CN113587672A - 定型机的余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及定型机的余热回收系统，包括设置定型机下游的多重冷凝组件，多重冷凝组件包括依次设置的高品位能源换热器和多级换热器实现余热的回收，高品位能源换热器的换热管出口连接有热能转换器，热能转换器连接到定型机的进口实现余热的利用，多级换热器的换热管之间可以设有制冷组件实现废气的洁净治理。本申请具有余热回收利用效率高、废气分级处理能力强的优势。

Description

定型机的余热回收系统

技术领域

本申请涉及定型机的余热回收系统，适用于余热回收利用及对定型机产生的废气治理的技术领域。

背景技术

纺织印染行业中，纺织品后整理加工设备例如热风烘干定型机在纺织面料的烘干定型过程中不可或缺。在烘干定型过程中，大量热能用来烘干面料上的水分、助剂及面料上附带的织机油。由于后续烘干定型的需要，定型机烘箱中的水蒸汽及其它废气需要随时抽出和处理。因为此种高温废气的温度通常在180-230摄氏度之间，并含有大量纺织面料上的毛絮、助剂、油气、水蒸汽等，工作环境较为恶劣，现有的热能回收装置均无法长期有效正常运行。另外，现有的热能回收装置仅能将废气中的余热通过热交换变为热水或蒸汽，而不能循环补充利用废气中的热能，同时废气未经完全处理就排放到空气中，也不符合环保的要求。

因此，如何设计一种高效节能的余热回收系统并进一步提高废气的处理质量，成为定型机行业亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是设计定型机的余热回收系统，其具有余热的分级回收利用功能，具有余热回收利用效率高、废气分级处理能力强的优势。

本申请涉及定型机的余热回收系统，所述多重冷凝组件包括依次设置的高品位能源换热器和多级换热器，所述高品位能源换热器的换热管出口连接有热能转换器，所述热能转换器连接到所述定型机的进口，所述多级换热器的换热管之间设有制冷组件。

其中，所述制冷组件包括蒸发器和冷凝器，所述制冷组件的蒸发器分别与一级换热器的换热管的进口和出口连通，所述制冷组件的冷凝器用于对进入另一级换热器的换热介质进行换热；所述另一级换热器的换热管进口还连通有后一级换热器的换热管的出口。

其中，所述多级换热器可以包括换热温度依次降低的第一级换热器、第二级换热器和第三级换热器；所述制冷组件可以设置在第一级换热器和第三级换热器之间，所述制冷组件包括蒸发器和冷凝器，所述制冷组件的蒸发器分别与所述第三级换热器的换热管的进口和出口连通，所述第二级换热器的换热管进口连接到储液箱，所述第二级换热器的换热管出口连接到所述第一级换热器的进口，所述第一级换热器的进口还连接到储液箱，所述第一级换热器的进口和所述储液箱之间的管路经过所述制冷组件的冷凝器。

其中，所述蒸发器和所述冷凝器之间可以设有压缩机和节流阀，所述多级换热器下部可以设置有收集槽；所述高品位能源换热器和多级换热器之间可以设有喷淋组件，或者所述多级换热器之间设有喷淋组件，或者所述高品位能源换热器内部设有喷淋组件，或者所述多级换热器内部设有喷淋组件；所述喷淋组件内可以设置换热器，所述喷淋组件内的换热器与所述多级换热器相连接；进一步的，收集槽内可以设有换热器，收集槽内的换热器与多级换热器相连接。所述高品位能源换热器可以设置在定型机排放废气的通道外壁或者所述高品位能源换热器置于废气通道的内部。

本申请的定型机的余热回收系统，具有以下技术优势：

(1)本申请通过设置多重冷凝组件，使得废气中的蒸汽能够根据冷凝温度分级冷凝，并实现热量的分级回收，提高了废气回收的效率，使得分级冷凝后得到的化工原料气体成分简单且易于分离后回收再利用，同时降低了对环境造成的污染；

(2)本申请的换热介质从热量回收的下游进入换热器的换热管中，经过多级换热后温度升高，经过热能转换器后热量重新回收并进入定型机内，使得热量的回收利用效率增高，同时还能减少有害尾气的排放；

(3)本申请中在多级换热器的换热管之间设有制冷组件，通过将制冷组件的冷凝器和蒸发器分别与不同级别的换热器换热管连通，使得不同级别换热器之间的温度差所带来的热量能够通过制冷组件的蒸发和冷凝而再次使用，提高了系统的热量利用效率。

附图说明

图1为本申请的余热回收系统的示意图。

图2为余热回收系统中的多重冷凝组件的组成示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。本申请不仅适用于纺织印染行业中定型机的余热回收，还可用于医药、化工行业中类似定型机的设备，可以进行余热回收及废气治理。本申请换热管中的换热介质在余热回收过程中可以不产生相变，比如可以优选导热油，以便使换热介质经过余热回收后获得更高的温度；也可以是产生相变的介质，如水，经过余热回收换热相变后产生高温蒸汽或热水，本申请以水作为换热介质为例进行说明。本申请的第一级换热器、第二级换热器和第三级换热器是根据换热温度由高到低设置的不同级别换热器，实际的换热温度可以根据需要冷凝的废气成分的冷凝温度进行区别设置，也可以根据实际需要设置更多级或更少级的换热器，而不受本申请具体实施方式的限制。

如图1-2所示，根据本申请的定型机的余热回收系统，包括设置在定型机1下游的多重冷凝组件2，多重冷凝组件2包括依次设置的高品位能源换热器211和多级换热器，多级换热器可以是金属换热器或非金属换热器。进一步的，可以对金属换热器表面进行处理提高金属换热器的耐蚀性，同时使金属换热器表面具有疏油、疏水性，使水或纤维物质容易在金属换热器表面脱离。多级换热器的换热管之间设有制冷组件4，高品位能源换热器211的换热管出口连接有热能转换器3，热能转换器3连接到定型机1的进口，该进口可以是定型机1的热量进口或热风进口等。多级换热器的换热管之间设有制冷组件，制冷组件包括蒸发器和冷凝器，制冷组件的蒸发器分别与一级换热器的换热管的进口和出口连通，所述制冷组件的冷凝器连接在另一级换热器的进口换热管路上，用于对进入另一级换热器的换热介质进行换热。所述制冷组件的冷凝器产生的热被换热介质吸收后进入另一级换热器，另一级换热器的换热管进口还可以连通有后一级换热器的换热管的出口。根据需要，还可以在末级换热器后增设吸附装置，例如可以是静电吸附装置或活性炭吸附装置，以对流经多级换热器后的尾气进行进一步的洁净处理。本申请中的换热器优选采用无翅片的管板式换热器或者光管换热器，以避免纤维物质堆积在换热器的表面。不同级的多级换热器的换热管当量直径的比值范围为0.1-10。

本申请的定型机1在完成生产步骤后，除了产出纺织物外，还会产生混杂有纤维物质、化学助剂的高温高湿的废气和废水。多重冷凝组件2对定型机1产生的废气进行分级余热回收，废气的治理主要是通过废气与换热器热交换，部分纤维物质聚集换热器管束上，废气中大量水蒸气、化学助剂与换热器交换热量后，温度下降且低于露点时就在换热器管束上凝结滴挂，滴落在收集槽内。多重冷凝组件2按照废气中不同热能的能量品位等级，实现分级换热，同时换热器管路内的换热介质吸收废气中的热量逐渐升温成高温液体或相变成蒸汽。本申请中的高品位能源换热器回收的是废气中最高等级的热量，故称其为高品位能源换热器，本领域技术人员可以理解，此处的“高品位能源”只是为了体现品味等级的差别，即是为了区分于“中品味能源”和“低品位能源”，而无需对其进行具体数值范围的限定。作为可选择的实施方式，本申请中的高品位能源换热器可以是蒸汽换热器或者导热油换热器。

热能转换器3用于将多重冷凝组件2的换热管中的高温液体或蒸汽，经过转化器将由风机6吸入的空气进行热交换，使空气温度上升成为定型机1进口所需补入的热空气。热能转换器3也可以是蒸汽压缩机之类的设备，可以将换热管内的蒸汽进一步提升压力，转入定型机1中使用，以减少定型机1使用外部能源产生蒸汽带来的能耗。还可以将多重冷凝组件2的换热管中的水蒸气或热水直接通过泵或压缩机转入定型机中，此时泵或压缩机或类似的转换设备也可以视为热能转换器。本申请的余热回收系统将所回收的余热经过热能转换器重新补给定型机1，实现了余热回收的高效利用。制冷组件4用于在不同级别的换热器的换热管之间进行热量的循环利用，以提高余热的回收利用效率。

优选地，多重冷凝组件2还可以包括有至少一个喷淋组件5，喷淋组件5可以设置在高品位能源换热器211和多级换热器之间，也可以设置在多级换热器之间，还可以设置在高品位能源换热器211和/或多级换热器的内部。喷淋组件5主要是对换热器表面进行喷淋完成对换热器表面的清洁，防止纤维物质、化学助剂等粘结在换热器表面增加热阻，从而提高换热器的换热效率。进一步地，还可以在喷淋组件5内设置换热器，该换热器可以与多级换热器相串联，从而使得换热器内的换热介质可以与废气和喷淋水进行热交换，吸收废气和喷淋水中的热量。

本申请实施例中，高品位能源换热器211连接在定型机1的下游。定型机1排放废气的温度较高，通常大于150℃，并且含有较多的纤维物质。高品位能源换热器211可以设置在定型机1排放废气的通道外壁，并在高品位能源换热器211的外部用隔热层进行保护，以便使高品位能源换热器211有效获得废气中的热量，而不会被纤维物质堆积从而降低换热效率。替代地，可以在定型机1和高品位能源换热器211之间设置过滤装置，以先对纤维物质进行过滤。优选地，可以设置内置式的高品位能源换热器，即将高品位能源换热器设置在废气通道的内部。多级换热器包括第一级换热器221、第二级换热器231和第三级换热器241，其换热温度依次降低。高品位能源换热器211内换热管进口处的水来自内置在废气流经通道内的第一级换热器221的换热管的排出口，温度处于85～100℃左右，经过高品位能源换热器211对废气热量的吸收，经换热管流出至热能换热器3的水已经转变成100℃以上的高温蒸汽。上述第一级换热器221、第二级换热器231、第三级换热器241等多级换热器下部均设置有收集槽，以便承接多级换热器上冷凝滴挂的水及化学助剂液体。收集槽中的液体可以流入喷淋组件5的水槽内，成为喷淋液体的一部分，达到节水的目的。需要说明的是，本申请仅以设置三级换热器为例进行说明，本领域技术人员知晓增加或减少换热器的级数并在此基础上对本申请技术方案所做的简单调整，均在本申请的保护范围内。

如图1-2所示，制冷组件4设置在第一级换热器221和第三级换热器241之间，制冷组件4包括蒸发器243和冷凝器233，蒸发器243和冷凝器233之间设有压缩机23和节流阀234，形成制冷循环。制冷组件4的蒸发器243通过循环泵242分别与第三级换热器241的换热管的进口和出口连通。第二级换热器231的换热管进口通过第二水泵232连接到储液箱，第二级换热器231的换热管出口连接到第一级换热器221的进口。第一级换热器221的进口还通过第一水泵222连接到储液箱，第一级换热器221的进口和第一水泵222之间的管路经过制冷组件4的冷凝器233进行换热。本申请中的储液箱用来储存换热介质，可以是水箱或者储存导热油的箱体。本申请在第一级换热器和第三级换热器之间设置制冷组件，实际的设置可以根据制冷组件所获得热能不同而进行区别设置，而不受本申请具体实施方式的限制。

第一级换热器221可以放置在废气排放的通道内，废气通过流动直接与第一级换热器221进行热交换，将热能传递给第一级换热器221内的水，废气温度进一步下降，使废气中一部分露点较高的气态化学助剂冷凝成液体，在第一级换热器221的表面凝聚掉落在收集槽中。第一级换热器221换热管内的水温度升高成为高温水，进一步流入高品位能源换热器211中。为了防止高品位能源换热器211的压力高于第一级换热器221内的压力，在连接的管道内还可以设置有阀门，防止换热管内的水逆流。

第一级换热器221的换热管进口处管路内的水一部分来自第二级换热器231的出口，还有一部分水来自从储液箱235内通过水泵222抽取并与制冷组件4中的冷凝器233进行热交换后的水。在冷凝器233中，水吸收了制冷剂的热量并将热量传输到第一级换热器221的入口，同时制冷组件中的制冷剂吸收了水的冷量后温度下降，为制冷组件在蒸发器中制冷提供了准备。第一级换热器221进口处管路内的水温度在30～45℃左右；第一级换热器221出口处水已经吸收了废气中的热能，温度升高到85～100℃左右。

第二级换热器231可以放置在废气排放的通道内，废气通过流动直接与第二级换热器231进行热交换，将热能传递给第二级换热器231内的水，废气温度进一步下降，使废气中一部分露点稍高的化学助剂气体冷凝成液体，在第二级换热器231表面凝聚掉落在收集槽中；同时第二级换热器231内的水温度升高后，进一步流入第一级换热器221中。第二级换热器231进口端流入的水主要由水泵232从储液箱235内抽取，水温处于20～30摄氏度，经过第二级换热器换热后，水温上升到30～45℃。

第三级换热器241可以放置在废气排放的通道内，废气通过流动直接与第三级换热器241进行热交换，将热能传递给第三级换热器241内的水，废气温度进一步下降，使废气中一部分露点较低的化学助剂气体冷凝成液体，在第三级换热器241表面凝聚掉落在收集槽中；同时第三级换热器241内的水温度升高后，进一步流入制冷组件的蒸发器243中。在蒸发器243中，第三级换热器241中流出的水吸收了制冷剂的冷量温度下降，并再循环流入第三级换热器241的入口；同时制冷剂吸收了水传递的热量，温度升高再进入制冷组件的压缩机23内，实现制冷组件的制冷循坏。可选的，在制冷组件的冷凝器233与蒸发器243之间还设有节流阀234。

在一种实施方式中，多重冷凝组件对不同品位的废气热量回收与换热管内水的温度变化关系，如下表所示：

本申请通过上述高品位能源换热器和三级换热器的设置，使得余热回收系统可以分别将高品位热源转化为高温换热介质或高温蒸汽，有利于余热回收的高效利用；将中品味热源转化为热水，实现换热装置的分级热回收，并为第一级的蒸汽热回收创造条件；将低品味热源转化为制冷系统循环所需的热量，从而能够将低于环境温度的化学助剂气体充分冷凝回收。

本申请的余热回收系统还可以设有控制系统，用于收集各个设备的运行及废气的参数，从而控制系统顺利运行。本申请的控制系统包括设置在装置各个区域的传感器探头、集成控制线路板及控制操作端，控制操作端上设有控制软件。智能控制组件可以实现对装置的运行状况进行监控，并按照控制软件的阈值自动或者警示人工进行控制，能监控最终排出装置的废气成份、含量及温度、压力等各项参数，并在超出设定阈值时发生报警以便进行自动或人工干预，从而保证废气符合排放要求。

虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属技术领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (16)

1.定型机的余热回收系统，包括设置在定型机下游的多重冷凝组件，其特征在于，所述多重冷凝组件包括依次设置的高品位能源换热器和多级换热器，所述高品位能源换热器的换热管出口连接有热能转换器，所述热能转换器连接到所述定型机，所述多级换热器的换热管之间设有制冷组件。

2.根据权利要求1所述的余热回收系统，其特征在于，所述制冷组件包括蒸发器和冷凝器，所述制冷组件的蒸发器分别与一级换热器的换热管的进口和出口连通，所述制冷组件的冷凝器用于对进入另一级换热器的换热介质进行换热。

3.根据权利要求2所述的余热回收系统，其特征在于，所述另一级换热器的换热管进口还连通有后一级换热器的换热管的出口。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的余热回收系统，其特征在于，所述多级换热器中的末级换热器后设有吸附装置。

5.根据权利要求4所述的余热回收系统，其特征在于，所述吸附装置是静电吸附装置或活性炭吸附装置。

6.根据权利要求1所述的余热回收系统，其特征在于，所述多级换热器包括换热温度依次降低的第一级换热器、第二级换热器和第三级换热器。

7.根据权利要求6所述的余热回收系统，其特征在于，所述制冷组件设置在第一级换热器和第三级换热器之间，所述制冷组件包括蒸发器和冷凝器，所述制冷组件的蒸发器分别与所述第三级换热器的换热管的进口和出口连通，所述第二级换热器的换热管进口连接到储液箱，所述第二级换热器的换热管出口连接到所述第一级换热器的进口，所述第一级换热器的进口还连接到储液箱，所述第一级换热器的进口和所述储液箱之间的管路经过所述制冷组件的冷凝器。

8.根据权利要求7所述的余热回收系统，其特征在于，所述蒸发器和所述冷凝器之间设有压缩机和节流阀。

9.根据权利要求1-3、5-8中任一项所述的余热回收系统，其特征在于，所述多级换热器下部设置有收集槽。

10.根据权利要求9所述的余热回收系统，其特征在于，所述收集槽内设有换热器，所述收集槽内的换热器与所述多级换热器相连接。

11.根据权利要求1-3、5-8、10中任一项所述的余热回收系统，其特征在于，所述高品位能源换热器和多级换热器之间设有喷淋组件，或者所述多级换热器之间设有喷淋组件，或者所述高品位能源换热器内部设有喷淋组件，或者所述多级换热器内部设有喷淋组件。

12.根据权利要求11所述的余热回收系统，其特征在于，所述喷淋组件内设置换热器，所述喷淋组件内的换热器与所述多级换热器相连接。

13.根据权利要求1-3、5-8、10、12中任一项所述的余热回收系统，其特征在于，所述高品位能源换热器设置在定型机排放废气的通道外壁或者所述高品位能源换热器置于废气通道的内部。

14.根据权利要求1-3、5-8、10、12中任一项所述的余热回收系统，其特征在于，所述高品位能源换热器和所述多级换热器内的换热介质为水或导热油。

15.根据权利要求1-3、5-8、10、12中任一项所述的余热回收系统，其特征在于，所述高品位能源换热器为蒸汽换热器或导热油换热器。

16.根据权利要求1-15中任一项所述的余热回收系统，其特征在于，所述高品位能源换热器和所述多级换热器为无翅片的管板式换热器或者光管换热器。

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