專利名稱：用于冷凝和凈化燃燒氣的方法和煙囪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于冷凝和凈化燃燒廢氣的方法和煙囪，可作為一種防污染手段用于垃圾焚燒爐和化工廠。
已知的一種煙囪是向由焚燒爐放出的燃燒氣的上噴淋水或石灰水溶液，通過(guò)化學(xué)和物理作用凈化和冷卻所說(shuō)的氣體。但是在此情況下，為了提高除煙能力，必須裝備一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)并將該煙囪中廢氣重新加熱。因此，這樣一種現(xiàn)有技術(shù)的凈化系統(tǒng)就需要巨大的設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用。因此，盡管這類設(shè)備的配置是十分需要的，然而，由于上述的原因，在工業(yè)上的不發(fā)達(dá)的國(guó)家，很多的燃煤發(fā)電廠仍然沒(méi)有這類凈化系統(tǒng)。
已知的另一種方法是干法，在此方法中，用一種放射電子束從一個(gè)垂直煙囪的上方射入該煙囪中，借此收集和除去煙塵以及有害的細(xì)顆粒。但是這種方法的凈化能力有限，而且它的設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用與濕法一樣高。
本發(fā)明的目的是提供一種能夠以廉價(jià)設(shè)備高效凈化燃燒廢氣并將其冷卻并排入大氣中的方法，并且還提供一個(gè)用于實(shí)施該方法所需的煙囪。
本發(fā)明提供一種用來(lái)解決上述問(wèn)題的裝置，如

圖1所示，該裝置包括上行管道3，它用于引導(dǎo)來(lái)自燃燒裝置1的燃燒廢氣2，使其上行進(jìn)料;一個(gè)向下傾斜的下行管道4，它與上行管道3相連接，用來(lái)引導(dǎo)燃燒廢氣2下行進(jìn)料;一個(gè)噴淋器5，它用于在下行管道4的整個(gè)長(zhǎng)度上將一種細(xì)液滴(例如水或石灰水溶液)噴淋入該管道中;以及一個(gè)脫焦油的裝置6，它安裝在下行管道的底部，用于收集包含在從下行管道排出的煙氣中的污染物和二氧化碳。
現(xiàn)在人們強(qiáng)烈地希望除去諸如SO2和NO2一類燃燒廢氣，因?yàn)樗鼈兪切纬伤嵊甑闹饕颉Ｆ駷橹挂汛罅康倪M(jìn)入大氣中的CO2正引起人們的極大關(guān)注，即CO2極有可能比原估計(jì)更快地使地球變暖。根據(jù)本發(fā)明，可使煙囪的高度(或說(shuō)是上行管道的高度)小于直立煙囪長(zhǎng)度的一半(這就意味著它的除煙能力極強(qiáng))。該傾斜的下行管道可用一種防銹的薄鋼板制造。由于該煙囪具有U形或V形的整體結(jié)構(gòu)，所以其穩(wěn)定性高并且造價(jià)低。
另外，根據(jù)本發(fā)明，由于在下行管道4的整個(gè)長(zhǎng)度上簡(jiǎn)單地將水噴入該管道中，因此可以自動(dòng)、自然地吸收有害污染物。該噴淋器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它由一個(gè)低功率泵和一個(gè)用于噴水的噴嘴組成。它的運(yùn)行費(fèi)用是低的。另外，已經(jīng)吸收了有害污染物的水滴由于重力作用而下降并能粘附于脫焦油裝置6上，這樣就很容易收集這些水滴。
根據(jù)下文的敘述并參考單獨(dú)的附圖，可使本發(fā)明的其他特征和目的都變得很清楚，其中圖1是本發(fā)明的冷凝凈化煙囪的一個(gè)實(shí)施方案的立剖視圖。
現(xiàn)在參考圖1，其中的煙囪包括一個(gè)上行管道3，它同于引導(dǎo)由燃燒裝置1放出的燃燒廢氣2上行進(jìn)料;一個(gè)下行管道4，它與上行管道3連成整體，用于引導(dǎo)燃燒廢氣下行進(jìn)料;一個(gè)噴淋器5，它用于在傾斜的下行管道4的整個(gè)長(zhǎng)度上將一種液體(水或石灰水溶液)噴淋入該管道中;以及一個(gè)脫焦油裝置6，它安裝在下行管道4的底部，用于收集包含在煙氣中的污染物和二氧化碳。該脫焦油裝置6含有一組按一定的間隔(例如15～20mm)平行地設(shè)置的波紋板(例如長(zhǎng)1-2m)。
所說(shuō)的燃燒廢氣2按下面的方式凈化。當(dāng)燃料在燃燒裝置1中燃燒時(shí)，產(chǎn)生了燃燒廢氣2。如表1中所示，該廢氣含有大量的水蒸汽，該水蒸汽是由于氫原子與大氣中的氧之間的化學(xué)結(jié)合而生成的。
雖然燃燒廢氣2含有如此大量的水蒸汽，但由于它保持在高溫下，所以它仍然是不飽和的。這種不飽和的燃燒廢氣2通過(guò)上行管道3而上行。當(dāng)廢氣2進(jìn)入下行管道4時(shí)，它就經(jīng)受來(lái)自噴淋裝置5的微細(xì)水滴的噴啉。噴淋下來(lái)的水滴7氣化，因此從燃燒廢氣2奪去大量的熱。結(jié)果使得燃燒廢氣迅速地冷卻下來(lái)并因此達(dá)到飽和狀態(tài)。當(dāng)燃燒廢氣2達(dá)到了飽和狀態(tài)并且由于與水滴7的接觸而被進(jìn)一步冷卻時(shí)，它就冷凝成一種細(xì)小的水滴。當(dāng)燃燒廢氣2的濕度達(dá)到了正常的水溫時(shí)，在燃料燃燒時(shí)生成的水蒸汽的大部分就冷凝成大量的微細(xì)煙霧。
氣象學(xué)界認(rèn)為，當(dāng)空氣中的水蒸汽冷凝成為煙霧或雨時(shí)，懸浮于空氣中的微細(xì)煙塵、海鹽顆粒和離子顆粒就為水滴起一種核芯的作用。
根據(jù)同樣的理由，可以認(rèn)為，當(dāng)有大量的水蒸汽在一個(gè)密封的管道(指煙囪)中冷凝成微細(xì)的煙霧時(shí)，諸如NO2或SO2等親水氣體的分子就起水滴的核心作用而形成了煙霧。即使這些分子沒(méi)有起到水滴核心的作用，也很難想象它們能夠不被形成煙霧的微細(xì)水滴的表面所吸收。
冷凝的煙霧8和噴淋下來(lái)的微細(xì)水滴7載帶著燃燒廢氣2中所含的污染物通過(guò)下行管道4而向下進(jìn)料。當(dāng)處于進(jìn)料狀態(tài)時(shí)，噴淋的微細(xì)水滴7與冷凝的煙霧8相互碰撞并因此使它們的粒徑增大，結(jié)果由于重力作用使它們降落于下行管道4的內(nèi)壁上并被沖洗下來(lái)。
懸浮于管道中的任何煙霧都被帶入脫焦油裝置6中，在此處他們被冷凝并被沖洗下來(lái)。經(jīng)過(guò)這樣處理的燃燒廢氣2現(xiàn)在其組成與環(huán)境空氣的組成相似，重返到大氣中。
現(xiàn)在描述存在于燃燒廢氣2中的水蒸汽的數(shù)量。
我們將舉一個(gè)應(yīng)用丙烷(C3H8)的例子。為了完全燃燒100g丙烷，將需要364g(255L)氧。為此需供給1.45kg(1212L)空氣。由于燃燒而產(chǎn)生的廢氣含有1.09kg氮?dú)夂?00g二氧化碳?xì)庖约?64g水蒸汽，共重為1.55kg。換句話說(shuō)，這種廢氣相當(dāng)于在1kg干燥空氣(不包括水蒸氣)中含有118g的水蒸氣。如表2所示，水蒸汽(飽和蒸汽)的含量隨溫度而有很大變化。
表2溫度與蒸汽含量的關(guān)系溫度(℃)飽和蒸汽含量(g/1kg干空氣)107.62014.43025.34042.66010880244100498從表2中可以看出，上述燃燒廢氣(在1kg干燥空氣中含有118克蒸汽)在80℃下是不飽和的，但當(dāng)它冷卻到60℃時(shí)，將有10g(118-108＝10g)水蒸汽冷卻出來(lái)并形成煙霧。當(dāng)進(jìn)一步冷卻至20℃時(shí)，104g(118-14.4＝104g)水蒸汽凝結(jié)，形成煙霧。
本發(fā)明的一個(gè)特征是設(shè)置了噴淋器5。當(dāng)氣體分子被噴淋器5噴淋下來(lái)的微細(xì)水滴7迅速冷卻時(shí)所生成的冷凝細(xì)煙霧8具有很大的表面積。由于它的巨大表面積，使得氣體分子肯定被微細(xì)煙霧吸收。更具體地說(shuō)，一個(gè)體積為1ml的水滴所具有的表面積為4.83cm2。當(dāng)這一水滴被細(xì)分成一些直徑為3μm的水滴(這是一種可用肉眼看見的最小水滴)時(shí)，其總面積將增加至2.0m2或者說(shuō)是20000cm2，這一面積相當(dāng)于一個(gè)單獨(dú)的1cm3水滴面積的4140倍。在冷凝作用開始階段，水滴的直徑還要小，因此使它們的總表面積更大。對(duì)于SO2和NO2分子來(lái)說(shuō)，它們肯定會(huì)被表面積如此之大的微細(xì)煙霧8所吸收。
我們進(jìn)行了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，在此實(shí)驗(yàn)中使用一個(gè)具有各自長(zhǎng)度皆為3m的上行管道3和下行管道4的煙囪來(lái)焚燒一種氯乙烯的薄膜。結(jié)果證明，從下行管道4底端排出的灰白色煙氣(大部分為冷凝的煙霧)沒(méi)有氯的氣味。
燃燒廢氣2含有大量的碳酸氣。如果噴淋的不是水而是石灰水，這樣就可使燃燒廢氣中的二氧化碳以CaCO3的形式被固定下來(lái)，結(jié)果使得二氧化碳的吸收率大大提高。因此，石灰水具有比純水高得多的吸收率。
假如本發(fā)明的煙囪只是簡(jiǎn)單地由一根常規(guī)的直管彎制而成，那么它的除煙能力將等于零。然而，本發(fā)明的煙囪裝備有一個(gè)噴淋器5。進(jìn)入下行管道4的燃燒廢氣2被噴淋器5噴出的微細(xì)水滴7噴淋并因此十分迅速地冷卻下來(lái)。從空氣動(dòng)力學(xué)上來(lái)說(shuō)，在一個(gè)常規(guī)的直立煙囪的上半部加熱廢氣也可收到同樣的效果。也就是說(shuō)，冷卻下行管道4的內(nèi)部可以提高除煙能力。
在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，一旦在下行管道4中開始噴淋，這時(shí)即使在頂部彎曲部分局部地形成一個(gè)開口，煙氣也無(wú)法通過(guò)此開口逃逸出去。與此相反，外部的空氣通過(guò)此開口被抽入該煙囪中。
根據(jù)本發(fā)明，在下行管道4的整個(gè)長(zhǎng)度上將水簡(jiǎn)單地噴入該管道中，可使有害的污染物自動(dòng)、自然地被吸收。該噴淋器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它由一個(gè)較小功率的泵和一個(gè)用于噴水的噴嘴組成，其運(yùn)行費(fèi)用低。另外，已經(jīng)吸收了有害污染物的水滴由于重力作用而下降并粘附于脫焦油裝置6上，這樣就使得這些水滴很容易被收集。把收集的噴淋水和冷凝水置于一個(gè)澄清槽中以使之凈化并將其再循環(huán)以用于噴淋。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，須不斷地補(bǔ)充噴淋用水，以免造成冷卻水的不足。
本發(fā)明不限于上述的實(shí)施方案。在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種不同的改進(jìn)和變更。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)凝結(jié)作用凈化燃燒廢氣的方法，所說(shuō)方法包含下列步驟引導(dǎo)從燃燒裝置放出的燃燒廢氣向上進(jìn)料，接著引導(dǎo)所說(shuō)燃燒廢氣傾斜地向下進(jìn)料，并同時(shí)從正在傾斜地向下進(jìn)料的燃燒廢氣的上方噴淋一種細(xì)液滴，并收集懸浮于空氣中的細(xì)液滴，載帶走污染物和二氧化碳。
2.一種用于通過(guò)冷凝作用來(lái)凈化燃燒廢氣的煙囪，它包括一個(gè)上行管道，用于引導(dǎo)從燃燒裝置放出的燃燒廢氣;一個(gè)與所說(shuō)的上行管道相連接并向下傾斜的下行管道，用于引導(dǎo)所說(shuō)的燃燒廢氣下行;一個(gè)噴淋器，用于在所說(shuō)下行管道的整個(gè)長(zhǎng)度上將一種細(xì)微液滴噴淋入該管道中;以及一個(gè)設(shè)置于所說(shuō)下行管道底部的脫焦油裝置，用于收集懸浮于空氣中并載帶著污染物和二氧化碳的所說(shuō)微細(xì)液滴。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于凝結(jié)、凈化燃燒廢氣的方法和煙囪，可作為一種防污染手段用于垃圾焚燒爐和化工廠。
文檔編號(hào)B01D47/05GK1085120SQ92111340
公開日1994年4月13日 申請(qǐng)日期1992年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月7日
發(fā)明者植村博信, 三原義秋 申請(qǐng)人:植村博信, 三原義秋