CN103008138B - 一种逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明为一种逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴，包括：喷嘴本体，喷嘴本体的下端以及侧壁上分别设有进液口，上端设有能使洗涤液向上沿轴向喷出的喷出口，其中，设置在喷嘴本体下端的进液口为轴向进液口，两个以上的切向进液管均匀设置在喷嘴本体的周侧，与侧壁上的进液口相连接，形成两路切向进液口；喷嘴本体内形成旋流室，喷出口、轴向进液口、切向进液口均与旋流室相连通。本发明喷出的洗涤液能形成稳定且扩张角较大的“旋转轴向流”，“旋转轴向流”在洗涤器内与自上向下流动的烟气进行撞击、接触，形成高度湍动的泡沫区，增强洗涤效果。本发明采用轴向、切向分别进液的结构，提高了喷出口洗涤液射流在洗涤器截面的覆盖率和操作弹性，强化气、液传质。

Description

一种逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴

技术领域

本发明涉及一种用于石化、电力、冶金行业湿法烟气洗涤的逆喷式喷嘴，属于环境保护技术领域。

背景技术

在炼油、化工、电力、冶金等工业生产过程中，不可避免地会产生大量含有硫化物、氮化物、二氧化碳等有害气体的烟气，对环境造成较大的危害。由此，对工业烟气净化处理具有重要的意义。其中，采用某种液态“洗涤剂”，与烟气逆流接触的湿法烟气洗涤技术在诸多洗涤技术中最具有代表性。

目前，逆喷式洗涤器是湿法烟气洗涤设备中最常用的一种，典型的有美国盂莫克公司的动力波洗涤器。在逆喷式洗涤器中，烟气自上而下进入洗涤器，洗涤液则经由一个喷嘴向上喷射，气液两相相互撞击，在合适的操作条件下，可形成高度湍动的泡沫区，泡沫区内气液接触面积越大、平均停留时间越长，界面更新速度越快，洗涤效果将越好。显然，洗涤液喷嘴的性能至关重要，一方面要求喷出的洗涤液能够“覆盖”整个洗涤器截面，否则洗涤器中部分烟气将走“短路”而未与洗涤液接触；另一方面，喷嘴喷口射流应具有足够的轴向动量，否则液流喷出后，液流轴向速度低可能使得洗涤器内气液之间剪切较弱，影响动量交换以及两相传热、传质。

在国内外各种逆喷式喷嘴技术中，美国盂莫克公司的动力波喷嘴是公认的性能优良的喷嘴(http://www.mecsglobal.com/four-functions-in-one.aspx)。该喷嘴采用“单进口、单出口”的形式，即设置一个使液流沿轴向向上进入喷嘴的入口，在喷嘴上部则设有一个使液流沿轴向向上喷入洗涤器的喷口。该喷嘴最显著的特征之一是喷嘴内壁设有旋流槽，液流可在出口处产生切向动量以提高液相在洗涤器中的截面覆盖率，而喷嘴中心部分则是一个直通流道，提供足够的轴向动量。因此，动力波喷嘴的出口液流的形态可描述为“旋转轴向流”。鉴于盂莫克动力波喷嘴良好的传质效果，近年来国、内外出现了一些与动力波喷嘴相似的技术，为了使喷嘴出口形成“旋转轴向流”，均采用中心通孔与边壁旋流部件相结合的形式，例如CN200610019702.X和CN200620098038.8采用中心孔和边流槽结构；CN200720169735.2、CN00134070.0、CN96240001.7和CN01251676.7采用中心孔和旋流片结构；CN02100277.0、CN02200656.7采用喷射口和旋流状内槽结构以及CN01273010.6的多头并列螺旋槽等。然而，这类喷嘴存在明显缺陷，旋流部件(旋流槽、旋流片等)的尺寸一旦确定，则其在实际使用过程中，出口切向轴向液流动量的比例不能调节。例如，当烟气处理量减小时，为降低运行成本，通常洗涤液流量也相应减少，则喷嘴出口轴向、切向液流的动量必然同时降低，造成洗涤液在洗涤器截面的“覆盖面”随之减少，从而影响烟气洗涤效果。

有鉴于上述公知技术存在的缺陷，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出本发明的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴，以增加喷出射流的轴向动量，降低喷嘴的能耗，从而使切向进液与轴向进液能够良好的混合。

发明内容

本发明的目的是提供一种逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴，尤其是一种能克服上述公知技术存在的不足，操作弹性大，传质效果好、流动损大小的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴。

为此本发明提出一种逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴，其包括：喷嘴本体，所述喷嘴本体的下端以及侧壁上分别设有进液口，上端设有能使洗涤液向上沿轴向喷出的喷出口，其中，设置在所述喷嘴本体下端的进液口为轴向进液口，两个以上的切向进液管均匀设置在所述喷嘴本体的周侧，并与所述侧壁上的进液口相连接，形成两路切向进液口；所述喷嘴本体内形成旋流室，所述喷出口、轴向进液口、切向进液口均与所述旋流室相连通。本发明的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴是一种基于射流撞击和压力雾化原理的逆喷式喷嘴。

本发明通过“三入口、单出口”的结构形式产生旋流，克服了公知的洗涤液喷嘴中通过喷嘴内设置的旋流槽、旋流片、螺旋槽等结构产生旋流，导致喷嘴出口切向、轴向液流动量的比例不能调节的缺陷。本发明通过设置喷嘴正下方的一路轴向进液口，以及对称布置在喷嘴侧面的两路切向进液口，能够根据需要处理的烟气量调节轴向、切向进液口的进液量，从而能够保证喷出口处液流有足够的扩散角(对应于洗涤器中洗涤液的截面覆盖率)。

本发明喷嘴采用轴向、切向分别进液的结构，能够明显提高喷嘴的操作弹性并强化传质，当总液量一定时，若提高切向液流的比例，则喷口处液流的扩张角(覆盖面)增大；而提高轴向液流的比例，则喷嘴出口射流轴向速度增大，射流“刚度”较大，增强“撞击强度”。

本发明通过将切向进液口中心线与喷嘴本体中心轴线夹角设置在15°～90°范围内，能够增加喷出射流的轴向动量，降低喷嘴的能耗并使切向进液与轴向进液实现良好的混合。

此外，通过控制旋流室收敛段锥角，使三股液流混合后经过此收敛段收缩，加速形成具有较大“刚度”的“旋转轴向流”。喷嘴喷出口采用大口径，循环洗涤液可在较高的固含率下运行而喷嘴不会被堵塞，并且喷出口内径与喷出口长度设定合适的比例，从而保证射流喷出后有一定的粗雾化和较大的扩张角。

由于本发明的喷嘴喷出的“旋转轴向流”有足够的“刚度”，当射流与烟气进行撞击时，液膜表面首先产生不稳定的波动，在气流剪切力作用下，马拉高尼(Marangoni)效应作用增强，液膜破碎成为小液滴，气液接触面积增大，形成高度湍动泡沫区，泡沫区内气液两相不断更新，强化了小液滴群在该区域内的湍动，表面更新迅速，传质效果加强，洗涤效果提高。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1为本发明的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴的结构主视剖面图；

图2为本发明的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴的结构俯视图；

图3为本发明的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴局部放大示意图；

图4为本发明的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴喷出口局部示意图，表示扩张角θ的位置；

图5为本发明的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴的侧视示意图；

图6为本发明的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴的立体结构示意图。

附图标号说明：

1、切向进液口       2、轴向进液口       3、喷出口     4、旋流室收敛段

5、旋流室混合段     6、底座法兰         7、定位筒     8、支撑构件

81、支撑板          82、轴向进液管      9、密封圈     10、喷嘴本体

11、切向进液管      12、旋流室          13、喷嘴固定法兰

具体实施方式

本发明是提供一种可调节洗涤塔内喷嘴出口处洗涤液切向、轴向动量的新型洗涤液喷嘴，本发明喷嘴的关键之处在于，通过“三入口、单出口”的结构形式产生旋流，克服了公知的洗涤液喷嘴中通过喷嘴内设置的旋流槽、旋流片、螺旋槽等结构产生旋流，导致喷嘴出口切向、轴向液流动量的比例不能调节的缺陷。本发明中洗涤液是从三路进液口分别进入喷嘴；一路是喷嘴正下方的轴向进液口，该路进液仅提供液流的轴向动量；而切向动量则由对称布置在喷嘴侧面的两路切向进液口单独提供，三路液流在喷嘴旋流室内混合后形成“旋转轴向流”，经喷出口(单出口)喷出。

本发明的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴可使洗涤液由喷出口喷出后形成稳定且扩张角较大的“旋转轴向流”，“旋转轴向流”在洗涤器内与自上向下流动的烟气进行撞击、接触，可形成体积较大的高度湍动的泡沫区，从而增强了洗涤效果。本发明采用的喷嘴轴向、切向分别进液的结构，可明显提高喷嘴出口洗涤液射流在洗涤器截面的覆盖率和操作弹性，并强化气、液传质，获得较为理想的洗涤效果。

本发明提出的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴，包括：喷嘴本体，所述喷嘴本体的下端以及侧壁上分别设有进液口，上端设有能使洗涤液向上沿轴向喷出的喷出口，其中，设置在所述喷嘴本体下端的进液口为轴向进液口，两个以上的切向进液管均匀设置在所述喷嘴本体的周侧，与所述侧壁上的进液口相连接，形成两路切向进液口；所述喷嘴本体内形成旋流室，所述喷出口、轴向进液口、切向进液口均与所述旋流室相连通。

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴的具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。另外，通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

如图1至图6所示，本发明提出的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴，包括：喷嘴本体10，所述喷嘴本体10的下端以及侧壁上分别设有进液口，上端设有能使洗涤液向上沿轴向喷出的喷出口3，其中，设置在所述喷嘴本体下端的进液口为轴向进液口2，两个以上的切向进液管11沿切向均匀设置在所述喷嘴本体10的周侧，并与所述侧壁上的进液口相连接，形成两路切向进液口1；所述喷嘴本体10内形成旋流室12，所述喷出口3、轴向进液口2、切向进液口1均与所述旋流室12相连通。本发明的喷嘴采用轴向、切向分别进液的结构，能够明显提高喷嘴的操作弹性并强化传质，当总液量一定时，若提高切向液流的比例，则喷出口3处液流的扩张角(覆盖面)增大；而提高轴向液流的比例，则喷出口3射流轴向速度增大，射流“刚度”较大，增强“撞击强度”，提高洗涤效果。

所述切向进液管11可以均匀设置多个，以设置偶数个对称分布为最佳。

优选所述切向进液管11的进液端低于出液端，所述切向进液口1的中心线与喷嘴本体10中心轴线之间形成15°～90°的夹角α，从而使由切向进液口1沿切向进入到旋流室12内的洗涤液具有一个轴向分力，以增加喷出射流的轴向动量，降低喷嘴的能耗，并使切向进液与轴向进液实现良好的混合。

在一个具体实施例中，旋流室12包括柱状的旋流室混合段5，以及位于在其上部锥状的旋流室收敛段4。

其中，旋流室收敛段4的锥角β为30°～120°，所述切向进液口1设置在所述旋流室混合段5。当轴向和切向三股液流在旋流室混合段5混合后经过该锥状的旋流室收敛段4收缩，能够加速形成具有较大“刚度”的“旋转轴向流”。

一个可行的技术方案是，喷出口3为凸设在喷嘴本体10上端的柱状体，并采用大口径喷出口结构，循环洗涤液可在较高的固含率下运行而喷嘴不会被堵塞，并且喷出口3的内径D1与喷出口长度L有合适的比例，通常该喷出口3的内径D1与喷出口的长度L之比为0.5～2.5，保证射流喷出后有一定的粗雾化和较大的扩张角。

例如，喷出口3的扩张角范围可为0～180°。

进一步地，本发明的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴是设置在逆喷式洗涤器内，通常逆喷式洗涤器的内径D0大于喷出口3的内径D1，其比值范围为8～20。

此外，轴向进液口2的内径D2大于等于喷出口3的内径D1，其比值为1～4；而轴向进液口2内径D2大于等于切向进液口1的内径D3，其比值为1～4。

在一个具体实施例中，喷嘴本体10内还设有一支撑构件8，支撑构件8包括与喷嘴本体10内壁通过密封圈9密封连接的支撑板81，贯通支撑板81的轴向进液管82，且支撑板81与喷出口3之间形成所述旋流室12。

本发明的喷嘴还具有底座法兰6，喷嘴本体10的下端外周形成喷嘴固定法兰13，喷嘴固定法兰13与底座法兰6之间可以通过螺栓固定连接。

为使支撑板81能保持在确定的位置，使旋流室12的容积一定，在轴向进液管82和喷嘴本体10之间设有一定位筒7，定位筒7的两端分别顶抵于支撑板81和底座法兰6。如图1所示，定位筒7的两端可以分别嵌卡于支撑板81和底座法兰6内。

以下通过一个具体实施例进一步说明本发明的工作原理。

参见图1、图2、图5、图6，分别为本发明的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴的结构主视剖面图、俯视图、侧视图及三维立体图。由图1、图2、图5、图6可以看出，本发明的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴，沿喷嘴本体10的圆周对称设有二个切向进液口1，一个轴向进液口2，三路液流进入旋流室混合段5混合，再经过旋流室收敛段4收缩、混合，从喷出口3加速喷出。喷嘴本体10内腔下部有轴向支撑构件8和定位筒7，其中轴向支撑构件8的支撑板81与喷嘴本体10内壁之间通过密封圈9密封。在喷嘴本体10下端，底座法兰6与喷嘴固定法兰13连接并固定喷嘴本体10，同时底座法兰6为定位筒7提供下端支撑。

参见图3，图3为本发明的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴局部放大示意图。本发明喷嘴的喷出口3是采用大口径的设计，内径D1根据现场需求而定，设计原则为喷嘴所处逆喷式洗涤器内径D0与喷出口3的内径D1之比为8～20，喷出口长度L与喷出口内径D1有关，喷出口内径D1与喷出口长度L之比为0.5～2.5。喷嘴轴向进液口2的内径D2是根据喷出口3的射流雾化程度和扩张角要求来设计，因此轴向进液口2的内径与喷出口3之间存在一定的比例，通常其比值范围为1～4。喷嘴切向进液口1起到提供“旋转轴向流”径向分量、增大射流出口扩张角、提高射流周向覆盖率的作用；切向进液口1的内径D3与轴向进液口2的内径D2之比为1～4，能够保证“旋转轴向流”有合适的扩张角和“刚度”；切向进液口1的中心线与喷嘴本体10的中心轴线夹角α取值范围为15°～90°，能够适当增加喷出射流轴向的动量，降低喷嘴的能耗并使切向进液与轴向进液良好的混合。旋流室12要求具有足够的空间，旋流室12的内径D4与旋流室混合段5的高度H之比为1～3。旋流室收敛段4的锥角β的范围为30°～120°，收敛锥角过大过小都会造成“旋转轴向流”的“刚度”下降。

参见图4，图4为本发明的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴喷出口的局部放大示意图，表示了扩张角θ的位置。喷嘴喷出口3的扩张角θ根据现场需求——尤其是洗涤塔的内径来调节，其范围在0～180°之间，如仅打开轴向进液口2，关闭切向进液口1，则喷出口3喷出的洗涤液射流的扩张角θ就接近0度；当关闭轴向进液口2，仅打开切向进液口，则喷出口3喷出的洗涤液射流的扩张角θ就接近180度。扩张角θ是由轴向、切向进液质量流量比来控制，可根据射流周向覆盖率要求来设计，其确定方法为公知技术，在此不再赘述。

本发明喷嘴的喷出口3的尺寸大小是根据洗涤器的尺寸来确定，而切向进液口1的内径D3与轴向进液口2的内径D2、切向进液口1的中心线与喷嘴本体10的中心轴线夹角α均与洗涤器的能耗要求、洗涤效果要求、以及可操作范围要求有关。例如，当洗涤器内径与喷出口3直径比为16，如喷出口3的内径为10mm，洗涤器的高度为1500mm，气速为10m/s时，为了使最佳洗涤区出现在洗涤器中部偏上的位置，则喷嘴的轴向进液口2的内径与喷出口3的内径之比为2，喷嘴的轴向进液口2的内径与切向进液口1的内径之比为1.5，同时切向进液口1的中心线与喷嘴本体10的中心轴线夹角α为20度，旋流室收敛段4的锥角β为90度，喷出口3的内径与喷出口长度L之比为0.8。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (10)

1.一种逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴，其特征在于，所述逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴包括：喷嘴本体，所述喷嘴本体的下端以及侧壁上分别设有进液口，上端设有能使洗涤液向上沿轴向喷出的喷出口，其中，设置在所述喷嘴本体下端的进液口为轴向进液口，两个以上的切向进液管均匀设置在所述喷嘴本体的周侧，并与所述侧壁上的进液口相连接，形成两路切向进液口；所述喷嘴本体内形成旋流室，所述喷出口、轴向进液口、切向进液口均与所述旋流室相连通。

2.如权利要求1所述的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴，其特征在于，所述切向进液管的进液端低于出液端，所述切向进液口的中心线与喷嘴本体中心轴线之间形成15°～90°的夹角。

3.如权利要求1所述的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴，其特征在于，所述旋流室包括柱状的旋流室混合段，以及位于在其上部锥状的旋流室收敛段；所述旋流室收敛段的锥角为30°～120°，所述切向进液口设置在所述旋流室混合段。

4.如权利要求1所述的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴，其特征在于，所述喷出口为凸设在所述喷嘴本体上端的柱状体，所述喷出口的内径与所述喷出口的长度之比为0.5～2.5。

5.如权利要求4所述的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴，其特征在于，所述喷出口的扩张角为0～180°。

6.如权利要求1所述的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴，其特征在于，所述逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴能设置在逆喷式洗涤器内，所述逆喷式洗涤器的内径大于所述喷出口的内径，其比值为8～20。

7.如权利要求1所述的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴，其特征在于，所述轴向进液口的内径大于等于所述喷出口的内径，其比值为大于等于1，小于等于4；所述轴向进液口内径大于等于所述切向进液口的内径，其比值为大于等于1，小于等于4。

8.如权利要求1至7任一项所述的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴，其特征在于，所述喷嘴本体内还设有一支撑构件，所述支撑构件包括与所述喷嘴本体内壁密封连接的支撑板，贯通所述支撑板的轴向进液管，且所述支撑板与所述喷出口之间形成所述旋流室。

9.如权利要求8所述的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴，其特征在于，所述逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴还具有底座法兰，所述喷嘴本体的下端外周形成喷嘴固定法兰，所述喷嘴固定法兰与所述底座法兰固定连接。

10.如权利要求9所述的逆喷式湿法烟气洗涤喷嘴，其特征在于，一定位筒设置在所述轴向进液管和喷嘴本体之间，所述定位筒的两端分别顶抵于所述支撑板和所述底座法兰。