专利名称：用于再生热交换系统的斜床的制作方法
技术领域：
本发明涉及再生热氧化剂(RTOs)系统中热交换介质的布置，以及由此产生的性能得以改善的热氧化剂系统。
背景技术：
再生热氧化剂系统一般是用于消除源自工厂和发电站的高速、低浓度排放物中的挥发性有机化合物(VOCs)。再生热氧化剂(RTOs)系统一般需要很高的氧化温度才能高效清除挥发性有机化合物(VOCs)，并具有高效的热回收能力。为了更有效地实现这些性能，待处理的“脏”处理气在被氧化之前需要先在一个热交换床内进行预热。热交换床通常采用具有较好热稳定性和机械稳定性，较高热密度的热交换材料填充。在运行中，处理气被引入一个预先加热过的热交换床，在该床中，处理气被加热至达到或接近VOC的氧化温度。这些经过预热的处理气随后被送入燃烧段，需要的话，处理气通常在此被完全氧化。然后，经过处理的“干净”气流流出燃烧段，返回热交换床，或为了更有效地进行处理，“干净”气流流入第二热交换床。在一个氧化剂循环之后，当热的氧化气体被引入该第二热交换床，其热量传递给床中的热交换介质，冷却氧化气体并预热热交换介质，从而使另一批处理气在流过该热交换床时被预热。通常，一个RTO系统有两个热交换床，它们交替地被导入待处理气流和处理过的气流。这一过程持续进行，以保证处理气被有效地氧化处理。
RTO系统性能的最优化可以通过提高VOC的分解效率、降低运行资本成本来实现。有关文献中提及的提高VOC的分解效率的技术，是采用诸如改进氧化系统和净化系统的方法。通过提高热回收效率和减小处理气通过氧化剂时的压降来降低运行费用。运行费用的降低可以通过RTO的合理设计和选择适宜的热交换床填充材料来实现。在以前的相关专利文献中已经专门涉及RTO的设计参数，但是关于热交换床填充材料的布置方法的问题却少有涉及。
一种用于再生氧化剂系统的水平布置的热交换床，如附图1所示。氧化剂系统包括两个相对的热交换床，分别与位于中心部位的燃烧段连通。每一个热交换床由矩阵排列的整体单块构件堆叠而成，其中形成有许多供处理气流过的相互平行的气流通道。这些堆叠的单块构件相互对齐，形成排列整齐的气流通道，在热交换床的入口和出口之间形成许多通道。但是，这样的布置可能会对位于热交换床热端(例如远离入口并靠近燃烧段的一端)的阵列中的单块介质构件产生较高的拉力。
对于高温高速的化合物，这种拉力足以使单块构件脱出阵列，尤其是当单块构件是由水平方向向下倾斜时。这种拉力会导致单块构件的破裂和过早损坏，RTO系统不定期地停用和更换单块构件，或最低限度的，RTO系统需要停用以合理布置现有的阵列，这些都会成本升高。这种问题在阵列垂直布置的热交换床中不会发生(例如气体垂直流过阵列)，这是因为阵列的重力与上述拉力可以相抵销。
存在于水平床的这种问题，在一些文献中，可以通过采用胶泥将组成阵列的单块构件紧固在一起或利用膨胀材料的膨胀力将单块构件固定。但是，过一段时间，尤其在热交换床的高温环境中，这些方法都会失效。的确，胶泥会破裂，膨胀材料的松弛会导致其膨胀力减小。
本发明的目的在于提供一种热交换介质的布置方法，它使处理气从热交换床的入口至出口水平流动或基本上水平流动，但可以抵销掉可能产生的对单块构件的拉力。
发明内容
本发明克服了现有技术中的缺点，在本发明中，至少一个热交换器与燃烧段相连，所述热交换器由矩阵排列的单块热交换介质构件堆叠而成，其中形成有许多供处理气流过的相互平行或基本平行的气流通道，这些阵列沿朝向燃烧段的方向与水平方向形成有一定的角度。本发明还涉及包括含有至少一个这种倾斜阵列的热交换床的再生热氧化剂系统。
图1为现有技术中的水平再生热氧化剂系统的剖视图；图2为本发明中水平再生热氧化剂系统的剖视图；图3为本发明中水平再生热氧化剂系统一个实施例的端视图；图4为本发明中水平再生热氧化剂系统另一个实施例的剖视图；图5为本发明中水平再生热氧化剂系统再一个实施例的剖视图；
图6为图5所示的实施例的剖视图。
具体实施例方式
图2示出了本发明的一个实施例，其中设有两个与位于中间部位的燃烧段30相连接的热交换床10，20。除热交换介质的布置方式不同外，本实施例与图1所示的系统很相似。每个热交换床包括一个冷端11和热端12。根据氧化剂系统在规定的时间内的不同的循环，冷端11或作为含有待氧化的VOC的冷的处理气的入口，或作为VOC已被氧化的冷的处理气的出口。与冷端11相对的是热端12，在所有运行状况下，热端距离燃烧段30最近。在每个热交换床的冷端11和热端12之间，布置着耐火的矩阵排列的热交换介质。在优选实施例中，热交换介质的阵列15是由至少一个整体单块构件堆叠而成，其中形成有气流通道。热交换床布置在燃烧段30的相对的两侧，使得每个热交换床内热交换介质中的轴向气流通道沿着朝向另一个热交换床的方向延伸。更优选地，阵列15由许多堆叠的整体单块构件组成，这些单块的堆叠使得其气流通道轴向对齐，从而使处理气从热交换床的冷端流向其热端，或方向相反。适宜于阵列15的整体单块构件为每平方英寸50个小室、形成层流和低的压降。这样的单块构件内部形成有许多小槽或通道，使气流按预定的路径穿越其中，一般是沿着轴向通道水平流过热交换床。效果更好的整体单块构件是产自Frauenthal Keramik A.G的商用的蜂巢状的陶制多铝红柱石，每个单元(外形尺寸150mm×150mm)有40个小室；单块构件的外形尺寸约为5.25”×5.25”×12.00”。后一种单块构件内形成有许多平行的方形小槽(每平方英寸有40-50个小槽)，每个小槽的截面约为3mm×3mm，壁厚约0.7mm。由此，形成的截面空隙率为60-70％，表面积率为850-1000m2/m3.适宜的外形尺寸为5.90”×5.90”×111.81”。
为了抵销掉每一个热交换床热端12处的拉力，热交换介质的阵列15如图2所示那样沿水平方向向上。倾斜的角度巧妙地设置于热交换器的热端，此处的拉力尤为显著。适宜的角度为与水平方向夹角1-10°，最好为1-5°，当热交换床6英尺长时，最优夹角为1.6°。欲使整个装置高度最小时，夹角1.6°为最佳值。在这种情形下，重力值将会比预期的拉力值大。这种相反的力将不会在一定的时间内恶化。最适宜的倾斜角度的确定尤为重要，对于给定的每英寸的小槽数量和气体流量，倾斜角度的确定部分取决于所选构成阵列的材料的密度。材料的密度越低，倾斜角度越大。
在阵列的长度范围内，倾斜角度最好为一常数。也就是说，阵列的高度最好从热交换床的冷端至热端均匀的增高(相对于支撑它的基础)。
图4为本发明的另一个实施例，其中阵列15只有部分倾斜。特别地，阵列包括许多垂直堆叠的整体单块构件，紧靠燃烧段30的单块构件15A整体倾斜，其余单块构件保持水平或基本水平。这种方案的好处是，对于给定的倾斜角度，整个装置的高度增加不多，因为对于倾斜的热交换床来说，其高度和长度成比例地变化。此外，这种方案不需要冷端的支撑格栅35。虽然倾斜的单块构件中的气流通道与不倾斜(或倾斜角度不同)的单块构件的气流通道没有完全对齐，但基本上对齐的布置已足以保证有效的气体流通，从而使系统高效运行。事实上，如果气体在热端遇上很明显的不均匀表面，单块构件间细小的沟槽将会使气流重新分布得更均匀。那些诸如部分的而不是全部的阵列15的单块构件都与水平方向成一定倾斜角度的类似方案，都在本发明的保护范围之内。例如，将图4中的紧靠燃烧段30的阵列15中的2列、3列或4列设置成倾斜状时，比仅一列倾斜效果要好。
图5和图6为本发明中热交换阵列的又一实施例。在本实施例中，阵列为多层布置，包括堆叠的平板陶制材料41(或其它耐火材料)，其上有许多相互平行的凸肋42。平板41相互堆叠，其上的凸肋42相互交叉，在其间形成相互平行的槽道43。凸肋42从每层平板41的表面突出，每个凸肋的外边与相对的平板41的对应表面相接触。所形成的槽道43比对应的凸肋要宽，二者高度相同。这种热交换介质为出自Lantec制造公司的商品，并且已在美国专利文献5851636中被公开。将该文献公开的内容结合在此用于参考。如图5所示，更优选的方案是将位于热交换床冷端11的至少一个整体单块构件与热端12的至少一个整体单块构件之间的平板封闭包裹。整体单块构件有助于平板41的稳定和紧固。当气流沿轴向通过整体单块构件流向平板中的槽道时，在整体单块构件45和平板41之间的沟槽使得气流分布均匀。耐火砖46用于支撑平板41。
形成适宜倾斜角的方法很多例如，可以将热交换床中底板设置成有倾角的；或在至少一处支撑起阵列形成倾斜角。倾斜角的存在，使得阵列的重力可以抵销掉拉力，从而防止氧化剂系统运行时阵列的移动。
当阵列的冷端需要箝固时，可采用高开孔率(50-90％)的金属丝网或钢制格栅，由于在热端会产生高温，而冷端不会有高温，因此这些箝固材料不会出现退化问题。这种方案见附图3，图中的钢制格栅35用于支撑阵列15。
倾斜床的布置使得整体单块构件对介质块被重力固定的垂直床系统有很大好处，例如可以很方便地安装和维修。另外，这种设计基本上保持了水平床系统原有的高度，并降低了这种系统安装的复杂程度。这种设计最大可能地减小了其箝固材料的退化而造成的隐患，使阵列组的寿命得以延长。
权利要求
1.一种再生氧化剂系统，包括至少一个与燃烧段相连通的热交换床，所述热交换床具有一个第一端和一个与第一端相隔一定距离的第二端，所述第二端与燃烧段的距离比第一端与燃烧段的距离小；和在所述热交换床内具有一个热交换介质的单块构件阵列，所述阵列在所述热交换床内布置时，靠近所述第二端的至少一部分阵列与水平方向形成倾斜角。
2.如权利要求1所述的再生氧化剂系统，其中所述靠近第二端的阵列的倾斜角大于靠近第一端的阵列的倾斜角。
3.如权利要求1所述的再生氧化剂系统，其中靠近所述第一端的阵列的倾斜角为0°，靠近所述第二端的阵列的倾斜角为1-10°。
4.如权利要求1所述的再生氧化剂系统，其中靠近所述第二端的阵列的倾斜角为1.6°。
5.如权利要求1所述的再生氧化剂系统，其中所述阵列从所述第一端至第二端的倾斜角为一常数。
6.如权利要求1或2或3所述的再生氧化剂系统，其中所述阵列包括许多整体单块构件，每个单块构件内设有许多与所述热交换床的轴相互平行的气流通道。
7.如权利要求6所述的再生氧化剂系统，其中所述大量整体单块构件相互堆叠，紧靠所述第二端的堆叠单块构件与水平方向成倾斜角。
8.如权利要求1或2或3所述的再生氧化剂系统，其中所述阵列包括第一和第二平板，每个平板上突起有许多凸肋，所述平板相对设置，从而在所述凸肋之间形成有许多槽道。
9.一种用于氧化气体中污染物的再生热氧化剂系统，包括一个燃烧段；一个与所述燃烧段相连通的第一热交换床，该热交换床具有一个第一端和一个第二端，所述第二端与燃烧段的距离比第一端与燃烧段的距离小；一个与所述燃烧段相连通的第二热交换床，该热交换床具有一个第一端和一个第二端，所述第二端与燃烧段的距离比第一端与燃烧段的距离小；热交换介质被支撑在所述第一和第二热交换床内，以保证靠近所述第一和第二热交换床的第二端的至少一部分热交换介质与水平方向的倾斜角为1-10°。
10.如权利要求9所述的再生氧化剂系统，其中靠近所述第一和第二热交换床的第一端的热交换介质与水平方向基本平行。
11.如权利要求9所述的再生氧化剂系统，其中所述倾斜角为1.6°。
12.如权利要求9所述的再生氧化剂系统，其中所述热交换介质包括许多整体单块构件，每个单块构件内设有许多与所述热交换床的轴相互平行的气流通道。
13.如权利要求11所述的再生氧化剂系统，其中所述大量整体单块构件相互堆叠，紧靠所述第二端的堆叠单块构件与水平方向成倾斜角。
14.如权利要求9所述的再生氧化剂系统，其中所述热交换介质包括许多平板，每个平板上突起有许多凸肋，所述平板相对设置，从而在所述凸肋之间形成有许多槽道。
15.如权利要求13所述的再生氧化剂系统，其中所述阵列还包括许多整体单块构件，每个单块构件内设有许多与所述热交换床的轴相互平行的气流通道。
16.如权利要求14所述的再生氧化剂系统，其中所述平板设置在位于所述第一端的整体单块构件的第一叠层和位于所述第二端的整体单块构件的第二叠层之间。
17.如权利要求14所述的再生氧化剂系统，其中所述多个槽道与所述多个通道保持对准。
全文摘要
本发明涉及与燃烧段(30)相连的至少一个热交换床，每个热交换床(10，20)包括一个热交换介质单块构件的阵列(15)，阵列(15)中形成有许多相互平行或基本平行的气流通道，该阵列沿朝向燃烧段(30)的方向与水平方向形成有一定的角度。本发明还涉及包括至少含有一个这种倾斜的单块构件阵列的热交换床的再生热氧化剂系统。
文档编号F23D14/66GK1444712SQ01809282
公开日2003年9月24日 申请日期2001年4月16日 优先权日2000年5月12日
发明者M·P·布里亚 申请人:美格特克系统公司