CN117797585A - 气体清洗装置及碳纤维生产废气处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气体清洗装置及碳纤维生产废气处理系统，该气体清洗装置包括壳体、喷嘴和离心涡轮，喷嘴设置在进气口处向进入壳体内的废气喷洒清洗液；离心涡轮用于将进入壳体内的废气和清洗液沿壳体内部的不同方向甩出以使废气中的固体颗粒物和清洗液充分混合；驱动电机的输出轴延伸至壳体内部并与离心涡轮连接以驱动离心涡轮旋转；排气口用于将净化后的气体排出，清洗液排放口用于将处理后的清洗液排出。其体积小、气体清洗净化效率高、能耗低，解决了现有技术中的采用喷淋冷却塔去除碳纤维碳化生产废气中的颗粒物，建造体积较大，占地面积大以及现有的碳纤维碳化生产废气处理工艺能耗较高，对于碳纤维碳化生产废气处理的不够彻底的问题。

Description

气体清洗装置及碳纤维生产废气处理系统

技术领域

本发明涉及废气处理领域，具体而言，涉及一种气体清洗装置及碳纤维生产废气处理系统。

背景技术

碳纤维材料是一类具有重量轻、强度高、热稳定性好和尺寸稳定等优点的新型工业材料，在航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等领域备受关注。

碳纤维生产中需要经过碳化过程，而碳纤维的碳化加工过程会产生有毒可燃气体、焦油、废丝等废物，需要焚烧、脱硫脱硝处理后才能排放。碳纤维碳化生产废气处理工艺流程中，碳化废气经过焚烧后，有毒HCN、NH4气体转化为无害的氧化物，在喷淋冷却塔中通过碱液中和处理后将颗粒物吸收从而达到排放标准，才能向环境排放。

然而，为使碱液与废气充分接触，达到较好除尘除颗粒物效果，现有的喷淋冷却塔需要建造的体积很大，相应地占地面积也非常大。同时，现有的碳纤维碳化生产废气处理工艺能耗较高，对于碳纤维碳化生产废气处理的不够彻底。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种气体清洗装置及碳纤维生产废气处理系统，以至少解决现有技术中的采用喷淋冷却塔去除碳纤维碳化生产废气中的颗粒物，其建造体积较大，占地面积大以及现有的碳纤维碳化生产废气处理工艺能耗较高，对于碳纤维碳化生产废气处理的不够彻底的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种气体清洗装置，包括：壳体，壳体的上表面开设有进气口和排气口，进气口用于与废气排放管道连接以将废气导入壳体内；壳体的下表面开设有清洗液排放口；喷嘴，设置在进气口处，喷嘴用于向进入壳体内的废气喷洒清洗液；离心涡轮，绕其轴线可旋转地设置在壳体内，离心涡轮用于将进入壳体内的废气和清洗液沿壳体内部的不同方向甩出以使废气中的固体颗粒物和清洗液充分混合；驱动电机，设置在壳体的下方，驱动电机的输出轴延伸至壳体内部并与离心涡轮连接以驱动离心涡轮旋转；其中，排气口用于将净化后的气体排出，清洗液排放口用于将处理后的清洗液排出。

进一步地，壳体内部为圆柱形腔体结构，进气口开设在壳体上表面的中心位置，排气口开设在壳体上表面的边缘位置。

进一步地，排气口为多个，多个排气口沿壳体的周向间隔开设。

进一步地，喷嘴的中心线与进气口的中心线共线。

进一步地，离心涡轮和驱动电机的中轴线与进气口的中心线共线。

进一步地，气体清洗装置还包括：环形多孔板，环形多孔板环绕离心涡轮设置，环形多孔板将壳体的内腔分隔为内部柱形的气液混合腔和外部环形的气液分离腔；其中，进气口与气液混合腔相对，排气口与气液分离腔相对，环形多孔板上开设有密集的筛孔，离心涡轮用于将废气中的固体颗粒物与清洗液的混合物甩向环形多孔板以使固体颗粒物和清洗液的混合物与气体分离。

进一步地，环形多孔板为多个，多个环形多孔板相互嵌套并沿壳体的内腔的径向等间距设置；其中，相邻两个环形多孔板上的筛孔错位开设。

根据本发明的第二个方面，提供了一种碳纤维生产废气处理系统，包括气体清洗装置，气体清洗装置为上述内容的气体清洗装置。

进一步地，碳纤维生产废气处理系统还包括：换热器，换热器具有第一换热管路和第二换热管路，第一换热管路和第二换热管路在换热器内部进行换热；风机，第一换热管路的入口端通过风机与碳化废气源连接以将碳化废气输送至第一换热管路；废气焚烧炉，废气焚烧炉具有进气端口和排气端口，废气焚烧炉的进气端口与第一换热管路的出口端连接以将碳化废气导入废气焚烧炉进行焚烧；废气焚烧炉的排气端口与第二换热管路的入口端连接以将焚烧后的高温气体输送至第二换热管路以与第一换热管路内的碳化废气进行换热；气体清洗装置，气体清洗装置的进气口与第二换热管路的出口端连接，气体清洗装置用于对第二换热管路换热后的气体进行清洗以将其中的固体颗粒物去除；烟囱，与气体清洗装置的排气口连接，烟囱用于将气体清洗装置清洗后的气体排放到大气中。

进一步地，碳纤维生产废气处理系统还包括：过滤器，过滤器的入口端与气体清洗装置的清洗液排放口连接，过滤器用于将清洗气体后的清洗液中的固体颗粒物过滤；输液泵，输液泵的入口端与过滤器的出口端连接，输液泵的出口端与气体清洗装置的喷嘴连接，输液泵用于将过滤后的清洗液输送至喷嘴以通过喷嘴喷洒到气体清洗装置内部。

本发明技术方案的气体清洗装置，包括壳体、喷嘴和离心涡轮，壳体的上表面开设有进气口和排气口，进气口用于与废气排放管道连接以将废气导入壳体内；壳体的下表面开设有清洗液排放口；喷嘴设置在进气口处，喷嘴用于向进入壳体内的废气喷洒清洗液；离心涡轮绕其轴线可旋转地设置在壳体内，离心涡轮用于将进入壳体内的废气和清洗液沿壳体内部的不同方向甩出以使废气中的固体颗粒物和清洗液充分混合；驱动电机设置在壳体的下方，驱动电机的输出轴延伸至壳体内部并与离心涡轮连接以驱动离心涡轮旋转；排气口用于将净化后的气体排出，清洗液排放口用于将处理后的清洗液排出。本发明的气体清洗装置通过设置在进气口处喷嘴向进入壳体的废气喷洒清洗液使清洗液与废气中的固体颗粒物首先进行混合，再通过下方高速旋转的离心涡轮将清洗液进一步打散而雾化成细小液滴与废气中的固体颗粒物进一步混合接触，发生中和反应，同时固体颗粒物被液滴包裹，从而使废气得到净化，净化后的气体由排气口排出。其体积小、气体清洗净化效率高、能耗低，解决了现有技术中的采用喷淋冷却塔去除碳纤维碳化生产废气中的颗粒物，建造体积较大，占地面积大以及现有的碳纤维碳化生产废气处理工艺能耗较高，对于碳纤维碳化生产废气处理的不够彻底的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例可选的一种气体清洗装置的内部结构示意图；

图2是根据本发明实施例可选的一种气体清洗装置的外部整体结构示意图；

图3是根据本发明实施例可选的一种气体清洗装置的剖面结构示意图；

图4是根据本发明实施例可选的一种气体清洗装置的第一种环形多孔板的布置结构示意图；

图5是根据本发明实施例可选的一种气体清洗装置的第二种环形多孔板的布置结构示意图；

图6是根据本发明实施例可选的一种碳纤维生产废气处理系统的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、壳体；11、进气口；12、排气口；13、清洗液排放口；14、气液混合腔；15、气液分离腔；16、第二环形密封凸棱；17、环形定位凸肩；20、喷嘴；30、离心涡轮；31、第一环形密封凸棱；40、驱动电机；50、环形多孔板；60、换热器；70、风机；80、气体焚烧炉；90、气体清洗装置；100、烟囱；110、过滤器；120、输液泵。

具体实施方式

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组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例的气体清洗装置，如图1至图3所示，包括壳体10、喷嘴20和离心涡轮30，壳体10的上表面开设有进气口11和排气口12，进气口11用于与废气排放管道连接以将废气导入壳体10内；壳体10的下表面开设有清洗液排放口13；喷嘴20设置在进气口11处，喷嘴20用于向进入壳体10内的废气喷洒清洗液；离心涡轮30绕其轴线可旋转地设置在壳体10内，离心涡轮30用于将进入壳体10内的废气和清洗液沿壳体10内部的不同方向甩出以使废气中的固体颗粒物和清洗液充分混合；驱动电机40设置在壳体10的下方，驱动电机40的输出轴延伸至壳体10内部并与离心涡轮30连接以驱动离心涡轮30旋转；排气口12用于将净化后的气体排出，清洗液排放口13用于将处理后的清洗液排出。本发明的气体清洗装置通过设置在进气口11处的喷嘴20向进入壳体10的废气喷洒清洗液使清洗液与废气中的固体颗粒物首先进行混合，再通过下方高速旋转的离心涡轮30将清洗液进一步打散而雾化成细小液滴与废气中的固体颗粒物进一步混合接触，清洗液一般采用碱液，碱液与废气发生中和反应，同时废气中的固体颗粒物被液滴包裹，从而使废气得到净化，净化后的气体由排气口12排出。其体积小、气体清洗净化效率高、能耗低，解决了现有技术中的采用喷淋冷却塔去除碳纤维碳化生产废气中的颗粒物，建造体积较大，占地面积大以及现有的碳纤维碳化生产废气处理工艺能耗较高，对于碳纤维碳化生产废气处理的不够彻底的问题。

具体实施时，壳体10内部为圆柱形腔体结构，进气口11开设在壳体10上表面的中心位置并沿竖直方向向上延伸，喷嘴20设置在进气口的中心位置，即喷嘴20的中心线与进气口11的中心线共线，从而使喷嘴20能够均匀地向壳体10内的不同方向喷洒清洗液。排气口12开设在壳体10上表面的边缘位置，可选地，排气口12为多个，多个排气口12沿壳体10的周向间隔开设，能够使废气和清洗液被离心涡轮30甩向四周并净化后，利于净化后的气体排出。排气口12的具体数量根据排气量需要进行设计，本发明实施例排气口12为两个，两个排气口12沿壳体10的径向相对。

进一步地，驱动电机40固定安装在壳体10的下方，驱动电机40的输出轴穿过壳体10下表面的中点延伸至壳体10内部与离心涡轮30连接以驱动离心涡轮30旋转，可选地，离心涡轮30和驱动电机40的中轴线与进气口11的中心线共线，即离心涡轮30的中点与进气口11的中点相对，从而使喷嘴20喷洒的清洗液能均匀喷洒到离心涡轮30上。可选地，为了保证驱动电机40的输出轴与壳体10的轴孔之间的密封性。除了在驱动电机40的输出轴与壳体10的底板法兰之间采用接触式的橡胶密封外，如硅橡胶、聚四氟乙烯、氟橡胶等耐碱橡胶密封材料，还在离心涡轮30的下表面设置有多道第一环形密封凸棱31，多道第一环形密封凸棱31以离心涡轮30的中点为圆心等间距相互嵌套设置，壳体10底板的上表面对应设置有多道第二环形密封凸棱16，多道第二环形密封凸棱16以驱动电机40的输出轴的中心线为圆心等间距相互嵌套设置，多道第二环形密封凸棱16与多道第一环形密封凸棱31相互交错从而使每道第一环形密封凸棱31嵌入相邻的两道第二环形密封凸棱16之间，从而实现迷宫式密封。

进一步地，如图1和图3、图4和图5所示，气体清洗装置还包括环形多孔板50，环形多孔板50环绕离心涡轮30设置，环形多孔板50将壳体10的内腔分隔为内部柱形的气液混合腔14和外部环形的气液分离腔15；进气口11与气液混合腔14相对，排气口12与气液分离腔15相对，环形多孔板50上开设有密集的筛孔，离心涡轮30用于将废气中的固体颗粒物与清洗液的混合物甩向环形多孔板50以使固体颗粒物和清洗液的混合物与气体分离。

具体地，环形多孔板50的形状不限于圆环形。可选地，如图4所示，第一种实施例中，环形多孔板50为多道，该结构需在壳体10底板对应加工多个环形定位凸肩17，通过多个环形定位凸肩17将多道环形多孔板50进行径向定位。多道环形多孔板50相互嵌套并沿壳体10的内腔的径向等间距设置；相邻两个环形多孔板50上的筛孔错位开设。废气通过进气口11首先进入气液混合腔14，喷嘴20向废气喷洒清洗液并落在离心涡轮30，由于离心涡轮30的高速旋转，碱液液滴与燃烧废气混合物被加速甩向环形多孔板20，撞击环形多孔板20的壁面或从筛孔中透过，即：部分混合物撞击环形多孔板50的壁面，部分混合物从内侧环形多孔板50的筛孔透过并加速撞向外侧的环形多孔板50。在此过程中，高速撞击使混合物流速降低，部分碱液液化并顺着环形多孔板50的壁面流下，而部分尺寸较大的液滴因为撞击作用而重新分散为细小液滴并将固体颗粒物包裹。由于第一圈环形多孔板50与离心涡轮30之间间隙较小，流下的液体接触离心涡轮30后又被甩出，再次雾化，参与燃烧废气的中和反应并将固体颗粒物包裹。

燃烧废气与碱液的混合物经过多圈环形多孔板50的撞击后，动能基本耗散，碱液液化并在壳体10底部聚集。大量颗粒物被碱液裹挟而与燃烧废气发生分离，过滤后的液体经由清洗液排放口流出腔体，净化后的废气则经过排气口12排出腔体。

如图5所示，第二种实施例的环形多孔板50的为涡线形结构，采用一个平板卷曲制成，该结构仅需在且壳体10底板设置两个环形定位凸肩17将环形多孔板50的内圈和外圈分别定位即可。其工作过程和工作原理与第一种实施例的环形多孔板50相同。

根据本发明的第二个实施例，如图6所示，提供了一种碳纤维生产废气处理系统，包括气体清洗装置90，气体清洗装置90为上述实施例的气体清洗装置。该处理系统还包括换热器60、风机70、废气焚烧炉80和烟囱100。换热器60具有第一换热管路和第二换热管路，第一换热管路和第二换热管路在换热器60内部进行换热；第一换热管路的入口端通过风机70与碳化废气源连接从而将碳化废气通过风机70鼓入并输送至第一换热管路；废气焚烧炉80具有进气端口和排气端口，废气焚烧炉80的进气端口与第一换热管路的出口端连接以将碳化废气导入废气焚烧炉80进行焚烧；废气焚烧炉80的排气端口与第二换热管路的入口端连接以将焚烧后的高温气体输送至第二换热管路以与第一换热管路内的碳化废气进行换热；通过换热器60能够对进入废气焚烧炉80的废气进行预热从而提高焚烧效率。气体清洗装置90的进气口11与第二换热管路的出口端连接，气体清洗装置90用于对第二换热管路换热后的气体进行清洗以将其中的固体颗粒物去除从而对废气进行高效净化实现达标排放；烟囱100与气体清洗装置90的排气口12连接，烟囱100用于将气体清洗装置90清洗后的洁净气体排放到大气中。

进一步地，碳纤维生产废气处理系统还包括过滤器110和输液泵120，过滤器110的入口端与气体清洗装置90的清洗液排放口13连接，过滤器110用于将清洗气体后的清洗液中的固体颗粒物过滤；输液泵120的入口端与过滤器110的出口端连接，输液泵120的出口端与气体清洗装置90的喷嘴20连接，输液泵120用于将过滤后的清洗液输送至喷嘴20以通过喷嘴20喷洒到气体清洗装置90内部。通过设置过滤器110和输液泵120能够实现清洗液的循环利用，减少资源浪费。

过滤器110上设置有清洗液加注口，用于加注清洗液或在工作过程中补充清洗液。需要说明的是，图6只说明气体清洗器在废气处理工艺流程中的作用，并非完整的废气处理工艺流程，部分流程并未阐述，如脱硝、废热回收等。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气体清洗装置，其特征在于，包括：

壳体（10），所述壳体（10）的上表面开设有进气口（11）和排气口（12），所述进气口（11）用于与废气排放管道连接以将废气导入所述壳体（10）内；所述壳体（10）的下表面开设有清洗液排放口（13）；

喷嘴（20），设置在所述进气口（11）处，所述喷嘴（20）用于向进入所述壳体（10）内的废气喷洒清洗液；

离心涡轮（30），绕其轴线可旋转地设置在所述壳体（10）内，所述离心涡轮（30）用于将进入所述壳体（10）内的废气和清洗液沿所述壳体（10）内部的不同方向甩出以使所述废气中的固体颗粒物和清洗液充分混合；

驱动电机（40），设置在所述壳体（10）的下方，所述驱动电机（40）的输出轴延伸至所述壳体（10）内部并与所述离心涡轮（30）连接以驱动所述离心涡轮（30）旋转；

其中，所述排气口（12）用于将净化后的气体排出，所述清洗液排放口（13）用于将处理后的清洗液排出。

2.根据权利要求1所述的气体清洗装置，其特征在于，所述壳体（10）内部为圆柱形腔体结构，所述进气口（11）开设在所述壳体（10）上表面的中心位置，所述排气口（12）开设在所述壳体（10）上表面的边缘位置。

3.根据权利要求2所述的气体清洗装置，其特征在于，所述排气口（12）为多个，多个所述排气口（12）沿所述壳体（10）的周向间隔开设。

4.根据权利要求2所述的气体清洗装置，其特征在于，所述喷嘴（20）的中心线与所述进气口（11）的中心线共线。

5.根据权利要求2所述的气体清洗装置，其特征在于，所述离心涡轮（30）和所述驱动电机（40）的中轴线与所述进气口（11）的中心线共线。

6.根据权利要求2所述的气体清洗装置，其特征在于，所述气体清洗装置还包括：

环形多孔板（50），所述环形多孔板（50）环绕所述离心涡轮（30）设置，所述环形多孔板（50）将所述壳体（10）的内腔分隔为内部柱形的气液混合腔（14）和外部环形的气液分离腔（15）；

其中，所述进气口（11）与所述气液混合腔（14）相对，所述排气口（12）与所述气液分离腔（15）相对，所述环形多孔板（50）上开设有密集的筛孔，所述离心涡轮（30）用于将废气中的固体颗粒物与清洗液的混合物甩向所述环形多孔板（50）以使固体颗粒物和清洗液的混合物与气体分离。

7.根据权利要求6所述的气体清洗装置，其特征在于，所述环形多孔板（50）为多个，多个所述环形多孔板（50）相互嵌套并沿所述壳体（10）的内腔的径向等间距设置；

其中，相邻两个所述环形多孔板（50）上的筛孔错位开设。

8.一种碳纤维生产废气处理系统，包括气体清洗装置（90），其特征在于，所述气体清洗装置（90）为权利要求1至7中任一项所述的气体清洗装置。

9.根据权利要求8所述的碳纤维生产废气处理系统，其特征在于，所述碳纤维生产废气处理系统还包括：

换热器（60），所述换热器（60）具有第一换热管路和第二换热管路，所述第一换热管路和所述第二换热管路在所述换热器（60）内部进行换热；

风机（70），所述第一换热管路的入口端通过所述风机（70）与碳化废气源连接以将碳化废气输送至所述第一换热管路；

废气焚烧炉（80），所述废气焚烧炉（80）具有进气端口和排气端口，所述废气焚烧炉（80）的进气端口与所述第一换热管路的出口端连接以将碳化废气导入所述废气焚烧炉（80）进行焚烧；所述废气焚烧炉（80）的排气端口与所述第二换热管路的入口端连接以将焚烧后的高温气体输送至所述第二换热管路以与所述第一换热管路内的碳化废气进行换热，所述第二换热管路的出口端与所述气体清洗装置（90）的进气口（11）连接以对所述第二换热管路换热后的气体进行清洗以将其中的固体颗粒物去除；

烟囱（100），与所述气体清洗装置（90）的排气口（12）连接，所述烟囱（100）用于将所述气体清洗装置（90）清洗后的气体排放到大气中。

10.根据权利要求9所述的碳纤维生产废气处理系统，其特征在于，所述碳纤维生产废气处理系统还包括：

过滤器（110），所述过滤器（110）的入口端与所述气体清洗装置（90）的清洗液排放口（13）连接，所述过滤器（110）用于将清洗气体后的清洗液中的固体颗粒物过滤；

输液泵（120），所述输液泵（120）的入口端与所述过滤器（110）的出口端连接，所述输液泵（120）的出口端与所述气体清洗装置（90）的喷嘴（20）连接，所述输液泵（120）用于将过滤后的清洗液输送至所述喷嘴（20）以通过所述喷嘴（20）喷洒到所述气体清洗装置（90）内部。