專利名稱：用于再生熱交換系統的斜床的制作方法
技術領域：
本發明涉及再生熱氧化劑(RTOs)系統中熱交換介質的布置，以及由此產生的性能得以改善的熱氧化劑系統。
背景技術：
再生熱氧化劑系統一般是用于消除源自工廠和發電站的高速、低濃度排放物中的揮發性有機化合物(VOCs)。再生熱氧化劑(RTOs)系統一般需要很高的氧化溫度才能高效清除揮發性有機化合物(VOCs)，并具有高效的熱回收能力。為了更有效地實現這些性能，待處理的“臟”處理氣在被氧化之前需要先在一個熱交換床內進行預熱。熱交換床通常采用具有較好熱穩定性和機械穩定性，較高熱密度的熱交換材料填充。在運行中，處理氣被引入一個預先加熱過的熱交換床，在該床中，處理氣被加熱至達到或接近VOC的氧化溫度。這些經過預熱的處理氣隨后被送入燃燒段，需要的話，處理氣通常在此被完全氧化。然后，經過處理的“干凈”氣流流出燃燒段，返回熱交換床，或為了更有效地進行處理，“干凈”氣流流入第二熱交換床。在一個氧化劑循環之后，當熱的氧化氣體被引入該第二熱交換床，其熱量傳遞給床中的熱交換介質，冷卻氧化氣體并預熱熱交換介質，從而使另一批處理氣在流過該熱交換床時被預熱。通常，一個RTO系統有兩個熱交換床，它們交替地被導入待處理氣流和處理過的氣流。這一過程持續進行，以保證處理氣被有效地氧化處理。
RTO系統性能的最優化可以通過提高VOC的分解效率、降低運行資本成本來實現。有關文獻中提及的提高VOC的分解效率的技術，是采用諸如改進氧化系統和凈化系統的方法。通過提高熱回收效率和減小處理氣通過氧化劑時的壓降來降低運行費用。運行費用的降低可以通過RTO的合理設計和選擇適宜的熱交換床填充材料來實現。在以前的相關專利文獻中已經專門涉及RTO的設計參數，但是關于熱交換床填充材料的布置方法的問題卻少有涉及。
一種用于再生氧化劑系統的水平布置的熱交換床，如附圖1所示。氧化劑系統包括兩個相對的熱交換床，分別與位于中心部位的燃燒段連通。每一個熱交換床由矩陣排列的整體單塊構件堆疊而成，其中形成有許多供處理氣流過的相互平行的氣流通道。這些堆疊的單塊構件相互對齊，形成排列整齊的氣流通道，在熱交換床的入口和出口之間形成許多通道。但是，這樣的布置可能會對位于熱交換床熱端(例如遠離入口并靠近燃燒段的一端)的陣列中的單塊介質構件產生較高的拉力。
對于高溫高速的化合物，這種拉力足以使單塊構件脫出陣列，尤其是當單塊構件是由水平方向向下傾斜時。這種拉力會導致單塊構件的破裂和過早損壞，RTO系統不定期地停用和更換單塊構件，或最低限度的，RTO系統需要停用以合理布置現有的陣列，這些都會成本升高。這種問題在陣列垂直布置的熱交換床中不會發生(例如氣體垂直流過陣列)，這是因為陣列的重力與上述拉力可以相抵銷。
存在于水平床的這種問題，在一些文獻中，可以通過采用膠泥將組成陣列的單塊構件緊固在一起或利用膨脹材料的膨脹力將單塊構件固定。但是，過一段時間，尤其在熱交換床的高溫環境中，這些方法都會失效。的確，膠泥會破裂，膨脹材料的松弛會導致其膨脹力減小。
本發明的目的在于提供一種熱交換介質的布置方法，它使處理氣從熱交換床的入口至出口水平流動或基本上水平流動，但可以抵銷掉可能產生的對單塊構件的拉力。
發明內容
本發明克服了現有技術中的缺點，在本發明中，至少一個熱交換器與燃燒段相連，所述熱交換器由矩陣排列的單塊熱交換介質構件堆疊而成，其中形成有許多供處理氣流過的相互平行或基本平行的氣流通道，這些陣列沿朝向燃燒段的方向與水平方向形成有一定的角度。本發明還涉及包括含有至少一個這種傾斜陣列的熱交換床的再生熱氧化劑系統。
圖1為現有技術中的水平再生熱氧化劑系統的剖視圖；圖2為本發明中水平再生熱氧化劑系統的剖視圖；圖3為本發明中水平再生熱氧化劑系統一個實施例的端視圖；圖4為本發明中水平再生熱氧化劑系統另一個實施例的剖視圖；圖5為本發明中水平再生熱氧化劑系統再一個實施例的剖視圖；
圖6為圖5所示的實施例的剖視圖。
具體實施例方式
圖2示出了本發明的一個實施例，其中設有兩個與位于中間部位的燃燒段30相連接的熱交換床10，20。除熱交換介質的布置方式不同外，本實施例與圖1所示的系統很相似。每個熱交換床包括一個冷端11和熱端12。根據氧化劑系統在規定的時間內的不同的循環，冷端11或作為含有待氧化的VOC的冷的處理氣的入口，或作為VOC已被氧化的冷的處理氣的出口。與冷端11相對的是熱端12，在所有運行狀況下，熱端距離燃燒段30最近。在每個熱交換床的冷端11和熱端12之間，布置著耐火的矩陣排列的熱交換介質。在優選實施例中，熱交換介質的陣列15是由至少一個整體單塊構件堆疊而成，其中形成有氣流通道。熱交換床布置在燃燒段30的相對的兩側，使得每個熱交換床內熱交換介質中的軸向氣流通道沿著朝向另一個熱交換床的方向延伸。更優選地，陣列15由許多堆疊的整體單塊構件組成，這些單塊的堆疊使得其氣流通道軸向對齊，從而使處理氣從熱交換床的冷端流向其熱端，或方向相反。適宜于陣列15的整體單塊構件為每平方英寸50個小室、形成層流和低的壓降。這樣的單塊構件內部形成有許多小槽或通道，使氣流按預定的路徑穿越其中，一般是沿著軸向通道水平流過熱交換床。效果更好的整體單塊構件是產自Frauenthal Keramik A.G的商用的蜂巢狀的陶制多鋁紅柱石，每個單元(外形尺寸150mm×150mm)有40個小室；單塊構件的外形尺寸約為5.25”×5.25”×12.00”。后一種單塊構件內形成有許多平行的方形小槽(每平方英寸有40-50個小槽)，每個小槽的截面約為3mm×3mm，壁厚約0.7mm。由此，形成的截面空隙率為60-70％，表面積率為850-1000m2/m3.適宜的外形尺寸為5.90”×5.90”×111.81”。
為了抵銷掉每一個熱交換床熱端12處的拉力，熱交換介質的陣列15如圖2所示那樣沿水平方向向上。傾斜的角度巧妙地設置于熱交換器的熱端，此處的拉力尤為顯著。適宜的角度為與水平方向夾角1-10°，最好為1-5°，當熱交換床6英尺長時，最優夾角為1.6°。欲使整個裝置高度最小時，夾角1.6°為最佳值。在這種情形下，重力值將會比預期的拉力值大。這種相反的力將不會在一定的時間內惡化。最適宜的傾斜角度的確定尤為重要，對于給定的每英寸的小槽數量和氣體流量，傾斜角度的確定部分取決于所選構成陣列的材料的密度。材料的密度越低，傾斜角度越大。
在陣列的長度范圍內，傾斜角度最好為一常數。也就是說，陣列的高度最好從熱交換床的冷端至熱端均勻的增高(相對于支撐它的基礎)。
圖4為本發明的另一個實施例，其中陣列15只有部分傾斜。特別地，陣列包括許多垂直堆疊的整體單塊構件，緊靠燃燒段30的單塊構件15A整體傾斜，其余單塊構件保持水平或基本水平。這種方案的好處是，對于給定的傾斜角度，整個裝置的高度增加不多，因為對于傾斜的熱交換床來說，其高度和長度成比例地變化。此外，這種方案不需要冷端的支撐格柵35。雖然傾斜的單塊構件中的氣流通道與不傾斜(或傾斜角度不同)的單塊構件的氣流通道沒有完全對齊，但基本上對齊的布置已足以保證有效的氣體流通，從而使系統高效運行。事實上，如果氣體在熱端遇上很明顯的不均勻表面，單塊構件間細小的溝槽將會使氣流重新分布得更均勻。那些諸如部分的而不是全部的陣列15的單塊構件都與水平方向成一定傾斜角度的類似方案，都在本發明的保護范圍之內。例如，將圖4中的緊靠燃燒段30的陣列15中的2列、3列或4列設置成傾斜狀時，比僅一列傾斜效果要好。
圖5和圖6為本發明中熱交換陣列的又一實施例。在本實施例中，陣列為多層布置，包括堆疊的平板陶制材料41(或其它耐火材料)，其上有許多相互平行的凸肋42。平板41相互堆疊，其上的凸肋42相互交叉，在其間形成相互平行的槽道43。凸肋42從每層平板41的表面突出，每個凸肋的外邊與相對的平板41的對應表面相接觸。所形成的槽道43比對應的凸肋要寬，二者高度相同。這種熱交換介質為出自Lantec制造公司的商品，并且已在美國專利文獻5851636中被公開。將該文獻公開的內容結合在此用于參考。如圖5所示，更優選的方案是將位于熱交換床冷端11的至少一個整體單塊構件與熱端12的至少一個整體單塊構件之間的平板封閉包裹。整體單塊構件有助于平板41的穩定和緊固。當氣流沿軸向通過整體單塊構件流向平板中的槽道時，在整體單塊構件45和平板41之間的溝槽使得氣流分布均勻。耐火磚46用于支撐平板41。
形成適宜傾斜角的方法很多例如，可以將熱交換床中底板設置成有傾角的；或在至少一處支撐起陣列形成傾斜角。傾斜角的存在，使得陣列的重力可以抵銷掉拉力，從而防止氧化劑系統運行時陣列的移動。
當陣列的冷端需要箝固時，可采用高開孔率(50-90％)的金屬絲網或鋼制格柵，由于在熱端會產生高溫，而冷端不會有高溫，因此這些箝固材料不會出現退化問題。這種方案見附圖3，圖中的鋼制格柵35用于支撐陣列15。
傾斜床的布置使得整體單塊構件對介質塊被重力固定的垂直床系統有很大好處，例如可以很方便地安裝和維修。另外，這種設計基本上保持了水平床系統原有的高度，并降低了這種系統安裝的復雜程度。這種設計最大可能地減小了其箝固材料的退化而造成的隱患，使陣列組的壽命得以延長。
權利要求
1.一種再生氧化劑系統，包括至少一個與燃燒段相連通的熱交換床，所述熱交換床具有一個第一端和一個與第一端相隔一定距離的第二端，所述第二端與燃燒段的距離比第一端與燃燒段的距離小；和在所述熱交換床內具有一個熱交換介質的單塊構件陣列，所述陣列在所述熱交換床內布置時，靠近所述第二端的至少一部分陣列與水平方向形成傾斜角。
2.如權利要求1所述的再生氧化劑系統，其中所述靠近第二端的陣列的傾斜角大于靠近第一端的陣列的傾斜角。
3.如權利要求1所述的再生氧化劑系統，其中靠近所述第一端的陣列的傾斜角為0°，靠近所述第二端的陣列的傾斜角為1-10°。
4.如權利要求1所述的再生氧化劑系統，其中靠近所述第二端的陣列的傾斜角為1.6°。
5.如權利要求1所述的再生氧化劑系統，其中所述陣列從所述第一端至第二端的傾斜角為一常數。
6.如權利要求1或2或3所述的再生氧化劑系統，其中所述陣列包括許多整體單塊構件，每個單塊構件內設有許多與所述熱交換床的軸相互平行的氣流通道。
7.如權利要求6所述的再生氧化劑系統，其中所述大量整體單塊構件相互堆疊，緊靠所述第二端的堆疊單塊構件與水平方向成傾斜角。
8.如權利要求1或2或3所述的再生氧化劑系統，其中所述陣列包括第一和第二平板，每個平板上突起有許多凸肋，所述平板相對設置，從而在所述凸肋之間形成有許多槽道。
9.一種用于氧化氣體中污染物的再生熱氧化劑系統，包括一個燃燒段；一個與所述燃燒段相連通的第一熱交換床，該熱交換床具有一個第一端和一個第二端，所述第二端與燃燒段的距離比第一端與燃燒段的距離小；一個與所述燃燒段相連通的第二熱交換床，該熱交換床具有一個第一端和一個第二端，所述第二端與燃燒段的距離比第一端與燃燒段的距離小；熱交換介質被支撐在所述第一和第二熱交換床內，以保證靠近所述第一和第二熱交換床的第二端的至少一部分熱交換介質與水平方向的傾斜角為1-10°。
10.如權利要求9所述的再生氧化劑系統，其中靠近所述第一和第二熱交換床的第一端的熱交換介質與水平方向基本平行。
11.如權利要求9所述的再生氧化劑系統，其中所述傾斜角為1.6°。
12.如權利要求9所述的再生氧化劑系統，其中所述熱交換介質包括許多整體單塊構件，每個單塊構件內設有許多與所述熱交換床的軸相互平行的氣流通道。
13.如權利要求11所述的再生氧化劑系統，其中所述大量整體單塊構件相互堆疊，緊靠所述第二端的堆疊單塊構件與水平方向成傾斜角。
14.如權利要求9所述的再生氧化劑系統，其中所述熱交換介質包括許多平板，每個平板上突起有許多凸肋，所述平板相對設置，從而在所述凸肋之間形成有許多槽道。
15.如權利要求13所述的再生氧化劑系統，其中所述陣列還包括許多整體單塊構件，每個單塊構件內設有許多與所述熱交換床的軸相互平行的氣流通道。
16.如權利要求14所述的再生氧化劑系統，其中所述平板設置在位于所述第一端的整體單塊構件的第一疊層和位于所述第二端的整體單塊構件的第二疊層之間。
17.如權利要求14所述的再生氧化劑系統，其中所述多個槽道與所述多個通道保持對準。
全文摘要
本發明涉及與燃燒段(30)相連的至少一個熱交換床，每個熱交換床(10，20)包括一個熱交換介質單塊構件的陣列(15)，陣列(15)中形成有許多相互平行或基本平行的氣流通道，該陣列沿朝向燃燒段(30)的方向與水平方向形成有一定的角度。本發明還涉及包括至少含有一個這種傾斜的單塊構件陣列的熱交換床的再生熱氧化劑系統。
文檔編號F23D14/66GK1444712SQ01809282
公開日2003年9月24日 申請日期2001年4月16日 優先權日2000年5月12日
發明者M·P·布里亞 申請人:美格特克系統公司