CN101351256B - 冶炼烟气急冷系统 - Google Patents
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Abstract
一种急冷系统，用于冷却和/或清洗冶炼烟气，该冶炼烟气与含酸液体特别是硫酸被并流引导，该急冷系统包括：气体进口(51)，冶炼烟气通过该气体进口从顶部供应；环形槽道(55)，其围绕文氏管上部(52)的内圆周延伸，含酸液体溢过该环形槽道的溢流内壁(57)进入该文氏管上部(52)；以及设在该环形槽道(55)下面的横向喷嘴(58)，额外的含酸液体经横向喷嘴被引入。根据本发明为了使遭受干/热或湿冷状况的文氏管部的壁部之间截然分开，文氏管上部(52)的内径(D1)大于气体进口(51)的内径(D2)。
Description
技术领域
本发明涉及一种急冷系统，用于冷却和可能清洗特别是冶炼烟气，该冶炼烟气与含酸液体特别是硫酸被并流引导，该急冷系统包括：气体进口，冶炼烟气通过该气体进口从顶部供应；环形槽道，其围绕文氏管上部的内圆周延伸，含酸液体溢过该环形槽道的溢流内壁进入该文氏管上部；以及设在该环形槽道下面的横向喷嘴，额外的含酸液体经横向喷嘴被引入。
背景技术
急冷系统例如用来冷却并且也部分地用来清洗金属冶炼时在冶金过程中得到的含二氧化硫的气体。当含二氧化硫的气体随后用于生产硫酸时，在进入制硫酸设备的接触区前必须除去气体中的固体和杂质。在例如灰尘分离器、静电除尘器等中分离了大部分灰尘后，在急冷系统例如在径向流涤气器中进行气体清洗。在该急冷系统中，气体被冷却到适用于随后设备的程度，并部分地清洗。剩余的杂质被部分地吸收在硫酸中并与气流分离。
在图1所示的传统急冷系统1中，急冷塔的盖2包括喷嘴3，例如25％硫酸经喷嘴3被引入。要被清洗的含二氧化硫的热气体经气体进口4被引入，并与硫酸逆流地被引导。为了能抗废酸，该急冷塔具有耐酸内衬5。该耐酸内衬的材料视要承受的状况而定，有的材料特别适合于承受干/热状况，有的材料适合于承受湿/冷状况。这里始终关键的是只遭受干热气体的壁部与只遭受相对较冷的湿硫酸的壁部之间的过渡区。在图1所示实施例中，气体进口4处的X区重复地包括有时只遭受热气体并且然后遭受干/热状况的部分，或有时被硫酸湿润并且然后遭受湿/冷状况的部分。这种交替变化的遭受状况导致内衬的磨损增加，从而必须更换该内衬。
在急冷塔的替代实施例中，含二氧化硫的气体与用来冷却和清洗的硫酸被并流引导。在图2所示文氏管型急冷塔10的实施例中，硫酸经横向喷嘴11喷入从顶部供应的气体中。喷嘴11上方设有环形管12，额外的硫酸经环形管12被喷到文氏管部分的壁上以湿润该壁。这应确保清楚分开干/热区与湿/冷区。但是，腐蚀问题导致该文氏管部分的壁的湿润不均匀，并且壁部既受到干/热状况又受到湿/冷状况而导致区域不明确。
在图3所示文氏管型急冷塔20中，经供应硫酸的周向环形管道22来湿润横向喷嘴21上方的壁部。硫酸从环形管道22经溢流壁23流入急冷塔20的文氏管部分中，并且湿润壁。由于在环形管道22中的沉积和由于含有固体的气流造成的紊流，这里也会发生不均匀溢流，这会导致内衬区交替受到干/热和湿/冷状况。
发明内容
本发明的目的是使得文氏管部分中的干/热区和湿/冷区清楚分开，从而提高急冷塔的耐久性。
本发明提供了一种急冷系统，用于冷却和/或清洗冶炼烟气，该冶炼烟气与含酸液体被并流引导，该急冷系统包括：气体进口，冶炼烟气通过该气体进口从文氏管顶部供应；环形槽道，其围绕文氏管上部的内圆周延伸，并包括溢流内壁，含酸液体能溢过该溢流内壁进入该文氏管上部；以及设在该环形槽道下面的横向喷嘴，用于引入额外的含酸液体，其中，文氏管上部的内径大于气体进口的内径，并且环形槽道朝向顶部扩口。
利用本发明基本上实现了该目的，其中，文氏管喉部前的文氏管上部内径大于气体进口内径。因此，从顶部经气体进口流入的气体不削弱含酸液体特别是硫酸从环形槽道的溢流，以便硫酸可均匀湿润文氏管上部的周壁。这确保了使气体进口附近只遭受干热状况的壁衬的区域与从环形槽道继续前进的只遭受湿冷状况的区域清楚分开。通过相应选择急冷塔内衬的材料，可大大提高其使用寿命，从而维护时间间隔可延长。
但是，图2和3所示已知的文氏管型急冷塔的共同点是，气体进口直径与文氏管喉部前的文氏管部分的直径相同。图1所示逆流工作急冷塔1也具有不变的内径。
按照本发明一个优选方面，文氏管上部的内径比气体进口内径大5-15％、最好7-10％。这确保了硫酸可从环形槽道中不受干扰地溢过溢流壁，并可均匀湿润该文氏管部分的壁。在气体进口直径例如为2800mm时，该文氏管部分的内径增大100-500mm、最好增大约300mm是适宜的。
按照本发明一特别优选实施例，环形槽道朝向顶部扩口。这使得在环形槽道底部的流速高，从而防止硫酸中所含的固体沉积在管道中。另一方面，环形槽道上部扩口确保了硫酸的溢流速度低，以便在该文氏管部分的壁上形成均匀的液膜。
按照本发明的一个方面，环形槽道朝向顶部呈锥形扩口，优选通过使在一侧面对环形槽道的溢流壁外表面斜切来实现该环形槽道的扩口。然后，可在急冷塔外壁上设置均匀隔热材料。
环形槽道的宽度从下部到上部增加100-200％、最好增加约150％是适宜的。
为了使该文氏管部分周壁的湿润更均匀，溢流壁上边缘优选在含酸液体流动方向上倾斜20-70°、最好倾斜30-60°、通常倾斜约45°。
按照本发明的一个方面，经若干个特别是六个进口孔来向环形槽道供应硫酸。为使硫酸均匀流动，这些进口孔最好围绕该文氏管部分的圆周均匀分布且沿切向通入环形槽道中。
为了适应所遭受的状况，该文氏管部分在气体进口附近、文氏管管顶附近和环形槽道附近的壁被衬以性质不同的砖。气体进口区域衬以特别能耐干热状况的耐热砖、特别是氮化物结合碳化硅砖是适宜的。另一方面，环形槽道区域最好衬以能易于耐受湿冷状况的碳砖/石墨砖。石墨砖的抗热冲击性和耐酸性很好，因此这种价格稍贵的材料优选在文氏管管顶附近和/或从气体进口到文氏管管顶的过渡区附近以及可能在溢流壁顶部附近使用。
由于用来涂覆内衬砖的水泥或灰浆也能易于承受干/热状况或湿/冷状况，因此按照本发明一实施例，采用适应于各遭受状况的性质不同的水泥或灰浆来涂覆用于为气体进口、文氏管管顶和环形槽道的壁内衬的砖。
附图说明
下面结合实施例和附图详细说明本发明。所述和/或所示所有特征本身或其任何组合构成本发明主题，而与它们是否包括在权利要求中或其背景参考中无关。
图1为逆流式工作的传统急冷塔的示意图。
图2为并流式工作的传统文氏管型急冷塔的示意图。
图3为并流工作的另一传统文氏管型急冷塔的示意图。
图4为本发明急冷系统的示意图。
图5为图4所示急冷系统在环形槽道附近的放大局部剖面图。
图6为沿图4中VI-VI线的剖面图，以及
图7为利用本发明改造传统急冷塔的示意图。
具体实施方式
图4-6示意性示出本发明的文氏管型急冷系统。
文氏管50上端包括气体进口51、与之邻接的文氏管上部52和随后的文氏管喉部53。在所示实施例中，文氏管上部52的内径D1比气体进口51的内径D2大7.5％左右。扩口部的尺寸取决于设备的总体大小。不同直径之间的过渡部称为文氏管管顶54。
在文氏管管顶54下方，设有围绕文氏管上部52延伸的凹槽状环形槽道55。环形槽道55由溢流壁57和文氏管50的外壁56限定。在环形槽道55下方文氏管上部52的端部处设有若干个例如八个横向喷嘴58，它们围绕文氏管50的圆周均匀分布，用于喷射硫酸。这些喷嘴58最好为60°喷嘴，其喷射和雾化硫酸，压力损耗约为1-2bar。
如图6特别所示，围绕文氏管50圆周均匀分布的若干个特别是六个进口孔59切向地通入环形槽道55中，以用于供应硫酸。
从图5可看得最清楚，进口孔59通入环形槽道55的下部，该下部具有相对较小的宽度，例如为80mm，其约等于进口孔59的开口横截面。由于溢流壁57外表面60的斜切，环形槽道55朝向顶部均匀扩口，直到其上端宽度例如为200mm，相当于环形槽道55扩开了150％。通向文氏管上部52的溢流壁57的上边缘61向下倾斜约45°。
如图5所示，文氏管50壁砌成若干层，具有分别适合与导入气体或硫酸接触的内衬。在气体进口51附近，从外到内依次设有普通隔热砖或泡沫玻璃62、耐火隔热砖(轻质耐火砖)63和耐热氮化物结合碳化硅砖64。在文氏管管顶54附近，特别是气体进口51与文氏管管顶54之间的过渡区中，设有石墨砖65而非碳化硅砖，例如异形的石墨管顶砖。在图5中，石墨砖65只设置在气体进口51与文氏管管顶54之间的过渡区中，但它也可延伸到文氏管管顶54位于环形槽道55上方的那部分。在环形槽道55和文氏管上部52附近，在外部首先设置一层耐酸标准砖66，它与一层碳砖67邻接。溢流壁57也由碳砖67构成，例如呈楔形的碳砖。如果必要，与气流接触的溢流壁57顶部也可由石墨砖制成。根据所遭受的状况，内衬被砌有种类不同的水泥或灰浆。
本发明急冷系统的文氏管50基本上设计成如上所述。下面说明其工作情况。
来自冶金设备的含二氧化硫的热气从顶部经气体进口51供应给文氏管50。用硫酸对气流进行冷却和清洗，硫酸主要经横向喷嘴58喷射并冷却气流，使得该气流可供应给另外的设备，然后供应给硫酸接触设备。同时，杂质被吸收且尘粒被束缚。
同样，硫酸还供应给设在横向喷嘴58上方的周向环形槽道55，该硫酸溢出溢流壁57并且润湿文氏管上部52的壁。由于环形槽道55的扩口横截面，环形槽道55下部中硫酸的流速相对较高，使得硫酸中所含的固体保持悬浮而不能沉淀。由于环形槽道55的扩口横截面，越靠近顶部流速越低，上部区域中的流速仅为流经进口孔59的流速的约30-40％，从而硫酸可慢慢溢出溢流壁57并且均匀润湿文氏管上部52的壁。这样确保在文氏管上部52形成均匀液膜，使得内衬67在该区域只遭受湿冷状况。但在气体进口51附近，只有干热气体接触内衬64。
由于文氏管上部52的直径D1增大，因此确保气流不损害和撕裂文氏管上部52的壁上的液膜。这样，就实现了只遭受干热状况的区域与只遭受湿冷状况的区域截然分开。这延长了内衬的使用寿命并从而延长了维护的时间间隔。
图7示出如何利用本发明改造以前例如是按照图1所示实施例工作的传统急冷塔1。本发明文氏管50布置在图1所示气体进口3的上游，并且横向地安装在急冷塔1的进口孔上。与硫酸并流引导的气体流过文氏管50，再流入现有的急冷塔1中，然后从上出口孔流出急冷塔，以供应给例如随后的气体清洗工序。硫酸从急冷塔1的收集池6被抽出并经管道7排出。现有急冷塔1中设在急冷塔塔顶2上的喷嘴3例如只工作50％。此外，如果所述气流仍太热而不能供应给随后的塑料元件，那么在该急冷塔的塔顶上设置用于进一步冷却气流的应急水喷嘴。由于现有急冷塔用本发明文氏管改造，因此适合相应遭受状况的内衬也可用在从气体进口进入该急冷塔的过渡部处的问题区X，该内衬不会因交替变化的遭受状况而损坏。
例子：
在本发明急冷塔中，文氏管上部52的内径D1约为3000mm，比气体进口51附近的内径D2大200mm左右。
温度约为350℃的约200,000Nm3/h的含二氧化硫的气体经气体进口51被引入。为了冷却和清洗该气体，供应温度为60-70℃、总量约为450m3/h的最大为25％的硫酸，并且经喷嘴58供应例如370-390m3/h，相应地经环形槽道供应60-80m3/h。在喷嘴58中，硫酸被雾化，压力损耗为1-2bar。硫酸以流速约为1-2m/s引入环形槽道55，从而硫酸所含固体(不大于10g/l)在环形槽道55下部保持悬浮而不能沉积。在下部，环形槽道55的宽度约为80mm，并朝向顶部扩口到约200mm。这样可把溢出到文氏管上部52中时环形槽道上部中的硫酸流速减小到进给流速的约40％，从而均匀湿润文氏管上部52。
附图标记列表
1 急冷塔
2 盖子
3 喷嘴
4 气体进口
5 耐酸内衬
6 收集池
7 管道
10 急冷塔
11 喷嘴
12 环形管
20 急冷塔
21 喷嘴
22 环形槽道
23 溢流壁
50 文氏管
51 气体进口
52 文氏管上部
53 文氏管喉部
54 文氏管管顶
55 环形槽道
56 外壁
57 溢流壁
58 喷嘴
59 进口孔
60 外表面
61 上边缘
62 泡沫玻璃
63 耐火隔热砖
64 碳化硅砖
65 石墨砖
66 耐酸砖
67 碳砖
D1 文氏管上部52内径
D2 气体进口51内径
Claims (15)
1.一种急冷系统，用于冷却和/或清洗冶炼烟气，该冶炼烟气与含酸液体被并流引导，该急冷系统包括：
气体进口(51)，冶炼烟气通过该气体进口从文氏管顶部供应；
环形槽道(55)，其围绕文氏管上部(52)的内圆周延伸，并包括溢流内壁(57)，含酸液体能溢过该溢流内壁(57)进入该文氏管上部(52)；以及
设在该环形槽道(55)下面的横向喷嘴(58)，用于引入额外的含酸液体，
其中，文氏管上部(52)的内径(D1)大于气体进口(51)的内径(D2)，并且环形槽道(55)朝向顶部扩口。
2.按权利要求1所述的急冷系统，其特征在于，文氏管上部(52)的内径(D1)比气体进口(51)的内径(D2)大5-15％。
3.按权利要求2所述的急冷系统，其特征在于，文氏管上部(52)的内径(D1)比气体进口(51)的内径(D2)大100-500mm。
4.按权利要求1所述的急冷系统，其特征在于，通过使面对环形槽道(55)的溢流内壁(57)外表面(60)斜切而实现环形槽道(55)的扩口。
5.按权利要求1所述的急冷系统，其特征在于，环形槽道(55)的宽度从下端到上端增加100-200％。
6.按权利要求1所述的急冷系统，其特征在于，溢流内壁(57)的上边缘(61)向下倾斜约45°。
7.按权利要求1所述的急冷系统，其特征在于，多个用于含酸液体进入的进口孔(59)切向地通入环形槽道(55)。
8.按权利要求7所述的急冷系统，其特征在于，进口孔(59)围绕文氏管上部(52)的圆周均匀分布。
9.按权利要求1所述的急冷系统，其特征在于，在气体进口(51)附近、文氏管管顶(54)附近和环形槽道(55)附近的文氏管(50)的壁衬以性质不同的砖。
10.按权利要求1所述的急冷系统，其特征在于，气体进口(51)的区域衬以耐热砖。
11.按权利要求10所述的急冷系统，其特征在于，所述耐热砖是碳化硅砖。
12.按权利要求1所述的急冷系统，其特征在于，环形槽道(55)的区域衬以碳砖。
13.按权利要求12所述的急冷系统，其特征在于，所述碳砖是石墨砖。
14.按权利要求1所述的急冷系统，其特征在于，文氏管管顶(54)的区域和/或从气体进口(51)到文氏管管顶(54)的过渡区衬以石墨砖。
15.按权利要求1所述的急冷系统，其特征在于，用于气体进口(51)、文氏管管顶(54)和环形槽道(55)的壁的衬砖使用性质不同的水泥或灰浆涂覆。
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