專利名稱：急速冷卻裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可完全防止例如從各種焚燒爐、熔爐等排出的有害物質(zhì)中二惡英類的二次合成的急速冷卻裝置及其方法。
背景技術(shù)：
用于焚燒爐、熔爐等燃燒裝置中的冷卻裝置在廢棄物處理，金屬冶煉設(shè)施、紙漿的漂白工序、水泥、玻璃、陶瓷的各工廠，以及化學(xué)原料、化學(xué)制品的制造工廠等廣泛的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中使用。
但是，現(xiàn)實(shí)中，從這些設(shè)施、工廠中經(jīng)冷卻處理后排出的氣體中對(duì)人體有害的二惡英類將再次合成，因而持續(xù)破壞大氣和地球的環(huán)境，在全世界的范圍內(nèi)一直呼吁改善這一現(xiàn)狀。
因此，開(kāi)發(fā)了各種用于除去作為大氣污染物質(zhì)、對(duì)人體有害的二惡英類的速冷裝置。
可是，眾所周知，這種二惡英類的除去裝置或方法是作為防止高溫燃燒產(chǎn)生的二惡英類的高溫分解、高溫狀態(tài)下向大氣中排放的排氣的冷卻時(shí)有可能產(chǎn)生的合成二惡英類發(fā)生的手段，均存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不能有效、廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。
即，由于燃燒裝置中800℃以上的高溫處理，燃燒物質(zhì)中的氯成分、氫成分等構(gòu)成合成樹(shù)脂的有機(jī)物質(zhì)等成為完全反應(yīng)和被分解的元素分子，成為高溫排氣而存在。在這種狀態(tài)下，雖然對(duì)人體有害的二惡英類被分解而成為無(wú)害，但當(dāng)冷卻而下降到二惡英類的再合成溫度的340℃左右時(shí)，存在二惡英類將再次合成而重新產(chǎn)生的不良情況。
為了杜絕從高溫下被分解的高溫排氣中再次合成二惡英類的現(xiàn)象，在試驗(yàn)中已經(jīng)獲知，需要在千分之十六秒以下的瞬間，將處于分解狀態(tài)的800℃左右的高溫排氣速冷到再合成溫度、即340℃以下的低溫，國(guó)家也正式承認(rèn)。
本發(fā)明是根據(jù)上述情況而提出的，其目的在于對(duì)本發(fā)明人在先申請(qǐng)的特愿平11-105250號(hào)(特許第3127249號(hào))和特愿平11-138841號(hào)(特許第3125217號(hào))的發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，提供一種冷卻效果更加優(yōu)良，不產(chǎn)生二惡英類等的再合成的急速冷卻裝置及其方法。
發(fā)明的公開(kāi)本發(fā)明為一種急速冷卻裝置，其特征是，在使從各種爐中生成的二惡英類的構(gòu)成化學(xué)分子處于分解狀態(tài)的高溫排氣從導(dǎo)入開(kāi)口部向?qū)С鲩_(kāi)口部通過(guò)的速冷筒體內(nèi)配設(shè)多級(jí)使冷卻介質(zhì)通過(guò)的熱交換用管體，同時(shí)沿著上述高溫氣體的通過(guò)方向，速冷筒體的截面積逐漸減小，而且，本發(fā)明還涉及一種急速冷卻方法，在使上述高溫排氣以所希望的流速通過(guò)的過(guò)程中經(jīng)由管等冷卻介質(zhì)進(jìn)行熱交換，與隨著高溫氣體的溫度降低產(chǎn)生的容積減小相對(duì)應(yīng)地減小速冷筒體的截面積，在不產(chǎn)生速冷筒體內(nèi)的流速減小地保持在初始流速的狀態(tài)下，將高溫氣體冷卻到所希望的溫度。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1為表示本發(fā)明所涉及的急速冷卻裝置一實(shí)施方式的主要結(jié)構(gòu)的剖視圖，是圖2的I-I向剖視圖。
圖2為圖1的II-II向剖視圖。
圖3為圖1的III-III向剖視圖。
圖4為圖1的IV-IV向剖視圖。
圖5為表示本發(fā)明所涉及的急速冷卻裝置其他實(shí)施方式的主要結(jié)構(gòu)的縱向剖視圖。
圖6為表示本發(fā)明所涉及的急速冷卻裝置另一實(shí)施方式的主要結(jié)構(gòu)的縱向剖視圖，是圖7的VI-VI向剖視圖。
圖7為圖6的平面說(shuō)明圖。
實(shí)施發(fā)明的優(yōu)選方式為了對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，參照附圖加以說(shuō)明。
在此，本發(fā)明中所稱的二惡英類包含存在75種同分異構(gòu)體、同族體的多氯化二苯并對(duì)二惡英(Poly-chlorinated dibenzo-p-dioxinsPCDDs)和存在135種同分異構(gòu)體、同族體的的多氯化氧芴(Ploy-chlorinated dibenzofuransPCDFs)，另外，在多氯化聯(lián)苯(PCB)中也存在209種同分異構(gòu)體、同族體，具有共偏平結(jié)構(gòu)的12種共面PCB(Co-PCBs)的同分異構(gòu)體、同族體毒性強(qiáng)，其生化作用類似于PCDDs，Co-PCBs存在于PCBs的制品種，同時(shí)與PCDDs、PCDFs一樣，在廢棄物的焚燒裝置中生成，大面積污染環(huán)境，所以包括Co-PCBs在內(nèi)，總稱為二惡英類。
以下表示其結(jié)構(gòu)式。 x+y＝1～8 x+y＝4～7(1)PCDDs (2)PCDFs (3)Co-PCB二惡英類的(化學(xué))結(jié)構(gòu)式以下，與附圖一起對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式一例加以說(shuō)明。
1為速冷裝置，具備立體形狀的室構(gòu)成的速冷筒體2，從平面觀察時(shí)為四邊形，最好為長(zhǎng)方形，側(cè)面是上下方向長(zhǎng)，正面、背面是隨著朝向下方變窄。3是表示在該速冷筒體2的上側(cè)或下側(cè)上開(kāi)口的導(dǎo)入開(kāi)口部(圖示為上側(cè))，可導(dǎo)入從各種爐中生成的二惡英類的構(gòu)成化學(xué)分子為分解狀態(tài)的例如800℃以上的高溫排氣。4為該速冷筒體2的下側(cè)或上側(cè)開(kāi)口的、速冷處理后的低溫排氣，即稱為二惡英類的合成溫度的300℃以下、例如270℃以下的排氣的導(dǎo)出開(kāi)口部(圖示為下側(cè))。
但是，為了使速冷筒體2隨著從上部的開(kāi)口部3朝向下部的開(kāi)口部4其開(kāi)口面積逐漸減小，所以成為圖1中所示的錐狀部t狹窄的圓筒面，對(duì)流入的高溫排氣的流量、即流體體積進(jìn)行節(jié)流。
另外，錐狀部t的圓筒面無(wú)論是在速冷筒體2的橫截面為四邊形的情況下或者是圓形的情況下均可形成，既可以是僅在相對(duì)向的面上形成，也可以環(huán)繞四周形成，呈方錐形狀或者圓錐形狀。
5為具有截面為圓形、方形等適當(dāng)形狀的熱交換用的冷卻管，采用耐熱性強(qiáng)的不銹鋼、鈦或鋯等金屬或者耐熱性陶瓷等，以多極、多個(gè)重疊配置在速冷筒體2內(nèi)，同時(shí)從一方的開(kāi)口端朝向另一方的開(kāi)口端供應(yīng)冷卻空氣或冷卻液體。
在冷卻管5中，于必要的部位設(shè)置提高熱交換效果的吸熱用翼片(未圖示)，并且冷卻管5如圖2、圖3和圖4所示，將多個(gè)隔開(kāi)一定的間隔整齊排列在同一平面上，形成平面冷卻管組a，這種平面冷卻管組a在上述速冷筒體2內(nèi)順序朝同一方向錯(cuò)開(kāi)若干位置，其截面呈方格狀，多級(jí)配置使其重疊，然后，沿著這些冷卻管5之間，從上到下形成排氣流路F。
這種多級(jí)的隔著間隔配設(shè)的平面冷卻管組a、a......上，如圖3和圖4所示，將從上下3級(jí)到4級(jí)的平面冷卻管組a、a......歸為一個(gè)區(qū)段，在上下方向上相互鄰接的區(qū)段之間，在相反方向上設(shè)置冷卻介質(zhì)的導(dǎo)入口6和導(dǎo)出口7，以增加冷卻效果。導(dǎo)入口6和導(dǎo)出口7如圖所示形成在兩處，并且在平面冷卻管組a、a......的各區(qū)段的入口側(cè)和出口側(cè)上形成冷卻介質(zhì)擴(kuò)張的室6a、7a，有效地保持冷卻介質(zhì)的分散和集合。
附圖標(biāo)記8、9表示可在冷卻筒體2的上下部計(jì)測(cè)排氣溫度等的計(jì)測(cè)器具等(未圖示)的安裝孔。
根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)對(duì)其作用加以說(shuō)明。
另外，對(duì)冷卻介質(zhì)采用冷卻空氣的情況加以說(shuō)明。
速冷裝置1的速冷筒體2的導(dǎo)入開(kāi)口部3上，通過(guò)從各種爐中排出的排氣，以所希望的壓力、所希望的流速導(dǎo)入二惡英類的分解溫度以上、例如800℃～900℃以上的高溫氣體。
另一方面，在冷卻管5上，通常溫度或低溫的冷卻空氣通過(guò)各區(qū)段的每一個(gè)平面冷卻管組a、a......的導(dǎo)入口6沿左右交叉的相反方向流入，經(jīng)由各冷卻管5的管壁有效地與高溫氣體進(jìn)行熱交換，成為溫?zé)釟怏w后從導(dǎo)出口7排出。
隨著高溫氣體從速冷筒體2的上部向下部前進(jìn)，通過(guò)多級(jí)的平面冷卻管組a、a......被快速冷卻，溫度逐漸降低，同時(shí)體積也急劇減小。
由于速冷筒體2是隨著從上部的導(dǎo)入開(kāi)口部3向下部的導(dǎo)出開(kāi)口部4前進(jìn)而開(kāi)口面積逐漸減小，成為錐狀部t狹窄的筒周面，所以通過(guò)冷卻體積減小的被處理高溫氣體的流速通過(guò)速冷筒體2的導(dǎo)入開(kāi)口部3流入時(shí)的流速幾乎不會(huì)改變，保持大致相同的流速通過(guò)速冷筒體2的內(nèi)部，并從下部的導(dǎo)出開(kāi)口部4作為降低到所希望的低溫的氣體排出。
但是，為了有效地速冷高溫氣體，雖然增大冷卻介質(zhì)相對(duì)于高溫氣體的溫度差比較好，但在本實(shí)施方式中，由冷卻管5形成的平面冷卻管組a、a......的區(qū)段結(jié)構(gòu)使冷卻氣體在左右交叉的前進(jìn)方向上是不同的，能夠盡可能地增大高溫氣體與冷卻管5接觸面上的溫度差，所以可將高溫氣體速冷。
在冷卻過(guò)程中再次合成二惡英類的排氣的情況下，由于是分解溫度以上的800℃～900℃的高溫狀態(tài)，高溫氣體超過(guò)了二惡英再合成溫度的300℃左右，必須要急速冷卻到200℃～250℃，通常，其冷卻時(shí)間如上所述在千分之十六秒以內(nèi)，必須要在非常短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行處理。
若排氣導(dǎo)入時(shí)的溫度為900℃，導(dǎo)出時(shí)的溫度降低到200℃，則從冷卻筒體2的上部向下部前進(jìn)時(shí)各部的膨脹率順序按如下算出。
a)900℃的膨脹率273+9002734.296]]>b)800℃的膨脹率273+800273=3.930]]>c)700℃的膨脹率273+700273=3.564]]>···n)200℃的膨脹率273+200273=1.732]]>由于高溫的排氣隨著溫度的下降其體積收縮，所以在本實(shí)施方式中，以該算出的數(shù)值為基準(zhǔn)，形成冷卻筒體2的錐狀部t的狹窄結(jié)構(gòu)的筒周面即可。
而且，若使排氣的流速為20米/秒，則為了使從900℃下降到200℃，需要20m×161000=0.32m]]>即，要將相當(dāng)于冷卻筒體2的高度的排氣通過(guò)距離設(shè)定為0.32m＝32cm。
以下，參照?qǐng)D5對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式其他例子的速冷裝置1A加以說(shuō)明。
本實(shí)施方式是將上述的實(shí)施方式中速冷筒體2的錐狀部t變更成階段性減少的臺(tái)階狀1，通過(guò)制成速冷筒體2上下方向上的容積大小階段性變小的速冷筒體2A，與上述的實(shí)施方式同樣地不會(huì)使和高溫狀態(tài)的排氣的熱交換產(chǎn)生的體積收縮相對(duì)應(yīng)的流速減小，可保持初始流速，使其在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)。
另外，冷卻管5的結(jié)構(gòu)、冷卻氣體的流入、以及流出方法等與上述的實(shí)施方式相同，沒(méi)有不同之處，標(biāo)以相同的附圖標(biāo)記，省略詳細(xì)說(shuō)明。
另外，參照?qǐng)D6和圖7對(duì)本發(fā)明其他實(shí)施方式加以說(shuō)明。
本實(shí)施方式與上述的兩個(gè)實(shí)施方式不同，使高溫的排氣朝向速冷裝置1B的速冷筒體2B上沿縱向隔著小間隔配設(shè)的多個(gè)流通管12分開(kāi)導(dǎo)入，另一方面，冷卻氣體如圖6中的箭頭符號(hào)所示，為從速冷筒體2B的兩側(cè)朝向互為相反的方向通過(guò)多級(jí)的分隔室10、10......內(nèi)。
然后，流通管12隨著向下方前進(jìn)逐漸減少其配設(shè)數(shù)，減少到與相當(dāng)于因溫度下降而收縮的排氣的體積的容積接近的根數(shù)，也就是說(shuō)如圖所示，排氣的流路階段性地縮小，因此排氣的流通能夠與上述的實(shí)施方式相同地將導(dǎo)入時(shí)的初始流速和導(dǎo)出時(shí)的流速保持大致一致，即使在千分之十六秒內(nèi)這種非常短的時(shí)間內(nèi)，也能夠使排氣下降到二惡英類的再合成溫度以下的低溫進(jìn)行排氣。
而且，流通管12的材質(zhì)是配置在溫度最高狀態(tài)的最上級(jí)(I)的材質(zhì)為鋯，或者鉭制，在溫度降低的中間級(jí)(II)上為鈦制，在最下級(jí)(III)上為鎳鉻鐵耐熱耐蝕合金(SUS 316)制，可實(shí)現(xiàn)耐熱、耐腐蝕效果。
另外，排氣的導(dǎo)入開(kāi)口部和導(dǎo)出開(kāi)口部均與上述的實(shí)施方式相同，以相同的附圖標(biāo)記表示。而且，附圖標(biāo)記11表示將分隔室10、10隔開(kāi)的隔壁。
以上，對(duì)本發(fā)明所涉及的速冷裝置示出了幾個(gè)實(shí)施方式，但作為冷卻介質(zhì)，也可以采用冷卻水等液體以取代冷卻空氣。
而且，雖然圖中未示出，但在作為高溫的廢氣等排氣進(jìn)行低溫速冷處理的情況下，包含二惡英類在內(nèi)，在700℃～800℃以下的低溫狀態(tài)下二惡英類未完全分解時(shí)，要將其再次加熱，使二惡英類為完全分解的狀態(tài)，并且在排氣中存在浮游的霧沫的情況下，使其通過(guò)高溫的多級(jí)集粉器將其除去，保持在800℃以上的高溫，導(dǎo)入上述各速冷筒體2、2A、2B的導(dǎo)入開(kāi)口部3。
工業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明，由于能夠速冷從各種爐中排出的廢氣等高溫排氣，所以能夠以燃燒裝置開(kāi)始組裝在熔爐等機(jī)械設(shè)備的一部分中加以利用，同時(shí)，特別是能夠?qū)淖鳛閺U棄物處理而使用的各種焚燒爐等產(chǎn)生的被稱為二惡英類的再合成降低到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值、即處理能力為4噸/小時(shí)以上的廢棄物焚燒爐中為0.1ng-TFQ/m3N以下，由于基本上完全防止了再合成，所以可緊湊、簡(jiǎn)單地組裝在現(xiàn)有的或新設(shè)的燃燒系統(tǒng)的一部分中。
另外，根據(jù)本發(fā)明，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以能夠應(yīng)用于高溫排氣的冷卻之外的各種冷卻裝置中，而且價(jià)格低廉，能夠批量生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種急速冷卻裝置，其特征是，在使排氣等高溫氣體從導(dǎo)入開(kāi)口部向?qū)С鲩_(kāi)口部通過(guò)的速冷筒體內(nèi)配設(shè)多級(jí)使冷卻介質(zhì)通過(guò)的熱交換用管體，同時(shí)沿著上述高溫氣體的通過(guò)方向，速冷筒體的截面積逐漸減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的急速冷卻裝置，其特征是，速冷筒體截面積的減小能夠盡可能平滑地形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的急速冷卻裝置，其特征是，速冷筒體截面積的減小能夠階段性形成多級(jí)。
4.一種急速冷卻方法，在使排氣等高溫氣體以所希望的流速通過(guò)的過(guò)程中經(jīng)由管等冷卻介質(zhì)進(jìn)行熱交換，與隨著高溫氣體的溫度降低產(chǎn)生的容積減小相對(duì)應(yīng)地減小速冷筒體的截面積，在不產(chǎn)生速冷筒體內(nèi)的流速減小地保持在初始流速的狀態(tài)下，將高溫氣體冷卻到所希望的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的急速冷卻方法，其特征是，高溫排氣為從焚燒爐等中排出的二惡英類處于分解狀態(tài)的高溫氣體，在速冷筒體內(nèi)的冷卻時(shí)間為千分之十六秒以內(nèi)冷卻到二惡英類再合成溫度以下。
6.一種急速冷卻裝置，其特征是，在使排氣等高溫氣體分散通過(guò)的速冷筒體內(nèi)縱向設(shè)置的多條高溫氣體用管體沿著高溫氣體的通過(guò)方向其數(shù)量逐漸減少，階段性地形成多級(jí)，同時(shí)在上述速冷筒體內(nèi)設(shè)置從側(cè)方冷卻上述高溫氣體用管體的冷卻介質(zhì)的熱交換用冷卻流路。
7.一種急速冷卻方法，其特征是，在冷卻介質(zhì)流通的速冷筒體內(nèi)，使排氣等高溫氣體在與該冷卻介質(zhì)的流動(dòng)相交叉地配設(shè)的多條高溫氣體用流通管內(nèi)分散通過(guò)，同時(shí)，上述高溫氣體用流通管隨著向流通方向前進(jìn)其配設(shè)數(shù)量減少，能夠使進(jìn)行熱交換而被冷卻的高溫氣體的流速與入口側(cè)的流速大致相同地排出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的急速冷卻方法，其特征是，高溫氣體為從焚燒爐等中排出的二惡英類處于分解狀態(tài)的氣體，在速冷筒體內(nèi)的冷卻時(shí)間為千分之十六秒以內(nèi)，將其冷卻到二惡英類再合成溫度以下。
全文摘要
一種急速冷卻裝置，通過(guò)使高溫的排氣沿著在重疊構(gòu)成的冷卻環(huán)境中形成的流路中在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)，并且減少流路的截面積，使容積收縮，可速冷到二惡英類的合成溫度以下，防止二惡英類的發(fā)生，其特征是，在使排氣等高溫氣體從導(dǎo)入開(kāi)口部向?qū)С鲩_(kāi)口部通過(guò)的速冷筒體內(nèi)配設(shè)多級(jí)使冷卻介質(zhì)通過(guò)的熱交換用管體，同時(shí)沿著上述高溫氣體的通過(guò)方向，速冷筒體的截面積逐漸減小。
文檔編號(hào)F23J15/06GK1422377SQ01807940
公開(kāi)日2003年6月4日 申請(qǐng)日期2001年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月13日
發(fā)明者田村哲人 申請(qǐng)人:田村哲人