專利名稱：高溫廢氣的溫度控制裝置與溫度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于冷卻高溫廢氣的溫度控制裝置和高溫廢氣的溫度控制方法。
溫度控制裝置一般通過噴射冷卻水或使用氣體滌凈器等濕法處理手段對煅燒爐或熔化爐等高溫?zé)嵩磁欧诺母邷貜U氣進(jìn)行控制，使其溫度下降到適于用滌氣袋進(jìn)行后續(xù)處理的適當(dāng)溫度，以便將其作為鍋爐等下游裝置的熱源加以利用。但在煅燒爐或熔化爐排放的高溫廢氣煙塵中包含有揮發(fā)性成分或熔塵，僅用噴射冷卻水的辦法對這種高溫廢氣進(jìn)行控制可能會使液化的揮發(fā)性成分和固化的熔塵附著在溫度控制塔的內(nèi)壁上。此外，濕法處理還有設(shè)備成本較高的問題，由于在揮發(fā)性成分或熔塵中包含有水溶性物質(zhì)，因此必須要有水處理裝置對其進(jìn)行處理。
為了防止一些物質(zhì)沉積粘附在溫度控制塔的內(nèi)壁，曾提出了利用凈化氣吹風(fēng)管道吹動高溫廢氣使其旋轉(zhuǎn)起到凈化作用的方法，所述凈化氣吹風(fēng)管布置在溫度控制塔水平截面圓周的切線方向；還提出利用溢流壩使水沿內(nèi)壁下落的辦法，所述溢流壩布置在溫度控制塔的上部。
此外，還提出在溫度控制塔的塔壁上配置一些高壓液體噴嘴，通過這些高壓噴嘴將高壓液體噴射到溫度控制塔的內(nèi)壁，以清除壁上的附著物。
然而，在吹動和旋轉(zhuǎn)高溫廢氣使其起到凈化氣作用時，包含在高溫廢氣中的揮發(fā)性成分或熔塵不能被充分冷卻，防止揮發(fā)性成分或熔塵在溫度控制塔內(nèi)壁上的附著也不總是充分有效。沿溫度控制塔內(nèi)壁落水的方法要求具備水處理設(shè)備，以處理類似濕法處理中提到的水溶性物質(zhì)問題。噴射高壓液體的辦法還僅僅是一種設(shè)想的處理辦法，它也不能解決揮發(fā)性成分或熔塵在溫度控制塔內(nèi)壁的粘附問題。
在煅燒和熔化包含金屬成分的廢棄物時，例如在用熔化爐直接燒熔工業(yè)廢料的情況下，鉛、鋅、鈉、鉀等一類低熔點(diǎn)堿金屬的附著現(xiàn)象更為明顯，因?yàn)樗鼈兊暮枯^大。在制備還原鐵的工藝中，一般采用煤炭等碳素材料作為還原劑，采用鐵礦石或包含金屬氧化物的廢棄物等金屬氧化物作為原料，往往需要1000度或更高的溫度才能燒熔或?qū)崿F(xiàn)還原反應(yīng)。在這種情況下，高溫廢氣的冷卻和防止附著的問題更加不易解決，因?yàn)樗玫脑现邪罅康牡腿埸c(diǎn)材料或揮發(fā)性成分，同時產(chǎn)生溫度相當(dāng)高的高溫廢氣。目前，還沒有提出有效的溫度控制裝置，能很好地解決這一問題。
本發(fā)明的一個目的是提供一種溫度控制裝置，可以有效防止揮發(fā)性成分或熔塵在溫度控制塔內(nèi)壁上的附著，同時可對高溫廢氣進(jìn)行有效的冷卻。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種高溫廢氣的溫度控制方法。
本發(fā)明提供的溫度控制裝置包括一個溫度控制塔，用于控制導(dǎo)入的高溫廢氣，使其溫度降低到適當(dāng)值并將其排送到下游流程。所述溫度控制塔包括用于將冷卻水噴射到高溫廢氣氣流中心區(qū)的冷卻水噴射裝置和用于將冷卻氣沿溫度控制塔內(nèi)壁噴射的冷卻氣噴射裝置。
上述溫度控制裝置進(jìn)一步包括一個用于將高溫?zé)嵩串a(chǎn)生的高溫廢氣引入溫度控制塔的高溫廢氣導(dǎo)入管；一個同高溫廢氣導(dǎo)入管配合的、配置在溫度控制塔上部的高溫廢氣入口；以及一個用于將控溫排氣排送到下游流程的排送管道。其中所述冷卻水噴射裝置的結(jié)構(gòu)可向下噴射冷卻水，把冷卻水噴射到被導(dǎo)入到溫度控制塔中的高溫廢氣氣流的中心區(qū)，所述冷卻氣的噴射裝置的結(jié)構(gòu)可沿溫度控制塔內(nèi)壁向下噴射冷卻氣。
在上述溫度控制裝置中，所述冷卻氣噴射裝置的結(jié)構(gòu)可沿溫度控制塔內(nèi)壁向下噴射冷卻氣，一些冷卻氣噴射裝置沿溫度控制塔的垂直方向配置，溫度控制塔的壁體直徑由上向下成階形結(jié)構(gòu)且至少有兩個階臺，所述冷卻氣噴射裝置即配置在階臺上。
在上述溫度控制裝置中，所述冷卻氣噴射裝置的配置可使冷卻氣向下斜噴到溫度控制塔內(nèi)壁上，使冷卻氣形成一個沿溫度控制塔內(nèi)壁向下旋轉(zhuǎn)的氣流。
在上述溫度控制裝置中，所述冷卻氣噴射裝置配置在兩個或多個階臺上，其結(jié)構(gòu)配置可使位于上面階臺上的冷卻氣噴射裝置比位于較低階臺上的噴射裝置噴射更多的冷卻氣。
上述溫度控制裝置進(jìn)一步包括一個控制冷卻水噴射量的冷卻水噴射控制裝置和一個控制冷卻氣噴射量的冷卻氣噴射控制裝置，從而可使溫度控制裝置排送出去的控溫排氣的溫度和送氣量保持穩(wěn)定。
上述溫度控制裝置進(jìn)一步包括一個控制冷卻水噴射量的冷卻水噴射控制裝置和一個控制冷卻氣噴射量的冷卻氣噴射控制裝置，從而可使溫度控制裝置排送出去的控溫排氣的溫度和濕氣成分保持穩(wěn)定。
在上述溫度控制裝置中，所述高溫廢氣導(dǎo)入管的形狀為倒V型，彎曲配置在高溫氣體產(chǎn)生源與廢氣引入口之間。
在上述溫度控制裝置中，所述高溫氣體的產(chǎn)生源是一個應(yīng)用還原法煉鐵的裝置，一般采用煤炭等碳素材料作為還原劑，采用鐵礦石或包含金屬氧化物的廢棄物等金屬氧化物作為原料，在高溫下冶煉或?qū)崿F(xiàn)還原反應(yīng)。
在上述結(jié)構(gòu)下，由于冷卻水噴射到導(dǎo)入溫度控制塔之中的高溫廢氣氣流的中心區(qū)，冷卻氣沿溫度控制塔的內(nèi)壁噴射，高溫廢氣及其包含的揮發(fā)性成分或熔塵可得到有效的冷卻，揮發(fā)性成分或熔塵得到固化。在不受到冷卻水噴射影響的情況下，沿溫度控制塔內(nèi)壁流動的冷卻氣氣流使溫度控制塔內(nèi)壁得到屏蔽保護(hù)，使其免受高溫廢氣的影響。同時，由于揮發(fā)性成分或熔塵的固化，它們難于附著在溫度控制塔的內(nèi)壁上，即使附著在溫度控制塔的內(nèi)壁上也將被立即吹掉，從而不會對溫度控制塔內(nèi)壁造成影響。
這種結(jié)構(gòu)與吹動高溫廢氣旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)比較起來，可使高溫廢氣中包含的揮發(fā)性成分或熔塵得到更有效的冷卻，可更好地防止附著物在溫度控制塔內(nèi)壁的粘附。這種結(jié)構(gòu)與沿塔壁落水的結(jié)構(gòu)也有不同，由于冷卻水會蒸發(fā)并隨高溫廢氣一同排出，因此不再需要處理水溶性物質(zhì)的水處理裝置。這種結(jié)構(gòu)也能消除噴射高壓液體方法中高溫廢氣中揮發(fā)性成分或熔塵在溫度控制塔內(nèi)壁上的附著問題。
由于冷卻氣噴射裝置配置在位于溫度控制塔上部的兩個或多個階臺上，冷卻氣形成一個沿溫度控塔內(nèi)壁向下旋轉(zhuǎn)的氣流，冷卻氣流可覆蓋溫度控制塔內(nèi)壁的絕大部分，可有效防止內(nèi)壁與高溫廢氣的直接接觸。
由于配置在上面階臺上的冷卻氣噴射裝置比位于較低階臺上的噴射裝置噴射更多的冷卻氣，溫度控制塔內(nèi)壁接近高溫廢氣引入口的部位被較多冷卻氣流包圍，在剛被引入的高溫廢氣中包含的揮發(fā)性成分或熔塵可被更有效地防止在引入口附近的溫度控制塔內(nèi)壁上粘附，即使在其固化的情況下也可將其吹離。
此外，由于可對排送出去的控溫氣體的流量和溫度進(jìn)行控制并使其保持穩(wěn)定，因此可根據(jù)下游裝置穩(wěn)定處理排送氣體的能力來排送適當(dāng)數(shù)量的控溫氣體，不必擴(kuò)大對下游裝置能力和規(guī)模的要求。
由于可對排送出去的控溫氣體的濕氣成分和溫度進(jìn)行控制并使其保持穩(wěn)定，因此在下游流程穩(wěn)定處理控溫氣體之外，可防止煙塵在下游管道和熱交換器等裝置上的額外附著及因此而造成的酸性腐蝕。
由于高溫廢氣的慣性力受到高溫廢氣導(dǎo)入管彎曲結(jié)構(gòu)的抑制，因此可防止高溫氣流對溫度控制塔引入口附近部位的沖擊，冷卻氣沿溫度控制塔內(nèi)壁的氣流擾動也可受到限制，同時不減低溫度控制裝置的冷卻效果。
雖然由金屬還原法制備裝置排出的高溫廢氣中包含有大量揮發(fā)性成分或熔塵，但仍可對其進(jìn)行溫度控制，通過噴射冷卻水和冷卻氣的方法可對揮發(fā)性成分或熔塵進(jìn)行有效的冷卻和固化，同時可防止大量的固化揮發(fā)性成分或熔塵粘附在溫度控制塔的內(nèi)壁。
本發(fā)明還提供了一種高溫廢氣的溫度控制方法，所述方法包括通過高溫廢氣導(dǎo)入管將高溫氣體產(chǎn)生源產(chǎn)生的高溫廢氣引入溫度控制塔上部的高溫廢氣引入口，控制引入的高溫廢氣的溫度到一個適當(dāng)?shù)臏囟戎挡⑼ㄟ^位于下部的排送管道將其排送到后續(xù)流程加以利用，其中所述冷卻水由溫度控制塔上部噴射到高溫廢氣氣流的中心區(qū)，所述冷卻氣向下斜噴，形成沿溫度控制塔內(nèi)壁的旋轉(zhuǎn)氣流。
在上述高溫廢氣溫度控制方法中，溫度控制塔的直徑由上向下形成階形結(jié)構(gòu)，包括兩個或多個階臺，冷卻氣由此向下斜噴形成沿溫度控制塔內(nèi)壁的旋轉(zhuǎn)氣流，而且位于上面階臺的冷卻氣噴射裝置噴射的冷卻氣流量大于位于較低階臺上的噴射裝置的噴射流量，同時對冷卻水和冷卻氣的噴射量可進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，從而可對由下部排送管道排送出去的控溫氣體的溫度、流量和濕氣成分進(jìn)行控制并使其保持穩(wěn)定。
在上述高溫廢氣溫度控制方法中，所述高溫廢氣是由高溫?zé)嵩磁懦龊蟊粚?dǎo)入溫度控制塔引入口的，其進(jìn)入溫度控制塔的氣流方向先是斜向上吹，然后向下斜吹。
在上述高溫廢氣溫度控制方法中，所述高溫廢氣是由高溫廢氣產(chǎn)生源排出后通過高溫廢氣引入口導(dǎo)入到溫度控制塔中，所述高溫廢氣產(chǎn)生源是還原法煉鐵裝置，一般采用煤炭等碳素材料作為還原劑，采用鐵礦石或包含金屬氧化物的廢棄物等金屬氧化物作為原料，在高溫下進(jìn)行煅燒和實(shí)現(xiàn)還原反應(yīng)。
采用這種方法，由于冷卻水噴射到溫度控制塔中高溫廢氣的中心區(qū)，冷卻氣沿溫度控制塔的內(nèi)壁噴射，高溫廢氣及揮發(fā)性成分或熔塵可得到有效冷卻，且揮發(fā)性成分或熔塵可得到固化。在不受到冷卻水噴射影響的情況下，沿溫度控制塔內(nèi)壁流動的冷卻氣氣流使溫度控制塔內(nèi)壁得到屏蔽保護(hù)，使其免受高溫廢氣的影響。同時，由于揮發(fā)性成分或熔塵的固化，它們難于附著在溫度控制塔的內(nèi)壁上，即使附著在溫度控制塔的內(nèi)壁上也將被立即吹掉，從而不會對溫度控制塔內(nèi)壁造成影響。
采用這種方法與采用吹動高溫廢氣旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)比較起來，可使高溫廢氣中包含的揮發(fā)性成分或熔塵得到更有效的冷卻，可更好地防止附著物在溫度控制塔內(nèi)壁的粘附。這種結(jié)構(gòu)與沿塔壁落水的結(jié)構(gòu)也有不同，由于冷卻水會蒸發(fā)并隨高溫廢氣一同排出，因此不再需要處理水溶性物質(zhì)的水處理裝置。這種結(jié)構(gòu)也能消除噴射高壓液體方法中高溫廢氣中揮發(fā)性成分或熔塵在溫度控制塔內(nèi)壁上的附著問題。
此外，由于可對排送出去的控溫氣體的流量和溫度進(jìn)行控制并使其保持穩(wěn)定，因此可根據(jù)下游裝置穩(wěn)定處理排送氣體的能力來排送適當(dāng)數(shù)量的控溫氣體，不必擴(kuò)大對下游裝置能力和規(guī)模的要求。
由于可對排送出去的控溫氣體的濕氣成分和溫度進(jìn)行控制并使其保持穩(wěn)定，因此在下游流程穩(wěn)定處理控溫氣體之外，可防止煙塵在下游管道和熱交換器等裝置上的額外附著及因此而造成的酸性腐蝕。
由于高溫廢氣的慣性力受到高溫廢氣導(dǎo)入管彎曲結(jié)構(gòu)的抑制，因此可防止高溫氣流對溫度控制塔引入口附近部位的沖擊，冷卻氣沿溫度控制塔內(nèi)壁的氣流擾動也可受到限制，同時不減低溫度控制裝置的冷卻效果。
雖然由金屬還原法制備裝置排出的高溫廢氣中包含有大量揮發(fā)性成分或熔塵，但仍可對其進(jìn)行溫度控制，通過噴射冷卻水和冷卻氣的方法可對揮發(fā)性成分或熔塵進(jìn)行有效的冷卻和固化，同時可防止大量的固化揮發(fā)性成分或熔塵粘附在溫度控制塔的內(nèi)壁。


圖1為按本發(fā)明最佳實(shí)施例的溫度控制裝置側(cè)向剖視圖；圖2A為圖1中A部分的放大視圖；圖2B為圖2A中沿B-B線的剖視圖；圖2C為圖1中D部分的放大視圖；圖2D為為圖2C中沿D-D線的剖視圖；圖3為按本發(fā)明實(shí)施例的溫度控制裝置的高溫廢氣導(dǎo)入管的側(cè)視圖；圖4為本發(fā)明舉例說明中溫度控制裝置的溫度分布圖。
以下將詳述可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明高溫廢氣溫度控制方法的最佳實(shí)施例溫度控制裝置的結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，按本發(fā)明的溫度控制裝置1主要包括在垂直方向分階級的圓筒型溫度控制塔2；位于溫度控制塔1上部同高溫廢氣引入口2A相聯(lián)接的高溫廢氣導(dǎo)入管3，用于將高溫廢氣產(chǎn)生源(圖中未畫)排出的高溫廢氣導(dǎo)入溫度控制塔2；和用于將控溫到適當(dāng)溫度的氣體排送到鍋爐或滌塵袋(圖中未畫)等下游裝置的排送管道4，所述排送管道4由溫度控制塔2的筒壁傾斜向上伸出，開口朝向溫度控制塔2的底部。
溫度控制塔2的形狀如上所述為分階級的圓筒型結(jié)構(gòu)，包括第一階臺21和第二階臺22，第一階臺21的位置稍低于溫度控制塔2的頂端，其結(jié)構(gòu)在圖1和圖2A、B、C、D中已明確給出，第二階臺22的直徑大于第一階臺21，位于溫度控制塔2的上半部且位置低于第一階臺21。在第一階臺21的較小直徑部分環(huán)狀配置了一些冷卻水噴嘴5，噴嘴的方向向下有一個斜度，用于向由引入口2A引入的高溫廢氣氣流的中心區(qū)噴射冷卻水。使冷卻水噴嘴5的噴嘴方向向下有一個斜度并對準(zhǔn)高溫廢氣氣流的中心區(qū)，目的在于防止對后面將要談到的冷卻氣氣流產(chǎn)生干擾。冷卻水噴嘴5的噴嘴方向并非一定限定于某個角度，但在本實(shí)施例中設(shè)定為向下傾斜約45度。
在溫度控制塔2的第一階臺21環(huán)型結(jié)構(gòu)的下表面配置了一些第一級冷卻氣噴嘴6，用于向下斜噴沿溫度控制塔2內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)向下流動的冷卻氣；在溫度控制塔2的第二階臺22環(huán)型結(jié)構(gòu)的下表面配置了一些與第一級冷卻氣噴嘴6結(jié)構(gòu)相同的第二級冷卻氣噴嘴7，用于向下斜噴沿溫度控制塔2內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)向下流動的冷卻氣。這些噴嘴使冷卻氣沿溫度控制塔2的內(nèi)壁向下旋轉(zhuǎn)流動，從而可防止溫度控制塔內(nèi)壁同高溫廢氣的直接接觸，也可吹掉固化的揮發(fā)性成分或熔塵，防止它們在溫度控制塔內(nèi)壁的附著。同時，冷卻氣還可對高溫廢氣及其揮發(fā)性成分或熔塵進(jìn)行冷卻和使其固化。
溫度控制裝置1包括第一級冷卻氣噴嘴6和第二級冷卻氣噴嘴7，其垂直方向的位置關(guān)系如上所述。在第二級冷卻氣噴嘴之下，還可以有第三階臺，在第三階臺環(huán)型結(jié)構(gòu)的下表面配置一些第三級冷卻氣噴嘴。進(jìn)一步增加階臺和冷卻氣噴嘴的級數(shù)，可提供更為復(fù)雜的冷卻氣與高溫廢氣的混合效應(yīng)。同樣，階臺和冷卻氣噴嘴的級數(shù)也不局限于某一固定的數(shù)目。
在溫度控制塔2的底部有一個沉渣刮清器9，由轉(zhuǎn)動減速器8帶動以溫度控制塔2底面圓心為軸轉(zhuǎn)動，刮清沉渣和附著物并將其集中起來通過溫度控制塔底部的沉渣排出口2B排出。
高溫廢氣導(dǎo)入管3將高溫廢氣產(chǎn)生源排放的包含揮發(fā)性成分或熔塵的高溫廢氣導(dǎo)入廢氣引入口2A，所述高溫廢氣產(chǎn)生源例如是一個還原法制鐵的煉鐵爐，一般以煤炭等碳素材料作為還原劑，以鐵礦石或包含金屬氧化物的廢棄物等金屬的氧化物為原料，在高溫下進(jìn)行還原反應(yīng)。如圖3所示，高溫廢氣導(dǎo)入口3為倒V型結(jié)構(gòu)。
高溫廢氣導(dǎo)入管3由幾段管道組成它的低端位于上游側(cè)(接近高溫廢氣產(chǎn)生源)，高溫廢氣由此進(jìn)入導(dǎo)入管3；高溫廢氣導(dǎo)入管3接著低端的一段為向上傾斜段31，它使高溫廢氣在其中也傾斜向上流動；然后是水平段32，水平段32同向上傾斜段31的上端相聯(lián)接，在其頂部有一個檢修孔32A；與其聯(lián)接的下一段管道為向下傾斜段33，向下傾斜段33同向上傾斜段31相對于水平段32成對稱布置，它使高溫廢氣傾斜向下流動；最后是同溫度控制塔頂部廢氣引入口2A相聯(lián)結(jié)垂直段33A。也就是說，廢氣導(dǎo)入管3整體形成倒V型彎曲結(jié)構(gòu)(如圖3中表示的不規(guī)則山形)，最高段位于高溫廢氣產(chǎn)生源與高溫廢氣引入口之間。
之所以將高溫廢氣導(dǎo)入管道3布置成上述的倒V型結(jié)構(gòu)，是為了使高溫廢氣流動的慣性力受到導(dǎo)入管道3彎曲部分的抑制，從而可減少它對溫度控制塔2的沖擊，并減少它對冷卻氣沿溫度控制塔內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)向下氣流可能產(chǎn)生的擾動。廢氣導(dǎo)入管3的這種結(jié)構(gòu)還可防止廢氣中包含的揮發(fā)性成分(即使已凝結(jié)和沉積)或熔塵(即使已沉積)在溫度控制塔2內(nèi)壁上的附著積累，從而可保證高溫氣流的暢通流動。
高溫廢氣導(dǎo)入管3的內(nèi)表面用耐熔材料覆蓋。高溫廢氣在導(dǎo)入管3中流動時并不減低溫度，高溫廢氣中包含的揮發(fā)性成分或熔塵仍然處于蒸發(fā)或熔化狀態(tài)而沒有固化，隨同高溫廢氣一起被引入溫度控制塔2。
在溫度控制塔2底部的排送管道4的結(jié)構(gòu)中包括一個氣體流量計(jì)和一個溫度計(jì)，用于檢測由溫度控制塔2底部排送管道4排送出去的控溫氣體的流量和溫度，這兩個檢測裝置在圖中未畫出。此外，還有控制冷卻水噴射量的冷卻水噴射量控制裝置，用于控制冷卻水控制閥門以調(diào)節(jié)冷卻水噴射量，還包控制冷卻氣噴射量的冷卻氣噴射量控制裝置，用于控制冷卻氣控制閥門以調(diào)節(jié)冷卻氣噴射量，進(jìn)而可在流量計(jì)和溫度計(jì)檢測信號的基礎(chǔ)上控制控溫氣體排送的流量和溫度并使其保持穩(wěn)定。此外，還可包括一個檢測排送氣體濕氣成分的濕度檢測裝置，用于控制冷卻水和冷卻氣控制閥門，使排送出去的控溫氣體的濕氣成分保持穩(wěn)定。
在僅使用冷卻氣并要達(dá)到同樣冷卻溫度的情況下，需要增加冷卻氣的噴射量，因?yàn)槿绻鋮s氣的噴射量不變則意味著高溫廢氣的量相對增加，此時，由溫度控制塔底部排送管道排送出去的控溫氣體也要同冷卻氣噴射量成比例的增加，但它對于熱能回收來說是有利的，因?yàn)榕潘统鋈サ臍怏w具有較高潛熱。在僅用冷卻水并要達(dá)到同樣冷卻溫度的情況下，同樣也需要增加冷卻水的噴射量，由溫度控制塔底部排送管道排送出去的控溫氣體的濕度也要同冷卻水噴射量成比例的增加，這將引起后續(xù)流程鍋爐等設(shè)備的酸性腐蝕，同時對于熱能回收來說也是不利的，因?yàn)榕潘统鋈サ臍怏w潛熱較低。
在本實(shí)施例的溫度控制裝置1中，因?yàn)槭且試娚淅鋮s水和冷卻氣相互配合的方式對高溫廢氣進(jìn)行溫度控制，所以可根據(jù)后續(xù)流程對熱能回收的要求或根據(jù)鍋爐、燃燒預(yù)熱器等下游設(shè)備結(jié)構(gòu)的具體情況，對排送氣體的溫度和濕度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。例如，在要求熱能回收量較小或排送氣體酸性露點(diǎn)較低的情況下，通過增加冷卻水的噴射量和減少冷卻氣的噴射量可對排送氣體的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使熱能回收側(cè)的溫度保持在一個適當(dāng)值。與上述情況相反，當(dāng)要求較高的熱能回收或在排送氣體酸性露點(diǎn)較高的情況下，可增加冷卻氣的噴射量和減少冷卻水的噴射量。在控溫氣體的溫度和濕度已被調(diào)節(jié)穩(wěn)定時，可根據(jù)總的排氣量并按補(bǔ)償冷卻氣的要求確定冷卻水的噴射量。
有的高溫廢氣產(chǎn)生源排放的高溫廢氣中包含二氧化硫等腐蝕性較小的氣體。在對這類高溫廢氣產(chǎn)生源排放的高溫廢氣進(jìn)行溫度控制時，可增加冷卻氣的噴射量，減少冷卻水的噴射量以降低酸性露點(diǎn)，從而可實(shí)現(xiàn)有效的熱能回收。酸性露點(diǎn)取決于排氣的濕度和低溫腐蝕性氣體的含量，它隨排氣濕度或低溫腐蝕性氣體含量的減少而降低。因此，在減少冷卻水噴射量使酸性露點(diǎn)降低時，對后續(xù)流程中鍋爐等換熱器的熱傳導(dǎo)表面的最低溫度控制(為防止低溫酸性腐蝕)要求降低，可適應(yīng)提高熱交換器熱傳導(dǎo)效率的對流模式。
當(dāng)對不包含低溫腐蝕性氣體的高溫廢氣進(jìn)行溫度控制時，可增加冷卻水的噴射量和減少冷卻氣的噴射量，從而減少由底部排送管道排送控溫氣體的排送量。此時無須增加冷卻氣的噴射量來降低酸性露點(diǎn)，因?yàn)椴槐負(fù)?dān)心低溫腐蝕，通過利用冷卻水的蒸發(fā)潛熱可使冷卻氣的噴射量達(dá)到最小值。
上面已經(jīng)描述了本實(shí)施例溫度控制裝置1的功能。高溫廢氣產(chǎn)生源排放的包含揮發(fā)性成分或熔塵的高溫廢氣，通過廢氣導(dǎo)入管3引入溫度控制塔2上部的廢氣引入口2A，耐熔材料層3A的絕熱作用使其保持原先的溫度，其中包含的熔塵沒有得到固化。此時，由于廢氣導(dǎo)入管3具有上述倒V型結(jié)構(gòu)，高溫廢氣氣流的慣性力受到抑制，高溫廢氣在不造成較大沖擊的情況下被引入溫度控制塔2。高溫廢氣在進(jìn)入溫度控制塔2后向塔底流動，其溫度由于上部一些冷卻水噴嘴5噴射的冷卻水而減低，因?yàn)樗鶖y帶的熱量在冷卻水的蒸發(fā)過程中部分散失，然后控溫氣體通過下部的排送管道4排送到后續(xù)流程。
在冷卻水噴嘴5噴射冷卻水的同時，第一級和第二級冷卻氣噴嘴6和7也噴射出冷卻氣。由于冷卻水噴射到高溫廢氣氣流的中心區(qū)，冷卻氣噴射氣流不會受其干擾，從而冷卻氣形成一個沿內(nèi)壁向下旋轉(zhuǎn)的氣流，對溫度控制塔2的內(nèi)壁產(chǎn)生屏蔽覆蓋作用。高溫廢氣的溫度隨其向下流動而逐步降低，從而使其中包含的揮發(fā)性成分或熔塵得以固化。由于沿內(nèi)壁向下旋轉(zhuǎn)流動的冷卻氣防止了高溫廢氣同溫度控塔2內(nèi)壁的直接接觸，固化的揮發(fā)性成分或熔塵不會附著在溫度控制塔2的內(nèi)壁上，即使高溫廢氣吹到了溫度控制塔2的內(nèi)壁，固化的揮發(fā)性成分或熔塵也不會在內(nèi)壁上附著積累。因?yàn)樗鼈儗⑹艿嚼鋮s氣的進(jìn)一步冷卻。
如上所述，在配置第一級和第二級冷卻氣噴嘴6和7的結(jié)構(gòu)下，高溫廢氣可得到有效冷卻，同時避免固化的揮發(fā)性成分或熔塵在溫度控制塔2內(nèi)壁上的附著，即使在處理大量的高溫廢氣的情況下，這種結(jié)構(gòu)也有助于減少溫度控制塔2的尺寸。此外，在溫度控制塔2的上部高溫廢氣的溫度最高，揮發(fā)性成分或熔塵的含量最大，由于位于上面的第一級冷卻氣噴嘴6比位于其下的第二級冷卻氣噴嘴7噴射更多的冷卻氣，從而使溫度控制塔2上部內(nèi)壁受到更多冷卻氣的覆蓋保護(hù)，在防止揮發(fā)性成分或熔塵在上部內(nèi)壁上附著的必要?dú)饬恐鉄o須額外增加排送氣體的數(shù)量。因此，可防止對下游設(shè)備能力和規(guī)模的過大要求。
由于通過調(diào)節(jié)冷卻水和冷卻氣的噴射量可控制和穩(wěn)定排送控溫氣體的流量和溫度，所以可根據(jù)下游流程的穩(wěn)定處理能力來適當(dāng)排送控溫氣體，不需要額外增加排送量和提高對下游設(shè)備的要求。在下游流程穩(wěn)定的處理能力之外，可防止在下游管道和換熱器等設(shè)備上的額外附著及額外酸性腐蝕。
在溫度控制的實(shí)施例中，包含大量揮發(fā)性成分或熔塵的高溫廢氣由還原法煉鐵爐(圖中未畫出)中排放出來，所述還原法煉鐵爐采用煤炭等碳素材料作為還原劑、采用鐵礦石或包含金屬氧化物的廢棄物等金屬氧化物為原料、并在高溫下進(jìn)行還原反應(yīng)，此時防止固化的揮發(fā)性成分或熔塵的附著問題更為突出。
按本實(shí)施例采用溫度控制裝置1，高溫廢氣中包含的揮發(fā)性成分或熔塵可以得到有效的冷卻，它們在溫度控制塔內(nèi)壁上的附著可以得到很好防止。由于冷卻水的蒸發(fā)并同排氣一起排出，可以不需要處理水溶性物質(zhì)的水處理設(shè)備。
對于高溫廢氣產(chǎn)生源排放的包含有大量鉛、鋅等一類低熔點(diǎn)物質(zhì)的高溫廢氣，在防止熔塵在溫度控制塔內(nèi)壁附著沉積的同時，也可對其進(jìn)行有效的溫度控制，這里所述高溫廢氣產(chǎn)生源是對包含金屬成分的工業(yè)廢料直接進(jìn)行燃燒的煅燒爐或熔化爐。對于高溫廢氣產(chǎn)生源排放的包含大量揮發(fā)性成分或熔塵的高溫廢氣，在防止熔塵在溫度控制塔內(nèi)壁附著沉積的同時，也能對其進(jìn)行有效的溫度控制，這里所述高溫廢氣產(chǎn)生源是還原法煉鐵爐，它以煤炭等碳素材料作為還原劑，采用鐵礦石或包含金屬氧化物的工業(yè)廢料等金屬氧化物作為原料，在1000度或更高的溫度下進(jìn)行還原反應(yīng)。
參閱圖4所示溫度分布，以下將描述應(yīng)用本發(fā)明最佳實(shí)施例溫度控制裝置對還原法煉鐵爐排放的高溫廢氣進(jìn)行溫度控制的一個示例。從還原法煉鐵爐(圖總未畫出)排放出來的高溫廢氣中包含大量揮發(fā)性成分或熔塵(鉛、鋅和一些氧化物)，高溫廢氣的溫度為700-1400度。在引入溫度控制塔前經(jīng)一氧化碳完全燃燒后，這種高溫廢氣包含20％的二氧化碳、67。3％的氮?dú)狻?1。8％的水和0。3％的氧氣。
取決于后續(xù)流程下游設(shè)備的需要，這種高溫廢氣的溫度被控制在350-600度。更具體地說，當(dāng)回收的熱量較小、熔塵的軟化點(diǎn)或熔化點(diǎn)較低、或者是在后續(xù)流程中使用一般的滌氣袋對排送氣體進(jìn)行處理時，由底部排送管道4排送的控溫氣體的溫度為200-350度的低限溫度，在要求回收的熱量較大、熔塵的軟化點(diǎn)或熔點(diǎn)較高、或者控溫氣體排送給鍋爐或高溫滌氣袋進(jìn)行處理時，由底部排送管道4排送的控溫氣體的溫度可達(dá)600度的高限溫度。
可選用任何氣體作為冷卻氣，只要該氣體中不包含揮發(fā)性成分或熔塵、并且其溫度低于由底部排送管道4排送出去的控溫氣體的溫度或低于揮發(fā)性成分或熔塵的軟化點(diǎn)或熔點(diǎn)。例如，在高溫廢氣產(chǎn)生源為還原金屬冶煉裝置或廢料處理裝置時，空氣、氮?dú)?、惰性氣體、原料干燥流程排出的氣體或由底部排送管道4排送出去的氣體經(jīng)滌氣袋處理后均可利用作為冷卻氣。此外，用于加熱煅燒爐、熔化爐、還原金屬冶煉爐或廢料處理裝置的燃?xì)?、助燃?xì)獾纫部捎米隼鋮s氣。
在本示例中，利用常溫空氣作為冷卻氣，第一級冷卻氣噴嘴6噴射的冷卻氣速度為20米/秒、流量為370立方米/分鐘，第二級冷卻氣噴嘴7噴射的冷卻氣速度為20米/秒、流量為350立方米/分鐘，冷卻水噴嘴5噴射的冷卻水為65立方分米/分鐘。結(jié)果可使通過廢氣導(dǎo)入管道3引入溫度控制塔2中的溫度高達(dá)1133度的高溫廢氣得到有效的溫度控制，由底部排送管道4排送出溫度為450度的控溫氣體。由圖可見，高溫廢氣在溫度控制塔內(nèi)由上向下的運(yùn)動中溫度發(fā)生變化，在第一級和第二級冷卻氣噴嘴6和7噴射冷卻氣的內(nèi)壁附近被有效冷卻到400-420度，而且冷卻氣噴嘴噴射的冷卻氣沿壁向下旋轉(zhuǎn)的氣流沒有受到干擾。冷卻氣的噴射速度一般選定為等于或大于18米/秒，最好等于或大于20米/秒。
當(dāng)還原金屬冶煉裝置排放的高溫廢氣中包含0-2％的一氧化碳等可燃?xì)怏w時，第一級和第二級冷卻氣噴嘴6和7噴射的常溫空氣可使其燃燒，而不會使它們排放到大氣中，因此這種裝置對于防止環(huán)境污染也有良好作用。
權(quán)利要求
1.一種溫度控制裝置，包括用于將引入的高溫廢氣控制到適當(dāng)溫度的溫度控制塔；用于噴射冷卻水到所述溫度控制塔內(nèi)高溫廢氣氣流中心區(qū)的冷卻水噴射裝置；以及用于噴射沿所述溫度控制塔內(nèi)壁流動的冷卻氣的冷卻氣噴射裝置。
2.如權(quán)利要求1所述溫度控制裝置，進(jìn)一步包括一個將高溫廢氣產(chǎn)生源排放的高溫廢氣導(dǎo)入所述溫度控制塔的高溫廢氣導(dǎo)入管道，一個同所述高溫廢氣導(dǎo)入管道聯(lián)結(jié)配合的位于所述溫度控制塔上部的高溫廢氣引入口，以及位于所述溫度控制塔底部用于排送控溫氣體的排送管道。
3.如權(quán)利要求1所述溫度控制裝置，其中所述冷卻水噴射裝置可向下噴射冷卻水到所述溫度控制塔內(nèi)高溫廢氣氣流的中心區(qū)。
4.如權(quán)利要求1所述溫度控制裝置，其中所述冷卻氣噴射裝置可向下噴射沿所述溫度控制塔內(nèi)壁流動的冷卻氣。
5.如權(quán)利要求1所述溫度控制裝置，其中多個所述冷卻氣噴射裝置在所述溫度控制塔內(nèi)垂直方向上適當(dāng)配置。
6.如權(quán)利要求1所述溫度控制裝置，其中所述溫度控制塔的塔壁由上向下至少包括兩個直徑增加而形成的階臺。
7.如權(quán)利要求6所述溫度控制裝置，其中所述冷卻氣噴射裝置配置在所述階臺上。
8.如權(quán)利要求1所述溫度控制裝置，其中所述冷卻氣噴射裝置的配置方位使其可向下斜噴冷卻氣到所述溫度控制聽的內(nèi)壁，形成沿所述溫度控制塔內(nèi)壁向下旋轉(zhuǎn)的冷卻氣氣流。
9.如權(quán)利要求7所述溫度控制裝置，其中所述冷卻氣噴射裝置至少配置在兩個所述階臺上，而且位于較上階臺上的所述噴射裝置比位于較下階臺上的噴射裝置噴射更多數(shù)量的冷卻氣。
10.如權(quán)利要求1所述溫度控制裝置，進(jìn)一步還包括一個用于調(diào)節(jié)冷卻水噴射量的冷卻水噴射控制裝置和一個調(diào)節(jié)冷卻氣噴射量的冷卻氣噴射控制裝置，從而可使排送的控溫氣體的流量和溫度保持穩(wěn)定。
11.如權(quán)利要求1所述溫度控制裝置，進(jìn)一步還包括一個用于調(diào)節(jié)冷卻水噴射量的冷卻水噴射控制裝置和一個調(diào)節(jié)冷卻氣噴射量的冷卻氣噴射控制裝置，從而可使排送的控溫氣體的濕氣成分和溫度保持穩(wěn)定。
12.如權(quán)利要求1所述溫度控制裝置，其中所述高溫廢氣導(dǎo)入管道為位于所述溫度控制塔和高溫廢氣產(chǎn)生源之間的倒V型結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求1所述溫度控制裝置，其中所述高溫廢氣產(chǎn)生源是用于制備還原鐵的還原金屬冶煉設(shè)備，所述冶煉設(shè)備采用煤炭等碳素材料作為還原劑，采用鐵礦石或包含金屬氧化物的廢料等金屬氧化物作為原料，在高溫下進(jìn)行還原反應(yīng)。
14.一種溫度控制裝置，包括一個用于將引入的高溫廢氣控制到適當(dāng)溫度并將控溫氣體排送到后續(xù)流程的溫度控制塔，所述溫度控制塔包括可將冷卻水噴射到所述高溫廢氣氣流中心區(qū)的冷卻水噴射裝置和可噴射沿所述溫度控制塔內(nèi)壁流動的冷卻氣的冷卻氣噴射裝置。
15.一種高溫廢氣溫度控制方法，包括通過高溫廢氣導(dǎo)入管道將高溫廢氣產(chǎn)生源排放的高溫廢氣引入溫度控制塔；由所述溫度控制塔的上部向下噴射冷卻水到所述高溫廢氣氣流的中心區(qū)；向下斜噴冷卻氣，使其形成沿所述溫度控制塔內(nèi)壁的旋轉(zhuǎn)氣流；以及通過所述溫度控制塔底部的排送管道將控制到適當(dāng)溫度的控溫氣體排送到后續(xù)流程。
16.如權(quán)利要求15所述高溫廢氣溫度控制方法，其中所述溫度控制塔由上向下至少包括兩個直徑增大而形成的階臺，所述冷卻氣由位于較上階臺和位于較下階臺的所述冷卻氣噴射裝置噴射出來，且位于較上階臺的噴射裝置比位于較下階臺的噴射裝置噴射更多的冷卻氣。
17.如權(quán)利要求15所述高溫廢氣溫度控制方法，對其中所述冷卻氣和冷卻水的噴射量可進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而可使通過所述底部排送管道排送的所述控溫氣體的溫度和排送量保持穩(wěn)定。
18.如權(quán)利要求15所述高溫廢氣溫度控制方法，對其中所述冷卻氣和冷卻水的噴射量可進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而可使通過所述底部排送管道排送的所述控溫氣體的溫度和濕氣成分保持穩(wěn)定。
19.如權(quán)利要求15所述高溫廢氣溫度控制方法，其中所述高溫廢氣產(chǎn)生源排放的高溫廢氣先是被引導(dǎo)向上斜流，接著向下斜流，然后被引入到所述溫度控制塔。
20.如權(quán)利要求15所述高溫廢氣溫度控制方法，其中所述高溫廢氣產(chǎn)生源是用于制備還原鐵的金屬還原冶煉設(shè)備，所述冶煉設(shè)備對碳素還原劑和鐵礦石或包含金屬氧化物的廢料在高溫下進(jìn)行還原反應(yīng)，所排放的高溫廢氣被引入所述溫度控制塔。
21.一種高溫廢氣溫度控制方法，包括通過高溫廢氣導(dǎo)入管道和位于溫度控制塔上部的廢氣引入口將高溫廢氣產(chǎn)生源排放的高溫廢氣引入溫度控制塔，所述溫度控制塔由上向下至少包括兩個直徑增大而形成的階臺；將所述高溫廢氣控制到適當(dāng)溫度，并通過位于底部的排送管道將控溫氣體排送到后續(xù)流程；冷卻水由所述溫度控制塔的上部向下噴射到所述高溫廢氣氣流的中心區(qū)；冷卻氣由位于階臺上的冷卻氣噴射裝置向下斜噴，位于較上階臺上的噴射裝置比位于較下階臺上的噴射裝置噴射更多的冷卻氣，使冷卻氣形成沿所述溫度控制塔內(nèi)壁的旋轉(zhuǎn)氣流；以及對冷卻水和冷卻氣的噴射量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使底部排送管道排送出去的控溫氣體的數(shù)量和溫度保持穩(wěn)定。
全文摘要
在一種控制高溫廢氣到適當(dāng)溫度并將控溫氣體排送到后續(xù)流程的包括溫度控制塔的溫度控制裝置中,所述溫度控制塔包括將冷卻水噴射到高溫廢氣中心區(qū)的冷卻水噴射裝置和沿溫度控制塔內(nèi)壁向下斜噴冷卻氣的冷卻氣噴射裝置。
文檔編號F23J15/02GK1315627SQ01103888
公開日2001年10月3日 申請日期2001年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月30日
發(fā)明者立石雅孝, 鐵本理彥 申請人:株式會社神戶制鋼所