CN212409469U - 气-汽换热器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种气‑汽换热器，包括位于下段的湿气烟道、位于中段的气‑汽换热装置和位于上段的混风烟道；气‑汽换热装置包括若干个倾斜设置且呈镜面对称安装的填料单元；每个填料单元包括若干依次粘结的填料膜片，填料单元内形成由填料膜片间隔分布且相垂直贯通填料单元的湿通道和干通道；湿通道用于流通高温湿烟气，干通道用于流通低温环境空气；湿通道内的高温湿烟气气流和干通道内的空气气流均为上升流；湿气烟道、湿通道和混风烟道依次连通；环境空气、干通道和混风烟道依次连通。本申请不仅可有效控制工业高湿烟气的排放湿度、消除白雾现象造成的视觉污染，还可回收湿烟气中的水资源。

Description

气-汽换热器

技术领域

本申请涉及资源与环境技术领域，具体涉及一种气-汽换热器。

背景技术

在工业生产过程中，存在大量生产工序的中间产品为湿润状态或含水率较高，而进入下级工序产品则要求为干燥状态，为了保证生产的连续进行，提高生产效率，往往需要对湿润状态或含水率较高的中间产品进行烘干。物料烘干主要利用热源对湿润物料进行加热，将物料中的水分蒸发为气态水排出，从而实现物料的干燥处理。在工业物料烘干过程中送入部分高温热空气与物料进行接触，利用热空气气流提高水分蒸发速率，可大幅降低烘干时间，减小烘干装置的体积和投资运行成本，因此这种烘干工艺在工业生产过程中广泛应用。完成烘干后，物料中的水蒸气、热空气的混合物形成烘干尾气。烘干尾气为饱和或接近饱和的高湿烟气，排气温度一般在50℃-90℃，水蒸气的相对饱和度高达90％以上。

高温高湿的烘干尾气随排气系统排入大气环境中，与低温环境空气接触换热后，烟气温度迅速冷凝降温至过饱和状态，大量水蒸气冷凝凝结成细小雾滴，在排烟口附近形成明显的白烟尾翼，造成严重的视觉污染。大量存在烘干装置的企业往往分布在人口密集的工业厂区、城市郊区，在冬季低温静风环境下，高湿尾气在排烟口附近区域形成的白烟受密度影响扩散难度较大，空气中悬浮的凝结水滴在排放区域附近不断富集，大幅增加环境空气的相对湿度；在较高湿度环境下，空气中残留的气态污染物极易以悬浮液滴作为载体进行复杂的物理化学反应生成超细颗粒物，进而促进区域雾霾天气的形成，严重影响人们的生产、生活和身体健康。同时，饱和的高湿烘干尾气也向环境中排放了大量无法回收的气态水分，造成工业企业耗水量大，用水成本高。针对工业饱和湿烟气的处理的最佳途径为冷凝除湿，通过对高温饱和湿烟气进行换热降温，将湿烟气中的大部分水蒸气冷凝生成液态水进行回收，不仅可有效控制烟气排放湿度，还能回收湿烟气中的水资源，降低企业用水成本。

目前，蒸气换热器主要采用金属换热器，通过冷凝介质实现对蒸气的间接换热，蒸气冷凝系统复杂，投资运行成本高。工业生产过程排放的烘干尾气具有烟气量小(一般排放源的排放烟气量小于10万m³/h)，受生产现场布置影响，传统金属换热系统难以安装。因此，开发具有换热效率高、投资运行成本低、不受场地影响的高效蒸汽冷凝换热系统，对工业高湿排放尾气治理具有重要的意义。

实用新型内容

本申请提供一种气-汽换热器，用于工业生产过程末端排放高湿烟气的处理，消除高湿尾气的白雾现象并回收烟气中的水资源，不仅可有效控制工业高湿烟气的排放湿度，消除白雾现象造成的视觉污染，还可回收湿烟气中的水资源。

一种气-汽换热器，包括位于下段的湿气烟道、位于中段的气-汽换热装置和位于上段的混风烟道；

所述的气-汽换热装置包括若干个倾斜设置且呈镜面对称安装的填料单元；每个填料单元包括若干依次粘结的填料膜片，填料单元内形成间隔分布且相垂直贯通填料单元的湿通道和干通道，所述湿通道与干通道之间由填料膜片间隔；

湿通道用于流通高温湿烟气，干通道用于流通低温环境空气；湿通道内的高温湿烟气气流和干通道内的空气气流均为上升流；

所述的湿气烟道、湿通道和混风烟道依次连通；环境空气、干通道和混风烟道依次连通。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

可选的，若干个填料单元分列安装，相邻列的填料单元之间呈镜面对称且在对称面上相交，相交处密封连接；每个填料单元与水平面之间的倾斜角为20°～55°。密封连接是为了防止高温烟气从两个填料模块之间缝隙进入混风烟道。此处的倾斜角为膜片中心线与水平面之间的夹角。倾斜安装后有利于向下排放的冷凝水与向上流动湿气气流在每个湿通道内分层流动，降低湿通道阻力。

可选的，所述填料膜片的一面为经疏水改性后的疏水面、另一面为非疏水面；

所述填料膜片的表面上设有若干相垂直的湿气导流粘结槽和干气导流粘结槽；所述湿气导流粘结槽相对于疏水面为凸起结构、相对于非疏水面为凹陷结构；所述干气导流粘结槽相对于疏水面为凹陷结构、相对于非疏水面为凸起结构；

所述湿气导流粘结槽和干气导流粘结槽的凸起面上均设置膜片粘结点；

所述填料膜片的疏水面上且与湿气导流粘结槽平行的两个侧边边缘设置湿通道密封边；所述填料膜片的非疏水面上且与干气导流粘结槽平行的两个侧边边缘设置干通道封边，相邻两张膜片的干通道密封边重合粘结，用于隔离高温湿烟气，防止高温湿烟气进入干通道。

填料膜片的一面为疏水面，对膜片构成湿通道的表面进行疏水性处理，降低湿通道膜片表面亲水性，防止冷凝水在膜片表面形成液膜，进而降低膜片换热效率；疏水面上且与湿气导流粘结槽平行的两个侧边边缘设置湿通道密封边，相邻两张膜片的湿通道密封边重合粘结，用于隔离低温空气，防止干空气进入湿通道；非疏水面上且与干气导流粘结槽平行的两个侧边边缘设置干通道封边，相邻两张膜片的干通道密封边重合粘结，用于隔离高温湿烟气，防止高温湿烟气进入干通道。

可选的，所述湿通道封边与湿气导流粘结槽的凸起面顶部位于同一平面；干通道封边与干气导流粘结槽的凸起面顶部位于同一平面。

湿通道封边与湿气导流粘结槽的凸起面顶部位于同一平面，膜片通过膜片粘结点依次粘结后，相邻两张膜片的湿通道密封边与湿气导流粘结槽之间形成若干湿通道；干通道封边与干气导流粘结槽的凸起面顶部位于同一平面，膜片通过膜片粘结点依次粘结后，相邻两张膜片的干通道密封边与干气导流粘结槽之间形成若干干通道。

可选的，所述填料膜片为矩形塑料膜片；所述湿气导流粘结槽平行于填料膜片的长边且均匀分布；所述干气导流粘结槽平行于填料膜片的短边且均匀分布。湿通道封边位于填料膜片的长边边缘，干通道封边位于填料膜片的短边边缘。在矩形膜片的方案中，填料单元与水平面之间的倾斜角也可以是以湿通道中心线与水平面之间的夹角，高湿烟气以与水平面之间呈20°～55°向上流动。

进一步地，每张矩形塑料膜片的长宽比例为1:1-3:1，膜片厚度为0.1mm-0.5mm。

进一步地，湿气导流粘结槽的高度为5～10mm；干气导流粘结槽的高度为5～15mm。该高度是指粘结槽凸起面顶部距离膜片之间的间距。

进一步地，所述填料膜片的四角上且位于湿通道封边与干通道封边衔接处，沿膜片对角线方向设置以对角线中点呈中心对称的梯形导水槽；在填料膜片的疏水面上，梯形导水槽与凹陷的干气导流粘结槽连通，在填料膜片的非疏水面上，梯形导水槽与凹陷的湿气导流粘结槽连通。即也可理解为填料膜片上位于对角线两端的梯形导水槽呈反向对称。

所述填料单元的底部段，每层湿通道中相邻湿通道之间带有冷凝水过孔，湿通道内的冷凝水沿湿通道下落至底部后可沿过水孔汇流至梯形导水槽形成的湿通道导水孔排出；进一步地，单层湿通道内相邻湿通道之间由相对于疏水面为凹陷结构的干气导流粘结槽连通，连通处作为所述冷凝水过孔。

可选的，所述填料单元内，每张填料膜片的疏水面与相邻一张填料膜片的疏水面粘结；每张填料膜片的非疏水面与相邻一张填料膜片的非疏水面粘结。

相邻填料膜片的疏水面侧通过湿通道封边实现重合密封粘结，湿气导流粘结槽之间通过膜片粘结点粘结，相邻湿气导流粘结槽之间为湿通道，用于流通高温湿烟气；相邻填料膜片的非疏水面侧通过干通道封边实现重合密封粘结，干气导流粘结槽之间通过膜片粘结点粘结，相邻干气导流粘结槽之间为干通道，用于流通低温环境空气。梯形导水槽对接形成径向截面为六边形的导水孔，安装时使连通湿通道的导水孔位于填料单元的最低角处。

通过本申请的装置实现的气-汽换热方法包括如下步骤：

高温饱和湿尾气由湿气烟道向上流动进入气-汽换热装置，从填料单元的湿通道底部入口进入填料单元中，在湿气导流粘结槽的导流作用下分流为若干股湿气流向上运动；低温环境空气在负压作用下，进入干通道，在干气导流粘结槽的导流作用下分流为若干股干气流向上流动；

高温饱和湿烟气与低温环境空气在填料单元内垂直错流向上流动，并在湿通道粘结槽和干通道粘结槽的导流下强化接触，通过填料膜片进行快速间接换热；高温饱和湿烟气在穿过湿通道过程中逐步降温冷却，高温饱和湿烟气中水蒸气冷凝产生的冷却水沿疏水面经湿通道导流槽导流至湿通道底部排出；低温环境空气经换热升温后由干通道出口向上排出；

完成换热的湿烟气和干空气穿过填料单元后由湿通道出口和干通道出口进入混风烟道，通过混风达到不饱和状态，实现饱和湿烟气冷凝水回收及排烟无白雾现象。

可选的，进行换热的低温环境空气与高温湿饱和烟气的体积比为2:1-3:1。

与现有技术相比，本申请至少具有如下有益效果：

(1)本申请提供了一种高效的气-汽塑料换热器，在换热填料单元内设置垂直流通的干通道和湿通道，高湿烟气与环境空气在换热填料单元内通过填料膜片间接换热，完成换热后的湿烟气和环境通气通过混风达到不饱和状态，实现烟气无白烟排放；

(2)本申请提供以一种强化换热效率的气-汽换热器，通过对湿通道的塑料膜片表面进行疏水性处理，蒸汽冷凝产生的冷凝水沿着湿气导流粘结槽线性流动，防止冷凝水在填料膜片形成液膜，降低湿通道内蒸汽与膜片表面的热阻；通过在干、湿通道的导流粘结槽强化干湿通道内的气体流动，提高塑料膜片与干湿气体的换热效率；

(3)本发申请提供了一种低成本的气-汽换热系统，利用低温环境空气为冷源对高湿烟气进行冷凝换热，将完成换热的环境空气与饱和湿烟气进行混风除湿，换热过程无需动力能源消耗，且换热系统可直接安装于湿烟气排放烟道上，不受场地限制；

(4)本申请提供了一种可实现饱和湿烟气深度冷凝除湿的气-汽换热系统，在冬季气温较低环境下，换热填料干通道进出口温度差大，温差产生的环境空气推动力和低温空气流量也随之增大，饱和湿烟气的冷凝过程温度降幅远高于其他季节，可实现冬季低温深度收水和烟气除湿。

附图说明

图1为本申请气-汽换热器的结构示意图。

图2为图1中气-汽换热装置的结构示意图。

图3为组成图1中气-汽换热装置的填料单元的结构示意图。

图4为图3所示的A向视图。

图5为图3所示的B向视图。

图6为组成填料单元的填料膜片疏水面一侧的结构示意图；

图7为组成填料单元的填料膜片非疏水面一侧的结构示意图。

图中所示如图标记如下：

10-湿气烟道 20-气-汽换热装置 30-混风烟道

21-填料单元

211-填料膜片 212-湿通道 213-干通道

214-湿通道导水孔 215-干通道导水孔

211a-疏水面 211a 1-湿气导流粘结槽 211a 2-疏水面粘结点

211a 3-湿通道密封边 211a4-疏水面梯形导水槽

211b-非疏水面 211b 1-干气导流粘结槽 211b 2-非疏水面粘结点

211b 3-干通道密封边 211b4-非疏水面梯形导水槽

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了更好地描述和说明本申请的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的申请创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

如图1和图2所示，一种气-汽换热器，包括位于下段的湿气烟道10、位于中段的气-汽换热装置20和位于上段的混风烟道30，湿气烟道和混风烟道均竖向设置，气-汽换热装置设于湿气烟道和混风烟道之间。

气-汽换热装置20包括若干个倾斜设置的填料单元，若干个填料单元分列安装，每列中由若干个填料单元21按照相同倾斜角度依次组装，相邻列的填料单元之间呈镜面对称且在对称面上相交，相交处密封连接；每个填料单元与水平面之间的倾斜角为20°～55°。以图1所示的实施方式中，若干个填料单元分为两列，两列之间呈V形对称安装。对称面为竖向平面。在其他的实施方式中，可根据需求分为数列，相邻列之间以竖向平面呈镜面对称。

如图3～图5所示，为单个填料单元的结构示意图，每个填料单元包括若干张依次粘结的填料膜片211，每个填料单元内形成间隔分布且相垂直贯通的湿通道212和干通道213，湿通道与干通道之间由填料膜片间隔；湿通道用于流通高温湿烟气，干通道用于流通低温环境空气；湿通道内的高温湿烟气气流和干通道内的空气气流均为上升流；湿气烟道、湿通道和混风烟道依次连通；环境空气、干通道和混风烟道依次连通。该实施方式中，安装后的填料单元其湿通道的轴线与水平面之间呈20°～55°夹角。

如图6和图7所示，为组成填料单元的填料膜片的一种实施方式，填料膜片的一面为经疏水改性后的疏水面211a、另一面为非疏水面211b。每张填料膜片211上设有若干条湿气导流粘结槽211a1、若干条干气导流粘结槽211b1、湿通道封边211a3和干通道封边211b3，所有的湿气导流粘结槽和干气导流粘结槽的凸起面上均设置膜片粘结点，湿气导流粘结槽上为疏水面粘结点211a2，干通道导流粘结槽上为非疏水面粘结点211b2。

湿气导流粘结槽相对于疏水面为凸起结构、相对于非疏水面为凹陷结构；干气导流粘结槽相对于疏水面为凹陷结构、相对于非疏水面为凸起结构；湿通道密封边位于疏水面211a上平行于湿气导流粘结槽的两侧边缘处，干通道封边位于非疏水面211b上平行于干气导流粘结槽的两侧边缘处。为更好的实现封边的密封效果，湿通道封边与湿气导流粘结槽的凸起面顶部位于同一平面；干通道封边与干气导流粘结槽的凸起面顶部位于同一平面。

作为填料膜片的一种形状选择，填料膜片采用矩形塑料膜片，该矩形塑料膜片上，湿气导流粘结槽平行于长边等间距均匀分布；干气导流粘结槽平行于短边等间距均匀分布。湿通道封边位于填料膜片的长边边缘，干通道封边位于填料膜片的短边边缘。塑料膜片可以是PP\PVC\PE等多种材质的膜片。

作为矩形填料膜片的一种尺寸选择，每张矩形塑料膜片的长宽比例为1:1-3:1，膜片厚度为0.1mm-0.5mm。湿气导流粘结槽的高度为5～10mm；干气导流粘结槽的高度为5～15mm。

湿通道内的冷凝水沿膜片的疏水面经湿气导流粘结槽导流至湿通道底部，可直接从湿通道底部排除，也可在填料单元的四角处增设导水孔，一种实施方式中，在填料膜片的四角上且位于湿通道封边与干通道封边衔接处，沿膜片对角线方向设置以对角线中点呈中心对称的梯形导水槽，也可理解为填料膜片上位于对角线两端的梯形导水槽呈反向对称。在填料膜片的疏水面211a上为疏水面梯形导水槽211a4，该梯形导水槽与凹陷的干气导流粘结槽连通；在填料膜片的非疏水面211b上，为非疏水面梯形导水槽211b4，该梯形导水槽与凹陷的湿气导流粘结槽连通。

每张填料膜片211的疏水面与相邻一张填料膜片的疏水面粘结；每张填料膜片的非疏水面与相邻一张填料膜片的非疏水面粘结，组成填料单元21。相邻填料膜片的疏水面侧通过湿通道封边实现重合密封粘结，湿气导流粘结槽之间通过疏水面粘结点粘结，相邻湿气导流粘结槽之间形成湿通道212，湿通道用于流通高温湿烟气；相邻填料膜片的非疏水面侧通过干通道封边实现重合密封粘结，干气导流粘结槽之间通过非疏水面粘结点粘结，相邻干气导流粘结槽之间形成干通道213，用于流通低温环境空气。

疏水面上的梯形导水槽对接形成湿通道导水孔214，湿通道导水孔连通湿通道，非疏水面上的梯形导水槽对接形成干通道导水孔215，干通道导水孔连通干通道，湿通道导水孔和干通道导水孔均为径向截面为六边形的导水孔。位于填料单元同一侧边的两个角处分别为干通道导水孔和湿通道导水孔，安装时使两列填料单元的其中一个干通道导水孔215在对称面处相交连接，其中一个湿通道导水孔位于填料单元的最低角处。

在设置导水孔的实施方式中，填料膜片在靠近填料单元底部处，相对于疏水面为凸起结构的湿气导流粘结槽由相对于疏水面为凹陷结构的干气导流粘结槽断开，断开处形成冷凝水过孔，沿湿通道下落的冷凝水可通过冷凝水过孔汇入湿通道导水孔排出。

通过上述装置实现的本申请的气-汽换热方法，包括如下步骤：

(1)工业生产过程排放的高温饱和湿尾气由湿气烟道向上流动进入换热装置，从换热填料单元底部的湿通道在湿通道粘结槽的导流作用下分为若干股气流向上流动；低温环境空气在负压的作用下，由换热填料单元外侧的干通道在干通道粘结槽的导流作用下分为若干股气流向上流动。

(2)在换热填料单元中，高温饱和湿烟气与低温环境空气垂直错流向上流动，并在湿通道粘结槽和干通道粘结槽的导流下强化接触，通过填料膜片进行快速间接换热。高温饱和湿烟气在穿过湿通道过程中逐步降温冷却，大部分水蒸气冷凝产生的冷却水沿着疏水性表面经湿通道粘结槽导流至填料单元底部排出；低温环境空气经换热升温后由干通道出口向上排出。

(3)完成换热的湿烟气和干空气穿过换热填料单元后进入混风烟道，饱和湿烟气与干空气混合后实现不饱和，混合烟气经出口风机进一步混合后由烟囱出口排出，实现出口烟气无白雾现象。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种气-汽换热器，其特征在于，包括位于下段的湿气烟道、位于中段的气-汽换热装置和位于上段的混风烟道；

所述的气-汽换热装置包括若干个倾斜设置且呈镜面对称安装的填料单元；每个填料单元包括若干依次粘结的填料膜片，填料单元内形成间隔分布且相垂直贯通填料单元的湿通道和干通道，所述湿通道与干通道之间由填料膜片间隔；

湿通道用于流通高温湿烟气，干通道用于流通低温环境空气；湿通道内的高温湿烟气气流和干通道内的空气气流均为上升流；

所述的湿气烟道、湿通道和混风烟道依次连通；环境空气、干通道和混风烟道依次连通。

2.根据权利要求1所述的气-汽换热器，其特征在于，若干个填料单元分列安装，相邻列的填料单元之间呈镜面对称且在对称面上相交，相交处密封连接；每个填料单元与水平面之间的倾斜角为20°～55°。

3.根据权利要求1所述的气-汽换热器，其特征在于，所述填料膜片的一面为经疏水改性后的疏水面、另一面为非疏水面；

所述填料膜片的表面上设有若干相垂直的湿气导流粘结槽和干气导流粘结槽；所述湿气导流粘结槽相对于疏水面为凸起结构、相对于非疏水面为凹陷结构；所述干气导流粘结槽相对于疏水面为凹陷结构、相对于非疏水面为凸起结构；

所述湿气导流粘结槽和干气导流粘结槽的凸起面上均设置膜片粘结点；

所述填料膜片的疏水面上且与湿气导流粘结槽平行的两个侧边边缘设置湿通道密封边；所述填料膜片的非疏水面上且与干气导流粘结槽平行的两个侧边边缘设置干通道封边。

4.根据权利要求3所述的气-汽换热器，其特征在于，所述湿通道封边与湿气导流粘结槽的凸起面顶部位于同一平面；干通道封边与干气导流粘结槽的凸起面顶部位于同一平面。

5.根据权利要求3所述的气-汽换热器，其特征在于，所述填料膜片为矩形塑料膜片；所述湿气导流粘结槽平行于填料膜片的长边且均匀分布；所述干气导流粘结槽平行于填料膜片的短边且均匀分布。

6.根据权利要求5所述的气-汽换热器，其特征在于，每张矩形塑料膜片的长宽比例为1:1-3:1，膜片厚度为0.1mm-0.5mm。

7.根据权利要求5所述的气-汽换热器，其特征在于，所述填料膜片的四角上且位于湿通道封边与干通道封边衔接处，沿膜片对角线方向设置以对角线中点呈中心对称的梯形导水槽；在填料膜片的疏水面上，梯形导水槽与凹陷的干气导流粘结槽连通，在填料膜片的非疏水面上，梯形导水槽与凹陷的湿气导流粘结槽连通。

8.根据权利要求3～7任一项权利要求所述的气-汽换热器，其特征在于，所述填料单元内，每张填料膜片的疏水面与相邻一张填料膜片的疏水面粘结；每张填料膜片的非疏水面与相邻一张填料膜片的非疏水面粘结。

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