CN103557719B - 一种高温气体雾化急速冷却系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种高温气体急速冷却的系统，高温气体通过气体导向装置从冷却塔底部向顶部流动，在冷却塔底部安装有温度和流量探测装置，在冷却塔中上部分从四周喷入冷却水，雾化吸热，对高温气体进行冷却，通过PLC控制系统计算出雾化冷却需要的冷却水量；高温气体急速冷却到预设温度，喷入的水变成水蒸汽，冷却后从顶端抽出，在冷却塔顶部安装有温度和流量探测装置，反馈给PLC控制系统，进行自动微调水量。本发明可实现高温气体急速冷却，通过水雾化急速吸热从而达到快速降温的目的，从而快速跳过某一温度区域、短流程冷却、占地面积小和不产生二次污染等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温气体雾化急速冷却系统及方法，属于环保技术领域。
背景技术
目前，很多冶金和化工等领域通常产生高温气体，需要通过冷却才可排放或者回收利用，冷却方式大多采用余热锅炉、风冷、水油等介质热交换进行。这些冷却方式普遍存在的不足之处在于，一方面高温气体的温度是逐步冷却，造成冷却处理流程或装备较长；另一方面由于明显的逐步的温度冷却梯度，导致很难在很短时间内实现快速急性冷却，如常规办法很难实现从850℃在2秒内直接降低到180℃，快速跳过300-450℃温度区域。这些不足给工艺控制或环保带来很大难度。
例如，含有二噁英的高温气体，其中的二噁英在高温下(如超过500℃)发生分解，如果通过常规冷却方式(如余热锅炉)，在缓慢的热交换冷却过程，经过300-450℃温度区域，又发生逆反应自动合成了二噁英，给环境带来严重二次污染，也是目前很多塑料(如医疗垃圾)高温焚烧处理后带来二噁英污染的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温气体急速冷却系统及方法，其可实现高温气体的急速冷却，减少冷却时间，快速跳过温度区域，避免因直接水喷淋带来的二次污染。
为此，本发明提供了一种高温气体雾化急速冷却系统，其特征在于，包括：
冷却前的高温气体温度探测装置和流量探测装置，以及冷却后的气体温度探测装置和流量探测装置；
冷却塔，其设有使高温气体从冷却塔的底部向顶部流动的导向通道，在冷却塔的上部分设有从四周喷冷却水以对高温气体进行冷却的喷射装置，在冷却塔的顶端设有抽出冷却后的气体的出口；
PLC控制系统，其设有预设冷却温度控制器和冷却水供应时间控制器，冷却前的高温气体温度探测装置和流量探测装置和冷却后的气体温度探测装置和流量探测装置都与该PLC控制系统连通；PLC控制系统包括使低温气体温度大于100℃的冷却温度预设装置和根据高温气体温度和低温气体温度计算雾化冷却需要的冷却水量的计算装置、冷却水的喷射量控制装置、喷射时间控制装置、和根据冷却后的气体温度探测装置和流量探测装置的数据反馈对冷却水的喷射量和喷射时间进行自动微调的反馈控制装置；
雾化动力装置，其一端与冷却塔的上部分内的冷却水的喷射装置相连接，另外一端与PLC控制系统连通；以及
冷却水供给装置，其一端与冷却塔的上部分内的冷却水的喷射装置相连接，另外一端与PLC控制系统连通。
优选地，所述冷却塔结构为下端尺寸小，上端尺寸大。
优选地，还设有使危险气体充分燃烧完毕和/或过滤再进入冷却塔的高温气体预先处理装置。
优选地，所述雾化动力装置采用压缩空气源。
优选地，所述喷射装置设有确保不与高温气体发生激烈化学反应以防止产生有毒有害气体的喷射限制装置。
优选地，所述冷却前的高温气体温度探测装置和冷却后的气体温度探测装置至少其中之一为热电偶。
优选地，所述冷却前的高温气体流量探测装置和冷却后的气体温度流量探测装置至少其中之一为流量传感器。
优选地，所述喷射装置设有能够使喷出的雾化水均匀分布在冷却塔的断面的水雾化喷嘴。
优选地，所述水雾化喷嘴具有防止结垢堵塞的压缩空气自清洁装置。
优选地，还包括用于抽走冷却后气体的风机，其在冷却塔的顶部与冷却后的气体的出口连通。
本发明包括：高温气体温度(如热电偶)和流量探测装置(如气体流量计传感器)，用于测量高温气体温度和流量，PLC控制系统，根据高温气体温度和预设冷却温度计算雾化冷却需要的冷却水量。
带有雾化功能的冷却塔，把水喷成水雾，通过水分直接雾化成气体吸收高温气体的热量进行冷却。高温气体通过气体导向装置(如管道)从冷却塔底部向顶部流动，冷却塔中上部分从四周喷入洁净冷却水，形成雾化吸热对高温气体进行冷却。根据预设冷却通过PLC控制系统计算粗雾化冷却需要的冷却水量高温气体刚好急速降到预设温度，从冷却塔顶端抽出。喷入的冷却水变成水蒸汽(通过水高温快速挥发为水蒸气吸收高温气体热量)。
冷却后气体的温度和流量通过设置与冷却塔顶部的冷却后气体温度(如热电偶)和流量探测装置(如气体流量计传感器)测量，反馈给PLC控制系统。PLC控制系统接受到反馈，结合预设冷却温度对冷却水量进行自动微调。
雾化动力装置例如采用压缩空气。
优选地，原始高温气体可先进行处理(如危险气体充分燃烧完毕)，再进入冷却塔系统。
优选地，通过水分直接雾化成气体吸收高温气体的热量进行冷却，不产生多余的水分，水量控制恰到好处；
优选地，冷却塔结构为下端小，上端大，有足够的空间给予水雾化急速膨胀为气体的空间。
优选地，喷水量和压缩气体量使用PLC控制，带有自动计算功能、精确控制水量功能和反馈微调功能。
优选地，冷却塔带有水雾化功能的喷嘴，并能使雾化水均匀分布在冷却塔的断面。
优选地，雾化喷嘴可具有自清洁功能(如一定压力的压缩空气自清洁功能)，防止结垢堵塞的作用。
优选地，雾化喷嘴可以是环状的，也可以是单个的，确保端面均匀雾化水均匀分布。
优选地，冷却后的气体为带一定量水分的气体，可用风机抽走。
优选地，冷却水不与高温气体发生激烈化学反应，产生有毒有害气体。
本发明的有益效果包括：可实现高温气体急速冷却，减少冷却时间，可以快速跳过温度区域；高温气体通过雾化急速冷却，控制适量冷却，而不是直接水喷淋带来二次污染；缩短冷却流程，显著地减少设备占地空间。
本发明可应用于冷却废塑料燃烧产生的高温气体，由于高温气体在冷却塔处得到急速冷却，快速跳过自动合成二噁英的温度区域(300-450℃)，二噁英来不及自动合成，从而杜绝了二噁英的产生，解决了废塑料燃烧的环保治理技术难题。
本发明还可应用于有色金属冶炼过程中(如铜冶炼和钢铁冶炼)，用于处理炉窑产生高温烟气，可以精确控制冷却后低温气体出口温度，从而为后续环保治理提供前提条件，冷却后的低温气体再通过除尘系统(如旋风收尘、布袋除尘)则更易控制，保证了工艺条件到位和设备安全。
附图说明
图1是根据本发明的高温气体雾化快速冷却系统的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图，以处理废塑料焚烧后产生的高温气体的雾化急速冷却系统和方法为实施例，对本发明进行说明。
含塑料物料(如医疗垃圾、带有塑料的金属制品)通过高温焚烧后，如处理手段控制不好，易产生二噁英，其在高于800℃以上分解，在逐步降温的过程中(300-450℃)又自动合成，形成严重二次污染。而常规冷却办法(如热交换器、水管道冷却、风冷、自然冷却)通过300-450℃温度区域时间都较长，易自动合成二噁英，故二噁英处理技术一直是目前制约塑料制品焚烧的关键技术难题之一。
实施例1：防治二噁英污染处理系统
如图所示，本发明的高温气体雾化急速冷却系统包括：高温气体入口1、温度探头2、气体流量探头3、雾化喷头4、温度探头5、气体流量探头6、PLC控制系统7、冷却水供给装置8、雾化动力装置(如压缩空气)9、低温气体出口10。
塑料物料在高温焚烧后产生的高温气体经由高温气体入口1(如温度800℃)，通过后续风机抽力(如低温气体出口10后面的风机)，引导气体向冷却塔流动；高温气体通过温度探头2和气体流量探头3，分别测量出温度(如温度800℃)和流量(Q)；通过信号快速传输给PLC控制系统7，在结合考虑预设冷却后的温度(如预期180℃，即预期温度探头5的温度为180℃)，通过温度差(800-180=620℃)和流量Q计算出需要被吸收的热量，而每立方水雾化气化为蒸汽，吸收的热量为定值，从而通过PLC控制系统7计算出雾化喷水的量；考虑到实际情况的修正值，通过PLC控制系统7发出指令控制供水装置8的供水量和压缩空气9的量，一定量和压力的冷却水和压缩空气通过雾化装置(如雾化喷头)4在冷却塔中形成雾化，从而起到快速冷却的目的；高温气体在冷却塔处得到急速冷却(实际经验，冷却时间大约为2秒左右)，快速跳过温度区域(300-450℃，二噁英来不及自动合成，从而杜绝二噁英的产生)，在通过顶端时，通过温度探头5和气体流量探头6再次测量气体温度和流量，及时反馈给PLC控制系统7，并且及时修正微调冷却水供给装置8的供水量和压缩空气9的量，从而达到精确控温的目的。冷却后的气体由低温气体出口10被风机抽走。在此过程中，喷入的水形成水蒸汽(如180℃)，在冷却塔底部不产生过量的液体水，从而杜绝了二次污染的产生。
本系统可实现高温气体急速冷却，通过水雾化急速吸热达到快速降温的目的，从而快速跳过某一温度区域、短流程冷却。本系统具有占地面积小和不产生二次污染等特点，特别对治理二噁英污染非常有效，自动控制简单可行。
在有色金属冶炼过程中(如铜冶炼和钢铁冶炼)，炉窑产生高温烟气，也可以参考上述实施例1的处理方法进行冷却处理，可以精确控制冷却后低温气体出口温度，从而为后续环保治理提供前提条件，冷却后的低温气体再通过除尘系统(如旋风收尘、布袋除尘)则更易控制，保证了工艺条件到位和设备安全。
Claims (19)
1.一种使高温气体急速冷却至低温的方法，以快速跳过高温与低温之间的预设中间温度区域，其特征在于，根据预设降温幅度和预设降温时间计算出冷却水雾化用量，配置一定动力条件，以此通过雾化装置在冷却塔中形成雾化，使高温气体在冷却塔处从高温在预定的短时间内急速冷却至预定的低温，快速跳过预设中间温度区域，冷却后的低温气体被风机抽走，所述预定的短时间为1-10秒；所述高温气体在600℃或更高；所述预定的低温大于100℃；快速跳过的温度区域为180-500℃；通过水分直接雾化成气体以吸收高温气体的热量进行冷却，冷却塔底部不产生多余液体水分，水量控制恰到好处。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设降温幅度包括流量和温度；所述动力条件是压缩空气压力；预定的短时间是预设降温时间；预定的低温＝高温-预设降温幅度；预设中间温度区域是产生污染物的温度区域；所述预定的短时间为2-5秒；所述高温气体在800℃或更高；所述预定的低温为110-190℃；和快速跳过的温度区域为300-450℃。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定的短时间为2秒，所述预定的低温为180℃。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温气体是有色金属冶炼过程中的炉窑烟气；或塑料物料高温焚烧后不与水反应的高温气体。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述塑料物料是医疗垃圾、带有塑料的金属制品；和/或，所述高温气体是钢铁、化工领域不与水反应的高温气体。
6.一种在塑料制品焚烧工艺中防治二噁英污染的烟气冷却方法，其特征在于，使预定量的冷却水和预定压力的压缩空气通过雾化装置在冷却塔中被雾化，使高温气体在冷却塔处在预定的短时间内急速冷却至预定的低温，快速跳过产生二噁英的温度区域，冷却后的气体由低温气体出口被风机抽走，所述预定的短时间为1-10秒，所述高温气体在600℃或更高，所述预定的低温大于100℃，快速跳过的温度区域为180-500℃；通过水分直接雾化成气体以吸收高温气体的热量进行冷却，冷却塔底部不产生多余液体水分，水量控制恰到好处。
7.如权利要求6所述的烟气冷却方法，其特征在于，所述预定的短时间为2-5秒，所述高温气体在800℃或更高，所述预定的低温为110-190℃，快速跳过的温度区域为300-450℃。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预定的短时间为2秒，所述预定的低温为180℃。
9.一种高温气体雾化急速冷却系统，其特征在于，包括：
冷却前的高温气体温度探测装置和流量探测装置，分别用于测量冷却前的高温气体的温度和流量；
冷却塔，高温气体从冷却塔的底部向顶部流动，在冷却塔底部安装有温度和流量探测装置，冷却塔的上部分从四周喷冷却水，对高温气体进行冷却，冷却后的气体从顶端被抽出；所述冷却塔结构为下端尺寸小，上端尺寸大，以给予水雾化急速膨胀为气体的空间；
冷却后的气体温度探测装置和流量探测装置，分别用于测量冷却后的气体的温度和流量，并反馈给控制系统；
控制系统，其设有预设冷却温度控制器和冷却水供应时间控制器，根据高温气体温度和预设冷却温度计算雾化冷却需要的冷却水量，控制冷却水的喷射量和喷射时间，接收冷却后的气体温度探测装置和流量探测装置的数据反馈，并结合预设冷却温度对冷却水的喷射量和喷射时间进行自动微调；高温气体通过气体导向装置从冷却塔底部向顶部流动；以及
雾化动力装置，其在设定的时间内从冷却塔的上部分的四周向冷却塔内喷射预定量的冷却水。
10.如权利要求9所述的冷却系统，其特征在于，预设冷却温度大于100℃；设定的时间为2秒。
11.如权利要求9所述的冷却系统，其特征在于，预设冷却温度为110-190℃；设定的时间为2秒。
12.如权利要求9所述的冷却系统，其特征在于，预设冷却温度为180℃；设定的时间为2秒。
13.如权利要求9所述的冷却系统，其特征在于，具有至少其中之一以下特征：所述控制系统是PLC控制系统；所述气体导向装置为管道；所述高温气体进行预先处理；所述雾化动力装置采用压缩空气；所述PLC控制系统控制喷水量和压缩空气量，具有自动计算功能、精确控制水量功能、和/或反馈微调功能的模块；所述冷却水的喷射被如此控制，以不与高温气体发生激烈的化学反应，从而防止产生有毒有害气体；所述气体温度测量装置为热电偶，流量探测装置为流量传感器；所述冷却塔带有水雾化喷嘴，喷出的雾化水均匀分布在冷却塔的断面；所述水雾化喷嘴具有自清洁功能，防止结垢堵塞；所述水雾化喷嘴是环状或者多个均布的，以确保雾化水均匀分布在冷却塔的端面；和还包括风机，用于抽走冷却后气体。
14.如权利要求10所述的冷却系统，其特征在于，所述高温气体进行预先处理包括危险气体充分燃烧完毕、和/或过滤，再进入冷却塔系统；所述水雾化喷嘴具有一定压力的压缩空气自清洁功能；风机设置于冷却塔的顶部。
15.一种高温气体雾化急速冷却的方法，其特征在于，包括：测量冷却前的高温气体的温度和流量；高温气体通过气体导向装置从冷却塔底部流向顶部，在冷却塔的上部分从四周喷冷却水，使预定量的冷却水和预定压力的压缩空气通过雾化装置在冷却塔中形成雾化，使高温气体在冷却塔处在预定的短时间内急速冷却至预定的低温，快速跳过产生污染物的温度区域；测量冷却后的气体温度和流量，反馈给PLC控制系统，结合预设冷却温度对冷却水量和/或冷却时间进行自动调节，冷却后的气体由低温气体出口被风机抽走；所述预定的短时间为1-10秒；所述高温气体在600℃或更高；所述预定的低温大于100℃；快速跳过的温度区域为180-500℃；通过水分直接雾化成气体吸收高温气体的热量进行冷却，冷却塔底部不产生多余液体水分，水量控制恰到好处。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，具有至少其中之一以下特征：所述控制系统是PLC控制系统；高温气体通过气体导向装置从冷却塔底部向顶部流动；所述冷却塔结构为下端尺寸小，上端尺寸大，以给予水雾化急速膨胀为气体的空间；所述气体导向装置为管道；所述高温气体进行预先处理；采用压缩空气进行雾化；所述PLC控制系统控制喷水量和压缩空气量，具有自动计算功能、精确控制水量功能、和/或反馈微调功能的模块；所述冷却水的喷射被如此控制，以不与高温气体发生激烈的化学反应，从而防止产生有毒有害气体；使用热电偶测量气体的温度，使用流量传感器探测气体的流量；所述冷却塔带有水雾化喷嘴，喷出的雾化水均匀分布在冷却塔的断面；所述水雾化喷嘴具有自清洁功能，防止结垢堵塞；所述水雾化喷嘴是环状或者多个均布的，以确保雾化水均匀分布在冷却塔的端面；和还包括风机，其设置于冷却塔的顶部，用于抽走冷却后气体。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述高温气体进行预先处理包括危险气体充分燃烧完毕、和/或过滤，再进入冷却塔系统；所述水雾化喷嘴具有一定压力的压缩空气自清洁功能。
18.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述预定的短时间为2-5秒；所述高温气体在800℃或更高；所述预定的低温为110-190℃；快速跳过的温度区域为300-450℃。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述预定的短时间为2秒；所述预定的低温为180℃。
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