CN219415813U - 一种用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于有机废液实验设备技术领域，提供一种用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热系统，其中，U型管左侧立管中设余热回收装置(1)，右侧立管中设尾气急冷装置(2)；余热回收装置(1)包括交错布置的两组螺旋结构的换热管；一组换热管为用于流通液体的液管；另一组换热管为用于流通气体的气管；液管中的液体与尾气顺流布置；气管中的空气与尾气逆流布置；左侧立管的开口端通入实验设备产生的高温尾气；右侧立管中的尾气急冷装置(2)的尾端设尾气出口。本实用新型能充分回收1100℃或850℃降到550℃后尾气的能量，节约能源；并且能将尾气从550℃到300℃的温度区间进行急冷降温，防止了二恶英的低温二次合成。

Description

一种用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热系统

技术领域

本实用新型属于有机废液实验设备技术领域，涉及一种用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热技术。

背景技术

在进行废弃物焚烧、热解或裂解处理时，由于废弃物中含有的有毒有害成分会进入到处理后的尾气中，或者生成新的有毒有害物质进入尾气中。为了避免给空气造成污染，尾气中的有毒有害成分需要进行处理后才能排放。

同时由于尾气的温度很高，对于一般废弃物焚烧温度会达到850℃以上，危险废弃物会达到1100℃以上，不能直接进行处理，需要降温后再进行处理。而且，如果废弃物中含有氯等卤族元素，高温焚烧后，会产生二恶英，尤其在降温到500℃到300℃之间时，会产生二恶英的低温二次合成。

常规尾气处理技术是采用余热锅炉回收热能和喷水急冷的方式。采用余热锅炉回收尾气温度从1100℃或850℃降到550℃后的热量，产生蒸汽发电或热水供热；向尾气中喷水急冷到200℃。

上述常规尾气处理技术适用于废弃物处理量比较大的情况，比如生活垃圾焚烧发电，每天生活垃圾的处理量在200t(吨)以上；危险废弃物集中焚烧处理，每天的处理量在10t以上。而对于如实验室废弃物等一些处理量小的项目，都是对尾气直接进行喷水冷却，把尾气温度从1100℃急冷到200℃，这样的喷水冷却处理方法既浪费了大量的热能，又浪费了大量的水资源。

实用新型内容

针对现有直接对尾气进行喷水冷却的尾气处理技术存在的热能及水资源浪费的弊端，本实用新型提供了一种用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热系统，其能够充分回收1100℃或850℃降到550℃后尾气的能量，节约能源；并且能够将尾气从550℃到300℃的温度区间进行急冷降温，使尾气在极短时间内从550℃快速冷却到300℃以下，防止了二恶英的低温二次合成，为进一步的尾气净化处理提供温度条件。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型提供一种用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热系统，其中，所述的双螺旋多级高效换热系统整体呈U型结构，其包括余热回收装置、尾气急冷装置、U型管和集水排水装置；

U型管的左侧立管中设置余热回收装置，右侧立管中设置尾气急冷装置；所述的余热回收装置包括交错布置的两组螺旋结构的换热管；其中一组换热管为用于流通液体的液管；另外一组换热管为用于流通气体的气管；所述液管中的液体与尾气顺流布置；所述气管中的空气与尾气逆流布置；

左侧立管的开口端用于通入实验设备产生的高温尾气；在右侧立管中的尾气急冷装置的尾端设置尾气出口；

集水排水装置设置在整个系统最低点，且在端部设置阀门。

更优选的，所述液管下端为低温端，连接泵，用于通入液体；液管上端为高温端，其出口用于连接热液体介质流通管路；

所述气管上端为低温端，连接鼓风机，用于通入空气；气管下端为高温端用于连接热气体流通管路。

更优选的，所述换热管的直径为D，螺旋结构的螺旋上升角记为E，该E满足：E＝5～30°；螺旋结构的弯折半径记为R，该R满足：R＝0.8～5倍D。

更优选的，在余热回收装置的上方和下方分别设置测温装置。

更优选的，所述尾气急冷装置包括急冷喷枪；

所述急冷喷枪的一端接冷水，另一端设置喷头，向经过余热回收装置回收能量、温度降低后的尾气中喷冷水。

更优选的，所述尾气急冷装置还包括折流挡板；所述折流挡板交错固定在右侧立管内壁上。

更优选的，所述折流挡板与水平方向的夹角为C，水平投影长度记为B，U型管3的管径为A；

所述夹角C满足：C＝30～60°，A＝0.5～0.8倍B。

更优选的，所述折流挡板设置多个，其中每两块挡板水平方向的投影要有重合的部分。

更优选的，在右侧立管中还装设多个测温装置；相邻测温装置之间的间隔距离不少于600mm。

由上述本实用新型的技术方案可以看出，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型在U型管的左侧立管中设置包括交错布置的二组螺旋结构的换热管的余热回收装置，右侧立管中设置尾气急冷装置；一组换热管为液管；另外一组换热管为气管；液管中的液体与尾气顺流布置；气管中的空气与尾气逆流布置；左侧立管的开口端用于通入实验设备产生的高温尾气；在右侧立管中的尾气急冷装置的尾端设置尾气出口；通过余热回收装置能够充分回收尾气的能量，节约能源；通过在右侧立管中的尾气急冷装置能够将尾气从550℃到300℃的温度区间进行急冷降温，使尾气在极短的时间内从550℃快速冷却到300℃以下，防止了二恶英的低温二次合成，为进一步的尾气净化处理提供温度条件。

本实用新型结构简单，占地面积小，非常适合实验室废液处理。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一中换热管的结构示意图；

图3为本实用新型实施例二的用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热系统结构示意图。

附图标记：

余热回收装置1、尾气急冷装置2、U型管3、集水排水装置4；换热管11；急冷喷枪21、折流挡板22。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本申请文件中的上、下、左、右、内、外、前端、后端、头部、尾部等方位或位置关系用语是基于附图所示的方位或位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

本实用新型中，术语“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一：

本实用新型提供一种用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热系统，该系统的结构如图1所示，

系统整体呈U型，包括：余热回收装置1、尾气急冷装置2、U型管3和集水排水装置4。

U型管3的左侧立管中设置余热回收装置1，右侧立管中设置尾气急冷装置2；左侧立管的开口端连接高温尾气管，用于通入实验设备产生的高温尾气；在右侧立管中的尾气急冷装置2的尾端设置尾气出口，尾气出口连接引风机，用于将经过处理后的气体排出。集水排水装置4设置在整个系统的最低点，用于收集水分并排出，该集水排水装置4为杯型结构或锥形结构，且在端部设置阀门。

各个部件的详细结构及功能如下：

一、余热回收装置1

余热回收装置1包括交错布置的二组螺旋结构的换热管11。其中一组换热管用于流通液体(如水、导热油等)，因此在此也被称为液管；液管下端为低温端，连接泵，用于通入液体；液管上端为高温端，其出口用于连接热液体介质流通管路，以便将经换热后得到的热水或水蒸气或热导热油等热液体介质引到其它用热设备。另外一组换热管用于流通气体，因此在此也被称为气管；气管上端为低温端，连接鼓风机，用于通入空气；气管下端为高温端用于连接热气体流通管路，以便将经热交换后被加热得到的高温空气引入其它用热设备中。

交错布置的二组螺旋结构的换热管11，液管中的液体与尾气顺流布置(即液体的低温段对应尾气的低温段，液体的高温段对应尾气的高温段)，气管中的空气与尾气是逆流布置(即空气的低温段对应尾气的高温段，空气的高温段对应尾气的低温段)。

上述换热管11由耐温耐腐蚀的合金钢管制成，采用如图2所示的螺旋结构。

换热管11的直径为D，螺旋结构的螺旋上升角记为E，该E满足：E＝5～30°。螺旋结构的弯折半径记为R，该R满足：R＝0.8～5倍D。

为了及时监测余热回收装置1的低温区和高温区的温度，分别在余热回收装置1的上方和下方设置测温装置，如热电偶等。

二、尾气急冷装置2

尾气急冷装置2包括急冷喷枪21、折流挡板22。

急冷喷枪21的一端接冷水，另一端设置喷头，用于向经过余热回收装置1回收能量、温度降低后的尾气中喷冷水；折流挡板22交错布置在右侧立管上，用于强化尾气与水的混合，延长尾气停留时间。

折流挡板22与水平方向的夹角为C，其水平投影长度记为B，设U型管3的管径为A；夹角C满足：C＝30～60°，A＝0.5～0.8倍B。

为了进一步强化尾气与水的混合时间，设置多个折流挡板22，其中每两块挡板水平方向的投影要有重合的部分。

为了及时获知尾气急冷降温的温度，在右侧立管中还通入多个测温装置(如热电偶等)，尾气急冷降温的温度通过测温装置测得，测温装置设置不少于2个，相邻测温装置之间的间隔距离不少于600mm。

实施例二提供了另一种用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热系统，其结构如图3所示，其与实施例一的区别之处在于：该实施例二的装置整体呈倒U型结构。其余与上述实施例一类似，这里不再累述。

本实用新型的工作原理如下：

从实验室焚烧炉来的高温尾气从U型管的左侧开口端进入余热回收装置1，与螺旋结构的换热管11内的冷介质(液体或空气)进行热交换，冷介质的温度升高，尾气的温度降低到550℃。如液体为水，则经换热后，水变成热水或水蒸汽；如液体为导热油，则经换热后，冷导热油变成热的导热油；冷空气变成高温空气。

尾气的温度由设置的测温装置进行监控。当监控到尾气的温度降到550℃后进入尾气急冷装置2。通过急冷喷枪向尾气喷淋水，使尾气温度急速从550℃冷却到200℃。

尾气的温度通过设置在右侧立管中的测温装置进行控制。正常运行时，喷淋水正好被尾气蒸发带走，没有多余液体。设备发生事故时，多余的喷淋水会通过集水排水装置4收集并排出。

降至200℃以下的尾气通过管路引入到尾气净化装置进行处置。

由上述本实用新型的实施方案可以看出：

余热回收装置1在回收余热过程中会产生蒸汽或热水或热导热油和热空气，这些热介质通向用热设备，可以满足不同的需求工况。

换热管11采用螺旋结构，且液管与气管交错布置，液管中的液体与尾气顺流布置(即液体的低温段对应尾气的低温段，液体的高温段对应尾气的高温段)，气管中的空气与尾气是逆流布置(即空气的低温段对应尾气的高温段，空气的高温段对应尾气的低温段)。

液体与尾气顺流布置，可以带来如下优点：

液体从尾气低温段进入，随着被尾气加热。当液体为水时，在液体流量足够大的情况下，水不会变成蒸汽，变成热水；在水量合适时，水全部被加热变成蒸汽。

由于热水或蒸汽的密度小于冷水，所以热水和蒸汽会在管内上升，在过程中由于水受热会生成蒸汽，蒸汽密度小，会贴在换热管11的壁上，此时的流速比较低，蒸汽的传热效果远低于水，会造成换热管11的局部壁过高，造成换热管11的过热或过烧损坏，影响换热管11的寿命和安全。换热管11采用螺旋结构，有利于蒸发过程产生的水蒸汽随时被带走，避免出现水蒸汽贴壁现象。

空气与尾气逆流布置，这样布置的优点是：

空气的导热性比水差，空气与尾气采用逆流换热方式，可以增大换热温差，减少换热面积，减少换热管的使用数量。

虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本实用新型范围的限制，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本实用新型保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热系统，其特征在于：

所述的双螺旋多级高效换热系统整体呈U型结构，其包括余热回收装置(1)、尾气急冷装置(2)、U型管(3)和集水排水装置(4)；

U型管(3)的左侧立管中设置余热回收装置(1)，右侧立管中设置尾气急冷装置(2)；所述的余热回收装置(1)包括交错布置的两组螺旋结构的换热管(11)；其中一组换热管为用于流通液体的液管；另外一组换热管为用于流通气体的气管；所述液管中的液体与尾气顺流布置；所述气管中的空气与尾气逆流布置；

左侧立管的开口端用于通入实验设备产生的高温尾气；在右侧立管中的尾气急冷装置(2)的尾端设置尾气出口；

集水排水装置(4)设置在整个系统最低点，且在端部设置阀门。

2.根据权利要求1所述的用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热系统，其特征在于：

所述液管下端为低温端，连接泵，用于通入液体；液管上端为高温端，其出口用于连接热液体介质流通管路；

所述气管上端为低温端，连接鼓风机，用于通入空气；气管下端为高温端用于连接热气体流通管路。

3.根据权利要求2所述的一种用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热系统，其特征在于：

所述换热管(11)的直径为D，螺旋结构的螺旋上升角记为E，该E满足：E＝5～30°；螺旋结构的弯折半径记为R，该R满足：R＝0.8～5倍D。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热系统，其特征在于：

在余热回收装置(1)的上方和下方分别设置测温装置。

5.根据权利要求1所述的用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热系统，其特征在于：

所述尾气急冷装置(2)包括急冷喷枪(21)；

所述急冷喷枪(21)的一端接冷水，另一端设置喷头，向经过余热回收装置(1)回收能量、温度降低后的尾气中喷冷水。

6.根据权利要求4所述的用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热系统，其特征在于：

所述尾气急冷装置(2)还包括折流挡板(22)；所述折流挡板(22)交错固定在右侧立管内壁上。

7.根据权利要求6所述的用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热系统，其特征在于：

所述折流挡板(22)与水平方向的夹角为C，水平投影长度记为B，U型管(3)的管径为A；

所述夹角C满足：C＝30～60°，A＝0.5～0.8倍B。

8.根据权利要求6所述的用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热系统，其特征在于：

所述折流挡板(22)设置多个，其中每两块挡板水平方向的投影要有重合的部分。

9.根据权利要求1所述的用于实验室废液处理的双螺旋多级高效换热系统，其特征在于：

在右侧立管中还装设多个测温装置；相邻测温装置之间的间隔距离不少于600mm。