废气处理系统

1.本发明涉及废气处理技术领域，尤其涉及一种废气处理系统。


背景技术：

2.制药行业在干燥生产过程中会产生大量具有湿度大、挥发性有机物含量高的废气。常用的处理方式是先通过水喷淋降温吸收，再通过等离子体技术或者生物法降解处理后直接对空排放，这种处理方式对含特殊异味的废气处理效果不理想，处理后的气体排放仍然存在较大异味，且废气中的余热没有得到利用。
3.因此，现有技术中，缺乏一种在低能耗基础上能够有效除湿且实现余热回收的废气处理技术。


技术实现要素：

4.本发明提供一种废气处理系统，用以解决现有技术中废气处理效率低、能耗高的缺陷，实现对挥发性且有机含量高的废气的有效处理，全面降低能耗，且实现余热回收。
5.本发明提供一种废气处理系统，包括：
6.循环子系统，包括循环管路，以及连接所述循环管路内的干燥室和风机；
7.热泵子系统，包括热泵蒸发器、压缩机和热泵冷凝器，所述热泵蒸发器和所述热泵冷凝器设于所述循环管路中，且所述热泵蒸发器设于所述热泵冷凝器的上游侧；
8.热管子系统，包括热管蒸发器、氟泵和热管冷凝器，所述热管蒸发器和所述热管冷凝器设于所述循环管路中，且所述热管蒸发器设于所述热泵蒸发器的上游侧，所述热管冷凝器设于所述热泵蒸发器和所述热泵冷凝器之间。
9.根据本发明提供的一个实施例，所述热泵子系统并列设有多个，多个所述热泵蒸发器沿所述循环管路的顺流方向排列，每个所述热泵蒸发器对应的所述热泵冷凝器沿所述循环管路的逆流方向排列。
10.根据本发明提供的一个实施例，所述循环管路为封闭式循环管路，所述热泵蒸发器、所述热泵冷凝器、所述热管蒸发器以及所述热管冷凝器密封设于所述循环管路中。
11.根据本发明提供的一个实施例，还包括水盘管子系统，所述水盘管子系统包括水盘管和水泵；
12.所述水盘管设于所述热管蒸发器与所述热泵蒸发器之间的所述循环管路中。
13.根据本发明提供的一个实施例，所述水盘管子系统设有多个，多个所述水盘管依次排列设于所述热管蒸发器与所述热泵蒸发器之间。
14.根据本发明提供的一个实施例，还包括控制装置，所述控制装置包括分别与所述循环子系统、所述热泵子系统、所述热管子系统以及所述水盘管子系统连接的感应器和控制器。
15.根据本发明提供的一个实施例，所述热泵蒸发器与所述热泵冷凝器之间的所述循环管路中设有挡水板。
16.根据本发明提供的一个实施例，所述热管蒸发器和所述热泵蒸发器下方的所述循环管路中设有集水槽。
17.根据本发明提供的一个实施例，所述热管蒸发器上游侧的所述循环管路中设有过滤除尘装置。
18.根据本发明提供的一个实施例，所述循环管路外部设有保温层。
19.本发明提供的废气处理系统，通过在处理废气的循环子系统上设置热泵子系统和热管子系统，热泵子系统的热泵蒸发器、热泵冷凝器设于循环管路中，且热泵蒸发器设于热泵冷凝器的上游侧；热管子系统的热管蒸发器和热管冷凝器设于循环管路中，且热管蒸发器设于热泵蒸发器的上游侧，热管冷凝器设于热泵蒸发器和热泵冷凝器之间；热管蒸发器在热泵蒸发器对废气进行降温除湿前首先进行降温，提高了降温除湿效果的同时，降低了热泵蒸发器的冷负荷，热管冷凝器在热泵冷凝器对处理后的空气进行升温之前进行升温，进一步提升空气升温效果，降低了热泵冷凝器的热负荷。该系统充分利用热泵子系统和热管子系统，对废气进行高效冷却除湿且实现热量回收，整体提升了废气除湿效率，降低了系统的能耗，同时也降低了装备成本。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明实施例提供的废气处理系统的结构示意图；
22.图2是本发明实施例提供的废气处理系统的热泵子系统在管路中的位置示意图。
23.附图标记：
24.1：干燥室；2：风机；3：除尘装置；4：过滤网；5：挡水板；6：第一级节流阀；7：第n级节流阀；8：第n级压缩机；9：第一级压缩机；re：热管蒸发器；rc：热管冷凝器；rg：氟泵；w1：第一级水盘管；wn：第n级水盘管；e1：第一级蒸发器；en：第n级蒸发器；c1：第一级冷凝器；cn：第n级冷凝器。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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。
26.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
28.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
29.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
30.请参见图1至图2，本发明实施例提供一种废气处理系统，该系统包括用于处理例如医药生产中产生废气的循环子系统。循环子系统由干燥室1和循环管路组成，循环管路从干燥室1的出口端伸出连接至干燥室1的入口端，形成一个闭环回路。该循环管路中设有风机2，用于带动循环管路内部空气流动。循环管路中部经过除湿等环节将干燥的空气回收到干燥室1内进行干燥作业，以此形成气体循环。
31.如图1所示，本实施例中，在循环管路上设有热泵子系统。
32.热泵子系统包括热泵蒸发器、热泵冷凝器、压缩机和节流阀，具体的，热泵蒸发器通过压缩机和热泵冷凝器相连，再通过节流阀与热泵蒸发器构成独立的热泵循环系统。其中，热泵蒸发器和热泵冷凝器设于循环管路中，且热泵蒸发器设于热泵冷凝器的上游侧。
33.工作中，热泵子系统的制冷工质依次通过压缩机、热泵冷凝器、节流阀和热泵蒸发器，在热泵蒸发器中吸热，在热泵冷凝器中放热。从干燥室1排出的废气通过热泵蒸发器时降温除湿，然后通过热泵冷凝器时吸热升温，空气被除湿升温净化后重新沿循环管路回到干燥室1中，进而可以持续的进行干燥作业。
34.如图1所示，本实施例中，在循环管路上还设有热管子系统。
35.热管子系统包括热管蒸发器re、泵体、热管冷凝器rc以及储液器等，其中，泵体为氟泵rg。热管蒸发器re、氟泵rg和热管冷凝器rc连接形成回路。其中，热管蒸发器re和热管冷凝器rc设于循环管路中，且热管蒸发器re设于热泵蒸发器的上游侧，热管冷凝器rc设于热泵蒸发器和热泵冷凝器之间。
36.工作时，制冷工质在通过氟泵rg在热管蒸发器re处和高温废气进行换热，吸收热量变成气体输送到热管冷凝器rc，在热管冷凝器rc中放热变成液体，被氟泵rg重新输送到热管蒸发器re如此循环。从干燥室1内排出的废气先经过热管蒸发器re放热降温，之后再经过热管冷凝器rc吸热升温。空气经过降温除湿，后经过升温回到干燥室1中循环利用。
37.本发明实施例提供的废气处理系统，通过在处理废气的循环子系统上设置热泵子系统和热管子系统，热管蒸发器re在热泵蒸发器对废气进行降温除湿前首先进行降温，提高了降温除湿效果的同时，降低了热泵蒸发器的冷负荷，热管冷凝器rc在热泵冷凝器对处理后的空气进行升温之前进行升温，进一步提升空气升温效果，降低了热泵冷凝器的热负荷。该系统充分利用热泵子系统和热管子系统，对废气进行高效冷却除湿且实现热量回收，整体提升了废气除湿效率，降低了系统的能耗，同时也降低了装备成本。
38.如图1和图2所示，在一些实施例中，热泵子系统并列设有多个，也即，热泵子系统为并列设置的多级热泵系统，包含有并列设置的多个热泵蒸发器和热泵冷凝器。
39.其中，多个热泵蒸发器沿循环管路的顺流方向排列，每个热泵蒸发器对应的热泵冷凝器沿循环管路的逆流方向排列。
40.如图1所示，热泵蒸发器和热泵冷凝器对应设有n个，热泵蒸发器包括第一级蒸发器e1、
···
第n级蒸发器en，压缩机包括第一级压缩机9、
···
第n级压缩机8，节流阀包括第一级节流阀6、
···
第n级节流阀7，热泵冷凝器包括第一级冷凝器c1、
···
第n级冷凝器cn，每一级的蒸发器、压缩机和冷凝器对应连接。
41.第一级蒸发器e1设置在热管蒸发器re的下游侧，其他热泵蒸发器沿循环管路的顺流方向依次排列，直到最后的第n级蒸发器en，且第n级蒸发器en位于热管冷凝器rc的上游侧。从热管蒸发器re到第n级蒸发器en之间的循环管路段位为降温除湿工作段，该位置处，热管蒸发器re和多级热泵蒸发器有效对高温废气进行降温，高温废气中降温后的产生的冷凝水能够实现对废气中挥发性有机物的有效吸收。
42.在热管冷凝器rc下游侧的循环管路中，热泵冷凝器的排列方式是与对应热泵蒸发器相反的。其中，第n级冷凝器cn靠近且设置在热管冷凝器rc下游侧，由n-1的循序顺序，各级热泵冷凝器沿循环管路的顺流方向依次排列，第一级冷凝器c1则位于最远离于热管冷凝器rc的下游侧。从热管冷凝器rc到第一级冷凝器c1之间的循环管路段位为升温加热工作段，该位置处，热管冷凝器rc和多级热泵冷凝器有效对低温除湿后的空气进行加热升温，已将高温干燥的净化空气送入干燥室1内循环利用。
43.本实施例中的多级热泵子系统，通过多级热泵蒸发器对含湿废气进行降温除湿，有效提高了降温除湿效率，通过多级热泵冷凝器对干燥空气进行加热，充分利用了多级热泵子系统产生的热量，实现余热回收的同时提高了空气加热效率，降低能耗。
44.如图1和图2所示，在一些实施例中，该废气处理系统还包括有水盘管子系统，水盘管子系统包括水盘管、水泵以及水阀等装置。
45.水盘管设于热管蒸发器re与热泵蒸发器之间的循环管路中。水盘管可以有效吸收高温废气的热量，充分利用热量，进一步促进废气处理系统热交换，提高降温效率，同时，水盘管由于设于热泵蒸发器之前，有利于降低热泵蒸发器的冷负荷，提高热泵子系统效率，降低能耗。
46.在一个实施例中，如图1和图2所示，水盘管子系统为多级水盘管，水盘管设有n个，包括第一级水盘管w1-第n级水盘管wn，第一级水盘管w1-第n级水盘管wn依次排列设于热管蒸发器re与热泵蒸发器之间。多级水盘管可以更有效的吸收高温废气的热量，提高降温效率，可进一步降低热泵蒸发器的冷负荷，提高热泵子系统效率，降低能耗。多级水盘管用来除去系统中多余的热量，平衡系统中的冷负荷与热负荷。
47.值得一提的是，本实施例中，循环管路为封闭式循环管路，热泵蒸发器、热泵冷凝器、热管蒸发器re以及热管冷凝器rc密封设于循环管路中。
48.各蒸发器、冷凝器以及水盘管的换热结构与循环管路之间用钣金连接，装置整体用钣金进行密封处理，防止气体泄露，出现逸散。本实施例采用的闭式循环，废气通过风机2连入热泵机组，经过机组处理后再连入干燥室1，整个过程气体在内部循环处理，不对外排放，不存在异味扩散的问题。
49.优选的，钣金采用304不锈钢。
50.在一个实施例中，热泵子系统、热管子系统的蒸发器、冷凝器以及水盘管为经过防腐处理的管翅式换热器，提高换热面积的同时增强防腐蚀性，提高装置使用寿命，确保换热器在含腐蚀性介质中能够长期运行。
51.在一个实施例中，压缩机为涡旋式压缩机，循环管路采用紫铜材质。
52.如图1所示，在一个实施例中，热泵蒸发器与热管冷凝器rc之间的循环管路中设有挡水板5，挡水板5将降温除湿区和加热区分隔，防止气体中的水分夹带进入后续环节。
53.如图2所示，在一个实施例中，热管蒸发器re和多级热泵蒸发器下方的循环管路中设有集水槽，用于收集蒸发器上的冷凝水，可实现对挥发性有机气体的吸附作用。集水槽上设有排水口，可以定期进行排水处理。优选的，集水槽可以是托盘。
54.在一个实施例中，热管蒸发器re上游侧的循环管路中设有过滤除尘装置。过滤除尘装置包括除尘器3和过滤网4，过滤网4和除尘器3设于风机2与热管蒸发器re之间，对进入热泵机组的废气进行过滤除尘处理，保证热泵机组的工作质量。
55.在一个实施例中，所述循环管路外部设有保温层，即循环管路整体用保温棉包裹进行保温处理，防止热量散失。优选的，保温棉为聚氨酯保温棉。
56.在一些实施例中，废气处理装置还包括控制装置，控制装置包括分别与循环子系统、热泵子系统、热管子系统以及水盘管子系统连接的感应器和控制器。本实施例可采用工控机和plc构成实时监控中心。通过软件编程，实时采集各种传感器的状态信号，通过换热层的器间温度调节水盘管和除湿机的负载大小，进鼓风机的温度通过用户的需要的温度来调节。同时还具有自动报警、自动记录参数和提供报表的各种功能。
57.本发明实施例将经过干燥室1干燥后的含湿气体在风机2的作用下先经过除尘器3引入热泵机组。含湿废气首先经过过滤网4进一步除尘后，依次经过热管蒸发器re、多级水盘管和多级热泵蒸发器进行降温除湿，废气中的水蒸气在换热器上冷凝，在重力的作用下流至换热器底部的托盘，托盘内设有出水口，冷凝水通过出水口排出系统。沿气体经过水盘管的顺序分别为第一级水盘管w1和第n级水盘管wn，沿气流流经热泵蒸发器的顺序分别为第一级热泵蒸发器e1和第n级热泵蒸发器en。经过降温除湿的废气之后再依次经过热管冷凝器rc和多级热泵冷凝器进行升温，实现热量回收。沿气流流经热泵冷凝器的顺序分别为第n热泵冷凝器cn和第一级热泵冷凝器c1。经过处理后的气体再重新送入干燥室1参与物料干燥，如此实现循环。
58.综上所述，本发明实施例采用热管子系统能降低热泵蒸发器的冷负荷和热泵冷凝器的热负荷，增强热泵除湿系统的除湿效率和降低系统的能耗，同时也降低了装备成本。采用水盘管系统，水盘管用来除去系统中多余的热量，平衡系统中的冷负荷与热负荷。
59.本发明实施例通过热管子系统、多级热泵子系统以及多级水盘管子系统形成多级
除湿加热热泵系统，多级热泵系统降低了单级热泵系统的压缩比，提高了系统的性能。
60.本发明实施例采用的闭式循环，废气通过风机2连入热泵机组，经过机组处理后再连入干燥室1，整个过程气体在内部循环处理，不对外排放，不存在异味扩散的问题。废气在热泵除湿机组内产生的冷凝水对废气中的挥发性有机物进行吸收处理，实现了对废气的循环处理。
61.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种废气处理系统，其特征在于，包括：循环子系统，包括循环管路以及连接于所述循环管路内的干燥室和风机；热泵子系统，包括依次连接形成回路的热泵蒸发器、压缩机和热泵冷凝器，所述热泵蒸发器和所述热泵冷凝器设于所述循环管路中，且所述热泵蒸发器设于所述热泵冷凝器的上游侧；热管子系统，包括热管蒸发器、泵体和热管冷凝器，所述热管蒸发器和所述热管冷凝器设于所述循环管路中，且所述热管蒸发器设于所述热泵蒸发器的上游侧，所述热管冷凝器设于所述热泵蒸发器和所述热泵冷凝器之间。2.根据权利要求1所述的废气处理系统，其特征在于，所述热泵子系统并列设有多个，多个所述热泵蒸发器沿所述循环管路的顺流方向排列，每个所述热泵蒸发器对应的所述热泵冷凝器沿所述循环管路的逆流方向排列。3.根据权利要求1所述的废气处理系统，其特征在于，所述循环管路为封闭式循环管路，所述热泵蒸发器、所述热泵冷凝器、所述热管蒸发器以及所述热管冷凝器密封设于所述循环管路中。4.根据权利要求1所述的废气处理系统，其特征在于，还包括水盘管子系统，所述水盘管子系统包括水盘管和水泵；所述水盘管设于所述热管蒸发器与所述热泵蒸发器之间的所述循环管路中。5.根据权利要求4所述的废气处理系统，其特征在于，所述水盘管子系统设有多个，多个所述水盘管依次排列设于所述热管蒸发器与所述热泵蒸发器之间。6.根据权利要求4所述的废气处理系统，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置包括分别与所述循环子系统、所述热泵子系统、所述热管子系统以及所述水盘管子系统连接的感应器和与所述感应器电连接的控制器。7.根据权利要求1-6任一项所述的废气处理系统，其特征在于，所述热泵蒸发器与所述热泵冷凝器之间的所述循环管路中设有挡水板。8.根据权利要求7所述的废气处理系统，其特征在于，所述热管蒸发器和所述热泵蒸发器下方的所述循环管路中设有集水槽。9.根据权利要求1-6任一项所述的废气处理系统，其特征在于，所述热管蒸发器上游侧的所述循环管路中设有过滤除尘装置。10.根据权利要求1-6任一项所述的废气处理系统，其特征在于，所述循环管路外部设有保温层。

技术总结
本发明提供一种废气处理系统，该系统包括循环子系统、热泵子系统和热管子系统，循环子系统包括循环管路，以及连接循环管路内的干燥室和风机，热泵子系统的热泵蒸发器热泵冷凝器设于循环管路中，且热泵蒸发器设于热泵冷凝器的上游侧；热管子系统的热管蒸发器和热管冷凝器设于循环管路中，且热管蒸发器设于热泵蒸发器的上游侧，热管冷凝器设于热泵蒸发器和热泵冷凝器之间；该系统充分利用热泵子系统和热管子系统，热管子系统有效降低了热泵子系统的冷负荷和热负荷，对废气实现高效的冷却除湿且实现热量回收，整体提升了废气除湿效率，降低了系统的能耗，同时也降低了装备成本。同时也降低了装备成本。同时也降低了装备成本。


技术研发人员：喻颖睿 魏娟 杨鲁伟 张冲 李博 李伟钊
受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所
技术研发日：2022.03.17
技术公布日：2023/9/22