一种碳化炉废气回收再利用机构及方法与流程

文档序号:33559254发布日期:2023-03-22 13:28阅读:71来源:国知局
一种碳化炉废气回收再利用机构及方法与流程

1.本发明涉及废气余热回收技术领域,具体涉及一种碳化炉废气回收再利用机构及方法。


背景技术:

2.碳纤维生产分为原丝、碳丝两个生产过程,其中碳丝生产过程是将原丝经过预氧化、碳化、表面处理等工序后形成碳元素含量大于92%的碳纤维,在原丝预氧化、碳化过程中伴有废气产生,同时伴随有少量焦油产生,这些废气及焦油必须经过处理达到排放标准后才能外排,特别是废气直接排放时,对人体和环境伤害大,必须经过废气处理系统处理后才能进行排放;
3.废气处理系统中,通常会设置回收再利用机构,回收再利用机构主要用于回收废气中的余热,将废气携带的热量换出后,再通过加热水或其它介质后进行利用。
4.公开号cn107270308a的发明专利公开了一种碳化炉可燃废气燃烧热量回收装置,包括余热回收腔以及穿过余热回收腔的余热回收管,所述余热回收腔上设置有燃烧口以及燃烧产物排气口,所述余热回收管内流通导热介质。主要通过在回收腔的内部设置换热管进行换热,然而,该装置存在以下不足:
5.该回收装置的换热行程唯一,即对废气的换热时长固定,然而,当碳化炉排出废气量少、余热低时,回收装置换热时长固定会导致废气的处理时间增加,从而降低废气处理系统的工作效率,当碳化炉排出废气量多、余热高时,回收装置换热时长固定会导致装置对废气的换热效果差,甚至达不到换热的效果。
6.因此,亟需一种能够自动调节的碳化炉废气回收再利用机构解决上述问题。


技术实现要素:

7.本发明的目的是提供一种碳化炉废气回收再利用机构及方法,以解决背景技术中不足。
8.为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种碳化炉废气回收再利用方法,所述方法包括以下步骤:
9.s1:采集碳化炉的各项参数,并对参数进行归一化处理建立余热系数;
10.s2:控制端将余热系数与初始阈值进行对比,并根据对比结果提前作出调节;
11.s3:若余热系数小于初始阈值时,说明废气量以及废气携带热量低,此时第一三通阀连通第一螺旋管与烟道,废气进入第一螺旋管与第一腔体内部的冷水换热后进入烟道排出;
12.s4:当余热系数大于初始阈值时,说明废气量以及废气携带热量高,此时此时第一三通阀连通第一螺旋管与第二螺旋管,废气进入进入第一螺旋管与第一腔体内部的冷水换热后,进入到第二螺旋管与第二腔体内部的冷水再次换热;
13.s5:热回收处理后的废气由气泵通过烟道抽送至下一处理工位。
14.在一个优选的实施方式中,步骤s3还包括:通过第一螺旋管换热时,第三三通阀连通第一腔体与水管,水泵为第一腔体内部注入冷却水换热。
15.在一个优选的实施方式中,步骤s4还包括:通过第一螺旋管与第二螺旋管换热时,第三三通阀连通第一腔体与第二腔体,第四三通阀连通第二腔体与水管,水泵为第一腔体和第二腔体内部注入冷却水换热。
16.在一个优选的实施方式中,步骤s1中,余热系数建立包括以下步骤:
17.s1.1:采集碳化炉的原丝碳化量、室内温度、燃烧室通风量以及热损失率;
18.s1.2:将原丝碳化量、室内温度、燃烧室通风量以及热损失率分别标定为thl、slwd、tfl以及rssl;
19.s1.3:将原丝碳化量、室内温度以及燃烧室通风量归一化计算建立余热系数yrxl,计算表达式为:
[0020][0021]
式中,e1、e2、e3、e4分别为原丝碳化量、室内温度、燃烧室通风量以及热损失率的比例系数,e1、e2、e3、e4均大于0,且e3》e1》e4》e2。
[0022]
本发明还提供一种碳化炉废气回收再利用机构,包括交换箱,所述交换箱的内部设置有换热组件,所述交换箱的内部开设有第一腔体以及第二腔体,所述换热组件包括第一螺旋管以及第二螺旋管,且第一螺旋管以及第二螺旋管分别设置在第一腔体以及第二腔体中,所述第一螺旋管通过第一三通阀分别与第二螺旋管以及烟道导通连接,且根据余热系数,第一三通阀选择连通第一螺旋管与第二螺旋管或第一螺旋管与烟道。
[0023]
在一个优选的实施方式中,所述交换箱的内部还至少设置有一个第三腔体,所述第三腔体的内部设置有第三螺旋管,且第三螺旋管与第二螺旋管以及烟道均通过第二三通阀连通,当初始阈值《余热系数《阈值一时,第二三通阀连通第三螺旋管与烟道,当余热系数》阈值一时,第二三通阀连通第三螺旋管与第二螺旋管,进入第二螺旋管回收热量的废气进入第三螺旋管再次回收热量,最后通过烟道进入下一处理工位。
[0024]
在一个优选的实施方式中,所述交换箱的顶部固定设置有水泵,且第一腔体与水泵通过导管导通连接,水泵用于将冷却水抽送至第一腔体中。
[0025]
在一个优选的实施方式中,所述交换箱的内部还设置有调节组件,调节组件包括第三三通阀以及第四三通阀,且第三三通阀设置在第一腔体与第二腔体连接处的底部,第四三通阀设置在第二腔体与第三腔体连接处的底部。
[0026]
在一个优选的实施方式中,所述交换箱远离烟道的一侧还固定设置有水管,且水管与第三腔体导通连接,所述第一腔体通过第三三通阀分别与第二腔体以及水管导通连接,所述第二腔体通过第四三通阀分别与第三腔体以及水管导通连接。
[0027]
在一个优选的实施方式中,所述交换箱通过第一螺旋管换热,第三三通阀连通第一腔体与水管,水泵为第一腔体内部注入冷却水换热;
[0028]
所述交换箱通过第一螺旋管与第二螺旋管换热时,第三三通阀连通第一腔体与第二腔体,第四三通阀连通第二腔体与水管,水泵为第一腔体和第二腔体内部注入冷却水换热;
[0029]
所述交换箱通过第一螺旋管、第二螺旋管以及第三螺旋管换热时,第三三通阀连通第一腔体与第二腔体,第四三通阀连通第二腔体与第三腔体,水泵为第一腔体、第二腔体和第三腔体内部注入冷却水换热。
[0030]
在上述技术方案中,本发明提供的技术效果和优点:
[0031]
1、本发明在余热系数小于初始阈值时,说明废气量以及废气携带热量低,此时第一三通阀连通第一螺旋管与烟道,废气进入第一螺旋管与第一腔体内部的冷水快速换热后直接进入烟道排出,从而提高废气处理效率,当余热系数大于初始阈值时,说明废气量以及废气携带热量高,此时此时第一三通阀连通第一螺旋管与第二螺旋管,废气进入进入第一螺旋管与第一腔体内部的冷水换热后,进入到第二螺旋管与第二腔体内部的冷水再次换热,从而保障机构对废气余热的回收效果,根据检测的余热系数选择废气回收方式,从而在废气量以及废气携带热量低时进行快速换热,在废气量以及废气携带热量高时提高换热效果;
[0032]
2、本发明在初始阈值《余热系数《阈值一时,第二三通阀连通第三螺旋管与烟道,当余热系数》阈值一时,第二三通阀连通第三螺旋管与第二螺旋管,进入第二螺旋管回收热量的废气进入第三螺旋管再次回收热量,最后通过烟道进入下一处理工位,通过根据实际需求设置多个腔体与螺旋管,可大大提高回收机构在废气处理系统中的适配性。
[0033]
3、本发明通过设置调节组件,使得交换箱能够根据换热方式改变冷却水的注入量,从而保证冷却水的加热速度,并且不会造成水资源的浪费。
[0034]
4、本发明通过采集碳化炉的原丝碳化量、室内温度、燃烧室通风量以及热损失率建立余热系数,从而可以提前预测废气量以及废气携带热量,从而达到提前调节的目的,保障回收机构的稳定运行。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]
图1为本发明的前视结构示意图。
[0037]
图2为本发明图1的a-a剖视图。
[0038]
图3为本发明图1的b-b剖视图。
[0039]
图4为本发明图1的c-c剖视图。
[0040]
图5为本发明的后视结构示意图。
[0041]
图6为本发明的方法流程图。
[0042]
附图标记说明:
[0043]
1、交换箱;11、第一腔体;12、第二腔体;13、第三腔体;2、换热组件;21、第一螺旋管;22、第二螺旋管;23、第三螺旋管;24、第一三通阀;25、第二三通阀;3、烟道;31、气泵;4、水泵;5、调节组件;51、第三三通阀;52、第四三通阀;6、水管;61、增压泵。
具体实施方式
[0044]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例
中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0045]
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
[0046]
实施例1
[0047]
请参阅图1和图3所示,本实施例所述一种碳化炉废气回收再利用机构,包括交换箱1,所述交换箱1的内部设置有换热组件2,与现有技术不同的是,所述交换箱1的内部开设有第一腔体11以及第二腔体12,所述换热组件2包括第一螺旋管21以及第二螺旋管22,且第一螺旋管21以及第二螺旋管22分别设置在第一腔体11以及第二腔体12中,所述第一螺旋管21通过第一三通阀24分别与第二螺旋管22以及烟道3导通连接,且根据余热系数,第一三通阀24选择连通第一螺旋管21与第二螺旋管22或第一螺旋管21与烟道3。
[0048]
对废气进行余热回收时,交换箱1内部的第一腔体11以及第二腔体12装入冷水,废气进入交换箱1之前,外部控制器采集到废气的余热系数,控制第一三通阀24连通第一螺旋管21与第二螺旋管22或第一螺旋管21与烟道3;
[0049]
比如,当余热系数小于初始阈值时,说明废气量以及废气携带热量低,此时第一三通阀24连通第一螺旋管21与烟道3,废气进入第一螺旋管21与第一腔体11内部的冷水快速换热后直接进入烟道3排出,从而提高废气处理效率,当余热系数大于初始阈值时,说明废气量以及废气携带热量高,此时此时第一三通阀24连通第一螺旋管21与第二螺旋管22,废气进入进入第一螺旋管21与第一腔体11内部的冷水换热后,进入到第二螺旋管22与第二腔体12内部的冷水再次换热,从而保障机构对废气余热的回收效果。
[0050]
该回收机构根据检测的余热系数选择废气回收方式,从而在废气量以及废气携带热量低时进行快速换热,在废气量以及废气携带热量高时提高换热效果。
[0051]
本实施中,所述交换箱1整体为铝材料制成,且交换箱1的内壁中设置有一层石棉夹层,从而提高交换箱1的保温性能,防止热量流失。
[0052]
请参阅图4所示,具体的,为了进一步提高回收机构的适配性,即需要回收处理的废气量过大,因此,我们在交换箱1的内部还设置有第三腔体13,第三腔体13可设置为多个,具体根据实际需求进行设置;
[0053]
并在第三腔体13的内部设置有第三螺旋管23,且第三螺旋管23与第二螺旋管22以及烟道3均通过第二三通阀25连通,这样在初始设置阈值时,可根据第三腔体13的数量单独设置阈值,如阈值一、阈值二...阈值n,当初始阈值《余热系数《阈值一时,第二三通阀25连通第三螺旋管23与烟道3,当余热系数》阈值一时,第二三通阀25连通第三螺旋管23与第二螺旋管22,进入第二螺旋管22回收热量的废气进入第三螺旋管23再次回收热量,最后通过烟道3进入下一处理工位,通过根据实际需求设置多个腔体与螺旋管,可大大提高回收机构在废气处理系统中的适配性。
[0054]
为了避免废气在烟道3中出现回流现象,我们在烟道3接近出气端处还固定设置有气泵31,在回收机构回收废气余热时,气泵31加速废气的流动速度,保证效率的同时避免废气回流。
[0055]
实施例2
[0056]
请参阅图2和图5所示,为了是的回收机构能够更加适配上述实施例1中的调节方式,我们设计以下方案:
[0057]
所述交换箱1的顶部固定设置有水泵4,且第一腔体11与水泵4通过导管导通连接,水泵4用于将冷却水抽送至第一腔体11中;
[0058]
并在交换箱1的内部还设置有调节组件5,调节组件5包括第三三通阀51以及第四三通阀52,且第三三通阀51设置在第一腔体11与第二腔体12连接处的底部,第四三通阀52设置在第二腔体12与第三腔体13连接处的底部;
[0059]
所述交换箱1远离烟道3的一侧还固定设置有水管6,且水管6与第三腔体13导通连接;
[0060]
所述第一腔体11通过第三三通阀51分别与第二腔体12以及水管6导通连接;
[0061]
所述第二腔体12通过第四三通阀52分别与第三腔体13以及水管6导通连接;
[0062]
交换箱1仅通过第一螺旋管21换热时,第三三通阀51连通第一腔体11与水管6,水泵4为第一腔体11内部注入冷却水换热;
[0063]
交换箱1通过第一螺旋管21与第二螺旋管22换热时,第三三通阀51连通第一腔体11与第二腔体12,第四三通阀52连通第二腔体12与水管6,水泵4为第一腔体11和第二腔体12内部注入冷却水换热;
[0064]
交换箱1通过第一螺旋管21、第二螺旋管22以及第三螺旋管23换热时,第三三通阀51连通第一腔体11与第二腔体12,第四三通阀52连通第二腔体12与第三腔体13,水泵4为第一腔体11、第二腔体12和第三腔体13内部注入冷却水换热;
[0065]
通过设置调节组件5,使得交换箱1能够根据换热方式改变冷却水的注入量,从而保证冷却水的加热速度,并且不会造成水资源的浪费。
[0066]
为避免冷却水回流,我们在接近水管6出水端处设置有增压泵61,增压泵61提高冷却水的流速,且避免冷却水回流。
[0067]
实施例3
[0068]
请参阅图6所示,本实施例所述一种碳化炉废气回收再利用方法,所述方法包括以下步骤:
[0069]
a、采集碳化炉的各项参数,并对参数进行归一化处理建立余热系数;
[0070]
b、控制端将余热系数与初始阈值进行对比,并根据对比结果提前作出调节;
[0071]
c、若余热系数小于初始阈值时,说明废气量以及废气携带热量低,此时第一三通阀24连通第一螺旋管21与烟道3,废气进入第一螺旋管21与第一腔体11内部的冷水快速换热后直接进入烟道3排出,从而提高废气处理效率;
[0072]
d、当余热系数大于初始阈值时,说明废气量以及废气携带热量高,此时此时第一三通阀24连通第一螺旋管21与第二螺旋管22,废气进入进入第一螺旋管21与第一腔体11内部的冷水换热后,进入到第二螺旋管22与第二腔体12内部的冷水再次换热,从而保障机构对废气余热的回收效果;
[0073]
e、热回收处理后的废气由气泵31通过烟道3抽送至下一处理工位。
[0074]
步骤c中,具体还包括:交换箱1通过第一螺旋管21换热时,第三三通阀51连通第一腔体11与水管6,水泵4为第一腔体11内部注入冷却水换热;
[0075]
步骤d中,具体还包括:交换箱1通过第一螺旋管21与第二螺旋管22换热时,第三三通阀51连通第一腔体11与第二腔体12,第四三通阀52连通第二腔体12与水管6,水泵4为第一腔体11和第二腔体12内部注入冷却水换热。
[0076]
步骤a中,采集碳化炉的各项参数,并对参数进行归一化处理建立余热系数,具体包括以下步骤:
[0077]
a、采集碳化炉的原丝碳化量、室内温度、燃烧室通风量以及热损失率;
[0078]
b、将原丝碳化量、室内温度、燃烧室通风量以及热损失率分别标定为thl、slwd、tfl以及rssl;
[0079]
c、将原丝碳化量、室内温度以及燃烧室通风量归一化计算建立余热系数yrxl,计算表达式为:
[0080][0081]
式中,e1、e2、e3、e4分别为原丝碳化量、室内温度、燃烧室通风量以及热损失率的比例系数,e1、e2、e3、e4均大于0,且e3》e1》e4》e2,其中,热损失率rssl增大时,余热系数yrxl会减小。
[0082]
本实施例中,由于原丝碳化量由人工输入到控制端中,且随着原丝碳化时间增加,原丝碳化量呈线性减小;
[0083]
所述室内温度通过设置在碳化炉外侧的温度传感器监测,所述燃烧室通风量通过设置在碳化炉燃烧室进风口处的风速传感器监测。
[0084]
热损失率与碳化炉的导热系数、炉壁厚度、运行时长以及碳化炉内外温差有关,因此,热损失率通过公式:热损失率=(导热系数*炉壁厚度*碳化炉内外温差/运行时长)计算。
[0085]
该方法通过采集碳化炉的原丝碳化量、室内温度、燃烧室通风量以及热损失率建立余热系数,从而可以提前预测废气量以及废气携带热量,从而达到提前调节的目的,保障回收机构的稳定运行。
[0086]
上述实施例,可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时,上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行所述计算机指令或计算机程序时,全部或部分地产生按照本技术实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中,或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输,例如,所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如,软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如,dvd)、或者半导体介质。半导体介质可以是固态硬盘。
[0087]
应理解,本文中术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,a和/或b,可以表示:单独存在a,同时存在a和b,单独存在b这三种情况,
其中a,b可以是单数或者复数。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系,但也可能表示的是一种“和/或”的关系,具体可参考前后文进行理解。
[0088]
本技术中,“至少一个”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指的这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,a,b,或c中的至少一项(个),可以表示:a,b,c,a-b,a-c,b-c,或a-b-c,其中a,b,c可以是单个,也可以是多个。
[0089]
应理解,在本技术的各种实施例中,上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
[0090]
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0091]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
[0092]
在本技术所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统、装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
[0093]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0094]
另外,在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0095]
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory,rom)、随机存取存储器(random access memory,ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0096]
以上所述,仅为本技术的具体实施方式,但本技术的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此,本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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