专利名称：对充满固体物质的高温气体进行喷雾干燥的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种污染控制设备，具体涉及对充满固体物质的高温气体进行喷雾干燥的设备和方法。
有毒废物焚烧炉和其它高温炉排放充满飞灰的高温废气。这些高温废气中的能量可以在一种喷雾干燥设备中用于对含有已溶解的固体物质的流体进行喷雾干燥，从而产生含有上述溶解固体物质的冷却废气和干粉末。
在喷雾干燥设备中，使用温度已经充分冷却的并且出自不同来源的废气是通常的做法。然而，使废气在极度高温下-此时废气中可能含有炽热的飞灰，常规的流量分布装置已不能使用-进入喷雾干燥设备的容器中却不是常规做法。
喷雾干燥设备的容器内的流量分布在喷雾干燥容器设备中是一个重要因素。各种类型的分布盘，矫直叶片和类似的装置被用于使横贯喷雾干燥容器的速度剖面尽可能的均匀。如果气流不是均匀分布，则部分干燥的固体的物质就会冲击容器壁，造成沉积，最终导致堵塞。
飞灰在高温状态下存在时，使用这些流量分布装置既不适宜也不易做到。金属会丧失结构强度并迅速被氧化。陶瓷很难支撑并装配。无论金属还是陶瓷，都含有容易被堵塞的开口。
因此，为了使喷雾干燥容器中的高温气流更均匀地分布，需要发明其它的途径。
本发明提供一种旨在满足前述需要的喷雾干燥设备和方法。本发明的设备和方法是用来对含有已溶解的固体的物质的流体和含有熔化的固体物质的高温气体的混合物进行喷雾干燥。本发明通过几个特征来延展贯穿喷雾干燥设备容器的蒸发过程，从而提高在容器中所达到的干燥的完全性。
本发明的喷雾干燥设备的一个特点是，限定雾干燥主室的主容器与限定气流速度减速副室的副容器结合在一起。副容器与主容器的一个顶端进口相连接。副室的直径比连接在副容器的一个进口上的供气管直径大，但比主室的直径小。正因为副室与供气管和主室存在这样的尺寸关系，所以副室能够减缓或放慢通过副室供气管进入主容器的主室中的高温气流的速度，从而使进入主室的气流更均匀地分布。
本发明的喷雾干燥设备的另一特点在于，主容器的主室中，雾化喷嘴呈二级排列形式。这个二级排列的具体情况是，第一级的雾化喷嘴靠近顶端进口放置，第二级的雾化喷嘴放置在顶端进口和主室底部出口之间的中段。第一级的喷嘴与副室的气流向下方向稍成角度，而第二级喷嘴与气流向下方向垂直。二级喷嘴排列可以使主室中的气流更均匀地分布，并且扩展遍及主室的蒸发过程，从而提高在主容器中所达到的干燥的完全性。
本发明的上述特点和其它优点对于该技术领域的普通技术人员来说通过结合附图-本发明的图解-阅读-以下的详细说明将是十分明显的。
以下的详细说明将涉及如下附图
图1是本发明的喷雾干燥设备的简图。
图2是图1喷雾干燥设备的纵剖面图。
图3是将图2所示的设备沿3-3线剖开而得到的喷雾干燥主容器的横剖面放大图，它显示出放置在主容器中的第一级和第二级雾化喷嘴的环绕式排列。
在以下的说明中将用号码表示上述视图中相同或相应的部分。同样也请注意以下说明中出现的“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等词是为了方便而使用，不作限制词来解释。
请看附图，尤其是附图1和附图2。以数码10表示一种设备，用来对含有已溶解的固体物质的流体和含有熔化的固体物质的高温气体的混合物进行喷雾干燥。喷雾干燥设备10具有可以高效扩展遍及设备10的蒸发过程的若干特性，从而提高在设备中所达到的干燥的完全性。
本发明的喷雾干燥设备10的一个特点在于一个喷雾干燥主室12和一个辅助性的，或是预备性的气流速度减缓副室14结合在一起。主室12由一个细长的中空主容器所限定，该容器16上端有一个进口16A，下端分别有两个位置较低的干燥固体物质和气体出口16B和16C，它们与主室12相通。更为具体地，该细长形主容器16由一个圆柱形的中间壁18和上下分别相对的、截头圆锥形的端壁20、22所构成，端壁20和22分别与圆柱形中间壁18的相对的末端相联。上进口16A由上端壁20的顶部所限定，下面的固体物质出口16B由下端壁22的底部所限定，下面的气体出口16C由下端壁22的边部所限定。
副室14由一个细长的中空副容器24所限定，该容器24由一个圆柱形的壁26构成，壁26有上下两个相对的开口端26A和26B与副室14相通。副容器24的上开口端26A与一个供气管28相连接，该供气管28用以提供来自任何气源的充满固体物质的高温气体，比如来自焚烧炉或其他高温炉的废气。举例来说，副容器24上端的气温可以达到2500°F。副容器24的下开口端26B与主容器16的上进口16A相连接。副容器24的直径比供气管28的直径大，比主室12的直径小。例如，在一项特定的应用中，供气管28的直径是8英尺，副容器24的直径是12英尺，主容器16的直径是30英尺。副室14由辅助性的中空容器24所限定，由于与供气管28和主容器16的主室12存在这样的尺寸关系，因此，副室14可以减缓或放慢从进气管28通过副室14进入主容器16的主室12中的充满炽热固体物质的高温气体的流速。放慢速度的气流可以减少主室12中涡流的产生，也可使主室12中的气流更均匀地分布。
参看附图1至3，本发明的喷雾干燥设备10的另一特点在于雾化喷嘴呈二级排列形式，以数码30表示，并放置在主容器16的主室12中。二级喷嘴排列30可以用来雾化含有已溶解的固体物质的流体，并将其喷进气流中以分断通过主室12的气流，使气流和雾化的喷雾流体充分混合并均匀分布，从而达到出自该混合物的固体物质在整个主室12内的完全蒸发和干燥。气体和一些干燥固体物质通过下出气口16C排出主室12，而干燥过的固体物质，部分经过再气化，通过下面固体物质出口16B排出主室16。举例来说，干燥过的固体物质和气体流进一个袋式收集装置(未图示)，而干燥过的固体物质则被储存在一个运灰机32中。
更为具体地，二级排列30包括第一组雾化喷雾喷嘴34放置在靠近上进口16A的上方，第二组雾化喷嘴放置在主室12的上进口16A和下出口16B、16C之间的中间段。上面一级的喷嘴34彼此相间环绕着固定在主容器16的上端壁20上，并且与从副室14进入主室12的向下的气流方向成一定角度，下面一级的或中段的喷嘴36彼此相间环绕着固定在主容器16的中间壁18上，并且与通过主室12的气流向下方向呈直角。此外，该喷嘴排列30还包括上部和下部分别有集流环管38和40固定在主容器16的外围，并且分别与上方和下方的喷嘴34，36相连接。在某些情况下，可以同时通过上部和下部的集流环管38和40把来自适当气源的含有已溶解的固体物质的同样流体供给该设备，比如一个湿式除尘装置(未图示)。在另外的情况下，可以通过上部的集流环管38向上方的喷嘴34供水，而通过下部的集流环管40向下方的喷嘴36供应含有已溶解的固体物质的流体。特定应用情况下主室16中的整个水平衡决定是否应当向上方的喷嘴34供水。
举例来说，有16个上方的喷嘴34和24个中段的喷嘴36。更可取地，喷嘴34、36是单一的液压喷雾型，它能提供预测喷嘴产生的小液滴尺寸的最佳机会。通过控制每分钟流向喷嘴34、36的流体的加仑数并了解喷嘴间的压降情况，可以非常精确地预测所产生的小液滴尺寸。小液滴的尺寸对于获得混合物中固体物质的干燥能力有很大的影响。所选择的喷嘴能产生尺寸低于最大限度(如300微米)的小液滴，并且最好是在75至100微米范围内，这样将确保100%的干燥并由此避免固体物质在主容器16的器壁内部沉积。作为一个例子，供给喷嘴34和36的流体流速可以是每分钟125至200加仑。更应提及的是，为了向主室12输送不同流速的雾化喷雾，或者为减少喷嘴的使用而实际上关闭，可以单独控制喷嘴34和36。如此，可以修改喷雾方式以弥补通过主室的气流中对称性或均匀性的不足。此外，如果要通过上方的喷嘴34供水，喷嘴34可以比喷嘴36更多地使用。
主喷雾干燥室12中提供的二级喷嘴排列，同时在主室12的进口16A和通过主室的中段处分断了气流。这种气流的分断可以使气体和喷雾状流体更充分地混合，使横贯主室12的气流更均匀，从而使混合物中的固体物质在整个主室中更均匀地蒸发和干燥。这种遍及主室12的蒸发过程的扩展。提高了主容器16中所达到的干燥的完全性，并且实质上降低了主容器16的器壁上固体物质沉积的可能性。
可以认为，通过前述说明，本发明及其诸多优点将能获得理解。显然，在形式、构造和排列上可以做出各种变动而不背离本发明的精神实质和范围或者损失其全部材料优势，如前所述的形式仅仅是一个可取的或示范性的例子。
权利要求
1.一种对含有炽热固体物质的流体和高温气体的混合物进行喷雾干燥的设备，该设备包括(a)一个细长的中空主容器，有一个上进口和一个下出口，并限定上述上进口和下出口之间的主室；(b)一个细长的中空副容器，有两个上下相对的开口端，并限定上述开口端之间的副室，该副容器在上述上开口端能与一个供气管相连接，在上述下开口端与主容器的上进口相连接，该副容器的直径比供气管的直径大，比主室的直径小，该主室用来延缓从供气管通过副室进入主室的气流速度，从而使主室的气体更均匀地分布；并且(c)在上述主容器上对进入主室的流体进行雾化和喷雾从而使雾化流体与气体得以混合，以及蒸发和干燥气体和雾化流体的混合物中所有的固体物质从而产生能够通过主容器的出口排出的干粉末的装置。
2.权利要求1所述的设备中，雾化和喷雾装置包括布置在喷雾干燥主室中的二级雾化喷嘴，并且能对液体进行雾化和喷雾。
3.权利要求2所述的设备中，该二级喷嘴包括第一组雾化喷嘴，设置在靠近主室顶端进口处;第二组雾化喷嘴放置在主室的顶端进口和底部出口之间的中段。
4.权利要求3所述的设备中，上述第一组喷嘴被设置成与从副室进入主室的气流向下方向成一倾斜角度。
5.权利要求3所述的设备中，第二组喷嘴的被设置成与从副室进入主室的气流向下方向垂直。
6.权利要求3所述的设备中，第二组喷嘴的数量多于第一组喷嘴。
7.权利要求3所述的设备中，第一和第二组喷嘴都分别是彼此相间环绕着排列在主室周围。
8.一种对流体和含有熔化的固体物质的高温气体混合物进行喷雾干燥的方法，包括以下步骤(a)提供一个喷雾干燥主室;(b)提供一个气流延缓副室，它在喷雾干燥主室的上流并与其相通;(c)向通过副室进入主室的气流中供给含有熔化的固体物质的气体，并延缓进入主室的气流的速度以减少涡流的生成，使气流在主室中实质上均匀地分布;(d)在喷雾干燥主室中布置一个压力式雾化喷嘴排列;并且(e)将雾化流体注入气流，分断通过主室的气流，由此达到主室中雾化流体和气流的充分混合和均匀分布，从而使混合物中的固体物质在整个主室中获得完全的蒸发和干燥。
9.权利要求8所述的方法中，压力式雾化喷嘴的布置包括以下步骤将第一组雾化喷嘴靠近主室的顶端进口设置;并且将第二组雾化喷嘴设置在主室的顶端进口和底部出口之间的中段。
10.权利要求9所述的方法中，所述的注入包括通过第二组喷嘴注入含有已溶解的固体物质的雾化流体。
全文摘要
一种对含有已溶解的固体物质的流体和含有熔化的固体物质的高温气体的混合物进行喷雾干燥的设备，有一个气流延缓副室，它在喷雾主室上流，用以延缓进入主室气流的速度。放慢速度的气流有助于减少涡流的生成，并使气流在主室中更均匀地分布。该设备还有一个二极雾化喷嘴排列，布置在喷嘴干燥主室中，用以将雾化流体注入气流，由此分断通过主室进口处和中段的气流。使气体和雾化流体充分混合，并使穿过主室的气流更均匀地分布，从而使混合物中的固体物质在整个主室中更均匀地蒸发和干燥。
文档编号F26B3/12GK1069667SQ9210549
公开日1993年3月10日 申请日期1992年7月4日 优先权日1991年7月5日
发明者罗纳德·W·贝利斯, 卡尔·D·利巴克, 查尔斯·H·沃什伯恩 申请人:西屋电气公司