专利名称：用于冷凝和净化燃烧气的方法和烟囱的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于冷凝和净化燃烧废气的方法和烟囱，可作为一种防污染手段用于垃圾焚烧炉和化工厂。
已知的一种烟囱是向由焚烧炉放出的燃烧气的上喷淋水或石灰水溶液，通过化学和物理作用净化和冷却所说的气体。但是在此情况下，为了提高除烟能力，必须装备一台鼓风机并将该烟囱中废气重新加热。因此，这样一种现有技术的净化系统就需要巨大的设备投资和运行费用。因此，尽管这类设备的配置是十分需要的，然而，由于上述的原因，在工业上的不发达的国家，很多的燃煤发电厂仍然没有这类净化系统。
已知的另一种方法是干法，在此方法中，用一种放射电子束从一个垂直烟囱的上方射入该烟囱中，借此收集和除去烟尘以及有害的细颗粒。但是这种方法的净化能力有限，而且它的设备投资和运行费用与湿法一样高。
本发明的目的是提供一种能够以廉价设备高效净化燃烧废气并将其冷却并排入大气中的方法，并且还提供一个用于实施该方法所需的烟囱。
本发明提供一种用来解决上述问题的装置，如
图1所示，该装置包括上行管道3，它用于引导来自燃烧装置1的燃烧废气2，使其上行进料;一个向下倾斜的下行管道4，它与上行管道3相连接，用来引导燃烧废气2下行进料;一个喷淋器5，它用于在下行管道4的整个长度上将一种细液滴(例如水或石灰水溶液)喷淋入该管道中;以及一个脱焦油的装置6，它安装在下行管道的底部，用于收集包含在从下行管道排出的烟气中的污染物和二氧化碳。
现在人们强烈地希望除去诸如SO2和NO2一类燃烧废气，因为它们是形成酸雨的主要原因。迄今为止已大量的进入大气中的CO2正引起人们的极大关注，即CO2极有可能比原估计更快地使地球变暖。根据本发明，可使烟囱的高度(或说是上行管道的高度)小于直立烟囱长度的一半(这就意味着它的除烟能力极强)。该倾斜的下行管道可用一种防锈的薄钢板制造。由于该烟囱具有U形或V形的整体结构，所以其稳定性高并且造价低。
另外，根据本发明，由于在下行管道4的整个长度上简单地将水喷入该管道中，因此可以自动、自然地吸收有害污染物。该喷淋器结构简单，它由一个低功率泵和一个用于喷水的喷嘴组成。它的运行费用是低的。另外，已经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脱焦油装置6上，这样就很容易收集这些水滴。
根据下文的叙述并参考单独的附图，可使本发明的其他特征和目的都变得很清楚，其中图1是本发明的冷凝净化烟囱的一个实施方案的立剖视图。
现在参考图1，其中的烟囱包括一个上行管道3，它同于引导由燃烧装置1放出的燃烧废气2上行进料;一个下行管道4，它与上行管道3连成整体，用于引导燃烧废气下行进料;一个喷淋器5，它用于在倾斜的下行管道4的整个长度上将一种液体(水或石灰水溶液)喷淋入该管道中;以及一个脱焦油装置6，它安装在下行管道4的底部，用于收集包含在烟气中的污染物和二氧化碳。该脱焦油装置6含有一组按一定的间隔(例如15～20mm)平行地设置的波纹板(例如长1-2m)。
所说的燃烧废气2按下面的方式净化。当燃料在燃烧装置1中燃烧时，产生了燃烧废气2。如表1中所示，该废气含有大量的水蒸汽，该水蒸汽是由于氢原子与大气中的氧之间的化学结合而生成的。
虽然燃烧废气2含有如此大量的水蒸汽，但由于它保持在高温下，所以它仍然是不饱和的。这种不饱和的燃烧废气2通过上行管道3而上行。当废气2进入下行管道4时，它就经受来自喷淋装置5的微细水滴的喷啉。喷淋下来的水滴7气化，因此从燃烧废气2夺去大量的热。结果使得燃烧废气迅速地冷却下来并因此达到饱和状态。当燃烧废气2达到了饱和状态并且由于与水滴7的接触而被进一步冷却时，它就冷凝成一种细小的水滴。当燃烧废气2的湿度达到了正常的水温时，在燃料燃烧时生成的水蒸汽的大部分就冷凝成大量的微细烟雾。
气象学界认为，当空气中的水蒸汽冷凝成为烟雾或雨时，悬浮于空气中的微细烟尘、海盐颗粒和离子颗粒就为水滴起一种核芯的作用。
根据同样的理由，可以认为，当有大量的水蒸汽在一个密封的管道(指烟囱)中冷凝成微细的烟雾时，诸如NO2或SO2等亲水气体的分子就起水滴的核心作用而形成了烟雾。即使这些分子没有起到水滴核心的作用，也很难想象它们能够不被形成烟雾的微细水滴的表面所吸收。
冷凝的烟雾8和喷淋下来的微细水滴7载带着燃烧废气2中所含的污染物通过下行管道4而向下进料。当处于进料状态时，喷淋的微细水滴7与冷凝的烟雾8相互碰撞并因此使它们的粒径增大，结果由于重力作用使它们降落于下行管道4的内壁上并被冲洗下来。
悬浮于管道中的任何烟雾都被带入脱焦油装置6中，在此处他们被冷凝并被冲洗下来。经过这样处理的燃烧废气2现在其组成与环境空气的组成相似，重返到大气中。
现在描述存在于燃烧废气2中的水蒸汽的数量。
我们将举一个应用丙烷(C3H8)的例子。为了完全燃烧100g丙烷，将需要364g(255L)氧。为此需供给1.45kg(1212L)空气。由于燃烧而产生的废气含有1.09kg氮气和300g二氧化碳气以及164g水蒸汽，共重为1.55kg。换句话说，这种废气相当于在1kg干燥空气(不包括水蒸气)中含有118g的水蒸气。如表2所示，水蒸汽(饱和蒸汽)的含量随温度而有很大变化。
表2温度与蒸汽含量的关系温度(℃)饱和蒸汽含量(g/1kg干空气)107.62014.43025.34042.66010880244100498从表2中可以看出，上述燃烧废气(在1kg干燥空气中含有118克蒸汽)在80℃下是不饱和的，但当它冷却到60℃时，将有10g(118-108＝10g)水蒸汽冷却出来并形成烟雾。当进一步冷却至20℃时，104g(118-14.4＝104g)水蒸汽凝结，形成烟雾。
本发明的一个特征是设置了喷淋器5。当气体分子被喷淋器5喷淋下来的微细水滴7迅速冷却时所生成的冷凝细烟雾8具有很大的表面积。由于它的巨大表面积，使得气体分子肯定被微细烟雾吸收。更具体地说，一个体积为1ml的水滴所具有的表面积为4.83cm2。当这一水滴被细分成一些直径为3μm的水滴(这是一种可用肉眼看见的最小水滴)时，其总面积将增加至2.0m2或者说是20000cm2，这一面积相当于一个单独的1cm3水滴面积的4140倍。在冷凝作用开始阶段，水滴的直径还要小，因此使它们的总表面积更大。对于SO2和NO2分子来说，它们肯定会被表面积如此之大的微细烟雾8所吸收。
我们进行了这样一个实验，在此实验中使用一个具有各自长度皆为3m的上行管道3和下行管道4的烟囱来焚烧一种氯乙烯的薄膜。结果证明，从下行管道4底端排出的灰白色烟气(大部分为冷凝的烟雾)没有氯的气味。
燃烧废气2含有大量的碳酸气。如果喷淋的不是水而是石灰水，这样就可使燃烧废气中的二氧化碳以CaCO3的形式被固定下来，结果使得二氧化碳的吸收率大大提高。因此，石灰水具有比纯水高得多的吸收率。
假如本发明的烟囱只是简单地由一根常规的直管弯制而成，那么它的除烟能力将等于零。然而，本发明的烟囱装备有一个喷淋器5。进入下行管道4的燃烧废气2被喷淋器5喷出的微细水滴7喷淋并因此十分迅速地冷却下来。从空气动力学上来说，在一个常规的直立烟囱的上半部加热废气也可收到同样的效果。也就是说，冷却下行管道4的内部可以提高除烟能力。
在实际实验中，一旦在下行管道4中开始喷淋，这时即使在顶部弯曲部分局部地形成一个开口，烟气也无法通过此开口逃逸出去。与此相反，外部的空气通过此开口被抽入该烟囱中。
根据本发明，在下行管道4的整个长度上将水简单地喷入该管道中，可使有害的污染物自动、自然地被吸收。该喷淋器结构简单，它由一个较小功率的泵和一个用于喷水的喷嘴组成，其运行费用低。另外，已经吸收了有害污染物的水滴由于重力作用而下降并粘附于脱焦油装置6上，这样就使得这些水滴很容易被收集。把收集的喷淋水和冷凝水置于一个澄清槽中以使之净化并将其再循环以用于喷淋。随着运行时间的增加，须不断地补充喷淋用水，以免造成冷却水的不足。
本发明不限于上述的实施方案。在本发明的范围内可以进行各种不同的改进和变更。
权利要求
1.一种通过凝结作用净化燃烧废气的方法，所说方法包含下列步骤引导从燃烧装置放出的燃烧废气向上进料，接着引导所说燃烧废气倾斜地向下进料，并同时从正在倾斜地向下进料的燃烧废气的上方喷淋一种细液滴，并收集悬浮于空气中的细液滴，载带走污染物和二氧化碳。
2.一种用于通过冷凝作用来净化燃烧废气的烟囱，它包括一个上行管道，用于引导从燃烧装置放出的燃烧废气;一个与所说的上行管道相连接并向下倾斜的下行管道，用于引导所说的燃烧废气下行;一个喷淋器，用于在所说下行管道的整个长度上将一种细微液滴喷淋入该管道中;以及一个设置于所说下行管道底部的脱焦油装置，用于收集悬浮于空气中并载带着污染物和二氧化碳的所说微细液滴。
全文摘要
本发明公开了一种用于凝结、净化燃烧废气的方法和烟囱，可作为一种防污染手段用于垃圾焚烧炉和化工厂。
文档编号B01D47/05GK1085120SQ92111340
公开日1994年4月13日 申请日期1992年10月7日 优先权日1992年10月7日
发明者植村博信, 三原义秋 申请人:植村博信, 三原义秋