CN116222271A - 一种定型机尾气排放余热回用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种定型机尾气排放余热回用系统及方法，系统包括过滤器、气‑气换热器、排气风机、进气风机、空气加热器；过滤器、气‑气换热器的热流通道、排气风机依次连通；过滤器进口与定型机尾气出口连通；气‑气换热器的冷流通道、进气风机、空气加热器依次连通；空气加热器出口与定型机空气进口连通；热流通道和冷流通道交叉错流；气‑气换热器倾斜安装；系统运行时，热流通道方向、冷流通道方向与水平面的夹角分别独立地为37‑70°；热流通道由进气口到出气口方向向下倾斜，冷流通道由进气口到出气口方向向下倾斜；热流通道的出气口处设置有排污口。本发明可实现定型机尾气余热的高效回收和充分利用，并实现系统的长周期稳定运行。

Description

一种定型机尾气排放余热回用系统及方法
技术领域
本发明涉及新能源与节能技术领域，尤其涉及一种定型机尾气排放余热回用系统及方法。
背景技术
印染行业在布料染整、定型过程中，需要采用天然气燃烧或高温介质将空气加热至200℃以上，用于布料烘干定型，完成烘干定型后的高温空气直接排放，布料中的染料蒸发物、毛絮等随着尾气排放，造成定型机尾气排烟温度高、热量损失大、尾气油脂、VOC含量高。
针对定型机尾气的污染物高效净化和余热回收利用协同处理一直是印染行业工业尾气高效治理的难点和痛点，主要存在以下几个方面的难题：
(1)尾气余热排放量大、余热回用成本高：定型机尾气排气量大(每台定型机排气量约3000-10000Nm3/h)，排烟温度高(排气温度约160-180℃)，大量高温烟气排放造成的热量损失是定型机能源利用效率低和碳排放量高的最主要原因，同时定型机排放烟气为中低温余热，定型机尾气余热回收过程需要的换热器换热面积大，换热投资成本高，且回收余热品质低，难以利用；
(2)余热回收系统易粘结堵塞，系统运行稳定性差：在定型机尾气换热过程中，定型机尾气中的燃料蒸发物(油脂、毛絮类)极易在换热器表面冷凝液化/固化，并粘结在换热器表面，严重影响换热器的换热效率，随之时间的不断推移，最终造成换热器堵塞无法运行。
因此，开发定型机尾气余热高效回收、回收余热充分利用并实现长周期稳定运行的定型机尾气余热回收利用系统，是降低印染行业定型机尾气碳排放、提供能源利用效率、实现污染物协同减排的最有效途径。
公开号为CN115404621A的中国专利文献公开了一种定型机尾气余热回收净化装置，包括壳体和设置在壳体内部的定型机本体，所述壳体的底部一端固定连接有收集箱，收集箱的顶部设置有外气管和内气管，内气管套接在外气管内部，内气管与定型机本体的输入端连通，定型机本体的输出端与外气管的中部连通，外气管的顶部设置有用于冷却的水塔。
公开号为CN217810057U的中国专利文献公开了一种高效余热回收定型机，包括若干串联或并联的热回收器，所述烘箱体的前N节烘箱为设有进风口的预热段，剩余的烘箱从前至后分为相连的数段定型段，每段定型段包含1节至数节烘箱，每段定型段上的烘箱的排风口连通并与一个相应的热回收器连接，定型段上的烘箱排放的尾气进入相应的热回收器热交换降温后排放，所述预热段的烘箱的排风口连通也与一个相应的热回收器连接，预热段上的烘箱排放的尾气进入相应的热回收器热交换降温后排放，外界空气经过一个或多个热回收器热交换升温后进入预热段的烘箱中。
但是现有定型机尾气余热回收和利用的效率较低，并且换热器容易堵塞，系统无法长周期稳定运行。
发明内容
本发明提供了一种定型机尾气排放余热回用系统及方法，可实现定型机尾气余热的高效回收和充分利用，并实现系统的长周期稳定运行。
本发明的技术方案如下：
一种定型机尾气排放余热回用系统，包括过滤器、两级气-气换热器、排气风机、进气风机、空气加热器；
每级气-气换热器内间隔设有若干层的热流通道和冷流通道；
过滤器、一级气-气换热器的热流通道、二级气-气换热器的热流通道、排气风机依次连通，构成定型机尾气排放子系统；过滤器进口与定型机尾气出口连通；
二级气-气换热器的冷流通道、一级气-气换热器的冷流通道、进气风机、空气加热器依次连通，构成定型机尾气余热回用子系统；空气加热器出口与定型机空气进口连通；
两级气-气换热器倾斜安装；系统运行时，两级气-气换热器的热流通道方向、冷流通道方向与水平面的夹角分别独立地为37-70°；热流通道由进气口到出气口方向向下倾斜，冷流通道由进气口到出气口方向向下倾斜；
两级气-气换热器的热流通道的出气口处均设置有排污口。
优选的，所述的气-气换热器包括若干排烟管组和分隔板，每个排烟管组由若干排烟管并行排列而成，排烟管组层叠排列并由分隔板固定；排烟管内部通道为热流通道，分隔板与排烟管外表面围成的通道为冷流通道。
优选的，排烟管组等间距层叠排列，相邻排烟管组的间距为10-35cm；分隔板等间距平行排列，相邻分隔板的间距为10-20cm。
优选的，热流通道方向与冷流通道方向相互垂直。
进一步优选的，所述的排烟管的横截面为正多边形，正多边形边长为8-20cm。最优选为正六边形。
优选的，排烟管的管壁厚度为0.5-5mm；分隔板的厚度为0.5-5mm。
优选的，排烟管和分隔板为不锈钢或合金不锈钢材质。
优选的，所述的热流通道内壁经过疏水、疏油性表面镀膜处理。可进一步防止高温烟气冷凝换热过程中，烟气中的油脂、粉尘在排气烟管的内壁粘结，从而堵塞排烟管。
气-气换热器的换热量及换热后的温度可通过热流通道与冷流通道的尺寸，以及热流流速和冷流流速来控制。优选的，热流通道与冷流通道的长度比为1:0.5-3。
进一步优选的，所述的定型机尾气排放余热回用系统还包括烟气净化装置，对气-气换热器热流通道的出气进行净化处理。
所述的过滤器为筛网过滤器。
基于相同的发明构思，本发明还提供了一种定型机尾气排放余热回用方法，该方法采用所述的定型机尾气排放余热回用系统，包括：
将160-180℃的定型机尾气经排烟风管送至过滤器，经过滤器过滤后依次进入一级气-气换热器和二级气-气换热器的热流通道进行换热，换热后由排气风机排出；
环境空气依次进入二级气-气换热器和一级气-气换热器的冷流通道进行换热，换热后由进气风机送至加热器进行加热，加热至220-260℃后送至定型机。
定型机尾气与环境空气在两级气-气换热器内进行换热。气-气换热器倾斜安装，定型机尾气由热流通道高侧的进气口进入每个排烟管内部，低温环境空气冷流通道高侧的进气口进入冷流通道，定型机尾气的流动方向与环境空气的流动方向相互垂直，定型机尾气与环境空气通过排烟管的管壁进行间接换热。
由于热流通道由进气口到出气口方向向下倾斜，定型机尾气换热过程中凝结的油脂、粉尘向下流动到热流通道的出气口处，经排污口排出，并且，排烟管的内管壁进行了疏水、疏油表面处理，可有效的防止粉尘与冷凝油脂在排烟管内壁粘结，堵塞排烟管，提高了整个系统的运行稳定性。
在气-气换热器内，由排烟管外表面和分隔板围成的不规则的冷流通道，加剧了环境空气在冷流通道内的湍流强度，强化了环境空气与定型机尾气的间接换热。
优选的，定型机尾气在热流通道内的流速为2-10m/s；环境空气在冷流流道内的流速为3-12m/s。
通过尾气和空气流速以及热流通道和冷流通道的尺寸，可调节气-气换热器的换热量，从而调节尾气出口温度。
优选的，控制一级气-气换热器的热流通道出口温度为90-130℃，二级气-气换热器的热流通道出口温度为40-90℃。控制该换热量，在一级气-气换热器中烟气中的高分子油脂可冷凝下来排出，在二级气-气换热器中烟气中的低分子油脂可冷凝下来排出，可使尾气中的油脂充分凝结排出，同时经过两级换热升温后，环境空气温度可提高至150℃左右，烟气温度降低至40-90℃，可充分回收并利用尾气余热。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过对气-气换热器的热流通道和冷流通道的形状和尺寸特殊设计，由排烟管外表面和分隔板围成的不规则的冷流通道，加剧了环境空气在冷流通道内的湍流强度，强化了环境空气与定型机尾气的间接换热，可以充分冷凝尾气中的油脂，并回收利用尾气余热；
(2)通过对气-气换热器的热流通道的特殊设计以及特殊角度的安装，使得在尾气换热过程中凝结的的油脂、粉尘能够及时排出，可有效的防止粉尘与冷凝油脂在排烟管内壁粘结，堵塞排烟管，提高了整个系统的运行稳定性；
(3)两级气-气换热器的设计，不仅可使尾气中的油脂充分凝结排出，同时经过两级换热可充分回收并利用尾气余热。
附图说明
图1为定型机尾气排放余热回用系统的结构示意图；
图2为气-气换热器的结构示意图；
图3为气-气换热器垂直于热流通道的剖面示意图；
图4为气-气换热器垂直于热流通道的截面示意图；
图5为气-气换热器的安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1所示，本发明的定型机尾气排放余热回用系统，包括过滤器2、一级气-气换热器3、二级气-气换热器4、排气风机5、进气风机6、空气加热器7；
定型机1出气口通过风管依次与过滤器2、一级气-气换热器3、二级气-气换热器4、排气风机5连通，构成定型机高温烟气排放子系统；二级气-气换热器4的空气入口、二级气-气换热器4、一级气-气换热器3、进气风机6、空气加热器7、定型机1进气口通过风管依次连通，为定型机1进气子系统；其中一级气-气换热器3、二级气-气换热器4构成定型机尾气余热回用子系统。
如图2-5所示，气-气换热器设置于十字形对称贯通的换热风管内，由若干组排烟通道和进气通道组成，若干在同一平面相互紧密连接的正多边形排烟管8构成一组排烟通道，若干组排烟通道相互等间距平行安装；相邻两组排烟通道中间空隙等间距平行安装若干与正多边形排烟管8轴线垂直的气气分隔板9，构成一组与排烟通道贯通方向相互垂直的进气通道。
正多边形排烟管8的横截面为正六边形，边长为8-20cm，相邻两组排烟通道间距为10-35cm，相邻两个气气分隔板9间距为10-20cm。
如图5所示，气-气换热器每组排烟通道两端与十字形对称贯通的换热风管位于同一直线的两个连接口贯通，用于排放高温烟气流通；每组进气通道两端与十字形对称贯通的换热风管位于另一直线的两个连接口贯通，用于低温空气流通。
气-气换热器倾斜安装，高温排放烟气由每根正多边形排烟管高侧入口流入、低侧出口流出，便于高温烟气冷凝过程粉尘及凝结油脂从低侧排出；低温环境空气由进气通道高侧入口流入、低侧出口流出，高温排放烟气与低温环境空气在气-气换热器内平行且沿相互垂直方向错流流动换热。
倾斜安装的气-气换热器的正多边形排烟管与水平面的夹角为37-70°，正多边形排烟管内高温排放烟气流速为2-10m/s，进气通道内低温空气流速为3-12m/s。
高温烟气正多边形排烟管和气-气分隔板为不锈钢或合金不锈钢材质，正多边形排烟管和气-气分隔板厚度为0.5-5mm，正多边形排烟管内壁进行疏水、疏油性表面镀膜处理，防止高温烟气冷凝换热过程油脂、粉尘在正多边形排气管内壁粘结堵塞。
定型机尾气余热回用子系统串联设置两级气-气换热器，一级气-气换热器3高侧进气口通过风管与过滤器出口连通，低侧烟气出气口通过风管与二级气-气换热器4的高侧高温烟气进气口连通，二级气-气换热器4的低侧烟气出口通过风管与排气风机连通；低温空气进风管与二级气-气换热器4的高侧空气进口连通，二级气-气换热器4低侧空气出口通过风管与一级气-气换热器3高侧空气进口连通，一级气-气换热器低侧空气出口通过风管与进气风机连通。
气-气换热器内高温烟气与低温空气换热量及换热后温度通过流通气-气换热器烟气/空气通道的流速与烟气/空气通道尺寸控制。正多边形高温烟气排气通道长度与低温空气进气通道长度比为1:0.5-3，控制一级气-气换热器烟气出口温度范围为90-130℃，控制二级气-气换热器烟气出口温度范围为40-90℃。
用于安装气-气换热器的风管内，在高温烟气出口低侧设有冷凝油脂、粉尘排放口，用于换热过程冷凝油脂、粉尘及时排。
一种定型机尾气排放余热回用方法通过一种定型机尾气排放余热回用系统得以实现，具体步骤如下：
(1)完成染整定型后烟温约160-180℃的高温定型机尾气由定型机排烟口经排烟风管送至筛网过滤器，经过滤器过滤烟气中大部分毛絮、布料碎屑等粉尘杂物后，依次由一级气-气换热器高侧烟气入口进入一级气-气换热器排气通道从低侧烟气出口流出，并经风管由二级气-气换热器高侧烟气入口进入二级气-气换热器排气通道从低侧烟气出口流出，最后由排气风机送至烟气净化装置进行净化处理；低温环境空气由二级气-气换热器高侧进气风管进入二级气-气换热器进气通道，从二级气-气换热器低侧空气出口流出并经风管进入一级气-气换热器高侧进气通道，经一级气-气换热器低侧空气出口流出后由进气风机送至加热器加热至220-260℃后，送至定型机进气口用于定型机生产供热。
(2)一级气-气换热器与二级气-气换热器均倾斜安装，在一级气-气换热器与二级气-气换热器内部，每组高温烟气排气通道和进气通道交错平行紧密分布，且每个正多边形排气管和由真多边形外部结构与相邻两块气-气分隔板构成的进气管抽线方向相互垂直。高温定型机尾气由每个气-气换热器高侧进烟口进入进气正多边形排气管内部，低温空气由每个气-气换热器高侧进气口进入每个空气孔道内部。高温烟气与低温环境空气通过正多边形壁面间接换热；高温烟气冷凝换热过程凝结的油脂经排油管路排出；
(3)在两级气-气换热器内，由正多边形排烟管外部结构和气-气分隔板构成的不规则进气通道加剧了空气在进气通道内的湍流强度，强化低温空气与高温烟气的间接换热；在正多边形排烟管道内进行疏水、疏油表面处理，有效的防止粉尘与冷凝油脂在排烟管内壁粘结堵塞，并在气-气换热器高温烟气出口低侧设有冷凝油脂、粉尘排放口，用于换热过程冷凝油脂、粉尘及时排；
(4)通过控制气-气换热器内高温烟气与低温空气换热量及烟气/空气通道的流速与烟气/空气通道尺寸参数，控制一级气-气换热器出口控制高温烟气出口温度范围为90-130℃，二级气-气换热器出口控制高温烟气出口温度范围为40-90℃，实现烟气中的油脂段凝结。经过两级换热升温的空气温度提高至150℃以上，并由进气风机送至加热器中，用天然气燃烧、导热油加热或电加热等方式加热至220-260℃后为定型机生产提供热源，从而实现定型机排放尾气余热的回收利用。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种定型机尾气排放余热回用系统，其特征在于，包括过滤器、两级气-气换热器、排气风机、进气风机、空气加热器；
每级气-气换热器内间隔设有若干层的热流通道和冷流通道；
过滤器、一级气-气换热器的热流通道、二级气-气换热器的热流通道、排气风机依次连通，构成定型机尾气排放子系统；过滤器进口与定型机尾气出口连通；
二级气-气换热器的冷流通道、一级气-气换热器的冷流通道、进气风机、空气加热器依次连通，构成定型机尾气余热回用子系统；空气加热器出口与定型机空气进口连通；
两级气-气换热器倾斜安装；系统运行时，两级气-气换热器的热流通道方向、冷流通道方向与水平面的夹角分别独立地为37-70°；热流通道由进气口到出气口方向向下倾斜，冷流通道由进气口到出气口方向向下倾斜；
两级气-气换热器的热流通道的出气口处均设置有排污口。
2.根据权利要求1所述的定型机尾气排放余热回用系统，其特征在于，所述的气-气换热器包括若干排烟管组和分隔板，每个排烟管组由若干排烟管并行排列而成，排烟管组层叠排列并由分隔板固定；排烟管内部通道为热流通道，分隔板与排烟管外表面围成的通道为冷流通道。
3.根据权利要求2所述的定型机尾气排放余热回用系统，其特征在于，排烟管组等间距层叠排列，相邻排烟管组的间距为10-35cm；分隔板等间距平行排列，相邻分隔板的间距为10-20cm。
4.根据权利要求2所述的定型机尾气排放余热回用系统，其特征在于，热流通道方向与冷流通道方向相互垂直。
5.根据权利要求2所述的定型机尾气排放余热回用系统，其特征在于，所述的排烟管的横截面为正多边形，正多边形边长为8-20cm。
6.根据权利要求1或2所述的定型机尾气排放余热回用系统，其特征在于，所述的热流通道内壁经过疏水、疏油性表面镀膜处理。
7.根据权利要求1所述的定型机尾气排放余热回用系统，其特征在于，所述的定型机尾气排放余热回用系统包括至少两级相互串联的气-气换热器。
8.一种定型机尾气排放余热回用方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的定型机尾气排放余热回用系统，包括：
将160-180℃的定型机尾气经排烟风管送至过滤器，经过滤器过滤后依次进入一级气-气换热器和二级气-气换热器的热流通道进行换热，换热后由排气风机排出；
环境空气依次进入二级气-气换热器和一级气-气换热器的冷流通道进行换热，换热后由进气风机送至加热器进行加热，加热至220-260℃后送至定型机。
9.根据权利要求8所述的定型机尾气排放余热回用方法，其特征在于，定型机尾气在热流通道内的流速为2-10m/s；环境空气在冷流流道内的流速为3-12m/s。
10.根据权利要求8所述的定型机尾气排放余热回用方法，其特征在于，控制一级气-气换热器的热流通道出口温度为90-130℃，二级气-气换热器的热流通道出口温度为40-90℃。
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