18之下的下层通道（冷流通道），经过中间板18上的传热热管进行换热，使得高温气体的温度降低；中间板18的使用，使第一换热组件6和第二换热组件7分别形成了有效的换热通道，即第一换热流道和第二换热流道，所述的第一换热流道和第二换热流道分别包含一个冷流通道和一个热流通道，且由于非均布排列的管路，其错列的分布方式，一方面可以有效的阻隔气体的流动速度，达到降低气流速度的效果，另一方面错综复杂的管路具有特殊的传质导热作用，增加了换热的接触面积，提高了换热性能。

本实施例中所有板间采用焊接相连进行密封。

如图8所示，本实施例的印染热定型废气流经两个装有若干非均布排列的圆柱状催化剂载体10，该催化剂载体10上涂有挥发性有机物催化剂，当高温热定型废气通过高温废气进口23进入第一催化燃烧组件2或第二催化燃烧组件3时，开始发生催化反应，由于催化反应通道较宽，前面没有反应彻底的挥发性有机物，还会与后面非均布排列的催化剂载体上的催化剂继续反应，一方面由于催化剂反应载体是非均布排列的，会减慢废气的流速，使得废气在催化反应室停留的时间增加，另一方面由于非均布催化剂反应载体管路较长，基本布满整个反应室，增加了反应面积，提高了工作效率，直到把热定型中废气处理成环境友好型气体，然后通过导流器组件5引流至换热组件。

换热组件包括第一换热组件6和第二换热组件7，将换热器内部分离成第一换热流道和第二换热流道，且每个换热流道分别有一个冷流和热流通道，经过处理后的热定型环境友好型气体流经热流通道，常温新风通过空气新风进口24流经冷流通道。非均布排列的传热热管内填充有相变材料，热流气体把热量转递给传热热管，通过壁面与周围的工作介质进行热量交换。相变材料从高温气流吸收热量蒸发，然后向低温换热管的另一侧运动，并向常温新风气流传递热量并发生冷凝，由于非均布换热管路较多，循环往复的换热，使得印染热定型气体温度变成低温气体经低温废气出口25排放。此装置可有效降低印染热定型废气的温度和污染性，实现节能减排。

本实施例设备边界层与气流速度垂直，直接迎着边界层流动的高速废气可减薄甚至打破边界，直接将挥发性有机物吹入催化剂层，增加了催化剂表面及内部活性单元与废气中的关键有害物质的接触概率，有利于提高催化转化效率。

本实施例催化反应器结构紧凑，小巧，通过优化反应器结构尺寸，可用于中、小流量除污场合。

本实施例在催化燃烧通道中增加非均布催化剂载体阵列结构，废气进入带催化剂的催化燃烧通道后，气体流线会因碰到催化剂载体发生变向、弯曲，这就增加了气体流动的距离，提高了废气在通道中的停留时间，增加了与催化剂的接触时间，提高催化燃烧效率。

本实施例催化反应装置采用层叠形式，通过两层分开催化燃烧，提高了催发燃烧性能。

Claims (9)

1.一种废气挥发性有机物催化燃烧及非均布热管余热回收装置，其特征在于：包括盖板(1)，催化燃烧组件，绝热板(4)，导流器组件(5)，换热组件；其中所述的导流器组件(5)从上而下依次与盖板(1)、催化燃烧组件、绝热板(4)、换热组件焊接相连；所述的盖板(1)与催化燃烧组件也通过焊接相连。

2.如权利要求1所述的一种废气挥发性有机物催化燃烧及非均布热管余热回收装置，其特征在于：所述的催化燃烧组件包括底板(9)、与底板(9)其中两条相对边分别垂直焊接相连的第一侧板(8)；所述的底板(9)上非均布焊接排列有催化剂载体(10)，所述的催化剂载体(10)上涂覆有挥发性有机物燃烧催化剂；所述的催化燃烧组件由结构相同的第一催化燃烧组件(2)和第二催化燃烧组件(3)组成；所述的第一催化燃烧组件(2)的第一侧板(8)的顶部与盖板(1)通过焊接相连；所述的第二催化燃烧组件(3)的第一侧板(8)的顶部与第一催化燃烧组件(2)的底板(9)焊接相连；所述的第一催化燃烧组件(2)、第二催化燃烧组件(3)分别与导流器组件(5)通过焊接相连。

3.如权利要求2所述的一种废气挥发性有机物催化燃烧及非均布热管余热回收装置，其特征在于：所述的催化剂燃烧组件中底板(9)为上表面焊接催化燃烧反应载体阵列结构的矩形薄板，且所述的催化燃烧反应载体呈非均布方式排布，所述的催化燃烧反应载体结构为圆柱体；所述的第一催化燃烧组件(2)、第二催化燃烧组件(3)均采用不锈钢制作而成。

4.如权利要求1所述的一种废气挥发性有机物催化燃烧及非均布热管余热回收装置，其特征在于：所述的绝热板(4)为中部开正方形槽孔(12)的矩形板(11)，所述的矩形板(11)与导流器组件(5)通过焊接相连；所述的第二催化燃烧组件(3)的底板(9)下表面与绝热板(4)的矩形板(11)上表面焊接相连。

5.如权利要求4所述的一种废气挥发性有机物催化燃烧及非均布热管余热回收装置，其特征在于：所述的绝热板(4)采用不锈钢板件且表面镀有陶瓷。

6.如权利要求1所述的一种废气挥发性有机物催化燃烧及非均布热管余热回收装置，其特征在于：所述的导流器组件(5)包括中空矩形板(13)；所述的中空矩形板(13)包括第三侧板(15)，与第三侧板(15)两侧边分别焊接相连的第二侧板(16)，与第二侧板(16)焊接相连的有顶板(17)和第一侧板(14)；所述的第三侧板(15)、第一侧板(14)、第二侧板(16)和顶板(17)围成中空矩形板(13)。

7.如权利要求6所述的一种废气挥发性有机物催化燃烧及非均布热管余热回收装置，其特征在于：所述的导流器组件(5)采用不锈钢制作而成。

8.如权利要求1所述的一种废气挥发性有机物催化燃烧及非均布热管余热回收装置，其特征在于：所述的换热组件包括换热壳体和中间板(18)，所述的中间板(18)上焊接有传热热管(19)，所述的传热热管(19)的蒸发端在中间板(18)上表面；所述的传热热管(19)的冷凝端在中间板(18)下表面；且所述的中间板(18)上的传热热管(19)非均布排列在中间板(18)上；所述的换热组件由结构相同的第一换热组件(6)和第二换热组件(7)组成；所述换热壳体包括换热底板(20)、与换热底板(20)四周边垂直焊接相连的4块侧板(21)；所述的侧板(21)上开设有对流孔(22)；所述的中间板(18)与侧板(21)通过相螺栓相连，且保证螺纹中心与中间板(18)侧面垂直；所述的4块第三侧板(21)顶部与绝热板(4)焊接相连；所述的换热壳体与导流器组件(5)焊接相连。

9.如权利要求8所述的一种废气挥发性有机物催化燃烧及非均布热管余热回收装置，其特征在于：所述的换热组件除传热热管(19)用铜热管外，其它均采用不锈钢制作而成。