一種逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴的製作方法
2023-06-11 20:35:56
專利名稱：一種逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於石化、電力、冶金行業溼法煙氣洗滌的逆噴式噴嘴，屬於環境保護技術領域。
背景技術：
在煉油、化工、電力、冶金等エ業生產過程中，不可避免地會產生大量含有硫化物、氮化物、ニ氧化碳等有害氣體的煙氣，對環境造成較大的危害。由此，對エ業煙氣浄化處理具有重要的意義。其中，採用某種液態「洗滌剤」，與煙氣逆流接觸的溼法煙氣洗滌技術在諸多洗滌技術中最具有代表性。
目前，逆噴式洗滌器是溼法煙氣洗滌設備中最常用的ー種，典型的有美國盂莫克公司的動カ波洗滌器。在逆噴式洗滌器中，煙氣自上而下進入洗滌器，洗滌液則經由ー個噴嘴向上噴射，氣液兩相相互撞擊，在合適的操作條件下，可形成高度湍動的泡沫區，泡沫區內氣液接觸面積越大、平均停留時間越長，界面更新速度越快，洗滌效果將越好。顯然，洗滌液噴嘴的性能至關重要，一方面要求噴出的洗滌液能夠「覆蓋」整個洗滌器截面，否則洗滌器中部分煙氣將走「短路」而未與洗滌液接觸；另一方面，噴嘴噴ロ射流應具有足夠的軸向動量，否則液流噴出後，液流軸向速度低可能使得洗滌器內氣液之間剪切較弱，影響動量交換以及兩相傳熱、傳質。在國內外各種逆噴式噴嘴技術中，美國盂莫克公司的動カ波噴嘴是公認的性能優良的噴嘴(http://www. mecsglobal. com/four-functions-1n-one. aspx)。該噴嘴米用「單進ロ、單出口」的形式，即設置一個使液流沿軸向向上進入噴嘴的入ロ，在噴嘴上部則設有一個使液流沿軸向向上噴入洗滌器的噴ロ。該噴嘴最顯著的特徵之一是噴嘴內壁設有旋流槽，液流可在出口處產生切向動量以提高液相在洗滌器中的截面覆蓋率，而噴嘴中心部分則是ー個直通流道，提供足夠的軸向動量。因此，動カ波噴嘴的出口液流的形態可描述為「旋轉軸向流」。鑑於盂莫克動力波噴嘴良好的傳質效果，近年來國、內外出現了ー些與動力波噴嘴相似的技術，為了使噴嘴出口形成「旋轉軸向流」，均採用中心通孔與邊壁旋流部件相結合的形式，例如CN200610019702. X和CN200620098038. 8採用中心孔和邊流槽結構；CN200720169735. 2.CN00134070. 0.CN96240001. 7 和 CN01251676. 7 採用中心孔和旋流片結構；CN02100277. 0、CN02200656. 7採用噴射口和旋流狀內槽結構以及CN01273010. 6的多頭並列螺旋槽等。然而，這類噴嘴存在明顯缺陷，旋流部件(旋流槽、旋流片等)的尺寸一旦確定，則其在實際使用過程中，出口切向軸向液流動量的比例不能調節。例如，當煙氣處理量減小時，為降低運行成本，通常洗滌液流量也相應減少，則噴嘴出口軸向、切向液流的動量必然同時降低，造成洗滌液在洗滌器截面的「覆蓋面」隨之減少，從而影響煙氣洗滌效果。有鑑於上述公知技術存在的缺陷，本發明人根據多年從事本領域和相關領域的生產設計經驗，研製出本發明的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴，以增加噴出射流的軸向動量，降低噴嘴的能耗，從而使切向進液與軸向進液能夠良好的混合。
發明內容
本發明的目的是提供一種逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴，尤其是ー種能克服上述公知技術存在的不足，操作彈性大，傳質效果好、流動損大小的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴。為此本發明提出一種逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴，其包括噴嘴本體，所述噴嘴本體的下端以及側壁上分別設有進液ロ，上端設有能使洗滌液向上沿軸向噴出的噴出ロ，其中，設置在所述噴嘴本體下端的進液ロ為軸向進液ロ，兩個以上的切向進液管均勻設置在所述噴嘴本體的周側，並與所述側壁上的進液ロ相連接，形成兩路切向進液ロ ；所述噴嘴本體內形成旋流室，所述噴出口、軸向進液ロ、切向進液ロ均與所述旋流室相連通。本發明的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴是ー種基於射流撞擊和壓カ霧化原理的逆噴式噴嘴。本發明通過「三入口、單出口」的結構形式產生旋流，克服了公知的洗滌液噴嘴中通過噴嘴內設置的旋流槽、旋流片、螺旋槽等結構產生旋流，導致噴嘴出口切向、軸向液流動量的比例不能調節的缺陷。本發明通過設置噴嘴正下方的一路軸向進液ロ，以及對稱布置在噴嘴側面的兩路切向進液ロ，能夠根據需要處理的煙氣量調節軸向、切向進液ロ的進液量，從而能夠保證噴出口處液流有足夠的擴散角(對應於洗滌器中洗滌液的截面覆蓋率)。本發明噴嘴採用軸向、切向分別進液的結構，能夠明顯提高噴嘴的操作彈性並強化傳質，當總液量一定時，若提高切向液流的比例，則噴ロ處液流的擴張角(覆蓋面)増大；而提高軸向液流的比例，則噴嘴出口射流軸向速度増大，射流「剛度」較大，増強「撞擊強
反 o本發明通過將切向進液口中心線與噴嘴本體中心軸線夾角設置在15° 90°範圍內，能夠增加噴出射流的軸向動量，降低噴嘴的能耗並使切向進液與軸向進液實現良好的混合。此外，通過控制旋流室收斂段錐角，使三股液流混合後經過此收斂段收縮，加速形成具有較大「剛度」的「旋轉軸向流」。噴嘴噴出口採用大口徑，循環洗滌液可在較高的固含率下運行而噴嘴不會被堵塞，並且噴出口內徑與噴出口長度設定合適的比例，從而保證射流噴出後有一定的粗霧化和較大的擴張角。由於本發明的噴嘴噴出的「旋轉軸向流」有足夠的「剛度」，當射流與煙氣進行撞擊時，液膜表面首先產生不穩定的波動，在氣流剪切力作用下，馬拉高尼(Marangoni)效應作用增強，液膜破碎成為小液滴，氣液接觸面積增大，形成高度湍動泡沫區，泡沫區內氣液兩相不斷更新，強化了小液滴群在該區域內的湍動，表面更新迅速，傳質效果加強，洗滌效果提聞。
以下附圖僅旨在於對本發明做示意性說明和解釋，並不限定本發明的範圍。其中，圖1為本發明的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴的結構主視剖面圖；圖2為本發明的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴的結構俯視圖；圖3為本發明的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴局部放大示意圖；圖4為本發明的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴噴出口局部示意圖，表示擴張角0的位置；
圖5為本發明的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴的側視示意圖；圖6為本發明的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴的立體結構示意圖。附圖標號說明1、切向進液ロ2、軸向進液ロ3、噴出口 4、旋流室收斂段5、旋流室混合段 6、底座法蘭7、定位筒 8、支撐構件81、支撐板82、軸向進液管 9、密封圈 10、噴嘴本體11、切向進液管 12、旋流室13、噴嘴固定法蘭
具體實施例方式本發明是提供一種可調節洗滌塔內噴嘴出口處洗滌液切向、軸向動量的新型洗滌液噴嘴，本發明噴嘴的關鍵之處在幹，通過「三入口、單出口」的結構形式產生旋流，克服了公知的洗滌液噴嘴中通過噴嘴內設置的旋流槽、旋流片、螺旋槽等結構產生旋流，導致噴嘴出口切向、軸向液流動量的比例不能調節的缺陷。本發明中洗滌液是從三路進液ロ分別進入噴嘴；一路是噴嘴正下方的軸向進液ロ，該路進液僅提供液流的軸向動量；而切向動量則由對稱布置在噴嘴側面的兩路切向進液ロ単獨提供，三路液流在噴嘴旋流室內混合後形成「旋轉軸向流」，經噴出口(單出口)噴出。本發明的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴可使洗滌液由噴出口噴出後形成穩定且擴張角較大的「旋轉軸向流」，「旋轉軸向流」在洗滌器內與自上向下流動的煙氣進行撞擊、接觸，可形成體積較大的高度湍動的泡沫區，從而增強了洗滌效果。本發明採用的噴嘴軸向、切向分別進液的結構，可明顯提高噴嘴出口洗滌液射流在洗滌器截面的覆蓋率和操作弾性，並強化氣、液傳質，獲得較為理想的洗滌效果。本發明提出的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴，包括噴嘴本體，所述噴嘴本體的下端以及側壁上分別設有進液ロ，上端設有能使洗滌液向上沿軸向噴出的噴出口，其中，設置在所述噴嘴本體下端的進液ロ為軸向進液ロ，兩個以上的切向進液管均勻設置在所述噴嘴本體的周側，與所述側壁上的進液ロ相連接，形成兩路切向進液ロ ；所述噴嘴本體內形成旋流室，所述噴出ロ、軸向進液ロ、切向進液ロ均與所述旋流室相連通。為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，以下結合附圖及較佳實施例，對本發明的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴的具體實施方式
、結構、特徵及功效，詳細說明如後。另外，通過具體實施方式
的說明，當可對本發明為達成預定目的所採取的技術手段及功效得以更加深入具體的了解，然而所附圖僅是提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制。如圖1至圖6所示，本發明提出的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴，包括噴嘴本體10，所述噴嘴本體10的下端以及側壁上分別設有進液ロ，上端設有能使洗滌液向上沿軸向噴出的噴出口 3，其中，設置在所述噴嘴本體下端的進液ロ為軸向進液ロ 2，兩個以上的切向進液管11沿切向均勻設置在所述噴嘴本體10的周側，並與所述側壁上的進液ロ相連接，形成兩路切向進液ロ I ;所述噴嘴本體10內形成旋流室12，所述噴出口 3、軸向進液ロ 2、切向進液ロ I均與所述旋流室12相連通。本發明的噴嘴採用軸向、切向分別進液的結構，能夠明顯提高噴嘴的操作弾性並強化傳質，當總液量一定時，若提高切向液流的比例，則噴出口3處液流的擴張角(覆蓋面)増大；而提高軸向液流的比例，則噴出口 3射流軸向速度増大，射流「剛度」較大，增強「撞擊強度」，提高洗滌效果。所述切向進液管11可以均勻設置多個，以設置偶數個對稱分布為最佳。優選所述切向進液管11的進液端低於出液端，所述切向進液ロ I的中心線與噴嘴本體10中心軸線之間形成15° 90°的夾角a，從而使由切向進液ロ I沿切向進入到旋流室12內的洗滌液具有一個軸向分力，以增加噴出射流的軸向動量，降低噴嘴的能耗，並使切向進液與軸向進液實現良好的混合。在ー個具體實施例中，旋流室12包括柱狀的旋流室混合段5，以及位於在其上部錐狀的旋流室收斂段4。其中，旋流室收斂段4的錐角P為30° 120°，所述切向進液ロ I設置在所述旋流室混合段5。當軸向和切向三股液流在旋流室混合段5混合後經過該錐狀的旋流室收斂段4收縮，能夠加速形成具有較大「剛度」的「旋轉軸向流」。一個可行的技術方案是，噴出ロ 3為凸設在噴嘴本體10上端的柱狀體，並採用大口徑噴出口結構，循環洗滌液可在較高的固含率下運行而噴嘴不會被堵塞，並且噴出口 3的內徑Dl與噴出口長度L有合適的比例，通常該噴出口 3的內徑Dl與噴出口的長度L之比為0. 5 2. 5，保證射流噴出後有一定的粗霧化和較大的擴張角。例如，噴出ロ 3的擴張角範圍可為0 180°。進ー步地，本發明的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴是設置在逆噴式洗滌器內，通常逆噴式洗滌器的內徑DO大於噴出口 3的內徑D1，其比值範圍為8 20。此外，軸向進液ロ 2的內徑D2大於等於噴出口 3的內徑D1，其比值為I 4 ;而軸向進液ロ 2內徑D2大於等於切向進液ロ I的內徑D3，其比值為I 4。在ー個具體實施例中，噴嘴本體10內還設有一支撐構件8，支撐構件8包括與噴嘴本體10內壁通過密封圈9密封連接的支撐板81，貫通支撐板81的軸向進液管82，且支撐板81與噴出ロ 3之間形成所述旋流室12。本發明的噴嘴還具有底座法蘭6，噴嘴本體10的下端外周形成噴嘴固定法蘭13，噴嘴固定法蘭13與底座法蘭6之間可以通過螺栓固定連接。為使支撐板81能保持在確定的位置，使旋流室12的容積一定，在軸向進液管82和噴嘴本體10之間設有一定位筒7，定位筒7的兩端分別頂抵於支撐板81和底座法蘭6。如圖1所示，定位筒7的兩端可以分別嵌卡於支撐板81和底座法蘭6內。以下通過ー個具體實施例進ー步說明本發明的工作原理。參見圖1、圖2、圖5、圖6，分別為本發明的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴的結構主視剖面圖、俯視圖、側視圖及三維立體圖。由圖1、圖2、圖5、圖6可以看出，本發明的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴，沿噴嘴本體10的圓周對稱設有ニ個切向進液ロ I，一個軸向進液ロ 2，三路液流進入旋流室混合段5混合，再經過旋流室收斂段4收縮、混合，從噴出ロ 3加速噴出。噴嘴本體10內腔下部有軸向支撐構件8和定位筒7，其中軸向支撐構件8的支撐板81與噴嘴本體10內壁之間通過密封圈9密封。在噴嘴本體10下端，底座法蘭6與噴嘴固定法蘭13連接並固定噴嘴本體10，同時底座法蘭6為定位筒7提供下端支撐。參見圖3，圖3為本發明的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴局部放大示意圖。本發明噴嘴的噴出ロ 3是採用大口徑的設計，內徑Dl根據現場需求而定，設計原則為噴嘴所處逆噴式洗滌器內徑DO與噴出口 3的內徑Dl之比為8 20，噴出口長度L與噴出口內徑Dl有夫，噴出口內徑Dl與噴出口長度L之比為0.5 2. 5。噴嘴軸向進液ロ 2的內徑D2是根據噴出ロ 3的射流霧化程度和擴張角要求來設計，因此軸向進液ロ 2的內徑與噴出ロ 3之間存在一定的比例，通常其比值範圍為I 4。噴嘴切向進液ロ I起到提供「旋轉軸向流」徑向分量、増大射流出ロ擴張角、提高射流周向覆蓋率的作用；切向進液ロ I的內徑D3與軸向進液ロ 2的內徑D2之比為I 4，能夠保證「旋轉軸向流」有合適的擴張角和「剛度」;切向進液ロ I的中心線與噴嘴本體10的中心軸線夾角a取值範圍為15° 90°，能夠適當増加噴出射流軸向的動量，降低噴嘴的能耗並使切向進液與軸向進液良好的混合。旋流室12要求具有足夠的空間，旋流室12的內徑D4與旋流室混合段5的高度H之比為I 3。旋流室收斂段4的錐角P的範圍為30° 120°，收斂錐角過大過小都會造成「旋轉軸向流」的「剛度」下降。參見圖4，圖4為本發明的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴噴出口的局部放大示意圖，表示了擴張角0的位置。噴嘴噴出口 3的擴張角0根據現場需求——尤其是洗滌塔的內徑來調節，其範圍在0 180 °之間，如僅打開軸向進液ロ 2，關閉切向進液ロ I，則噴出口 3噴出的洗滌液射流的擴張角9就接近0度；當關閉軸向進液ロ 2，僅打開切向進液ロ，則噴出ロ 3噴出的洗滌液射流的擴張角0就接近180度。擴張角0是由軸向、切向進液質量流量比來控制，可根據射流周向覆蓋率要求來設計，其確定方法為公知技術，在此不再贅述。本發明噴嘴的噴出口 3的尺寸大小是根據洗滌器的尺寸來確定，而切向進液ロ I的內徑D3與軸向進液ロ 2的內徑D2、切向進液ロ I的中心線與噴嘴本體10的中心軸線夾角a均與洗滌器的能耗要求、洗滌效果要求、以及可操作範圍要求有夫。例如，當洗滌器內徑與噴出ロ 3直徑比為16，如噴出ロ 3的內徑為10mm，洗滌器的高度為1500mm，氣速為IOm/s時，為了使最佳洗滌區出現在洗滌器中部偏上的位置，則噴嘴的軸向進液ロ 2的內徑與噴出口 3的內徑之比為2，噴嘴的軸向進液ロ 2的內徑與切向進液ロ I的內徑之比為1. 5，同時切向進液ロ I的中心線與噴嘴本體10的中心軸線夾角a為20度，旋流室收斂段4的錐角@為90度，噴出口 3的內徑與噴出口長度L之比為0.8。以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式
，並非用以限定本發明的範圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應屬於本發明保護的範圍。而且需要說明的是，本發明的各組成部分並不僅限於上述整體應用，本發明的說明書中描述的各技術特徵可以根據實際需要選擇ー項單獨採用或選擇多項組合起來使用，因此，本發明理所當然地涵蓋了與本案發明點有關的其它組合及具體應用。
權利要求
1.一種逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴，其特徵在於，所述逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴包括: 噴嘴本體，所述噴嘴本體的下端以及側壁上分別設有進液口，上端設有能使洗滌液向上沿軸向噴出的噴出口，其中，設置在所述噴嘴本體下端的進液口為軸向進液口，兩個以上的切向進液管均勻設置在所述噴嘴本體的周側，並與所述側壁上的進液口相連接，形成兩路切向進液口 ；所述噴嘴本體內形成旋流室，所述噴出口、軸向進液口、切向進液口均與所述旋流室相連通。
2.如權利要求1所述的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴，其特徵在於，所述切向進液管的進液端低於出液端，所述切向進液口的中心線與噴嘴本體中心軸線之間形成15° 90°的夾角。
3.如權利要求1所述的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴，其特徵在於，所述旋流室包括柱狀的旋流室混合段，以及位於在其上部錐狀的旋流室收斂段；所述旋流室收斂段的錐角為 30° 120°，所述切向進液口設置在所述旋流室混合段。
4.如權利要求1所述的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴，其特徵在於，所述噴出口為凸設在所述噴嘴本體上端的柱狀體，所述噴出口的內徑與所述噴出口的長度之比為O. 5 2. 5。
5.如權利要求4所述的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴，其特徵在於，所述噴出口的擴張角為O 180。。
6.如權利要求1所述的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴，其特徵在於，所述噴嘴能設置在逆噴式洗滌器內，所述逆噴式洗滌器的內徑大於所述噴出口的內徑，其比值為8 20。
7.如權利要求1所述的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴，其特徵在於，所述軸向進液口的內徑大於等於所述噴出口的內徑，其比值為大於等於1，小於等於4 ;所述軸向進液口內徑大於等於所述切向進液口的內徑，其比值為大於等於1，小於等於4。
8.如權利要求1至7任一項所述的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴，其特徵在於，所述噴嘴本體內還設有一支撐構件，所述支撐構件包括與所述噴嘴本體內壁密封連接的支撐板，貫通所述支撐板的軸向進液管，且所述支撐板與所述噴出口之間形成所述旋流室。
9.如權利要求8所述的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴，其特徵在於，所述噴嘴還具有底座法蘭，所述噴嘴本體的下端外周形成噴嘴固定法蘭，所述噴嘴固定法蘭與所述底座法蘭固定連接。
10.如權利要求9所述的逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴，其特徵在於，一定位筒設置在所述軸向進液管和噴嘴本體之間，所述定位筒的兩端分別頂抵於所述支撐板和所述底座法蘭。
全文摘要
本發明為一種逆噴式溼法煙氣洗滌噴嘴，包括噴嘴本體，噴嘴本體的下端以及側壁上分別設有進液口，上端設有能使洗滌液向上沿軸向噴出的噴出口，其中，設置在噴嘴本體下端的進液口為軸向進液口，兩個以上的切向進液管均勻設置在噴嘴本體的周側，與側壁上的進液口相連接，形成兩路切向進液口；噴嘴本體內形成旋流室，噴出口、軸向進液口、切向進液口均與旋流室相連通。本發明噴出的洗滌液能形成穩定且擴張角較大的「旋轉軸向流」，「旋轉軸向流」在洗滌器內與自上向下流動的煙氣進行撞擊、接觸，形成高度湍動的泡沫區，增強洗滌效果。本發明採用軸向、切向分別進液的結構，提高了噴出口洗滌液射流在洗滌器截面的覆蓋率和操作彈性，強化氣、液傳質。
文檔編號B01D53/18GK103008138SQ201210545969
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者範怡平, 陳昇, 盧春喜 申請人:中國石油大學(北京)