CN208620368U - 一种换热式节能催化燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种换热式节能催化燃烧装置，包括燃烧室和供热机构，燃烧室设有进气口和排气口，供热机构与燃烧室相通连接，其特征在于：还包括热交换室，热交换室中布置有自内往外展开的螺旋进气通道和螺旋排气通道，螺旋进气通道与螺旋排气通道的螺旋方向相同并紧密接触配合，螺旋进气通道与螺旋排气通道构成螺旋方向相同的双螺旋结构；燃烧室设置在热交换室中部，螺旋进气通道和螺旋排气通道的内端分别与燃烧室的进气口、排气口连接，螺旋进气通道和螺旋排气通道均由导热性能良好的材料制成；供热机构设置在热交换室外。这种换热式节能催化燃烧装置能够提高催化燃烧的废气余热的利用率，大大降低催化燃烧的能耗，同时能够节省设备的占地空间。

Description

一种换热式节能催化燃烧装置

技术领域

本实用新型涉及一种废气处理设备，尤其涉及一种换热式节能催化燃烧装置。

背景技术

在工业生产中，特别是在印刷、化工、涂料、电镀等制造行业的生产中，都涉及有机挥发化合物的使用和排放。在排放这些有机挥发化合物前，都需要进行吸附、过滤、净化的处理工作。现在比较常见的处理方式是采用催化燃烧的方法来对有机挥发化合物进行净化处理，这种处理方式是把含有有机挥发化合物的废气加热，经过催化燃烧转化为无害无臭的二氧化碳和水，适用于高温或高浓度的有机废气。

常见的有机挥发溶剂异丙醇（(CH₃)₂CHOH）、乙酸乙酯（CH₃COOCH₂CH₃）、正丙酯（CH₃COO(CH₂)₂CH₃）、丁酯（CH₃COO(CH₂)₃CH₃）等，在印刷、涂料等行业中广泛应用。根据国家工业与信息化部发布的《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类标准》对上述常见的有机挥发溶剂进行爆炸极限理论计算，以1m³工作设备内环境的混合气体的条件，异丙醇（(CH₃)₂CHOH）在60℃时的允许最大挥发质量为43.92g，而在500℃时的允许最大挥发质量仅为18.93g；乙酸乙酯（CH₃COOCH₂CH₃）在60℃时的允许最大挥发质量为64.42g，而在500℃时的允许最大挥发质量仅为27.76g。可见在经过高温催化燃烧下，上述有机挥发溶剂允许最大挥发质量均大大低于60℃时的允许挥发最大质量。

目前的催化燃烧装置，通常包括进气管、燃烧室和排气管，进气管、燃烧室和排气管按照气体流向依次连接，废气通过进气管到达燃烧室，在燃烧室内进行高温催化燃烧再通过排气管排出。这种催化燃烧装置在废气处理的过程中，存在以下两个问题：

（一）通常，废气进入燃烧室时的进气温度通常为50℃~60℃，而有机挥发化合物的燃点通常在400℃以上（比如乙酸乙酯的燃点为426℃，异丙醇的燃点为460℃）；为了确保废气尽可能的燃烧分解，燃烧室在进行催化燃烧时的温度通常设置为600℃~700℃，使得进气温度与燃烧室的燃烧温度之间的温差巨大；废气进入燃烧室之后，需要通过长时间持续供热加温才能达到催化燃烧的温度，大大增加了催化燃烧时的能耗；

（二）废气燃烧后自燃烧室排出时的温度通常在600℃以上，而目前行业内的废气排气温度标准通常在80℃~100℃的范围内（可根据废气成分不同而有所变化），废气在完成燃烧后需要进行降温才能进行排气；排气时采用外部的散热设备对排气进行散热降温，一方面增大设备的占地空间，另一方面所散发的热量也不能得到有效的利用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是提供一种换热式节能催化燃烧装置，这种换热式节能催化燃烧装置能够提高催化燃烧的废气余热的利用率，大大降低催化燃烧的能耗，同时能够节省设备的占地空间。采用的技术方案如下：

一种换热式节能催化燃烧装置，包括燃烧室和供热机构，燃烧室设有进气口和排气口，供热机构与燃烧室相通连接，其特征在于：还包括热交换室，热交换室中布置有自内往外展开的螺旋进气通道和螺旋排气通道，螺旋进气通道与螺旋排气通道的螺旋方向相同并紧密接触配合，螺旋进气通道与螺旋排气通道构成螺旋方向相同的双螺旋结构；所述燃烧室设置在热交换室中部，螺旋进气通道和螺旋排气通道的内端分别与燃烧室的进气口、排气口连接，螺旋进气通道和螺旋排气通道均由导热性能良好的材料制成；所述供热机构设置在热交换室外。

上述燃烧室内设有用于废气燃烧的催化剂。

上述导热性能良好的材料可采用耐高温、耐蚀性高、性价比高的金属材料。

上述螺旋进气通道的初始进气温度通常为50℃~60℃，上述燃烧室的燃烧温度通常为600℃~700℃，上述螺旋排气通道的最终排气温度通常为80℃~100℃。

上述供热机构用于对燃烧室进行初始供热和后续补偿供热，以确保燃烧室内的温度符合废气催化燃烧的要求；供热机构可采用现有的供热设备，比如工业用的高温热风机等，通过风管对热交换室内的燃烧室进行送风。

本实用新型换热式节能催化燃烧装置的工作原理及效果简述下：

（1）废气（初始进气温度通常为50℃~60℃）通过螺旋进气通道进入到燃烧室，供热机构对燃烧室进行初步供热，使废气升温到达燃点，在催化剂的催化作用下燃烧分解，同时释放大量的废热；

（2）完成燃烧分解的废气进入螺旋排气通道，同时废气中带有因燃烧分解而产生的大量废热，由于螺旋进气通道与螺旋排气通道均自内往外展开并紧密接触配合，构成螺旋方向相同的双螺旋结构，而且螺旋进气通道和螺旋排气通道均由导热性能良好的材料制成，使得螺旋排气通道中的废热传递到与之紧密接触配合的螺旋进气通道；随着废气在螺旋排气通道中自内往外流出，所带的废热也逐渐传递到螺旋进气通道中，使得螺旋排气通道中排气的温度自内到外依次递减，螺旋进气通道中进气的温度自外到内依次递增，废气催化燃烧分解所产生的废热得到充分的利用；

（3）由于螺旋进气通道中后续进入的废气在进入燃烧室前受到螺旋排气通道传递的废热，使得螺旋进气通道中后续进入的废气的温度自外到内依次递增，供热机构无需从初始进气温度对废气进行加热升温，只需当燃烧室的温度不满足废气催化燃烧要求时再进行补偿供热即可，大大降低了催化燃烧的供热能耗；

（4）而螺旋排气通道中的废气随着废热传递到螺旋进气通道中，废气温度自内到外依次递减，从自燃烧室排出时600℃以上的高温逐渐减低到符合排气标准的温度（最终排气温度通常为80℃~100℃），无需通过外部的散热设备进行降温，节省设备的占地空间。

作为本实用新型的优选方案，所述螺旋进气通道和所述螺旋排气通道采用导热板在所述热交换室中分隔而成，螺旋进气通道和螺旋排气通道形成蚊香型的双螺旋结构，螺旋排气通道全程均通过导热板与螺旋进气通道相邻；螺旋进气通道的进气口作为热交换室的进气口，螺旋排气通道的排气口作为热交换室的排气口。螺旋进气通道和螺旋排气通道形成蚊香型的双螺旋走向，使得螺旋排气通道全程均通过导热板与螺旋进气通道相邻，进一步增加螺旋排气通道与螺旋进气通道的热交换面，使废气催化燃烧分解产生的废热尽可能多的传递到进气道中，进一步提高废热的利用率。

上述导热板可采用现有的工业用导热板，通常由导热性能高、性价比好的金属（比如304不锈钢、316不锈钢等）制成。

另外，螺旋进气通道和螺旋排气通道也可以采用其他设置方式，比如螺旋排气通道可螺旋交缠在螺旋进气通道的外侧面上，也能增加螺旋排气通道与螺旋进气通道的热交换面。

作为本实用新型进一步的优选方案，所述燃烧室和所述热交换室的外侧壁均设有保温层。燃烧室和热交换室的外侧壁均设置了保温层，防止燃烧室对室外气道发生废热的热传递，也防止热交换室对外界发生废热的热传递，确保螺旋排气通道中的废热对螺旋进气通道的热传递量。保温层的材料可采用硅酸铝，硅酸铝具有良好的热稳定性和化学稳定性，并且具有低导热率。

作为本实用新型的优选方案，所述换热式节能催化燃烧装置还包括控温装置，控温装置的检测端设置在所述燃烧室内，控温装置的信号输出端与供热机构的控制输入端电连接。由于废气在催化燃烧分解时释放大量热量，并且螺旋进气通道中后续进入的废气在进入燃烧室前得到升温，供热机构无需从初始进气温度对废气进行加热升温，当燃烧室的温度高于废气燃点时可停止供热；当控温装置的检测端检测到燃烧室的温度降低并且接近废气燃点时，再发送信号控制供热机构进行补偿供热即可。控温装置可采用现有的温控器。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

本实用新型换热式节能催化燃烧装置通过在热交换室内布置有由导热性能良好的材料制成的自内往外展开的螺旋进气通道和螺旋排气通道，螺旋进气通道与螺旋排气通道的螺旋方向相同并紧密接触配合，螺旋进气通道与螺旋排气通道构成螺旋方向相同的双螺旋结构，使得完成燃烧分解的废气带着大量废热进入螺旋排气通道后，废热传递到与螺旋排气通道紧密接触配合的螺旋进气通道，使螺旋进气通道中后续进入的废气在进入燃烧室前得到升温，大大提高了废热的利用率；而螺旋进气通道中后续进入的废气在进入燃烧室前得到升温，供热机构无需从初始进气温度对废气进行加热升温，大大降低了催化燃烧的供热能耗；同时螺旋排气通道中完成燃烧的废气通过热交换得到自然降温，无需通过外部的散热设备进行降温，节省设备的占地空间。

附图说明

图1为本实用新型优选实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和本实用新型的优选实施方式做进一步的说明。

如图1所示，一种换热式节能催化燃烧装置，包括燃烧室1、供热机构2、热交换室3和控温装置4；燃烧室1设置在热交换室3中部，燃烧室1设有进气口101和排气口102，燃烧室1内设有用于废气燃烧的催化剂；供热机构2设置在热交换室3外，供热机构2可采用现有的高温热风机，通过风管201对燃烧室1进行送风；控温装置4的检测端401设置在燃烧室1内，控温装置4的信号输出端与供热机构2的控制输入端电连接，控温装置4可采用现有的温控器；燃烧室1和热交换室3的外侧壁均设有硅酸铝制成的保温层5；热交换室3中采用导热板8分隔出自内往外展开的螺旋进气通道6和螺旋排气通道7，导热板8采用现有的工业用导热板（由导热性能高、性价比好的金属制成，比如304不锈钢或316不锈钢，耐热温度可高达1200℃）；螺旋进气通道6和螺旋排气通道7形成螺旋方向相同的蚊香型双螺旋结构，螺旋排气通道7全程均通过导热板8与螺旋进气通道6相邻并紧密接触；螺旋进气通道6和螺旋排气通道7的内端分别与燃烧室1的进气口101、排气口102连接，螺旋进气通道6的进气口601作为热交换室3的进气口，螺旋排气通道7的排气口701作为热交换室3的排气口。

下面结合附图和本实用新型的优选实施方式对本实用新型的工作原理及有益效果做进一步的说明。

废气（初始进气温度通常为50℃~60℃）通过螺旋进气通道6进入到燃烧室1，供热机构2对燃烧室1进行初步供热，使废气升温到达燃点，在催化剂的催化作用下燃烧分解，同时释放大量的废热；完成燃烧分解的废气进入螺旋排气通道7，同时废气中带有因燃烧分解而产生的大量废热，由于螺旋进气通道6与螺旋排气通道7形成螺旋方向相同的蚊香型双螺旋结构，螺旋排气通道7全程均通过导热板8与螺旋进气通道6相邻并紧密接触，使得螺旋排气通道7中的废热通过导热板8传递到与之紧密接触配合的螺旋进气通道6；随着废气在螺旋排气通道7中自内往外流出，所带的废热也逐渐传递到螺旋进气通道6中，使得螺旋排气通道7中排气的温度自内到外依次递减，螺旋进气通道6中进气的温度自外到内依次递增，废气催化燃烧分解所产生的废热得到充分的利用；由于螺旋进气通道6中后续进入的废气在进入燃烧室1前受到螺旋排气通道7传递的废热，使得螺旋进气通道6中后续进入的废气的温度自外到内依次递增，供热机构2无需从初始进气温度对废气进行加热升温，只需当燃烧室1的温度不满足废气催化燃烧要求时再进行补偿供热即可，大大降低了催化燃烧的供热能耗；而螺旋排气通道7中的废气随着废热传递到螺旋进气通道6中，废气温度自内到外依次递减，从自燃烧室1排出时600℃以上的高温逐渐减低到符合排气标准的温度（最终排气温度通常为80℃~100℃），无需通过外部的散热设备进行降温，节省设备的占地空间。

另外，由于废气在催化燃烧分解时释放大量热量，并且螺旋进气通道6中后续进入的废气在进入燃烧室1前得到升温，供热机构2无需从初始进气温度对废气进行加热升温，当燃烧室1的温度高于废气燃点时可停止供热；当控温装置4的检测端401检测到燃烧室1的温度降低并且接近废气燃点时，再发送信号控制供热机构2进行补偿供热即可；燃烧室1和热交换室3的外侧壁均设置了保温层5，防止燃烧室1对室外气道发生废热的热传递，也防止热交换室3对外界发生废热的热传递，确保螺旋排气通道7中的废热对螺旋进气通道6的热传递量。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种换热式节能催化燃烧装置，包括燃烧室和供热机构，燃烧室设有进气口和排气口，供热机构与燃烧室相通连接，其特征在于：还包括热交换室，热交换室中布置有自内往外展开的螺旋进气通道和螺旋排气通道，螺旋进气通道与螺旋排气通道的螺旋方向相同并紧密接触配合，螺旋进气通道与螺旋排气通道构成螺旋方向相同的双螺旋结构；所述燃烧室设置在热交换室中部，螺旋进气通道和螺旋排气通道的内端分别与燃烧室的进气口、排气口连接，螺旋进气通道和螺旋排气通道均由导热材料制成；所述供热机构设置在热交换室外。

2.按照权利要求1所述的换热式节能催化燃烧装置，其特征在于：所述螺旋进气通道和所述螺旋排气通道采用导热板在所述热交换室中分隔而成，螺旋进气通道和螺旋排气通道形成蚊香型的双螺旋结构，螺旋排气通道全程均通过导热板与螺旋进气通道相邻；螺旋进气通道的进气口作为热交换室的进气口，螺旋排气通道的排气口作为热交换室的排气口。

3.按照权利要求1或2所述的换热式节能催化燃烧装置，其特征在于：所述燃烧室和所述热交换室的外侧壁均设有保温层。

4.按照权利要求1所述的换热式节能催化燃烧装置，其特征在于：所述换热式节能催化燃烧装置还包括控温装置，控温装置的检测端设置在所述燃烧室内，控温装置的信号输出端与供热机构的控制输入端电连接。