CN103816781A - 一种用于臭氧烟气混合系统的喷嘴装置 - Google Patents

一种用于臭氧烟气混合系统的喷嘴装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于臭氧烟气混合系统的喷嘴装置，包括混合主管和设置在混合主管上的若干个喷嘴构件，所述喷嘴构件包括：喷臭氧直管，该喷臭氧直管的轴线与所述混合主管的轴线相垂直，端头带有中心喷嘴；两个上喷臭氧斜管，两个上喷臭氧斜管对称设置在喷臭氧直管两侧，每个上喷臭氧斜管的下端与喷臭氧直管连通，上端端头带有喷嘴；两个下喷臭氧斜管，两个下喷臭氧斜管对称设置在喷臭氧直管两侧，每个下喷臭氧斜管的下端与喷臭氧直管连通，上端端头带有喷嘴。本发明中臭氧压力稳定，喷射速度均匀，臭氧通过五根角度不同的喷射管喷入到外部空间，使臭氧在外部空间分布均匀，提高臭氧烟气混合系统的氮氧化物氧化率，并提高臭氧的利用率。

Description

一种用于臭氧烟气混合系统的喷嘴装置
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，具体涉及一种用于臭氧烟气混合系统的喷嘴装置。
背景技术
基于中国严峻的大气污染形势和严格的大气污染物排放标准，烟气脱硝已经成为大气污染物控制的必要手段。烟气脱硝方法主要包括选择性催化还原（SCR）技术、选择性非催化还原（SNCR）技术、SNCR/SCR联合烟气脱硝技术、活性炭吸收法、电子束照射法和低温氧化吸收法等。其中，由于低温氧化吸收法有着技术可控性强、适合低温工业锅炉、可达到较高的排放标准等特点，该工艺有着很好的市场前景。低温氧化吸收法的主要原理是利用臭氧等氧化剂与烟气均匀混合并气相氧化氮氧化物，然后用吸收液吸收高价态的氮氧化物。其中，臭氧等氧化剂与氮氧化物的均匀混合以及烟气流场分布是影响氮氧化物氧化效率的关键因素之一。
例如公告号为201815232U的中国实用新型专利公开了一种湿法烟气脱硫脱硝一体化装置中的脱硝氧化剂喷嘴,其一端是连接管道的连接口,另一端设有多个喷孔,中部设有同时与连接口及喷孔相通的空腔,空腔内装有互相交叉连接的两叶片,叶片上分布有多个小孔。
公开号为CN101371969A的中国发明专利申请公开了一种用于SNCR法脱硝的还原剂喷嘴。其包括主管、副管、卡套、液流管和喷嘴,卡套及副管通过螺纹相连形成相对密闭的空间,主管的前端装有喷嘴,且置于副管内,喷嘴的前端与卡套相接触;主管的后端与带有压力表的液流管I相通连;副管与带有压力表的液流管II相通连;在喷嘴上设有沿主管轴向贯通的混合孔,并开设有若干个连通混合孔及副管的支孔;在混合孔出液口处的喷嘴及卡套上开设有橄榄形喷出口。
一般喷嘴结构简单，喷射角度单一，从喷臭氧直管顶端直接喷出，喷臭氧速度波动较大，对烟气的扰动效果较差，臭氧喷入到烟道后的分布以及与烟气的混合都不均匀，速度分布偏差和臭氧浓度分布偏差较大，造成氮氧化物的氧化率不理想，也使臭氧得不到充分利用。
发明内容
本发明提供了一种用于臭氧烟气混合系统的喷嘴装置，臭氧压力稳定，喷射速度均匀，臭氧通过五根角度不同的喷射管喷入到外部空间，使臭氧在外部空间分布均匀，有利于臭氧与烟气的混合，从而提高臭氧烟气混合系统的氮氧化物氧化率，并提高臭氧的利用率。
一种用于臭氧烟气混合系统的喷嘴装置，包括混合主管和设置在混合主管上的若干个喷嘴构件，所述喷嘴构件包括：
喷臭氧直管，该喷臭氧直管的轴线与所述混合主管的轴线相垂直，该喷臭氧直管的端头带有中心喷嘴；
两个上喷臭氧斜管，两个上喷臭氧斜管对称设置在喷臭氧直管两侧，每个上喷臭氧斜管的下端与喷臭氧直管连通，上端端头带有侧喷嘴；
两个下喷臭氧斜管，两个下喷臭氧斜管对称设置在喷臭氧直管两侧，每个下喷臭氧斜管的下端与喷臭氧直管连通，上端端头带有侧喷嘴。
本发明在混合主管上垂直插入喷臭氧直管，在喷臭氧直管的顶端开设中心喷嘴，在喷臭氧直管的两对称分布两根上喷嘴和两根下喷嘴。臭氧经混合主管到达喷臭氧直管，臭氧压力稳定，喷射速度均匀，臭氧通过五根角度不同的喷射管喷入到外部空间，使臭氧在外部空间分布均匀，有利于臭氧与烟气的混合，从而提高臭氧烟气混合系统的氮氧化物氧化率，并提高臭氧的利用率。
作为优选，所述两个上喷臭氧斜管和两个下喷臭氧斜管位于同一平面内。
作为优选，所述喷嘴构件设置为3～5个，在所述混合主管上均匀布置。
作为优选，所述上喷臭氧斜管的轴线与喷臭氧直管的轴线呈30-60°夹角。
进一步优选，所述下喷臭氧斜管的轴线与喷臭氧直管的轴线呈30-75°夹角。
作为优选，两个下喷臭氧斜管与喷臭氧直管交汇处距离喷臭氧直管与混合主管交汇处的距离为喷臭氧直管内径的3～5倍。
进一步优选，两个上喷臭氧斜管与喷臭氧直管交汇处距离喷臭氧直管与混合主管交汇处的距离为喷臭氧直管内径的5～8倍。
针对不同的工况，合适的设置上喷臭氧斜管和下喷臭氧斜管与喷臭氧直管的夹角和上喷臭氧斜管和下喷臭氧斜管与混合主管交汇处的距离，有利于装置中产生较大的涡流，从而有利臭氧与烟气的混合。本发明中，通过大量实践证明在上述优选组合条件下，臭氧和烟气的混合效果得到进一步提高。
作为优选，两个上喷臭氧斜管、两个下喷臭氧斜管和喷臭氧直管的内径相同。
作为优选，所述喷臭氧直管的内径是中心喷嘴口径的1.2～2倍。
作为优选，所述混合主管的内径为中心喷嘴的口径的2～10倍。
更优选地，两个下喷臭氧斜管与喷臭氧直管交汇处距离喷臭氧直管与混合主管交汇处的距离为喷臭氧直管直径的3～5倍；两个上喷臭氧斜管与喷臭氧直管交汇处距离喷臭氧直管与混合主管交汇处的距离为喷臭氧直管直径的5～8倍；两个上喷臭氧斜管、两个下喷臭氧斜管和喷臭氧直管的内径相同；所述喷臭氧直管的内径是中心喷嘴口径的1.2～2倍；所述混合主管的内径为中心喷嘴的口径的5～10倍。
经大量实验证明，在该最优选条件下，臭氧在外部空间分布均匀，有利于臭氧与烟气的混合，从而提高臭氧烟气混合系统的氮氧化物氧化率，并提高臭氧的利用率。
最优选地，所述两个上喷臭氧斜管和两个下喷臭氧斜管位于同一平面内；所述喷嘴构件设置为4个，在所述混合主管上均匀布置；所述上喷臭氧斜管的轴线与喷臭氧直管的轴线呈45°夹角；所述下喷臭氧斜管的轴线与喷臭氧直管的轴线呈45°夹角；两个下喷臭氧斜管与喷臭氧直管交汇处距离喷臭氧直管与混合主管交汇处的距离为喷臭氧直管直径的4倍；两个上喷臭氧斜管与喷臭氧直管交汇处距离喷臭氧直管与混合主管交汇处的距离为喷臭氧直管直径的6倍；所述喷臭氧直管的内径是中心喷嘴口径的1.5倍；所述混合主管的内径为中心喷嘴的口径的4倍；两个上喷臭氧斜管、两个下喷臭氧斜管和喷臭氧直管的内径相同，均为0.5-5cm。
优选地，在一根混合主管上均匀布置若3-5个五叉形喷嘴构件，喷射速度更均匀，臭氧通过五根角度不同的喷射管喷入到外部空间，混合效果更好。
优选地，所有侧喷嘴与中心喷嘴的口径一致。
本发明专利的效果如下：
臭氧经混合主管到达喷臭氧直管，臭氧压力稳定，喷射速度均匀，臭氧通过五根角度不同的喷射管喷入到外部空间，使臭氧在外部空间分布均匀，有利于臭氧与烟气的混合，从而提高臭氧烟气混合系统的氮氧化物氧化率，并提高臭氧的利用率。
将本发明专利应用于脱硝系统中，烟气入口速度与喷臭氧速度按1:2的比例进行设定，温度为423K，进行数值模拟计算。在同一监测截面处，采用本发明专利的五叉形喷嘴后，臭氧与烟气的混合效果得到提高，高价态氮氧化物的生成率也提高了约40%。
数值模拟结果显示，采用本发明专利，臭氧与烟气混合效果得到明显提高。这说明上述的五叉形喷嘴装置有利于臭氧与烟气的混合，从而提高臭氧烟气混合系统的氮氧化物氧化率，并提高臭氧的利用率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的喷嘴构件混合主管上的分布示意图。图中所示附图标记如下：
1-混合主管       2-喷臭氧直管     3、中心喷嘴
4-上喷臭氧斜管   5-下喷臭氧斜管。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种喷嘴装置，包括混合主管1和安装在混合主管1上的若干个喷嘴构件，喷嘴构件包括：喷臭氧直管2、上喷臭氧斜管4和下喷臭氧斜管5。
喷嘴构件在混合主管上设置3～5个，均匀布置在混合主管1上，分布示意图如图2所示，喷臭氧直管2垂直（即指喷臭氧支管与混合主管的轴线相互垂直）连通在混合主管1上，喷臭氧直管2的端面中心为中心喷嘴3。
喷臭氧直管2上对称设置两组喷臭氧斜管，一组上喷臭氧斜管4和一组下喷臭氧斜管5，上喷臭氧斜管对称设置在喷臭氧直管的两侧，下喷臭氧斜管对称设置在喷臭氧直管的两侧，四个喷臭氧斜管位于同一平面内，每个喷臭氧斜管的下端与喷臭氧直管连通，上端端面中心带有侧喷嘴。
上喷臭氧斜管4的轴线与喷臭氧直管2的轴线之间的夹角为30～60°，下喷臭氧斜管5的轴线与喷臭氧直管2的轴线之间的夹角为30～75°；两个下喷臭氧斜管5与喷臭氧直管2交汇处距离喷臭氧直管2与混合主管1交汇处的距离为喷臭氧直管2直径的3～5倍；两个上喷臭氧斜管4与喷臭氧直管2交汇处距离喷臭氧直管2与混合主管1交汇处的距离为喷臭氧直管直径的5～8倍；两个上喷臭氧斜管、两个下喷臭氧斜管和喷臭氧直管的内径相同，内径为0.5-5cm；喷臭氧直管2的内径是中心喷嘴口径的1.2～2倍；混合主管的内径为中心喷嘴的口径的5～10倍；喷臭氧直管的长度为1-5cm，上喷臭氧斜管的长度为2-20cm，下喷臭氧斜管的长度为3-30cm。
一种最优的实施方式，上喷臭氧斜管4的轴线与喷臭氧直管2的轴线之间的夹角为45°，下喷臭氧斜管5的轴线与喷臭氧直管2的轴线之间的夹角为45°；两个下喷臭氧斜管5与喷臭氧直管2交汇处距离喷臭氧直管2与混合主管1交汇处的距离为喷臭氧直管直径的4倍；两个上喷臭氧斜管与喷臭氧直管交汇处距离喷臭氧直管与混合主管交汇处的距离为喷臭氧直管直径的6倍；两个上喷臭氧斜管、两个下喷臭氧斜管和喷臭氧直管的内径相同，内径为3cm；喷臭氧直管的内径是中心喷嘴口径的1.5倍；混合主管的内径为中心喷嘴的口径的4倍。四个侧喷嘴与中心喷嘴的口径相同。
本发明的装置中，臭氧是从臭氧源进入混合主管，臭氧经混合主管到达喷臭氧直管，臭氧压力稳定，喷射速度均匀，臭氧通过五根角度不同的喷射管喷入到外部空间，使臭氧在外部空间分布均匀，有利于臭氧与烟气的混合，从而提高臭氧烟气混合系统的氮氧化物氧化率，并提高臭氧的利用率。
实施例1
在5000m3/h规模的装置上模拟臭氧氧化烟气中NO的过程。烟道长度为3m，用一直管往烟道通入臭氧，模拟无本发明装置下NO的氧化率。烟气量5000m3/h，烟气组分如下：O2为9％，NO为300ppm，其余为氮气，烟气温度100摄氏度，压力1个大气压。臭氧按照摩尔比O3:NO＝1的比例喷入，出口处NO的氧化率为30％。
实施例2
用本发明最优实施方式下，在5000m3/h规模的装置上模拟臭氧氧化烟气中NO的过程。烟道长度为3m，烟气量5000m3/h，烟气组分如下：O2为9％，NO为300ppm，其余为氮气，烟气温度100摄氏度，压力1个大气压。臭氧按照摩尔比O3:NO＝1的比例喷入，出口处NO的氧化率为75％。
实施例3
用本发明最优实施方式下，在5000m3/h规模的装置上模拟臭氧氧化烟气中NO的过程。烟道长度为3m，烟气量5000m3/h，烟气组分如下：O2为9％，NO为300ppm，其余为氮气，烟气温度100摄氏度，压力1个大气压。臭氧按照摩尔比O3:NO＝1.2的比例喷入，出口处NO的氧化率为90％。
以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (10)

1.一种用于臭氧烟气混合系统的喷嘴装置，其特征在于，包括混合主管和设置在混合主管上的若干个喷嘴构件，所述喷嘴构件包括：
喷臭氧直管，该喷臭氧直管的轴线与所述混合主管的轴线相垂直，该喷臭氧直管的端头带有中心喷嘴；
两个上喷臭氧斜管，两个上喷臭氧斜管对称设置在喷臭氧直管两侧，每个上喷臭氧斜管的下端与喷臭氧直管连通，上端端头带有侧喷嘴；
两个下喷臭氧斜管，两个下喷臭氧斜管对称设置在喷臭氧直管两侧，每个下喷臭氧斜管的下端与喷臭氧直管连通，上端端头带有侧喷嘴。
2.根据权利要求1所述用于臭氧烟气混合系统的喷嘴装置，其特征在于，所述两个上喷臭氧斜管和两个下喷臭氧斜管位于同一平面内。
3.根据权利要求1所述用于臭氧烟气混合系统的喷嘴装置，其特征在于，所述喷嘴构件设置为3～5个，在所述混合主管上均匀布置。
4.根据权利要求1所述用于臭氧烟气混合系统的喷嘴装置，其特征在于，所述上喷臭氧斜管的轴线与喷臭氧直管的轴线呈30-60°夹角。
5.根据权利要求1所述用于臭氧烟气混合系统的喷嘴装置，其特征在于，所述下喷臭氧斜管的轴线与喷臭氧直管的轴线呈30-75°夹角。
6.根据权利要求1所述用于臭氧烟气混合系统的喷嘴装置，其特征在于，两个下喷臭氧斜管与喷臭氧直管交汇处距离喷臭氧直管与混合主管交汇处的距离为喷臭氧直管内径的3～5倍。
7.根据权利要求1所述用于臭氧烟气混合系统的喷嘴装置，其特征在于，两个上喷臭氧斜管与喷臭氧直管交汇处距离喷臭氧直管与混合主管交汇处的距离为喷臭氧直管内径的5～8倍。
8.根据权利要求1所述用于臭氧烟气混合系统的喷嘴装置，其特征在于，两个上喷臭氧斜管、两个下喷臭氧斜管和喷臭氧直管的内径相同。
9.根据权利要求1所述用于臭氧烟气混合系统的喷嘴装置，其特征在于，所述喷臭氧直管的内径是中心喷嘴口径的1.2～2倍。
10.根据权利要求1所述用于臭氧烟气混合系统的喷嘴装置，其特征在于，所述混合主管的内径为中心喷嘴的口径的2～10倍。
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