一种热定型废气挥发性有机物磁辅助燃烧及热回收装置的制作方法

本实用新型涉及一种新型热定型废气处理装置，尤其是一种热定型废气挥发性有机物磁辅助燃烧及热回收装置。

背景技术：

纺织工业是我国国民经济的重要的民生产业，在美化人民生活、建设生态文明、带动相关产业发展等方面发挥着重要作用。目前，我国纺织工业产量居世界第一，出口量也稳居全球前列。同时，我国纺织业的能耗高居不下，污染问题十分突出。因此，提高纺织行业的绿色化率，保持纺织行业可持续已成为我国政府和社会各界的广泛关注的议题。

纺织行业中能耗最高的是印染行业，其中，印染热定型过程是主要耗能单元。目前，热定型过程消耗的能量却仅有少部分用于织物加工定型，而大部分被热定型排放的高温废气带走，造成了能源在很大程度上的浪费。另一方面，热定型排放的高温废气中含有水蒸气、挥发性有机化合物、织物携带的纤维和尘埃、油污等杂质，直接排放到空气中会造成严重的环境污染。因此，为了实现纺织行业的健康、稳定发展，对印染热定型废气处理和热能回收处理是很有必要的。

挥发性有机物(以下简称vocs)是广泛存在于纺织行业排放大户热定型废气中的一类有害污染物，含有一类致癌物苯、甲苯、萘等强污染物，具有剧毒、强致癌性和强刺激性气味，严重污染大气环境，直接危害人类身体健康。因此，将热定型废气中vocs的浓度控制在一个安全范围至关重要。然而，由于纺织行业热定型废气流量大(约为3000～13000m3/h)、废气中vocs含量低(<5000mg/m3)，且vocs熔点低，常以气态存在，流动扩散性强，很难采用过滤等常规方法将其去除。这就使得vocs处理成为纺织行业废气处理一个关键难点。

近年来，国内外学者以及相关公司已在纺织印染热定型废气的vocs处理方面开展了不少研究工作，提出了吸附、膜分离、催化燃烧等多种方法。

中国实用新型专利(申请号201811281344.90)涉及的一种印染废气处理及余热回收装置，结构紧凑，反应效率高，操作简单。该装置将废气吹入带非均布催化剂阵列的催化燃烧通道，增加催化剂表面及内部活性单元与废气中有vocs的接触概率，提高催化转化效率，且采用非均布热管阵列作为热能的传热单元，具有增强构件催化燃烧性能和传热性能的特点。但是，该实用新型存在传热传质性能不佳，反应不充分，催化剂用量大，反应器成本高的特点。

中国实用新型专利(申请号201821548310.7)涉及的一种印染废气处理装置，设计合理，实用性强，节能环保。该装置首先通过喷洒水雾对预先冷却的废气进行初步净化，除去废气中溶于水的粉尘和二氧化硫；后废气通过两层净化吸附层去除废气中含有的焦油等有害物质；最后废气和碱石灰进行中和反应去除废气中的酸性气体及水分，印染废气处理效果好。但是该实用新型结构不够紧凑，且不能实现余热回收，对高温废气热能的二次利用。

中国实用新型专利(申请号201820242288.7)涉及的一种印染废气处理装置，设计合理，能够实现对废气的处理，通过设置过滤网可以对废气中的固体颗粒、化纤颗粒等进行过滤，滤渣储存罐通过螺母固定在进气管道底部，拆卸方便，滤渣清除方便，在第一喷洒管与第二喷洒管底部均等距设置若干喷头，通过设置碱洗塔与氧化塔双重吸收，废气清理性能较好，但是，该实用新型结构复杂，且存在传热效率不高问题。

在现阶段vocs处理方法中，催化燃烧法由于具有vocs去除效率高、能耗低、对环境友好、无二次污染等优点，受到了人们的广泛关注。而现有传统挥发性有机物催化燃烧处理装置存在废气处理效果不好、设备结构较大、热能浪费较为严重等问题。因此，有必要设计一种反应效率高、余热回收效率高、能量密度高且满足不断提高的vocs排放标准需求的印染热定型废气挥发性有机物选择催化燃烧装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种热定型废气挥发性有机物(vocs)磁辅助燃烧及热回收装置。本实用新型通过改变热定型废气流动状态及催化剂分布状态、提高vocs的停留时间来提高反应器的传热传质性能，降低反应器压降与催化剂用量，从而解决目前催化反应不充分等难题，从而提高催化燃烧反应器效率。一方面，vocs废气在反应器内呈旋流状态旋转流动，旋流降低了vocs在轴向上的流速，即增加了vocs在反应器内的停留时间，从而提高了vocs的转化率。同时，旋流冲击减薄了反应流体与催化剂的边界层，促进了反应物与催化剂的接触，可有效提高传热传质效率。另一方面，填充床反应器催化剂颗粒堆叠在一起，床层压降大，且催化剂活性位与反应物接触概率较低。本实用新型采用流化床结构将催化剂悬浮在反应物气流场中，有效降低压降，并提高催化剂与反应物的接触面积，增加传热传质效率。此外，为增加印染热定型废气的余热回收效率，本实用新型将微通道、翅条与相变材料三种方式相结合，增加了换热管的换热效率。

本实用新型换热管使用寿命长、废气催化反应效率高、换热率高，可实现热定型废气的有效净化和余热的有效回收，降低企业的工作成本，特别适用于印染企业的热定型废气净化处理及余热回收场合。本实用新型的技术方案是：

一种热定型废气挥发性有机物磁辅助燃烧及热回收装置，包括由不锈钢制作而成的换热管、磁辅助催化燃烧组件、过滤网、换热组件和由不锈钢制作而成的换热管外壳；其中换热管外壳和过滤网通过螺栓固定在换热管上；所述的磁辅助催化燃烧组件安装在换热管上，所述的换热组件也安装在换热管上；所述的换热管顶端开设有热定型废气出口，所述的换热管底端开设有热定型废气入口。

所述的换热管内部分为下层磁辅助催化燃烧通道和上层换热通道，且所述的下层磁辅助催化燃烧通道与热定型废气入口连通，所述的上层换热通道与热定型废气出口连通；所述热定型废气入口处安装过滤网；所述磁辅助催化燃烧组件包括直径1mm球形的磁性催化剂pt/al2o3颗粒和磁场强度为0.01-10000mt，频率为0.1-10000hz，旋转磁场采用三相旋转磁场的旋转磁场发生器；所述的磁性催化剂pt/al2o3颗粒悬浮在下层磁辅助催化燃烧通道内；所述的旋转磁场发生器与换热管外壁面焊接相连；所述的旋转磁场发生器与电源相连；

所述的换热组件包括所由铜制作而成的翅片、第一微通道、第二微通道和相变材料；所述的换热管内壁均布焊接安装有8块翅片；所述的换热管外壁和换热管外壳内壁分别对应开设有双螺旋槽，所述的双螺旋槽分别作为第一微通道和第二微通道。

所述的第一微通道和第二微通道与翅片相重合部分的换热管壁面与翅片中间开设有方形孔；所述的方形孔内放置有相变材料。

所述的第一微通道首端和末端分别安装有第一微通道新风入口、第二微通道新风出口；所述的第二微通道首端和末端分别安装有第二微通道新风入口、第一微通道新风出口；且所述的第一微通道的首端和末端位于换热管的不同侧，所述的第二微通道的首端和末端位于换热管的不同侧；所述的第一微通道的首端与第二微通道的首端位于换热管的不同侧。

本实用新型的有益效果：

1)本实用新型反应器径向方向设置一个变化的磁场，控制磁性催化剂在磁场中可控运动。若以催化剂为参考系，快速流入反应器的废气在反应器中的运动就为旋流，有利于增加催化剂与反应物的接触时间，实现充分燃烧。另一方面，催化剂与反应物在圆周方向的相对运动增加了催化剂与反应物的接触概率，进一步提高了催化效率，降低催化剂用量。

2)本实用新型相对于传统旋流反应器，本实用新型提出的采用磁场控制磁性催化剂旋转实现反应物旋流状态的方法使得反应器结构更加简单，流动状态更加可控。

3)本实用新型将印染热定型废气的催化处理和余热回收集成为一体，可以同时实现对热定型废气vocs的催化处理和废气与新风之间的换热。

4)本实用新型结合了翅片、相变材料和微通道三种方法，增加了新风与印染热定型废气之间的换热率。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图；

图2是图1的仰视图；

图3是本实用新型换热管结构放大示意图；

图4是本实用新型中第一微通道新风入口、第一微通道新风出口、第二微通道新风出口、第二微通道新风入口的分布示意图。

具体实施方式

本实施例的一种热定型废气挥发性有机物磁辅助燃烧及热回收装置，如图1、2、3、4所示，包括由不锈钢制作而成的换热管1、磁辅助催化燃烧组件、过滤网3、换热组件和由不锈钢制作而成的换热管外壳5；其中换热管外壳5和过滤网3通过螺栓固定在换热管1上，方便拆卸；所述的磁辅助催化燃烧组件安装在换热管1上，所述的换热组件也安装在换热管1上；所述的换热管1顶端开设有热定型废气出口7，所述的换热管1底端开设有热定型废气入口14。

所述的换热管1内部分为下层磁辅助催化燃烧通道11和上层换热通道8，且所述的下层磁辅助催化燃烧通道11与热定型废气入口14连通，所述的上层换热通道8与热定型废气出口7连通；所述热定型废气入口14处安装过滤网3；所述磁辅助催化燃烧组件包括直径1mm球形的磁性催化剂pt/al2o3颗粒12和磁场强度为0.01-10000mt，频率为0.1-10000hz，旋转磁场采用三相旋转磁场的旋转磁场发生器2；所述的磁性催化剂pt/al2o3颗粒12悬浮在下层磁辅助催化燃烧通道11内；所述的旋转磁场发生器2与换热管1外壁面焊接相连；所述的旋转磁场发生器与电源相连。

印染热定型废气从热定型废气入口14经过过滤网3进入换热管1内下层磁辅助催化燃烧通道11中，与磁性催化剂pt/al2o3颗粒12发生催化燃烧反应后进入换热管1上层换热通道8，经过换热后经热定型废气出口7排出。在换热管下层磁辅助催化燃烧通道11中，旋转磁场发生器2使得磁性催化剂pt/al2o3颗粒12作可控运动，以磁性催化剂pt/al2o3颗粒12为参考系，快速流入下层磁辅助催化燃烧通道11的印染热定型废气在下层磁辅助催化燃烧通道11中的运动就为旋流，有利于增加催化剂与反应物的接触时间，实现充分燃烧。另一方面，催化剂与反应物在圆周方向的相对运动增加了催化剂与反应物的接触概率，进一步提高了催化效率，降低催化剂用量。

所述的换热组件包括所由铜制作而成的翅片9、第一微通道4、第二微通道10和相变材料6；所述的换热管1内壁均布焊接安装有8块翅片9；所述的换热管1外壁和换热管外壳5内壁分别对应开设有双螺旋槽，所述的双螺旋槽分别作为第一微通道4和第二微通道10。

所述的第一微通道4和第二微通道10与翅片9相重合部分的换热管1壁面与翅片9中间开设有方形孔19；所述的方形孔19内放置有相变材料6。

第一微通道4、第二微通道10和翅片9皆通过增加换热面积从而增加新风的换热率；相变材料6可以吸收或释放大量的潜热，相变材料6通过将废气的热能储存传递给新风。

所述的第一微通道4首端和末端分别安装有第一微通道新风入口15、第二微通道新风出口18；所述的第二微通道10首端和末端分别安装有第二微通道新风入口17、第一微通道新风出口16；且所述的第一微通道4的首端和末端位于换热管1的不同侧，所述的第二微通道10的首端和末端位于换热管1的不同侧；所述的第一微通道4的首端与第二微通道10的首端位于换热管1的不同侧。新风从第一微通道新风入口15和第二微通道新风入口17进入换热管微通道中，流过微通道通过微通道、翅片9和相变材料6三种方式实现与热定型废气的换热，换热结束后分别通过第一微通道新风出口16和第二微通道新风出口18流出换热管。

本实用新型具体工作过程：印染热定型废气从热定型废气入口14经过过滤网3进入换热管1的下层磁辅助催化燃烧通道11，此时印染热定型废气中的vocs与在旋转磁场发生器2作用下可控运动的磁性催化剂pt/al2o3颗粒12发生反应。反应后的印染热性废气进入换热管1的上层换热通道8，同时新风通过第一微通道新风入口15、第二微通道新风入口17分别进入换热管的第一微通道4和第二微通道10中。第一微通道4、第二微通道10和翅片9可以增加新风、热定型废气与换热管1壁的接触面积，同时相变材料6可以将废气的热能储存并传递给新风，三种方式共同作用，有效地增加了新风与热定型废气之间的换热率。换热结束后，热定型废气通过热定型废气出口7流出换热管，同时新风分别从第一微通道新风出口16和第二微通道新风出口18流出，则完成印染热定型废气vocs磁辅助催化燃烧及余热回收。

本实施例装置径向方向设置一个变化的磁场，控制磁性催化剂在磁场中可控运动。若以催化剂为参考系，快速流入反应器的废气在反应器中的运动就为旋流，有利于增加催化剂与反应物的接触时间，实现充分燃烧。另一方面，催化剂与反应物在圆周方向的相对运动增加了催化剂与反应物的接触概率，进一步提高了催化效率，降低催化剂用量。

本实施例相对于传统旋流反应器，本实用新型提出的采用磁场控制磁性催化剂旋转实现反应物旋流状态的方法使得反应器结构更加简单，流动状态更加可控。

本实施例将印染热定型废气的催化处理和余热回收集成为一体，可以同时实现对热定型废气的催化处理和废气与新风之间的换热。

本实施例结合了翅片、相变材料和微通道三种方法，增加了新风与印染热定型废气之间的换热率。