本发明涉及催化燃烧技术领域， 尤其涉及一种对流式催化燃烧方法、 燃烧器及热交换装置。 背景技术 等行业的有机废气处理， 煤矿排风的瓦斯处理， 以及漆包线中的有机挥发 物燃烧和热量利用等， 催化燃烧技术是当前大气环保的重要手段之一 。

有机废气的种类很多， 催化燃烧不同种类的有机废气可选择不同的催 化剂， 但所有的处理过程都需要将有机废气加热到相 应的催化起燃温度才 率和最终达到的净化率。 一般情况下， 在催化剂可承受的温度范围内， 温 度越高则催化效率越高， 可达到的净化率越高。

因此， 如何利用催化燃烧后的高温气体加热尚未燃烧 的有机废气， 成 为了减少能耗和提高净化率的关键。 在现有的催化燃烧技术中， 普遍存在 各种各样的缺陷： 由换热效率低导致的高能耗、 由催化前端温度偏低导致 的前端催化效率低、 由催化后端温度偏高导致的后端催化剂损坏、 由整体 催化效率低导致的有害物质排放浓度高等。

逆流式催化燃烧是一种被广泛研究和应用的催 化燃烧技术， 其本质是 蓄热式换热器， 其缺点是： 需要切换气体流向， 导致结构比较复杂， 不利 于处理设备的制造、 运行和保养； 每次切换气体流向时， 已经进入储热材 料但尚未进入催化床的有机废气， 将被当做催化后气体排出， 造成间歇性 高浓度污染排放， 降低了整体的净化效果。

除此之外， 在催化燃烧中应用更为广泛的是间壁式换热器 ， 包括管壳 式和板式等结构形式的间壁式换热器。 众所周知， 管壳式换热器的换热效 率不高。 而在应用换热效率较高的板式换热器时， 通常未重视定向气流之 外的局部对流， 气流进出口及流向设计的不合理， 常常使得局部对流扰乱 了换热器的运行效果。 因此， 有必要针对性地利用局部对流， 来优化板式 换热器的设计。

不论是蓄热式换热器， 还是间壁式换热器， 换热效率都不如混合式换 热器， 都不能使受热气体的温度达到或接近放热气体 的温度。 当然， 未燃 烧的有机废气不能与燃烧后的清洁废气进行混 合式换热， 否则催化燃烧无 法持续。 但在两者的交汇点， 也就是催化燃烧室， 若能以某种方式达到混 合式换热的效果， 必能大大提高接触催化剂前的有机废气温度。 此外， 若 能使有机废气进入的催化前端和清洁废气离开 的催化后端两处的温度接 近， 使整个催化过程都在催化效率最高的温度下进 行， 必能提高整体的催 化燃烧净化率， 降低清洁废气中的残余有机物含量。

可见， 现有技术中的换热器都存在一个共同的缺陷： 热交换的热源与 冷源温差较小时热交换效率极低， 所以有机废气可被加热到的上限温度大 幅低于燃烧后气体的温度， 无法使有机废气温度大幅高于起燃温度， 达到 较高的催化燃烧效率和净化率。

因此， 现有技术还有待于改进和发展。 发明内容

鉴于上述现有技术的不足， 本发明的目的在于提供一种对流式催化燃 烧方法、 燃烧器及热交换装置， 旨在解决现有的催化燃烧技术催化燃烧能 耗高、 效率低、 净化率低的问题。

由此， 本发明提供一种对流式催化燃烧方法， 用于对有机废气进行催 化燃烧， 其中， 包括步骤：

A、将有机废气从有机废气进口通入到设置在� �化床上方的催前空腔上 部， 并通过所述催前空腔将有机废气向下的流速緩 沖到预定速度；

B、 将从有机废气进口通入的有机废气， 与催化床中燃烧后的向上流动 的高温气体在所述催前空腔中进行对流加热， 以将接触催化剂前的有机废 气加热到预定温度； 气出口排出。 高温气体在催化床的层间间隔及孔隙中进行对 流加热， 以减小催化床上方 与下方的温差。 由此， 本发明还提供一种对流式催化燃烧器， 用于对有机废气进行催 化燃烧， 其中， 所述对流式催化燃烧器包括燃烧器本体； 催化床， 设置在 所述燃烧器本体中， 用于对有机废气进行催化燃烧； 催前空腔， 设置在所 述催化床的上方， 用于使有机废气向下的流速緩沖到预定速度， 并且用于 将从有机废气进口通入的有机废气， 与催化床中燃烧后的向上流动的高温 气体在所述催前空腔中进行对流加热， 以便将接触催化剂前的有机废气加 热到预定温度； 有机废气进口， 设置在所述催前空腔的顶部， 用于通入有 机废气； 以及清洁废气出口， 设置在所述燃烧器本体上， 用于排出穿过催 化床进行催化燃烧后而生成的清洁废气。 所述催化床的层间间隔及孔隙中进行对流加热 ， 以减小所述催化床上方与 下方的温差。

优选地， 所述催化床为固定式催化床， 所述固定式催化床的催化剂载 体为颗粒状、 蜂窝状或丝团状金属或陶瓷。

优选地， 在所述催前空腔的中部或者在有机废气进口之 前设置有用于 对有机废气进行加热的催前电热管或燃气加热 装置。

优选地， 在所述催前空腔的下部设置有用于检测接触催 化剂前的有机 废气温度的催前热电偶。

优选地， 所述催前空腔的高度大于其水平横截面的短边 宽度， 所述催 前空腔的水平截面积与催化床的水平截面积的 差值在预定范围内。

优选地， 所述催化床下方设置有一催后空腔， 所述清洁废气出口设置 在所述催后空腔的底部。

优选地， 所述催化床下方设置有第一催中空腔， 所述第一催中空腔的 侧边连通设置有第二催中空腔， 所述第二催中空腔的上部设置有水平截面 积与催化床水平截面积的差值在所述预定范围 内的第二催化床， 所述第二 催化床的上方设置有催后空腔， 所述清洁废气出口设置在所述催后空腔的 顶部。

优选地， 所述催前空腔的高度大于其水平横截面的短边 宽度， 所述催 前空腔的水平截面积与所述催化床的水平截面 积的差值在预定范围内， 所 述第二催化床的水平截面积与所述催化床的水 平截面积的差值在所述预定 范围内。 本发明还提供一种热交换装置， 其包括如前所述的任一种对流式催化 燃烧器。

优选地， 所述热交换装置包括空腔式换热器， 所述空腔式换热器包括 至少一对换热空腔， 每一对换热空腔包括一放热空腔及设置在所述 放热空 腔上部的吸热空腔， 所述放热空腔与吸热空腔之间设置有用于热交 换的导 热隔板， 所述热交换装置采用清洁废气出口排出的清洁 废气对需加热的气 体或液体进行加热， 在进行加热时， 采用所述空腔式换热器进行换热。

优选地， 所述空腔式换热器包括多对换热空腔， 所述多对换热空腔从 上至下依次排列， 每一放热空腔与其相邻的吸热空腔之间设置有 用于热交 换的导热隔板， 所述清洁废气出口连接处于顶部的放热空腔的 进口， 清洁 废气从清洁废气出口进入到顶部的放热空腔的 进口后， 向下依次通过每一 放热空腔， 从与底部的放热空腔的出口连通的排废烟囱排 出， 需加热的气 体或液体从底部的吸热空腔的进口进入， 并向上依次通过每一吸热空腔， 从顶部的吸热空腔的出口通入到需使用的目的 地， 或者当需加热的对象是 有机废气时， 则直接将所述顶部的吸热空腔的出口连通有机 废气进口， 以 从所述有机废气进口进入到对流式催化燃烧器 中， 其中， 每一吸热空腔的 出口设置在相应的吸热空腔的顶部， 每一放热空腔的出口设置在相应的放 热空腔的底部， 每一吸热空腔的进口与出口、 每一放热空腔的进口与出口 都相隔预定距离。

有益效果： 本发明利用了催化燃烧前后气体在催化床附近 的交汇点， 制造了催化前后气体的直接对流换热， 大大提高了催化前气体的温度， 减 小了上层催化剂和下层催化剂的工作温差， 改善了全部催化剂的工作状态， 提高了催化燃烧效率， 并延长了催化剂寿命， 大大优于已有的催化燃烧设 备结构。 同时， 本发明针对不同相对密度的有机废气， 提出了一次催化与 二次催化的结构和方法， 有效地提高了有机废气被催化燃烧的几率， 进一 步地提高了催化燃烧净化率， 减少了废气对大气的污染。 此外， 本发明利 用气体的对流特性提出了空腔式换热器和对其 他换热器结构的改进方法， 提高了换热效率， 还为废气余热的多级彻底利用提供了渠道。 本发明的应 用范围广， 提高了换热效率， 节约了能源， 降低了成本， 具有实用性强的 特点。 附图说明

图 1为本发明对流式催化燃烧方法较佳实施例的� �程示意图。

图 2为本发明对流式催化燃烧器第一实施例的结� �示意图。

图 3为本发明对流式催化燃烧器第二实施例的结� �示意图。

图 4为本发明对流式催化燃烧器与空腔式换热器� �合应用的较佳实施 例的结构示意图。

图 5为图 4所示较佳实施例的侧视图。

图 6为本发明对流式催化燃烧器与空腔式换热器� �合应用于多级串联 受热体的结构示意图。

图 7 为本发明对流式催化燃烧器在空腔式换热器与 回转式吸附浓缩器 的应用的结合示意图。

图 8为本发明对流式催化燃烧器在热交换漆包机� �应用的结构示意图。 图 9为本发明对流式催化燃烧器在热风循环漆包� �中应用的结构示意 图。

图 10为本发明对流式催化燃烧器在立式漆包机中� ��用的结构示意图。 图 11为本发明对流式催化燃烧器在气轮机中应用� ��结构示意图。 具体实施方式

本发明提供一种对流式催化燃烧方法、 燃烧器及热交换装置， 为使本 发明的目的、 技术方案及效果更加清楚、 明确， 以下对本发明进一步详细 说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明 ， 并不用 于限定本发明。

作为本发明对流式催化燃烧方法较佳实施例， 如图 1所示， 其包括步 骤：

Sl、 将有机废气从有机废气进口通入到设置在催化 床上方的催前空腔 上部， 并通过所述催前空腔将有机废气向下的流速緩 沖到预定速度；

本步骤实施例的方法中， 采用在有机废气进入催化床催化燃烧前， 先 设置一个催前空腔来緩沖有机废气的流速， 通过所述催前空腔将有机废气 向下的流速緩沖到预定速度， 以将从有机废气进口通入的有机废气， 与催 化床中燃烧后的向上流动的高温气体在所述催 前空腔中进行对流加热， 以 提高接触催化剂前的有机废气的温度， 具体如步骤 S2所述。 S2、 将从有机废气进口通入的有机废气， 与催化床中燃烧后的向上流 动的高温气体在所述催前空腔中进行对流加热 ， 以将接触催化剂前的有机 废气加热到预定温度， 以及将催化床上方的低温气体与催化床下方的 高温 气体在催化床的层间间隔及孔隙中进行对流加 热， 以减小催化床上方与下 方的温差； 然后进入步骤 S3。 废气出口排出。

本发明的核心之处在于： 通过将来自有机废气进口的较低温有机废气 与从底部上升的较高温气体形成局部对流加热 ， 将接触催化剂前的有机废 气加热到预定温度， 以提高接触催化剂前的有机废气的温度， 并且使催化 床上方的较低温气体与催化床下方的较高温气 体之间形成局部对流加热， 从而使得催化床中的催化剂在较佳的工作温度 下进行催化， 提高所有催化 剂的催化燃烧效率， 在减少催前加热能耗的同时达到较高的净化率 。 须说 明的是， 所述催前的预定温度（即步骤 S2的预定温度）应显著高于起燃温 度， 并且催化燃烧后的催后温度还需低于催化剂上 限温度， 而起燃温度根 据有机废气和催化剂种类的不同而有所不同， 催化剂的上限温度则是根据 催化剂种类不同有所不同。 例如， 以二甲苯和甲酚为主的有机废气， 同时 配以蜂窝状陶瓷钯基催化剂的漆包线生产为例 ，起燃温度为 400°C ,催化剂 的上限温度为 650°C , 那么催前的预定温度优选至少达到 500°C , 同时还要 保证催化燃烧后的催后温度低于 650°C , 使催化剂的工作温度在 500°C ~650 °C之间。

基于上述实施例的对流式催化燃烧方法， 本发明实施例还提供了一种 对流式催化燃烧器， 如图 2所示。 下面结合对流式催化燃烧器来对本发明 的对流式催化燃烧过程进行详细说明。

请参阅图 2,图 2为本发明对流式催化燃烧器较佳实施例的结� �示意图， 如图所示， 所述对流式催化燃烧器包括一燃烧器本体 100, 在所述燃烧器本 体 100上端设置有一用于通入有机废气的有机废气 进口 110,以及在所述燃 烧器本体 100下端设置有用于排出清洁废气的清洁废气出 口 170,在所述有 机废气进口 110与清洁废气出口 170之间依次设置有催前空腔 130、第一催 化床 150 (为与下文中的第二催化床区分， 以下将催化床 150统称为第一催 化床 150 ) 以及催后空腔 160。 进一步地， 在所述催前空腔 130 中设置有用于对所述有机废气进行加 热的电热管 120以及用于对接触第一催化床 150的催化剂前的有机废气的 温度进行检测的热电偶 140,所述催前空腔 130位于所述第一催化床 150的 上方。

较佳地， 采用所述有机废气进口 110设置在所述催前空腔 130顶部， 所述清洁废气出口 170设置在所述催后空腔 160的底部，所述催前空腔 130 的水平截面积大于所述第一催化床 150 的水平截面积， 所述催前空腔 130 的高度大于所述催前空腔 130水平截面的短边宽度， 所述催前空腔 130的 水平截面积为所述有机废气进口 no截面积的数倍， 这样， 外部来的有机 废气从有机废气进口 110进入催前空腔 130,通过所述催前空腔 130的緩沖， 使有机废气的流速大幅降低， 而在第一催化床 150燃烧的有机废气产生的 热量使得第一催化床 150及其附近的气体温度较高， 较高温度的气体会与 催前空腔 130上部较冷的空气产生局部对流， 可以对接触催化剂前的有机 废气加热到预定温度， 以提高接触催化剂前的有机废气的温度。

并且有机废气在催前空腔 130 自上而下的流速大幅降低后， 不足以阻 止较热气体的向上对流， 所以催前空腔 130 内部除了有机废气整体的向下 流动外， 还有大量较热气体向上、 较冷气体向下的局部对流存在， 这样的 对流过程可以有效加热催前空腔 130 中的有机废气， 从而提高接触催化剂 前的有机废气的温度， 使有机废气接触到第一催化床 150 时的温度升高到 一预定温度（该预定温度在前文中已有描述， 故不再赘述） ， 接近于催化 后的气体温度， 通常高于催化起燃温度， 使整个催化燃烧过程在催化效率 较高的温度下进行， 更有利于有机废气的催化燃烧。

进一步地实施例， 为了进一步提高机废气催化燃烧的温度， 还可以设 置一用于对进入到催前空腔的有机废气进行加 热的催前加热区。 具体可以 采用是将催前加热区的出口连接催前空腔的有 机废气进口， 并且， 将催前 加热区的进口高度设置为低于催前空腔的高度 ， 使得进入催前空腔之前的 通道或腔体尽量低于催前空腔， 这样， 不会导致热气倒灌。

同时， 为了保证有机废气的温度达到催化起燃的温度 ， 还可以在催前 加热区设置电热管或者燃气加热装置等各种加 热装置， 用来对有机废气进 行催前加热， 当催前空腔的热电偶检测到有机废气达到催化 起燃温度即可 停止力口热。 本发明实施中， 所述第一催化床 150的催化剂可以为固定式催化床， 其载体优选为颗粒状、 蜂窝状或丝团状金属或陶瓷。 当采用蜂窝状陶瓷催 化剂时， 所述第一催化床 150可以包括多层催化剂， 其中， 在每一层催化 剂产生的热量的积聚作用下， 整体向下的气流使得下层的催化剂温度高于 上部， 而局部对流又使得下层催化剂产生的热量向上 流动， 所以各层催化 剂的温差减小， 温差较小将使得每一层催化剂都在较高但又不 太高的温度 下工作， 这种对流催化燃烧过程有利于提高催化燃烧效 率， 同时有利于防 止下层的催化剂被过高温度破坏。

因为， 若催化剂工作温度过低的话， 尽管其温度高于催化起燃温度， 可以使有机废气发生燃烧反应， 但是因为反应自由能不高， 催化燃烧速度 也不高， 即催化燃烧效率不高。 另外， 偏低的催化剂工作温度还可能造成 催化剂活性中心被未燃烧沉积物堵塞， 使催化剂暂时性中毒。 若催化剂工 作温度过高的话， 则有可能造成催化剂的损坏， 这是因为每种催化剂的工 作温度都有相应的上限， 接近或超过上限的工作温度就可能造成相应催 化 剂的损坏， 导致催化燃烧效率下降。 所以， 本发明中的对流式催化燃烧过 程减小了催化剂的温差， 既提高了催化燃烧效率， 又能防止催化剂工作温 度过高被损坏。

在有机废气向下通过第一催化床 150后， 有机废气的绝大部分有机挥 发物都已经燃烧成二氧化碳和水， 气体温度也已经升高， 但是根据有机废 气的相对密度的高低， 其燃烧后的情况也不同。

对于相对密度小于空气的有机废气， 例如只含或者大部分为甲烷的有 机废气， 其未燃烧的部分有机挥发物分子还有可能上升 ， 反复多次接触第 一催化床 150下层的催化剂， 所以需要设置一个较大体积的催后空腔， 为 残余的有机废气提供更多的再次催化燃烧的机 会， 如图 2所示， 所述催后 空腔 160设置在所述第一催化床 150的下方， 所述清洁废气出口 170设置 在所述催后空腔 160的底部， 所述催前空腔 130的水平截面积与第一催化 床 150的水平截面积的差值在预定范围内，该预定 范围应当使催前空腔 130 的水平截面积略大于第一催化床 150的水平截面积， 或者至少能使催前空 腔 130的水平截面积与第一催化床 150的水平截面积基本相等即可。 当有 机废气从催后空腔 160的清洁废气出口 170排出后， 催化燃烧过程结束， 清洁废气可以向下进入到需要的换热器中， 或者直接排入到大气中。 作为本发明另一实施例， 对于相对密度大于空气的有机废气， 例如含 有甲酚和二甲苯的漆包线中产生的有机废气， 其未燃烧的较重的有机挥发 物是向下流动， 所以不会再次与上方的第一催化床 150接触， 为此， 如图 3 所示， 本发明将第一催化床 150下方的空腔设置为第一催中空腔 180, 该第 一催中空腔 180的侧边连通设置第二催中空腔 190,第一催中空腔 180和第 二催中空腔 190合称为催中空腔。

并在所述第二催中空腔 190的上部设置有第二催化床 191 ,所述第二催 化床 191与所述第一催化床 150的水平截面积之差在所述预定范围之内， 所述催后空腔 160设置在所述第二催化床 191的上方， 所述清洁废气出口 170设置在所述催后空腔 160的顶部，所述第一催化床 150与所述第二催化 床 191的底部齐平， 所述第一催中空腔 180与所述第二催中空腔 190的底 部齐平， 所述第一催化床 150的催化剂层数比所述第二催化床 191的催化 剂层数多 1~3倍， 所述催前空腔 130与所述催后空腔 160的顶部齐平。 第 一催中空腔 180和第二催中空腔 190的体积不必过大， 否则催中空腔中会 积聚过多较重的有机挥发物分子。 其中， 催后空腔 160的高度应当适当增 大， 这样经过第一催化床 150的催化燃烧后， 残余的有机废气到达催中空 腔， 并经过第二催化床 191再次燃烧后， 进入到催后空腔 160, 残余的有机 废气再次减少。 并且在催后空腔 160中， 由于流速较小， 较重的有机挥发 物分子还会有下沉的趋势， 下沉的有机挥发物分子还会多次接触第二催化 床的催化剂， 多次接触带来多次燃烧， 这将大大提高相对密度较大的有机 废气的催化燃烧效率。 在漆包线生产中， 有机废气中既包含了易燃的溶剂 挥发物， 如二甲苯和甲酚等， 还包含了不易燃的低分子油漆挥发物， 如聚 氨酯或聚酯等。 二甲苯和甲酚之类的溶剂挥发物都是碳链小于 10的碳氢化 合物， 气态相对密度约为 3.5~4, 且在催化剂作用下可直接燃烧， 按以上方 式可达到较好的净化效果。 对于聚氨酯或聚酯之类的油漆， 交联反应后本 应成为漆包线表面的固态漆膜， 但在高温下有部分分子链较短的低分子油 漆会转变为气态， 随溶剂进入催化燃烧室。 低分子油漆挥发物的分子链虽 然在油漆中相对较短， 但比溶剂的碳链大得多， 所以其气态相对密度也大 得多， 且在催化剂作用下不能直接燃烧， 只能逐步裂解到较小碳链后才能 被催化燃烧， 所以需要较高的温度和较长的反应时间。 在以上结构的催后 空腔中， 超重的低分子油漆挥发物 4艮难到达清洁废气出口， 可长时间停留 在温度较高的第二催化床附近， 有较多机会被裂解成较短的碳链， 并燃烧 成二氧化碳和水。 除漆包线外， 类似这种情况的有机废气还很多， 如汽车 喷漆、 家具喷漆、 轮胎生产等。 通常的做法是： 在有机废气进入催化燃烧 前， 先用喷淋等方法将有机废气中的不易燃物质洗 掉， 因而又带来了污水 处理的问题。 如果有机废气中所含不易燃烧物质是可裂解并 最终燃烧的碳 氢化合物， 采用以上结构可省掉喷淋程序， 直接通过催化燃烧处理干净。

另外， 由于清洁废气出口 170设置在催后空腔 160的顶部， 所以燃烧 后清洁废气从该清洁废气出口 170排出， 而较重的有机挥发物分子较少， 排放气体的污染程度进一步降低， 从该清洁废气出口 170排出后， 有机废 气的催化燃烧过程全部结束， 可以向下进入到换热器， 或者直接向上排入 大气中。

须说明的是， 上述的设计只是较优选的实例， 并不代表对本发明的限 制， 若采用本发明的原理即设置一个较大的催后空 腔使较重的有机挥发物 分子与下面的第二催化床进行多次催化燃烧， 同样能够实现本发明的目的。

另外， 第一催化床 150的催化剂层数应该比第二催化床 191的催化剂 层数多 1~3倍， 以使总的催化剂层数达到空速比要求的总数。

从上述催后空腔中排出的清洁废气， 其含有大量的热量， 为了有效利 用这些热量， 本发明可将对流式催化燃烧器应用在各种热交 换装置中。

具体来说， 结合图 4和图 5所示， 为本发明的对流式催化燃烧器具体 应用实施例， 即为空腔式换热装置较佳实施例， 如图 4和图 5所示， 其包 括上述的对流式催化燃烧器及连接于该对流式 催化燃烧器的空腔式换热器 200, 所述空腔式换热器 200连接在所述对流式催化燃烧器的下方， 所述空 腔式换热器包括至少一换热空腔， 每一换热空腔包括一个放热空腔 220和 一个吸热空腔 210 (为方便说明， 图中仅标识处于顶部的放热空腔 220及吸 热空腔 210, 其他换热空腔按相同方式设置）， 每一换热空腔中， 放热空腔 220位于吸热空腔 210的下部， 并且，放热空腔 220与吸热空腔 210之间通 过导热隔板 230相隔， 该导热隔板 230是作为主要换热面， 还可在该导热 隔板 230上设置翅片化吸热片和散热片， 放热空腔 220和吸热空腔 210的 体积和截面积需要足够大， 使得气体进入到换热空腔后的流速大大小于通 道内的流速， 以使气体能够在换热空腔内产生充分的对流。 下面具体描述对流式催化燃烧器与空腔式换热 器是如何配合应用的具 体实施例。

如图 4和图 5所示， 所述清洁废气出口 250连接处于顶部的放热空腔 220的进口，清洁废气从清洁废气出口 250进入到顶部的放热空腔 220的进 口后， 向下依次通过每一放热空腔， 从与底部的放热空腔的出口连通的排 废烟囱排出， 需加热的气体或液体从底部的吸热空腔的进口 进入， 并向上 依次通过每一吸热空腔， 从顶部的吸热空腔 210的出口通入到需使用的目 的地， 或者当需加热对象是有机废气时， 则直接将所述顶部的吸热空腔 210 的出口连通对流式催化燃烧器的有机废气进口 ， 以从所述有机废气进口进 入到对流式催化燃烧器中进行催化燃烧。

另外， 放热空腔 220的出口应设置在该放热空腔 220的下部， 并使放 热空腔 220的进口远离其出口， 或者采用挡板将进口和出口隔开， 以保证 经过对流后较冷的放热气体最先离开放热空腔 220。吸热空腔 210的出口设 置在该吸热空腔 210的上部， 并使吸热空腔 210的出口远离其进口， 或者 也可以采用挡板隔开进口与出口， 保证经过对流后较热的吸热气体最先离 开吸热空腔 210, 另外， 所述吸热空腔 210的出口连通所述有机废气进口， 所述放热空腔 220的进口连通所述清洁废气出口， 气体流向参见附图 4和 图 5。

当设置较多对换热空腔时， 每对换热空腔从上至下依次设置， 放热气 体由最上层的放热空腔 220中进入， 通过连接通道逐层流向最下部的放热 空腔， 并由最下部的放热空腔离开空腔式换热器， 吸热气体由最下部的吸 热空腔进入， 通过连接通道逐层流向最上部的吸热空腔 210, 并由最上部的 吸热空腔离开空腔式换热器。 而换热空腔之间也设置导热隔板， 换热空腔 之间的导热隔板的上部是上一层放热空腔的放 热气体， 下部是下一层吸热 空腔的吸热气体， 两者的温差较小， 是次要换热面， 次要换热面一般设置 为筒单的导热隔板即可， 但也可以在该次要换热面上设置翅片化吸热片 和 散热片。

放热空腔之间以及吸热空腔之间， 是通过连接通道来流通气体的， 连 接通道的形式可以制作为多种形状， 例如在对放热气体和吸热气体形态要 求不高时， 可以在空腔式换热器的正面设置放热气体流流 通的连接通道， 同时在空腔式换热器的侧面设置吸热气体流通 用的连接通道， 以避免通道 交叉的情况。 若本发明应用于漆包线中， 由于这种情况要求空腔式换热器 输出的新鲜空气在扁平通道内分布均匀， 同时要求用扁平通道均匀地抽取 催后气体， 此时可将空腔式换热器的连接通道设置为间隔 均匀的正交通道。 另外， 所有连接通道的横截面应足够大， 以免流通阻力过大， 连接通道与 换热空腔之间的隔板， 以及连接通道与连接通道之间的隔板， 都可以作为 辅助换热面， 同样具有换热功能， 这样， 在使用同样的材料和热交换面积 的情况下， 能达到最好的热交换效果， 并保留了进一步利用放热气体余热 的条件。

本发明中， 前述的放热气体是指所含热量被利用后， 最终要排向大气 的废气， 对于催化燃烧来说， 就是指大部分有机挥发物已经燃烧， 所含氧 气大大减少， 并且还含有较多的二氧化碳和水， 无法再进入到工序的低污 染废气， 例如催化燃烧后的清洁废气。 前述的吸热气体是指工序中需要使 用的， 并且在使用前需要加热的气体， 可以是含有有机挥发物的有机废气, 也可以是工序中需要的新鲜空气或者其他气体 。

另外通过空腔式换热器的吸热气体的种类还可 以超过一种， 如果多种 吸热气体要求的温度都要求较高时， 流量将受到限制， 此时， 可以采用并 联的方式来分享吸热空腔， 当多种吸热气体要求的温度差异较大时， 则可 以通过串联的方式来分享不同温度的放热气体 放出的热量， 即分级换热。 在分级换热中， 温度要求较高的吸热气体， 或者温度要求相同且较重要的 吸热气体， 通过靠近上层的吸热空腔来吸热。 吸热气体的流量保持固定时, 此时不能控制其通过空腔式换热器的温度， 所以需要通过补充加热的方式 来保证吸热气体达到需要的温度， 而吸热气体的流量可以改变时， 则可以 加大吸热气体的流量来降低其温度， 或者通过减小吸热气体的流量来提升 温度， 即通过控制吸热气体的流量来控制吸热气体吸 热后的温度。

当然， 实际应用时， 不仅仅是气体需要热量， 其他形式的流体也有可 能需要热量， 例如液体， 比如生活热水或者蒸汽等， 此时可以按照同样的 原则来使用空腔式换热器， 如图 6所示， 有机废气从有机废气进口 340进 入， 经过对流式催化燃烧器的催化燃烧后生成清洁 废气， 清洁废气由最下 一层的放热空腔的清洁废气出口 310排出， 冷水则由最下一层吸热空腔底 部的需加热气液体进口 320进入， 加热后的热水由最上一层吸热空腔顶部 的需加热气液体出口 330流出， 较大的空腔体积储存了相当多的热水， 催 化燃烧的连续运转可保证连续的热水供应， 只不过热水的温度将与热水的 流量成反比， 对热水温度要求较高时还应设置独立的热水保 温罐或进行后 续加热处理。

本发明中的空腔热换器与其他一些串联的换热 器相比， 其流体阻力不 大， 也没有流体流量受限的问题， 当本发明的热换器体积受限时， 则可以 不使用空腔式换热器， 而直接对现有的板式、 板翅式、 或者板壳式的换热 器进行结构改造， 以达到较好的换热效果。

当有机废气浓度较低或不稳定时， 可通过吸附解附工艺提高有机废气 浓度， 为催化燃烧创造有利条件。 使用大腔体式热交换器加热新鲜空气， 加热后的新鲜空气再用作解附热气流， 解附到浓缩的有机废气后再进入空 腔式换热器， 然后进入对流式催化燃烧工序。 如附图 7所示， 有机废气从 有机废气进口 440通入， 同时热新鲜空气从热新鲜空气进口 460进入后， 经过了空腔式换热器和解附电热管 420的加热， 先通入回转式吸附浓缩器 410的解附通道， 解附到浓缩的有机废气后再进入空腔式换热器 ， 然后进入 催前空腔， 最后从清洁废气出口 470排出，新鲜空气还从清洁废气出口 450 排出。 解附通道及其连接通道都设置有保温层， 解附电热管 420的加热控 制目标是保证解附热电偶 430测得的温度达到最佳解附温度。 解附到的浓 缩有机废气再进入空腔式换热器加热后， 还是可以通过催前电热管补充加 热， 使催前温度达到催化起燃温度。

当需要吸附的有机废气浓度较低时， 用于解附的热新鲜空气流量应当 小于需要吸附的有机废气流量， 使解附后的有机废气浓度处于较高但不高 于起爆点的浓度水平。 当需要吸附的有机废气浓度或流量不稳定时， 与回 转式吸附浓缩器配合， 用于解附的热新鲜空气流量应当采用变频调速 风机 来控制。 当需要吸附的有机废气浓度或流量偏低时， 回转式吸附浓缩器 410 的回转周期加长， 同时降低热新鲜空气流量， 使催化燃烧处于低速运行状 态。 当需要吸附的有机废气浓度或流量偏高时， 回转式吸附浓缩器的回转 周期缩短， 同时提高热新鲜空气流量， 使催化燃烧处于高速运行状态。 如 此， 可最大限度地使催化燃烧处于自热运行状态， 减少有机废气发热量不 足时的能量消耗， 进一步减小环保技术应用的阻力。

如图 8所示， 图 8为本发明对流式催化燃烧器在热交换漆包机� �应用 的结构示意图， 有机废气从左侧的有机废气进口 510通入， 直接进入到对 流式催化燃烧器中进行催化燃烧， 生成的清洁废气通过多个放热空腔的放 热， 最后从右侧的清洁废气出 520口向上排出， 而新鲜空气则从右侧的冷 新鲜空气进口 530进入到空腔式换热器的吸热空腔， 经过电热管的加热后 从热新鲜空气出口 540排出， 通往炉膛。

对于起始温度较高的有机废气， 如漆包机内的有机废气， 即使其温度 略低于催化起燃温度， 因对流式催化燃烧的对流加热作用， 可以不设置换 热器来加热有机废气。 此时， 催化后气体的热量可用于其它目的， 对于漆 包机来说， 首先就是用来加热新鲜空气供应炉膛， 减少预热新鲜空气的能 耗。 如附图 8所示， 热交换漆包机的催化后气体全部进入空腔式换 热器， 加热新鲜空气后排出。 在空腔式换热器中加热了的新鲜空气， 经过电热管 补充加热到所需温度后， 通往炉膛使用。 此时新鲜空气的流量接近于有机 废气流量， 使炉膛内气体流量接近于平衡， 减少炉口进入冷空气的流量。

如图 9所示， 图 9为本发明对流式催化燃烧器在热风循环漆包� �中应 用的结构示意图， 与热交换漆包机不同的是， 热风循环漆包机的催化后气 体一部分被循环风机抽回炉膛， 剩余的才通过空腔式换热器排出， 如图 9 所示， 对流式催化燃烧器设置在空腔式换热器的左侧 （较佳实施例） ， 有 机废气从空腔式换热器的有机废气进口 610进入后， 通过空腔式换热器进 入到对流式催化燃烧器中进行催化燃烧， 催化燃烧后生成的清洁废气一部 分从循环热风出口 630被循环风机抽回炉膛， 而剩余的一部分通过空腔式 换热器从清洁废气出口 620排出。 此时有机废气流量等于循环热风流量与 排出废气流量之和。 通常热风循环漆包机不需要热新鲜空气， 空腔式换热 器还是用于加热有机废气， 所以参与热交换的放热气体流量小于吸热气体 流量。 流量较小的放热气体在空腔式换热器中停留的 时间较长， 从空腔式 换热器底部排出时的温度， 更接近于由底部通入的有机废气温度， 可更好 地利用其余热。 而经过热交换的有机废气温度将更高， 更高的催前温度有 利于提高催后温度， 从而弥补较大流量的循环风量带来的有机废气 浓度降 低， 及其导致的催化燃烧温升偏低问题。

如图 10所示， 图 10为本发明对流式催化燃烧器在立式漆包机中� ��用 的结构示意图， 立式漆包机的最佳设计也是一种热风循环漆包 机， 所不同 的只是摆放位置不同。 因为立式漆包机高度方向空间限制较少， 故而将对 流式催化燃烧器设置在顶部， 依次向下设置催前加热区和空腔式换热器。 有机废气从空腔式换热器的有机废气进口 710进入， 通过空腔式换热 器， 再经过催前加热区的催前加热， 最后进入到对流式催化燃烧器中进行 催化燃烧生成清洁废气， 其中， 一部分的清洁废气从循环热风出口 730被 循环风机抽回炉膛， 而剩余的清洁废气则向下通入到空腔式换热器 中， 从 下部的清洁废气出口 720排出。 由于立式漆包机的催前加热功率要求比较 大， 催前空腔的体积可能不足以安装足够多的电热 管， 所以需要专门设置 催前加热区， 催前加热区和催前空腔可同时安装电热管。 这样的排列方式 最有利于将热量保留在漆包机内， 同时还提供 艮好的可控性。

在以上所述的卧式和立式漆包烘炉中， 当总体热量较少时， 可适当减 少排废流量， 加大循环热风的比例， 减少能耗。 此时相应的有机废气浓度 通常较低， 循环热风的含氧量降低幅度不大， 不会过分影响催化燃烧效果。 当有机废气浓度较高， 造成总体热量较多时， 可以加大排废流量， 减少循 环热风的比例， 使各工艺温度降低到需要的水平。 此时加热能耗可接近于 零， 且大流量的新鲜空气可保证催化燃烧所需氧气 。

如图 11所示， 其为本发明对流式催化燃烧器在气轮机中应用 的结构示 意图。 催化燃烧产生的催后气体温度一般在 600度左右， 是非常好的气轮 机发电热源。 对于燃烧余热没有特别用途， 且余热产生量较为充足的情况， 比如污水处理站的沼气、 煤矿的瓦斯、 燃料电池的尾气等场合， 可以配合 气轮机的发电机进行发电。

如图 11所示， 首先， 将有机废气从有机废气进口 810通入后， 利用气 轮机的压气机 830将有机废气加压； 然后， 将加压后的有机废气通入空腔 式换热器的吸热空腔进行加热， 此时有机废气的压力和温度都有所升高。 然后， 将加压加热后的有机废气通入对流式催化燃烧 器中进行催化燃烧， 此时有机废气中的有机物转化为二氧化碳和水 ， 有机废气变为清洁废气， 清洁废气的压力和温度都被大幅升高。 高温高压的清洁废气进入气轮机的 涡轮 840, 驱动气轮机的发电机 850运转并发电。在气轮机中释放了压力的 清洁废气再通入空腔式换热器的放热空腔， 用于加热加压后的有机废气。 最后， 已将大部分热量转递给加压后的有机废气的清 洁废气温度已经不高， 有机物含量也 4艮低， 可以直接从底部放热空腔的清洁废气出口 820排放至 大气中， 也可以再用于加热生活热水后再排放。 综上所述， 本发明利用了催化燃烧前后气体在催化床附近 的交汇点， 制造了催化前后气体的直接对流换热， 大大提高了催化前气体的温度， 减 小了上层催化剂和下层催化剂的工作温差， 改善了全部催化剂的工作状态， 提高了催化燃烧效率， 并延长了催化剂寿命， 大大优于已有的催化燃烧设 备结构。 同时， 本发明针对不同相对密度的有机废气， 提出了一次催化与 二次催化的结构和方法， 有效地提高了有机废气被催化燃烧的几率， 进一 步地提高了催化燃烧净化率， 减少了废气对大气的污染。 此外， 本发明利 用气体的对流特性提出了空腔式换热器和对其 他换热器结构的改进方法， 提高了换热效率， 还为废气余热的多级彻底利用提供了渠道。 最后， 在几 种应用案例中具体说明了应用原则和方法， 使催化燃烧技术在现有的应用 领域达到更好的效果， 同时还可大幅降低其自热运行的阀值， 使得原来运 行成本较高的工况可以大幅降低运行成本， 甚至带来额外收益， 减小企业 采用环保技术的阻力， 推动了环保事业发展。

应当理解的是， 本发明的应用不限于上述的举例， 对本领域普通技术 人员来说， 可以根据上述说明加以改进或变换， 所有这些改进和变换都应 属于本发明所附权利要求的保护范围。