CN1422377A - 急速冷却装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种急速冷却装置，通过使高温的排气沿着在重叠构成的冷却环境中形成的流路中在短时间内通过，并且减少流路的截面积，使容积收缩，可速冷到二恶英类的合成温度以下，防止二恶英类的发生，其特征是，在使排气等高温气体从导入开口部向导出开口部通过的速冷筒体内配设多级使冷却介质通过的热交换用管体，同时沿着上述高温气体的通过方向，速冷筒体的截面积逐渐减小。

Description

急速冷却装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种可完全防止例如从各种焚烧炉、熔炉等排出的有害物质中二恶英类的二次合成的急速冷却装置及其方法。

背景技术

用于焚烧炉、熔炉等燃烧装置中的冷却装置在废弃物处理，金属冶炼设施、纸浆的漂白工序、水泥、玻璃、陶瓷的各工厂，以及化学原料、化学制品的制造工厂等广泛的产业领域中使用。

但是，现实中，从这些设施、工厂中经冷却处理后排出的气体中对人体有害的二恶英类将再次合成，因而持续破坏大气和地球的环境，在全世界的范围内一直呼吁改善这一现状。

因此，开发了各种用于除去作为大气污染物质、对人体有害的二恶英类的速冷装置。

可是，众所周知，这种二恶英类的除去装置或方法是作为防止高温燃烧产生的二恶英类的高温分解、高温状态下向大气中排放的排气的冷却时有可能产生的合成二恶英类发生的手段，均存在着结构复杂、不能有效、廉价地实现的问题。

即，由于燃烧装置中800℃以上的高温处理，燃烧物质中的氯成分、氢成分等构成合成树脂的有机物质等成为完全反应和被分解的元素分子，成为高温排气而存在。在这种状态下，虽然对人体有害的二恶英类被分解而成为无害，但当冷却而下降到二恶英类的再合成温度的340℃左右时，存在二恶英类将再次合成而重新产生的不良情况。

为了杜绝从高温下被分解的高温排气中再次合成二恶英类的现象，在试验中已经获知，需要在千分之十六秒以下的瞬间，将处于分解状态的800℃左右的高温排气速冷到再合成温度、即340℃以下的低温，国家也正式承认。

本发明是根据上述情况而提出的，其目的在于对本发明人在先申请的特愿平11-105250号(特许第3127249号)和特愿平11-138841号(特许第3125217号)的发明进一步改进，提供一种冷却效果更加优良，不产生二恶英类等的再合成的急速冷却装置及其方法。

发明的公开

本发明为一种急速冷却装置，其特征是，在使从各种炉中生成的二恶英类的构成化学分子处于分解状态的高温排气从导入开口部向导出开口部通过的速冷筒体内配设多级使冷却介质通过的热交换用管体，同时沿着上述高温气体的通过方向，速冷筒体的截面积逐渐减小，而且，本发明还涉及一种急速冷却方法，在使上述高温排气以所希望的流速通过的过程中经由管等冷却介质进行热交换，与随着高温气体的温度降低产生的容积减小相对应地减小速冷筒体的截面积，在不产生速冷筒体内的流速减小地保持在初始流速的状态下，将高温气体冷却到所希望的温度。

附图的简单说明

图1为表示本发明所涉及的急速冷却装置一实施方式的主要结构的剖视图，是图2的I-I向剖视图。

图2为图1的II-II向剖视图。

图3为图1的III-III向剖视图。

图4为图1的IV-IV向剖视图。

图5为表示本发明所涉及的急速冷却装置其他实施方式的主要结构的纵向剖视图。

图6为表示本发明所涉及的急速冷却装置另一实施方式的主要结构的纵向剖视图，是图7的VI-VI向剖视图。

图7为图6的平面说明图。

实施发明的优选方式

为了对本发明进行详细描述，参照附图加以说明。

在此，本发明中所称的二恶英类包含存在75种同分异构体、同族体的多氯化二苯并对二恶英(Poly-chlorinated dibenzo-p-dioxins：PCDDs)和存在135种同分异构体、同族体的的多氯化氧芴(Ploy-chlorinated dibenzofurans：PCDFs)，另外，在多氯化联苯(PCB)中也存在209种同分异构体、同族体，具有共偏平结构的12种共面PCB(Co-PCBs)的同分异构体、同族体毒性强，其生化作用类似于PCDDs，Co-PCBs存在于PCBs的制品种，同时与PCDDs、PCDFs一样，在废弃物的焚烧装置中生成，大面积污染环境，所以包括Co-PCBs在内，总称为二恶英类。

以下表示其结构式。x+y＝1～8                                 x+y＝4～7

  (1)PCDDs                     (2)PCDFs                      (3)Co-PCB

                       二恶英类的(化学)结构式

以下，与附图一起对本发明的实施方式一例加以说明。

1为速冷装置，具备立体形状的室构成的速冷筒体2，从平面观察时为四边形，最好为长方形，侧面是上下方向长，正面、背面是随着朝向下方变窄。3是表示在该速冷筒体2的上侧或下侧上开口的导入开口部(图示为上侧)，可导入从各种炉中生成的二恶英类的构成化学分子为分解状态的例如800℃以上的高温排气。4为该速冷筒体2的下侧或上侧开口的、速冷处理后的低温排气，即称为二恶英类的合成温度的300℃以下、例如270℃以下的排气的导出开口部(图示为下侧)。

但是，为了使速冷筒体2随着从上部的开口部3朝向下部的开口部4其开口面积逐渐减小，所以成为图1中所示的锥状部t狭窄的圆筒面，对流入的高温排气的流量、即流体体积进行节流。

另外，锥状部t的圆筒面无论是在速冷筒体2的横截面为四边形的情况下或者是圆形的情况下均可形成，既可以是仅在相对向的面上形成，也可以环绕四周形成，呈方锥形状或者圆锥形状。

5为具有截面为圆形、方形等适当形状的热交换用的冷却管，采用耐热性强的不锈钢、钛或锆等金属或者耐热性陶瓷等，以多极、多个重叠配置在速冷筒体2内，同时从一方的开口端朝向另一方的开口端供应冷却空气或冷却液体。

在冷却管5中，于必要的部位设置提高热交换效果的吸热用翼片(未图示)，并且冷却管5如图2、图3和图4所示，将多个隔开一定的间隔整齐排列在同一平面上，形成平面冷却管组a，这种平面冷却管组a在上述速冷筒体2内顺序朝同一方向错开若干位置，其截面呈方格状，多级配置使其重叠，然后，沿着这些冷却管5之间，从上到下形成排气流路F。

这种多级的隔着间隔配设的平面冷却管组a、a......上，如图3和图4所示，将从上下3级到4级的平面冷却管组a、a......归为一个区段，在上下方向上相互邻接的区段之间，在相反方向上设置冷却介质的导入口6和导出口7，以增加冷却效果。导入口6和导出口7如图所示形成在两处，并且在平面冷却管组a、a......的各区段的入口侧和出口侧上形成冷却介质扩张的室6a、7a，有效地保持冷却介质的分散和集合。

附图标记8、9表示可在冷却筒体2的上下部计测排气温度等的计测器具等(未图示)的安装孔。

根据上述的结构对其作用加以说明。

另外，对冷却介质采用冷却空气的情况加以说明。

速冷装置1的速冷筒体2的导入开口部3上，通过从各种炉中排出的排气，以所希望的压力、所希望的流速导入二恶英类的分解温度以上、例如800℃～900℃以上的高温气体。

另一方面，在冷却管5上，通常温度或低温的冷却空气通过各区段的每一个平面冷却管组a、a......的导入口6沿左右交叉的相反方向流入，经由各冷却管5的管壁有效地与高温气体进行热交换，成为温热气体后从导出口7排出。

随着高温气体从速冷筒体2的上部向下部前进，通过多级的平面冷却管组a、a......被快速冷却，温度逐渐降低，同时体积也急剧减小。

由于速冷筒体2是随着从上部的导入开口部3向下部的导出开口部4前进而开口面积逐渐减小，成为锥状部t狭窄的筒周面，所以通过冷却体积减小的被处理高温气体的流速通过速冷筒体2的导入开口部3流入时的流速几乎不会改变，保持大致相同的流速通过速冷筒体2的内部，并从下部的导出开口部4作为降低到所希望的低温的气体排出。

但是，为了有效地速冷高温气体，虽然增大冷却介质相对于高温气体的温度差比较好，但在本实施方式中，由冷却管5形成的平面冷却管组a、a......的区段结构使冷却气体在左右交叉的前进方向上是不同的，能够尽可能地增大高温气体与冷却管5接触面上的温度差，所以可将高温气体速冷。

在冷却过程中再次合成二恶英类的排气的情况下，由于是分解温度以上的800℃～900℃的高温状态，高温气体超过了二恶英再合成温度的300℃左右，必须要急速冷却到200℃～250℃，通常，其冷却时间如上所述在千分之十六秒以内，必须要在非常短的时间内进行处理。

若排气导入时的温度为900℃，导出时的温度降低到200℃，则从冷却筒体2的上部向下部前进时各部的膨胀率顺序按如下算出。

    a)900℃的膨胀率 $\frac{273+900}{273}4.296$

    b)800℃的膨胀率 $\frac{273+800}{273}=3.930$

    c)700℃的膨胀率 $\frac{273+700}{273}=3.564$

   ·

   ·

   ·

    n)200℃的膨胀率 $\frac{273+200}{273}=1.732$

由于高温的排气随着温度的下降其体积收缩，所以在本实施方式中，以该算出的数值为基准，形成冷却筒体2的锥状部t的狭窄结构的筒周面即可。

而且，若使排气的流速为20米/秒，则为了使从900℃下降到200℃，需要： $20m\×\frac{16}{1000}=0.32m$ 即，要将相当于冷却筒体2的高度的排气通过距离设定为0.32m＝32cm。

以下，参照图5对本发明的实施方式其他例子的速冷装置1A加以说明。

本实施方式是将上述的实施方式中速冷筒体2的锥状部t变更成阶段性减少的台阶状1，通过制成速冷筒体2上下方向上的容积大小阶段性变小的速冷筒体2A，与上述的实施方式同样地不会使和高温状态的排气的热交换产生的体积收缩相对应的流速减小，可保持初始流速，使其在短时间内通过。

另外，冷却管5的结构、冷却气体的流入、以及流出方法等与上述的实施方式相同，没有不同之处，标以相同的附图标记，省略详细说明。

另外，参照图6和图7对本发明其他实施方式加以说明。

本实施方式与上述的两个实施方式不同，使高温的排气朝向速冷装置1B的速冷筒体2B上沿纵向隔着小间隔配设的多个流通管12分开导入，另一方面，冷却气体如图6中的箭头符号所示，为从速冷筒体2B的两侧朝向互为相反的方向通过多级的分隔室10、10......内。

然后，流通管12随着向下方前进逐渐减少其配设数，减少到与相当于因温度下降而收缩的排气的体积的容积接近的根数，也就是说如图所示，排气的流路阶段性地缩小，因此排气的流通能够与上述的实施方式相同地将导入时的初始流速和导出时的流速保持大致一致，即使在千分之十六秒内这种非常短的时间内，也能够使排气下降到二恶英类的再合成温度以下的低温进行排气。

而且，流通管12的材质是配置在温度最高状态的最上级(I)的材质为锆，或者钽制，在温度降低的中间级(II)上为钛制，在最下级(III)上为镍铬铁耐热耐蚀合金(SUS 316)制，可实现耐热、耐腐蚀效果。

另外，排气的导入开口部和导出开口部均与上述的实施方式相同，以相同的附图标记表示。而且，附图标记11表示将分隔室10、10隔开的隔壁。

以上，对本发明所涉及的速冷装置示出了几个实施方式，但作为冷却介质，也可以采用冷却水等液体以取代冷却空气。

而且，虽然图中未示出，但在作为高温的废气等排气进行低温速冷处理的情况下，包含二恶英类在内，在700℃～800℃以下的低温状态下二恶英类未完全分解时，要将其再次加热，使二恶英类为完全分解的状态，并且在排气中存在浮游的雾沫的情况下，使其通过高温的多级集粉器将其除去，保持在800℃以上的高温，导入上述各速冷筒体2、2A、2B的导入开口部3。

工业上的可利用性

根据本发明，由于能够速冷从各种炉中排出的废气等高温排气，所以能够以燃烧装置开始组装在熔炉等机械设备的一部分中加以利用，同时，特别是能够将从作为废弃物处理而使用的各种焚烧炉等产生的被称为二恶英类的再合成降低到国家规定的标准值、即处理能力为4吨/小时以上的废弃物焚烧炉中为0.1ng-TFQ/m³N以下，由于基本上完全防止了再合成，所以可紧凑、简单地组装在现有的或新设的燃烧***的一部分中。

另外，根据本发明，由于结构简单，所以能够应用于高温排气的冷却之外的各种冷却装置中，而且价格低廉，能够批量生产。

Claims (8)

1.一种急速冷却装置，其特征是，在使排气等高温气体从导入开口部向导出开口部通过的速冷筒体内配设多级使冷却介质通过的热交换用管体，同时沿着上述高温气体的通过方向，速冷筒体的截面积逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的急速冷却装置，其特征是，速冷筒体截面积的减小能够尽可能平滑地形成。

3.根据权利要求1所述的急速冷却装置，其特征是，速冷筒体截面积的减小能够阶段性形成多级。

4.一种急速冷却方法，在使排气等高温气体以所希望的流速通过的过程中经由管等冷却介质进行热交换，与随着高温气体的温度降低产生的容积减小相对应地减小速冷筒体的截面积，在不产生速冷筒体内的流速减小地保持在初始流速的状态下，将高温气体冷却到所希望的温度。

5.根据权利要求4所述的急速冷却方法，其特征是，高温排气为从焚烧炉等中排出的二恶英类处于分解状态的高温气体，在速冷筒体内的冷却时间为千分之十六秒以内冷却到二恶英类再合成温度以下。

6.一种急速冷却装置，其特征是，在使排气等高温气体分散通过的速冷筒体内纵向设置的多条高温气体用管体沿着高温气体的通过方向其数量逐渐减少，阶段性地形成多级，同时在上述速冷筒体内设置从侧方冷却上述高温气体用管体的冷却介质的热交换用冷却流路。

7.一种急速冷却方法，其特征是，在冷却介质流通的速冷筒体内，使排气等高温气体在与该冷却介质的流动相交叉地配设的多条高温气体用流通管内分散通过，同时，上述高温气体用流通管随着向流通方向前进其配设数量减少，能够使进行热交换而被冷却的高温气体的流速与入口侧的流速大致相同地排出。

8.根据权利要求7所述的急速冷却方法，其特征是，高温气体为从焚烧炉等中排出的二恶英类处于分解状态的气体，在速冷筒体内的冷却时间为千分之十六秒以内，将其冷却到二恶英类再合成温度以下。

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