CN113720048A - 低温冷凝回收工业有害废气的翅片管蒸发器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温冷凝回收工业有害废气的翅片管蒸发器，包括壳体，壳体上设置有进气口、出气口、进液口、排液口和回气口，壳体内部安装有分液头、芯体和汇管；芯体包括换热管、翅片和隔板；隔板为多组，沿壳体长度方向排列且交错设置，在壳体内腔中构成折返结构的换热通道；换热管穿过隔板，翅片安装在换热管上；进液口与分液头的进口端相连通，分液头的各出口端分别通过软管与各换热管的进口端相连通；各换热管的出口端通过汇管与回气口相连通；进气口通过换热通道与出气口相连通；排液口设置在壳体底部。本发明适用于大温差、多变介质腐蚀环境，具有换热效果好、体积小、成本低、不易结霜等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种蒸发器，尤其是一种用于回收工业有害废气的翅片管蒸发。
背景技术
VOCs是Volatile Organic Compounds 的缩写，即挥发性有机物，国标中的定义为：参与大气光化学反应的有机化合物。VOCs是具有物理挥发性和化学反应性的一类有机物，主要包括：苯及苯系物、醇、酯、酮、酚、醚、醛、酰胺和石油烃化合物等。VOCs的随意排放不仅污染了环境，也造成了资源的大量浪费。
目前，原油码头采用冷凝加吸附的工艺回收油船舱中挥发的油气。部分药厂也采用冷凝法对挥发的药剂进行回收再加工。冷凝加吸附的典型工艺流程详见附图5。
以挥发性油气的治理为例，其在常压下的冷凝温度在-70℃以下，需要采用三级复叠蒸发器依次降温进行逐级回收（一级蒸发器蒸发温度约0℃，二级蒸发器蒸发温度约-35℃，三级蒸发器蒸发温度约-75℃）。一级蒸发器工作在0℃以上，采用单台铝板翅换热器即可。由于二级和三级蒸发器里油气中所含的水分在0℃以下容易在换热表面结霜，影响换热、阻力降和油气处理量，因此需要配置两台分别在融霜和正常工作状态不停切换。
目前，二级和三级蒸发器多采用管壳干式蒸发器，制冷剂在管内流动，油气在管外流动。管壳干式蒸发器无法配置分液头，每根管子的分液均匀性差，换热不统一。换热管外侧油气属于气相，导热系数和换热系数低，管内为气液相变制冷剂，导热系数和换热系数高，热阻不平衡，造成体积和材料的浪费。
发明内容
本发明提出了一种低温冷凝回收工业有害废气的翅片管蒸发器，其目的是：增强换热的均匀性，提高换热效果，缩减设备体积。
本发明技术方案如下：
一种低温冷凝回收工业有害废气的翅片管蒸发器，包括壳体，所述壳体上设置有进气口、出气口、进液口、排液口和回气口，所述壳体内部安装有分液头、芯体和汇管；
所述芯体包括换热管、翅片和隔板；所述隔板为多组，沿壳体长度方向排列且交错设置，在壳体内腔中构成折返结构的换热通道；所述换热管穿过所述隔板，所述翅片安装在换热管上；
所述进液口与分液头的进口端相连通，分液头的各出口端分别通过软管与各换热管的进口端相连通；各换热管的出口端通过汇管与回气口相连通；
所述进气口通过所述换热通道与所述出气口相连通；
所述排液口设置在壳体底部。
作为本蒸发器的进一步改进：沿进气口至出气口的方向，相邻隔板之间的间距逐渐减小。
作为本蒸发器的进一步改进：沿进气口至出气口的方向，相邻翅片之间的间距逐渐减小。
作为本蒸发器的进一步改进：所述壳体内腔分为沿进气口至出气口的方向依次设置的进气段、冷却段和分离段；
所述进气口、进液口、回气口、分液头和汇管均设置在进气段；
所述芯体设置在冷却段；
所述出气口设置在分离段。
作为本蒸发器的进一步改进：每路换热管包括两段通过U形的弯头连接在一起的直管段。
作为本蒸发器的进一步改进：所述分离段内腔顶部还设有均气板，所述出气口位于均气板的上方。
作为本蒸发器的进一步改进：所述分离段的底部设有排液口。
作为本蒸发器的进一步改进：所述出气口处还设有气包，所述气包中设有丝网除沫器。
作为本蒸发器的进一步改进：所述换热通道的每段折返段底部均设有所述排液口。
作为本蒸发器的进一步改进：所述芯体还包括位于芯体顶部的吊耳。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：（1）本发明在换热管外侧增加翅片增强了油气侧的换热，通过分液手段保证了供液的均匀性，并采用折流技术延长了换热时间，一方面扩展了普通翅片管换热器管外侧的介质范围，延缓了结霜，适用于大温差、多变介质腐蚀环境，尤其是与有害工业气体的气体如VOCs领域，另一方面大大减小了低温冷凝回收VOCs有害废弃物装置的体积，降低了设备成本，缩短了设备的投资回收期，推动了VOCs治理行业的发展；（2）本发明折返换热通道的宽度逐渐收窄（隔板间距逐渐缩小），使得迎面风速逐渐增加，同时翅片的间距也逐渐缩小，使得管外扩展面积逐渐变大；这种设计与油气每℃温度降引起的凝液量、结霜量不同的特点相匹配，油气在换热通道中流动时，开始时容易结霜，而前段流速低，通过时间长，有利于捕霜，避免前端被霜层堵死；进入中后段，油气温度已降低，每℃温度降的凝液量提高，此时通过收窄通道，提高流速，并增大管外扩展面积，使得换热得到强化，快速捕集凝液，最终在有限的空间内，既解决了结霜问题，也实现了高效换热与凝液的收集；（3）出气口处设置均气板，可以保证在蒸发器长度方向上吸气的均匀性，避免了局部流速过高，提升了气液分离效果和效率；（4）丝网除沫器内置的金属网丝，可以对气体中夹带的液滴进行进一步的收集。
附图说明
图1为蒸发器的纵剖视图；
图2为图1中A部分的局部放大图；
图3为蒸发器的横剖视图；
图4为蒸发器的外形图；
图5为采用冷凝加吸附方式回收挥发油气的典型工艺流程图。
为了更清楚地展现内部结构，图中只保留了一部分翅片，对换热通道中的其它密集排列的翅片进行了省略。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的技术方案：
如图1至4，一种低温冷凝回收工业有害废气的翅片管蒸发器，包括壳体1，所述壳体1由圆筒和两端的封头组成，构成一个封闭的油气通道。壳体1底部设有支架14。
所述壳体1上设置有进气口2、出气口11、进液口3、排液口15和回气口17，所述排液口15设置在壳体1底部。壳体1内部安装有分液头4、芯体和汇管5。
所述壳体1内腔分为沿进气口2至出气口11的方向依次设置的进气段、冷却段和分离段。所述进气口2、进液口3、回气口17、分液头4和汇管5均设置在进气段；所述芯体设置在冷却段；所述出气口11设置在分离段。
如图1至3，所述芯体包括若干换热管6、若干翅片9和若干隔板8。所述隔板8包括挡板和位于旁侧的折流板，折流板的外边缘为弧形，与壳体1内壁相接。隔板8沿壳体1的长度方向排列且交错设置，从而在壳体1内腔中构成折返结构的换热通道。换热通道每段折返段的底部至少设置一组排液口15。所述进气口2通过所述换热通道与所述出气口11相连通。
所述换热管6垂直穿过所述隔板8，所述翅片9通过胀接方式安装在换热管6上。每路换热管6分别包括两段通过U形的弯头10连接在一起的直管段，弯头10与直管段之间通过焊接方式连接，换热管6构成一条制冷剂回路，进口端和出口端都位于进气段一侧。
所述芯体还包括作为骨架的槽钢框架，槽钢框架顶部设有吊耳7，用于吊装芯体。芯体架16预先焊接在壳体1上，芯体放置在芯体架16上，通过螺栓连接固定。
进气段中，所述进液口3与分液头4的进口端相连通，分液头4具有多个出口端，各出口端分别通过软管（图中未示）与各换热管6的进口端相连通；各换热管6的出口端通过汇管5与回气口17相连通。
分离段中，所述分离段内腔顶部还设有均气板13，所述出气口11位于均气板13的上方，可以保证在蒸发器长度方向上吸气的均匀性，避免了局部流速过高，提升了气液分离效果和效率。
所述分离段的底部同样设有排液口15，可以将分离段分离出的凝液排放出去。
所述出气口11处还设有气包12，所述气包12中设有丝网除沫器。丝网除沫器内置的金属网丝，可以对气体中夹带的液滴进行进一步的收集。
本蒸发器中，除了翅片9采用带环氧涂层的斥水铝材外，其余材质均为不锈钢，适用多变介质和各类腐蚀性环境。管内外均封闭，适用于捕集凝液和凝霜。
工作时，制冷剂和油气经过本蒸发器实现换热。
制冷剂通过进液口3进入蒸发器内部，随后进入分液头4被均匀地分入不同的换热管6中，低温制冷剂在换热管6中蒸发并吸收管外VOCs挥发性油气的冷凝热，通过焊接在壳体1上的汇管5进入回气口17排出，完成一次换热循环。
VOCs挥发性油气通过进气口2进入，在压差的作用下，其只能沿无短路的S型折流换热通道流动，VOCs所含的油气中C3和C4等重烃类被捕集到换热管6和翅片9外表面，未凝华的氮气等组分进分离段，依次经过焊接在壳体1上的避免局部流速过高液滴夹带的均气板13以及具有分离3~5um液滴的含丝网除沫器的气包12后，通过出气口11排出，再进行后续的吸附工艺。
优选的，沿进气口2至出气口11的方向，相邻隔板8之间的间距逐渐减小，换热通道的宽度逐渐收窄，使得风速越来越高。并且，沿该方向，相邻翅片9之间的间距逐渐减小，逐渐增大管外扩展面积，提高换热效果。这种结构与油气每℃温度降引起的凝液量、结霜量不同的特点相匹配，油气在换热通道中流动时，开始时容易结霜，而前段的流速低，通过时间长，有利于捕霜，避免前端被霜层堵死。油气进入冷却段的中后段，其温度已降低，每℃温度降的凝液量提高，此时通过收窄通道，提高流速，并增大管外扩展面积，可以使得换热得到强化，快速捕集凝液。这种将折返结构与变间距相结合的设计，可以在有限的空间内，既解决结霜问题，同时实现高效换热与凝液的收集，适用于大温差、多变介质腐蚀环境，减小了设备体积，降低了成本。
除此之外，蒸发器还可以工作在融霜模式，如图5，此时从进气口2引入一股热油气。如图1，热油气将蒸发器翅片9和换热管6上的霜层融化，融化后的油气通过蒸发器下部的排液口15排出，降温后的油气则从出气口11排出，并进入一级气分中，和一级蒸发器后的油气混合，进入二级、三级蒸发器进行凝液。
Claims (10)
1.一种低温冷凝回收工业有害废气的翅片管蒸发器，包括壳体（1），所述壳体（1）上设置有进气口（2）、出气口（11）、进液口（3）、排液口（15）和回气口（17），其特征在于：所述壳体（1）内部安装有分液头（4）、芯体和汇管（5）；
所述芯体包括换热管（6）、翅片（9）和隔板（8）；所述隔板（8）为多组，沿壳体（1）长度方向排列且交错设置，在壳体（1）内腔中构成折返结构的换热通道；所述换热管（6）穿过所述隔板（8），所述翅片（9）安装在换热管（6）上；
所述进液口（3）与分液头（4）的进口端相连通，分液头（4）的各出口端分别通过软管与各换热管（6）的进口端相连通；各换热管（6）的出口端通过汇管（5）与回气口（17）相连通；
所述进气口（2）通过所述换热通道与所述出气口（11）相连通；
所述排液口（15）设置在壳体（1）底部。
2.如权利要求1所述的低温冷凝回收工业有害废气的翅片管蒸发器，其特征在于：沿进气口（2）至出气口（11）的方向，相邻隔板（8）之间的间距逐渐减小。
3.如权利要求1所述的低温冷凝回收工业有害废气的翅片管蒸发器，其特征在于：沿进气口（2）至出气口（11）的方向，相邻翅片（9）之间的间距逐渐减小。
4.如权利要求1所述的低温冷凝回收工业有害废气的翅片管蒸发器，其特征在于：所述壳体（1）内腔分为沿进气口（2）至出气口（11）的方向依次设置的进气段、冷却段和分离段；
所述进气口（2）、进液口（3）、回气口（17）、分液头（4）和汇管（5）均设置在进气段；
所述芯体设置在冷却段；
所述出气口（11）设置在分离段。
5.如权利要求4所述的低温冷凝回收工业有害废气的翅片管蒸发器，其特征在于：每路换热管（6）包括两段通过U形的弯头（10）连接在一起的直管段。
6.如权利要求4所述的低温冷凝回收工业有害废气的翅片管蒸发器，其特征在于：所述分离段内腔顶部还设有均气板（13），所述出气口（11）位于均气板（13）的上方。
7.如权利要求4所述的低温冷凝回收工业有害废气的翅片管蒸发器，其特征在于：所述分离段的底部设有排液口（15）。
8.如权利要求1所述的低温冷凝回收工业有害废气的翅片管蒸发器，其特征在于：所述出气口（11）处还设有气包（12），所述气包（12）中设有丝网除沫器。
9.如权利要求1所述的低温冷凝回收工业有害废气的翅片管蒸发器，其特征在于：所述换热通道的每段折返段底部均设有所述排液口（15）。
10.如权利要求1至9任一所述的低温冷凝回收工业有害废气的翅片管蒸发器，其特征在于：所述芯体还包括位于芯体顶部的吊耳（7）。
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2021
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