CN1407277A - 高温排放气体的冷却方法与装置以及燃烧处理装置 - Google Patents

高温排放气体的冷却方法与装置以及燃烧处理装置 Download PDF

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Abstract

一种高温排放气体的冷却方法及其装置、以及具有此冷却装置的燃烧处理装置，通过少量的水有效地对高温排放气体进行冷却。此排放气体的冷却方法，于高温排放气体的流动路径内，形成与排放气体的流动方向成直角方向的水膜，且高温排放气体通过水膜中。其冷却装置，包括：圆筒状的冷却室(53)及多个水喷雾管(54)。圆筒状的冷却室(53)于上方具有高温排放气体导入部(51)，而于下方具有冷却排放气体排出部(52)。水喷雾管(54)配置于高温排放气体导入部的附近。其中水喷雾管(54)的喷雾嘴(58)的喷出轴线分别配置于略同一水平面上，且朝向冷却室(53)的中心方向，且从各喷雾嘴(58)喷出的水滴彼此之间相互冲撞。

Description

高温排放气体的冷却方法与装置以及燃烧处理装置
技术领域
本发明关于一种高温排放气体的冷却方法与装置以及燃烧处理装置，且特别是关于对随着各种燃烧处理而排出的高温排放气体进行冷却的方法及其装置结构，以及具有此冷却装置的燃烧处理装置。
背景技术
制铁或废弃物(trash)的焚烧、有毒成分的燃烧处理等之际会发生高温排放气体。此高温排放气体维持原样释放至大气，为了防止公害的理由而不被允许。因此，通常需先将此排放气体冷却之后再排出。
图7所示为公知的排放气体冷却装置的一实例的纵剖面图。高温排放气体从上部的导入口13导入用以构成冷却装置11的冷却室12内，再从周壁下部的排出口14排出。在此过程中，所导入的高温排放气体与从设于冷却室12的上部的喷雾管1 5的喷雾嘴(spraynozzle)16所喷出的水相接触而被冷却。从排出口14所排出的冷却后的排放气体中所含有的固体物或水滴被设于除雾装置(demister)17内的填充材料18所捕捉。在除雾装置17中另设有可喷出用以洗净填充材料18的水的喷雾器19。
在此冷却装置11中，从喷雾嘴16所喷出的水与排放气体的流动方向为同一方向，如此，即可不需考虑通气阻抗的问题。从喷雾嘴16所喷出并冷却排放气体后的水从设于冷却室12的底部的排水口20排出。在与此排出口20相连接的排水管21中，设有上方弯曲的U形弯管(trap)22，如此可以防止排放气体从排水管21流出。再者，在排水管21的下流端插入积存于水槽23内的水中，如此，可以防止大气通过排水管21而逆流至冷却室12。
然而，在上述公知的冷却装置中，为了冷却高温排放气体，必需使用大量的水，甚至为了使排放气体与水完全接触，更是必需使用大型的冷却室。更甚之，在冷却室之外所设置的用以除去来自排放气体的固体物或水滴的除雾装置，必需采用无法让气体流通的排水结构。因此，冷却装置全体无法不大型化。
发明内容
本发明的目的提供一种冷却方法及其装置以及与此冷却装置一体化的燃烧处理装置，以利用少量的水有效地对高温的排放气体进行冷却，进而使装置小型化。
为达到上述目的，本发明提出一种高温排放气体的冷却方法，于高温排放气体的流动路径内，形成与排放气体的流动方向成直角方向的水膜，且高温排放气体通过水膜中。
再者，本发明提出一种高温排放气体的冷却装置，包括中空的冷却室及多个水喷雾管。中空的冷却室于上方具有高温排放气体导入部，且于下方具有冷却排放气体排出部及排水部。此多个水喷雾管配置于高温排放气体导入部的附近，其中水喷雾管的喷雾嘴分别配置于同一水平面上，从各喷雾嘴喷出的水的方向与从高温排放气体导入部流入冷却室的高温排放气体的流动方向成直角关系，且从各喷雾嘴喷出的水于冷却室内相互冲撞。
再者，在本发明的高温排放气体的冷却装置中，冷却排放气体排出部包括从冷却室的周壁下部突出至室内的排放气体管。且前述喷雾嘴的轴线在水平面上，分别以与相对于冷却室中心方向为同一方向上有5度至15度的角度的方式进行配置。
另外，前述冷却室包括由内管及外管所构成的双重管结构，内管的上部开口经过前述喷雾嘴而与前述高温排放气体导入部相连通，内管的下部开口配置于外管的底板上面附近，外管的上部设有冷却排放气体排出部，且于冷却排放气体排出部与内管的下部开口之间设置横贯内管的外周与外管的内周之间的除雾装置。再者，前述排水部包括排水室，且排水室包括排水口及排水管。排水口的开口位于冷却室底部，且排水口与冷却室内相连通。排水管的开口位于排水口的上方的位置，且排水管与排水口相连接。
另外，本发明提出一种燃烧处理装置，在前述的高温排放气体的冷却装置的上方连接设置燃烧室，其中燃烧室具有用以形成水平火焰的燃烧器。
在本发明中，从喷雾嘴所喷出的水滴会相互冲撞而成为较小的水滴，且由此较小的水滴形成水膜。当高温的排放气体通过此水膜中之际，可以提高气液接触效率，进而提高高温排放气体的冷却效率，并得以利用远少于公知所使用的水量达到与公知同等效果的冷却性能。再者，也可以达到使装置全体小型化的效果。
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明。
附图说明
图1所示为本发明的第一较佳实施例的冷却装置的纵剖面图。
图2所示为本发明的第二较佳实施例的冷却装置的纵剖面图。
图3所示为喷雾嘴的配置例的冷却室的横剖面图。
图4所示为本发明的第三较佳实施例的冷却装置的纵剖面图。
图5所示为本发明的燃烧装置之一形态例的纵剖面图。
图6所示为燃烧器的局部的纵剖面图。
图7所示为公知的排放气体冷却装置的一实例的纵剖面图。标号说明：
11：冷却装置           12：冷却室
13：导入口             14：排出口
15：喷雾管             16：喷雾嘴
17：除雾装置           18：填充材料
19：喷雾器             20：排水口
21：排水管             22：U形弯管
23：水槽               50：冷却装置
51：高温排放气体导入部 52：冷却排放气体排出部
53：冷却室             54：水喷雾管
55：排水部             56：内层
57：检查窗             58：喷雾嘴
59：排放气体管         60：填充材料
61：除雾装置           62：喷雾器
65：排放气体管         66：气体吸入口
67：倾斜板             71：内管
72：外管               73：水槽
74：内壁               75：外壁
76：导管               77、78：V型缺口
79：除雾装置           80：喷雾器
81：喷雾嘴             82：水喷雾管
83：排水室             84：排水口
85：排水管             100：燃烧处理装置
101：燃烧室            102：气体导入管
103：引火灯            104：燃烧器
105：V沟渠型喷嘴       106：燃料通路
107：助燃性气体通路    108：外管(金属制的外管)
109：内管(烧结金属制的内管)
A：箭头(水膜的旋转方向)
C：中心(冷却室中心)
S：喷出轴线(喷雾嘴58的喷出轴线)
α：角度(喷雾嘴58的喷出轴线S的相对于冷却室中心C方向上的倾斜角)
具体实施方式
图1所示为用以实施本发明的高温排放气体的冷却方法的本发明的第一较佳实施例的冷却装置的纵剖面图。
此冷却装置50具备有具位于上方的高温排放气体导入部51及位于周壁下部的冷却排放气体排出部52的圆筒状冷却室53、配置于前述高温排放气体导入部51的附近的多个水喷雾管54、设于冷却室53的底部的排水部55。在此排水部55中，与图7所示的公知例相同，与排水管相连接，且于此排水管中设有用以防止排放气体从排水管流出的上方弯曲的U形弯管。再者，排水管的下流端插入水中，如此，可以防止大气通过排水管而逆流至冷却室。在冷却室53的上部内周上，施加有由耐热材料所构成的内层56。再者，于冷却室53的周壁上也设有检查窗57。
设于水喷雾管54上的多个喷雾嘴58配置成，其喷出轴线于约略同一水平面上朝向冷却室53的中心方向，且从各喷雾头58所喷出的水滴彼此之间相互冲撞。再者，在各喷雾头58中较佳使用可在水平方向上喷出扇状的水的扇形喷嘴。
通过在冷却室53内配置此多个喷雾嘴58，可在全面封锁气体流动通路的状态下，形成与高温排放气体的流动方向相互垂直相交的水膜。而且，从喷雾嘴58所喷出的水滴的大部分会因相互间的冲撞而发生较细小的水滴。
水喷雾管54的设置个数可为任意个，仅需对应冷却室53的尺寸或高温排放气体的温度及流量(流速)而设置3个以上即可。再者，可以在一个水喷雾管54上只设置一个喷雾嘴58，也可以在一个水喷雾管54上设置多个喷雾嘴58。另外，多个喷雾嘴58较佳等间隔地设置。
在与冷却排放气体排出部52相连接的排放气体管59上，设置收纳有填充材料60的除雾装置61。在除雾装置61的后段，设有吸引冷却排放气体用的送风机(blower)(未图标)。从冷却排放气体排出部52所排出的冷却排放气体中所含有的固体物或水滴在通过除雾装置61之际，被填充材料60所捕捉。此填充材料60被从喷雾器62所喷出的水所定期洗净。
在由此所形成的冷却装置50中，从高温排放气体导入部51导入冷却室53的高温排放气体在通过由从前述喷雾嘴58喷出的水所形成的水膜的过程中被冷却。由于形成水膜的水滴会因本身重量而于室内落下，因此，此水滴不会对高温排放气体的流动造成任何阻抗。再者，由于因冲撞而变细的水滴所构成的水会在与高温排放气体相接触的瞬间而被蒸发，因此，水的蒸发潜热可以有效地利用于高温排放气体的冷却。
另外，由于高温排放气体与水确实地接触，因此，水的蒸发潜热可以有效地利用，而提高冷却效率，进而在进行与公知同等的冷却的情形下，可大幅降低公知的使用水量，而实现装置的小型化。
图2所示为本发明的第二较佳实施例的冷却装置的纵剖面图。而且，在以下的说明中，与前述第一较佳实施例所记载的冷却装置的构成要素相同的构成要素系以同一符号表示，并省略其详细说明。
在本较佳实施例中，于前述冷却排放气体排出部52上设置在水平方向上从冷却室53的周壁下部朝室内突出的排放气体管65，且其气体吸入口66部分开口于冷却室53的中心部。使用由前述所构成的结构，由于可以使冷却室53内的排放气体的流动均等化，因此可以更进一步地提高整体的冷却效果。另外，在本较佳实施例中，于冷却室53的下部设置倾斜板67，即可避免形成风吹堆积部。
图3所示为喷雾嘴的配置例的冷却室的横剖面图。在本较佳实施例中，以120度间隔所设置的3个喷雾嘴58的喷出轴线S分别以相对于冷却室53的中心C的方向为同一方向的角度α配设而成。其中，喷雾嘴58的喷出轴线S分别于相对于冷却室中心C的方向为同一方向上倾斜，以使从各喷雾嘴58所喷出的水朝如图3的箭头A所示的方向，以逆时针旋转的方式，在冷却室53内进行旋转，进而于冷却室53内形成具有与高温排放气体的流动方向成直角的方向上之面的旋转水膜。凭借所形成的旋转水膜，高温排放气体在通过水膜之际，会受到水膜的旋转运动的影响而使气体本身也进行旋转，此情形会发生搅拌效果，进而可更进一步提高冷却效果。
前述角度α依据冷却室53的状态、高温排放气体的状态、喷雾嘴的配置数等选择最佳的角度，通常角度α的范围为5～15度左右。当角度α不足5度时，无法给予水膜足够的旋转力，而当角度α超过15度时，则喷雾嘴58的配置数不可过多且难以对气体的流动通路进行全面封锁，进而使必要的水量增加。
图4所示为本发明的第三较佳实施例的冷却装置的纵剖面图。此冷却装置使冷却室53变成由上下皆有开口的内管71、以及配置成围绕此内管71且上下封闭的外管72等所构成的双重管结构。内管71的上部开口经过前述喷雾嘴58所形成的水膜而与前述的高温排放气体导入部51相连通。另外，内管71的上部围绕有双重壁结构的水槽73，且设有贯通此水槽73的内壁74与外壁75的水喷雾管54。于水槽73中，设有用以提供内壁74与外壁75之间的冷却水的导管(pipe)76。提供于内壁74与外壁75之间的冷却水从设于内壁74上部的V型缺口(V notch)77流下至内壁74与外壁75的上部外周之间，甚至从设于内管71的上部的V型缺口78流下至内管71内。
在本较佳实施例中，内管71将其上下方向中间部形成小管径，以使此部分的气体流速上升，而提高气体与水滴之间的接触效率，进而提高高温排放气体的冷却效果。而且，内管71也可以为拉伸导管(straight pipe)。
内管71的下部开口配置于外管72的底板上面的附近，且于外管72的周壁上部设置前述冷却排放气体排出部52。在冷却排放气体排出部52与内管71的下部开口之间，设置用以构成连结内管71的外周与外管72的内周的除雾装置79的填充材料。
然而，从高温排放气体导入部51导入冷却室53内的高温排放气体，横切过来自喷雾嘴58的水膜，于内管71内与水滴相接触并于下方流出而受到冷却之后，从内管71的下部开口流出至外管72内，并从内管71的外周与外管72的内周之间的空间上升。之后，通过除雾装置79而除去所含有的固体物或水滴，再从冷却排放气体排出部52排出。然而，此可以省略设于排气管上的除雾装置，因此，可以缩小用以排放气体的管路的尺寸。因固体物的附着而遭到污染的填充材料，可通过从设于其上方的喷雾器80所喷出的水进行洗净动作。
另外，于本较佳实施例中，设有贯穿外管72的周壁下部且前端具有喷雾嘴81的水喷雾管82。此喷雾嘴81于内管71的下方形成与前述相同的水膜，以更进一步对从内管71的下部开口流出的气体进行冷却。
排水部55具有与外管72一体成形的排水室83。此排水室83具有开口位于冷却室53的底部且与冷却室内相连通的排水口84、以及与前述排水口84的上缘相连接且开口位于其上方位置的排水管85。当设有前述喷雾嘴81的情形下，此排水管85的开口下缘的位置设定成低于喷雾嘴81的下方位置。而当未设有前述喷雾嘴81的情形下，此排水管85的开口下缘的位置也可设定成低于内管71的下部开口的下方位置。
在冷却室53的底部所流下的水通过排水口84而流入排水室83内，再从排水管85排出。此时，由于排水管85设置成高于排水口84的位置，因此，在冷却室底部会因水从排水口84阻塞至排水管85的位置，而使水堆积。由此，由于排水口84被水所阻塞，因此可以防止气体经过排水口84而进行流通，进而，使来自排水部55的排放气体进行流出之际，可以防止大气流入冷却室53。进而，在排水管85的途中也因不需设置U型弯管，而可以缩小用以排水的管路的尺寸。
由此，由于在具有双重结构的冷却室53的内部收纳有除雾装置79，而且具有U形弯管功能的排水管83与冷却室53一体成形，因此可以使冷却装置的全体达到小型化的目的。而且，可在对应必要的情况下，排气管或排水管中也可以设置与公知相同的除雾装置或U型弯管。
图5所示为本发明的燃烧装置的一形态例的纵剖面图。图6所示为燃烧器(burner)的局部的纵剖面图。前述所形成的高温排放气体的冷却装置可与例如是对含有有害成分的气体进行除害处理等各种燃烧装置处理的燃烧装置一体化。
燃烧处理装置100于由前述所形成的冷却装置的冷却室53的上方连接设置用以进行燃烧处理的燃烧室101，其中燃烧室101的下端部与冷却室53上端部的高温排放气体导入部51呈现直接连结的状态。
燃烧室101于上方设置用以导入燃烧处理对象气体的气体导入管102以及引火灯(pilot burner)103，再于其下方设置用以形成平面火焰的燃烧器104。请参照图6所示，燃烧器104于环(ring)状的内侧面上形成V沟渠型喷嘴105，再于此V沟渠型喷嘴105的一侧上设置用以提供LPG等燃料的燃料通路106，并于另一侧上设置用以提供空气或富含氧空气等助燃性气体的助燃性气体通路107。前述燃料通路106或助燃性气体通路107系于沿着前述V沟渠型喷嘴105的内周面设置多个场所，以从燃料通路106吹出燃料且从助燃性气体通路107吹出助燃性气体，再于此状态下，以前述引火灯103进行点火，并形成与燃烧处理对象气体的流动方向成直角的平面火焰。
而且，用以形成平面火焰的燃烧器较佳为例如是日本专利特开2001-82733号公报中所记载的结构，且燃烧室101的结构较佳也是此公报所记载的结构，在本发明中，并不已前述结构为限，仅需使用对应进行燃烧处理的对象物或其量等的条件的较佳结构即可，例如对燃烧器而言，也可以形成将燃料及助燃性气体先于燃烧器内部混合之后，再从燃烧器喷出。
再者，燃烧室101形成由金属制的外管108及烧结金属制的内管109所构成双重结构。内管109的下端为与前述高温排放气体导入部51一体化的状态。因此，因燃烧室101内的燃烧而发生的高温排放气体，从内管109的下方流入冷却室53内，再通过由冷却室53内所配置的前述多个喷雾嘴所喷出的水所形成的水膜，而被冷却，再从冷却排放气体排出部52通过送风机(未图标)的吸引而排放出去。
此燃烧处理装置100使从气体导入管102导入燃烧室101的燃烧处理对象气体通过由燃烧器104所形成的平面火焰，以进行死定的燃烧处理，之后，所生成的高温排放气体会直接导入冷却装置50进行冷却。因此，由具有用以形成与燃烧处理对象气体的流动方向成直角的平面火焰的燃烧器104的燃烧室101以及用以形成与高温排放气体的流动方向成直角的水膜的冷却装置50等所组合而成的燃烧处理装置，由于近接着配置有平面火焰及平面水膜，因此可以缩短气体流动方向的尺寸，进而可对装置全体进行小型化的制作。
实例
使用图5所示的结构的燃烧室，将由包括有3％的含有害气体的硅烷(silane，SiH4)的氮气所构成的燃烧处理对象气体以每分钟200升(litter)的比率从气体导入管导入燃烧室内，通过在燃烧器内使用LPG作为燃料且使用空气作为助燃性气体而形成的平面火焰，将硅烷燃烧而进行除害处理。此时，从燃烧室中以每分钟800升的速率发生约摄氏1000度的高温排放气体。
在此，使用将喷雾嘴54的喷出轴线配置成朝冷却室的中心方向的前述第一较佳实施例的冷却装置，将前述高温排放气体以每分钟5升的水进行冷却，从冷却排放气体排出部所排出的气体的温度变成摄氏73度左右。另外，如果使用前述图7所示的公知的冷却装置，利用导入的水冷却前述高温排放气体时，欲将高温排放气体冷却至摄氏73度，则必需使用每分钟20升以上的水进行冷却才可达成此目标。
接着，当改用冷却排放气体排出部突出于冷却室内的前述第二较佳实施例的冷却装置，以同一条件对高温排放气体进行冷却时，从冷却排放气体排出部所排出的气体的温度变成摄氏71度。由此结果可知，当冷却排放气体排出部突出于冷却室内之际，其冷却效率较高。
另外，在前述第二较佳实施例的冷却装置中，如图3所示，喷雾嘴的喷出轴线分别以相对于冷却室中心方向倾斜10度的方式进行配置，并于形成旋转水膜的状态下，以同一条件对高温排放气体进行冷却。其结果显示，从冷却排放气体排出部所排出的气体之温度系变成摄氏69.5度。由此可知，当水膜为旋转状态时，可以更进一步地提高冷却效率。

Claims (10)

1、一种高温排放气体的冷却方法，其特征在于：包括：
于一高温排放气体的流动路径内，形成与该排放气体的流动方向成直角方向的一水膜，且该高温排放气体通过该水膜中。
2、一种高温排放气体的冷却装置，其特征在于：包括：
一中空的冷却室，于该冷却室的上方具有一高温排放气体导入部，于该冷却室的下方具有一冷却排放气体排出部及一排水部；
数个水喷雾管，配置于该高温排放气体导入部的附近，其中该些水喷雾管的复数个喷雾嘴分别配置于同一水平面上，从各该些喷雾嘴喷出的水的方向与从该高温排放气体导入部流入该冷却室的一高温排放气体的流动方向成直角关系，且从各该些喷雾嘴喷出的水于该冷却室内相互冲撞。
3、如权利要求2所述的高温排放气体的冷却装置，其特征在于：其中该冷却排放气体排出部包括从该冷却室的周壁下部突出至室内的一排放气体管。
4、如权利要求2所述的高温排放气体的冷却装置，其特征在于：其中该些喷雾嘴的轴线在水平面上，分别以与相对于该冷却室中心方向为同一方向上有5度至15度的角度的方式进行配置。
5、如权利要求3所述的高温排放气体的冷却装置，其特征在于：其中该些喷雾嘴的轴线在水平面上，分别以与相对于该冷却室中心方向为同一方向上有5度至15度的角度的方式进行配置。
6、如权利要求2所述的高温排放气体的冷却装置，其特征在于：其中该冷却室包括由一内管及一外管所构成的一双重管结构，该内管的上部开口经过该些喷雾嘴而与该高温排放气体导入部相连通，该内管的下部开口配置于该外管的底板上面附近，该外管的上部设有该冷却排放气体排出部，且于该冷却排放气体排出部与该内管的下部开口之间设置横贯该内管的外周与该外管的内周之间的一除雾装置。
7、如权利要求4所述的高温排放气体的冷却装置，其特征在于：其中该冷却室包括由一内管及一外管所构成的一双重管结构，该内管的上部开口经过该些喷雾嘴而与该高温排放气体导入部相连通，该内管的下部开口配置于该外管的底板上面附近，该外管的上部设有该冷却排放气体排出部，且于该冷却排放气体排出部与该内管的下部开口之间设置横贯该内管的外周与该外管的内周之间的一除雾装置。
8、如权利要求5所述的高温排放气体的冷却装置，其特征在于：其中该冷却室包括由一内管及一外管所构成的一双重管结构，该内管的上部开口经过该些喷雾嘴而与该高温排放气体导入部相连通，该内管的下部开口配置于该外管的底板上面附近，该外管的上部设有该冷却排放气体排出部，且于该冷却排放气体排出部与该内管的下部开口之间设置横贯该内管的外周与该外管的内周之间的一除雾装置。
9、如权利要求2至8中任一项所述的高温排放气体的冷却装置，其特征在于：其中该排水部包括一排水室，该排水室包括：
一排水口，该排水口的开口位于该冷却室底部，且该排水口与该冷却室内相连通；
一排水管，该排水管的开口位于该排水口的上方的位置，且该排水管与该排水口相连接。
10、一种燃烧处理装置，其特征在于：包括：
在如权利要求2所述的高温排放气体的冷却装置的上方连接设置一燃烧室，且该燃烧室具有用以形成水平火焰的一燃烧器。
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