CN104084330B - 一种火电厂脱硫废水高效雾化成核的两级雾化喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火电厂脱硫废水高效雾化成核的两级雾化喷嘴，喷嘴本体的中部设置废水流道，喷嘴本体内靠近废水流道的一端设置初级雾化室，初级雾化室内水平设置与废水流道垂直的钝体，喷嘴本体内且位于上方和下方分别设置内侧风道,钝体沿其长度方向设置钝体风道，喷嘴本体内且位于上方和下方分别设置外侧风道。该喷嘴将脱硫废水经废水流道及废水喷口引入初级雾化室，废水在初级雾化室中经钝体分为上下两股绕钝体流动，废水绕流过程中分别与内侧风道及钝体风道喷出的含尘烟气及添加剂反应成核，并且在钝体后形成回流区，加强化学反应。反应后的废水经过初级雾化室喷出，被外侧风道喷出的高速压缩空气破碎雾化。

Description

一种火电厂脱硫废水高效雾化成核的两级雾化喷嘴

技术领域

本发明涉及一种火电厂脱硫废水高效雾化成核的两级雾化喷嘴，主要适用火电厂烟气湿法脱硫废水的处理。

背景技术

在石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺过程中产生一定量的脱硫废水，它与火电厂一般的工业废水相比，水质比较特殊，主要表现在以下几个方面：（1）废水呈弱酸性，PH为4～6；（2）悬浮物含量高，但颗粒细小，主要成份是石膏，其次还有来自烟气的飞灰、脱硫过程中加入的碳酸钙以及亚硫酸钙等；（3）废水中含有可溶性的氯化物、氟化物等，氟化物含量一般超过50mg/L；（4）废水中含有Pb、Cd、Cr、Ni、Hg、Co、Cu、Al、Zn、Mn等重金属元素，其中大部分是火电厂现行污水排放标准（GB8978-1996）中限制的重金属元素；（5）从水质指标看，脱硫废水中化学耗氧量（COD）也是超标项目之一。由此带来的脱硫废水处理问题也成为火力发电厂设计、生产和科研中的一个新问题。

在众多石灰石-石膏湿法烟气脱硫废水处理方法中，一种方案是将脱硫废水通过喷嘴雾化喷入电除尘器和空气预热器之间的烟道，雾化液滴吸收烟气余热在烟道中迅速蒸发，废水蒸发后剩余的微米级细小固体颗粒物主要包括重金属、杂质和各种金属盐，其中重金属主要是Pb、Cd、Cr、Ni、Hg、Co、Cu、Al、Zn和Mn等，杂质主要是石膏和飞灰，金属盐主要是碳酸钙和亚硫酸钙。这些微米级细小固体颗粒物和灰一起悬浮在烟气中并随烟气进入电除尘器，在电除尘器中被电极捕捉，随灰一起外排，因为脱硫废水中固体量和各种金属盐含量极低，对灰的物性及综合利用不会产生影响。

针对喷雾蒸发处理脱硫废水的方法，冉景煜等人申请专利《火电厂湿法烟气脱硫废水喷雾蒸发处理方法》，该发明公开了一种火电厂湿法烟气脱硫废水喷雾蒸发处理方法，在锅炉尾部烟道内烟气速度为5-11m/s，且温度在413K-470K的区域内设置雾化喷嘴;利用水泵抽取脱硫废水，空压机压缩空气，压缩空气与脱硫废水进入雾化喷嘴内的压力比为0.25-0.6;经雾化喷嘴雾化后的液滴速度为50-80m/s，液滴粒径小于50μm；蒸发后随烟气排出烟囱。

而在喷嘴结构设计中，覃洪波等人申请专利《低压气动雾化憔油喷嘴》，该专利公开了一种低压气动雾化燃油喷嘴，由外壳、风嘴和油嘴构成，外壳与风嘴之间有一个外气道，风嘴与油嘴之间有一个内气道，油嘴出口与风嘴出口之间有一个油气混合室，这种燃油喷嘴不同于传统低压喷嘴在口外对液柱进行雾化的外混型，又不同于液膜式雾化喷嘴利用燃油的压力形成液膜的方式，充分利用低压空气的压力能，在油气的混合室出口形成一个均匀的液膜，利用外气道气流对液膜进行剪切雾化。王立英等人申请专利《加长双喉道内混式气动雾化喷嘴》，该专利公开了一种由拉尔阀喷管，油气混合室，雾化喷头，扩张加长段一次同轴串联的喷嘴，采用两次缩径雾化，使得雾化细度达到更高要求。欧长劲等人申请了专利《低压旋流雾化喷嘴》，该专利公开了一种低压旋流雾化喷嘴，包括喷嘴主体和圆台形螺旋体，所述喷嘴主体设有内锥孔，在喷嘴主体的端部设有喷孔，所述内锥孔与所述喷孔连通，圆台形螺旋体的外侧设有至少两条螺旋槽，圆台形螺旋体可滑动地嵌套在喷嘴主体的内锥孔内。温任林等人申请了专利《导流雾化混合器装置》，该专利公开了一种混合气状介质与喷射雾状介质的导流雾化混合器装置，包括主管道及喷射管道，喷射管道向后倾斜相交于主管道的上方，喷射管道前方的主管道内设置有混合器，混合器由多块竖向的固定板与多块横向的混合板交叉固定而成，固定板、混合板及主管道的管壁之间形成混合腔，混合板的前方设置有多片交错排列的向上倾斜及向下倾斜的混合片。在主管道内设置有混合器，混合器中设置有混合腔和混合片，气状介质与喷射雾状介质经过混合腔的引导、加速和混合片的扰动作用，使两种介质加速流动、雾化并充分混合。

但是，因为锅炉尾部烟道温度较低，利用喷雾蒸发处理脱硫废水，在废水喷入锅炉尾部烟道中需要较长尾部烟道使得废水雾化后的液滴完全蒸发，并结晶成核。而实际锅炉尾部烟道距离非常有限，在进入除尘器之前，如果液滴没有完全蒸发成核，将会造成除尘器积灰、除尘效率降低等问题。同时，在现有的喷嘴结构中，没有提出有效提高脱硫废水雾化效果以减少雾化废水液滴在烟道中蒸发时间的喷嘴结构。为了解决上述问题，希望通过设计某种喷嘴的结构，使得废水成核雾化效果提高，以此减少液滴蒸发所需的烟道长度，保证废水蒸发颗粒被除尘器捕捉。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种火电厂脱硫废水高效雾化成核的两级雾化喷嘴。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种火电厂脱硫废水高效雾化成核的两级雾化喷嘴，包括喷嘴本体；所述喷嘴本体的中部设置一废水流道，所述喷嘴本体内并靠近废水流道的一端设置一初级雾化室，所述废水流道和初级雾化室形成一贯穿喷嘴本体的水平通道；所述初级雾化室内水平设置一与废水流道垂直的钝体，所述钝体的横截面为三角形，所述废水流道与钝体的一锥尖部相对；

所述喷嘴本体内且位于废水流道的上方和废水流道的下方分别设置与废水流道平行的内侧风道，所述内侧风道的一端作为通入含尘烟气及添加剂的入口，内侧风道的另一端与初级雾化室内相通并与钝体对应；

所述钝体沿其长度方向设置一贯穿喷嘴本体的钝体风道，所述钝体风道的两端口作为通入含尘烟气及添加剂的入口，所述钝体风道靠近上方和下方的内侧风道的两侧分别形成一与初级雾化室内相通的敞口；

所述喷嘴本体内且位于上方内侧风道的上方设置一平行于废水流道并贯穿喷嘴本体的用于通入压缩空气的外侧风道；所述喷嘴本体内且位于下方内侧风道的下方设置一平行于废水流道并贯穿喷嘴本体的用于通入压缩空气的外侧风道。

作为本发明的一种优选方案，所述钝体风道的上敞口与废水流道上方的内侧风道伸向初级雾化室的一端在位置上错开设置；所述钝体风道的下敞口方向与废水流道下方的内侧风道伸向初级雾化室的一端在位置上错开设置。

作为本发明的另一种优选方案，所述废水流道靠近初级雾化室的一端形成一锥形结构的废水喷口，锥形结构的废水喷口的大端口朝向初级雾化室。

本发明与原有气动雾化喷嘴相比具有如下优点：

1、本发明采用两级雾化结构，初级雾化室中废水被初步雾化，并与烟气混合物发生化学反应生成沉淀微粒，沉淀微粒与烟气粉尘有助于液滴成核；废水流出初级雾化室后被高速空气进一步雾化，以到达更高的雾化要求。

2、本发明采用钝体结构，钝体可加强废水的湍流度，有利于废水与含尘烟气及添加剂的混合，同时钝体还可以形成回流区，有利于废水与烟气混合物充分反应。

3、本发明采用错位风道结构，内侧风道和钝体风道喷出口位置交错，使得废水流动过程中可以两次与烟气混合物发生反应，有利于废水中的物质反应充分，加强成核雾化。

4、本发明采用内外侧风道结构，外侧风道中空气压力高于内侧风道及钝体风道中烟气压力，可以使得出口处烟气回流加强，使得化学反应更加充分。

5、本发明高效实现烟气混合物与废水的化学反应，加强雾化成核。其结构可以广泛推广应用于同类需要与颗粒物质化学反应的雾化喷嘴结构中。

附图说明

图1为一种火电厂脱硫废水高效雾化成核的两级雾化喷嘴的剖面图；

图2为图1中沿A-A方向的剖面图。

附图中：1—喷嘴本体；2—废水流道；3—初级雾化室；4—钝体；5—内侧风道；6—钝体风道；7—外侧风道；8—废水喷口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1、2所示，一种火电厂脱硫废水高效雾化成核的两级雾化喷嘴，包括喷嘴本体1，喷嘴本体1为长方体结构。喷嘴本体1的中部设置一废水流道2，喷嘴本体1内并靠近废水流道2的一端设置一初级雾化室3，废水流道2和初级雾化室3形成一贯穿喷嘴本体1的水平通道。初级雾化室3内水平设置一与废水流道2垂直的钝体4，钝体4的横截面为三角形，废水流道2与钝体4的一锥尖部相对。喷嘴本体1内且位于废水流道2的上方和废水流道2的下方分别设置与废水流道2平行的内侧风道5，内侧风道5的一端作为通入含尘烟气及添加剂的入口，内侧风道5的另一端与初级雾化室3内相通并与钝体4对应。钝体4沿其长度方向设置一贯穿喷嘴本体1的钝体风道6，钝体风道6的两端口作为通入含尘烟气及添加剂的入口，钝体风道6靠近上方和下方的内侧风道5的两侧分别形成一与初级雾化室3内相通的敞口。喷嘴本体1内且位于上方内侧风道5的上方设置一平行于废水流道2并贯穿喷嘴本体1的用于通入压缩空气的外侧风道7。喷嘴本体1内且位于下方内侧风道5的下方设置一平行于废水流道2并贯穿喷嘴本体1的用于通入压缩空气的外侧风道7。

钝体风道6的上敞口与废水流道2上方的内侧风道5伸向初级雾化室3的一端在位置上错开设置。钝体风道6的下敞口方向与废水流道2下方的内侧风道5伸向初级雾化室3的一端在位置上错开设置。废水流道2靠近初级雾化室3的一端形成一锥形结构的废水喷口8，锥形结构的废水喷口8的大端口朝向初级雾化室3。

当喷嘴工作时，将脱硫废水引入喷嘴本体1最中间的废水流道2中，将含尘烟气引入内侧风道5及钝体风道6的入口中，其中钝体风道6的入口在喷嘴本体1的两侧，将压缩空气引入最外侧的外侧风道7中。在该喷嘴结构中，脱硫废水经过废水流道2喷入初级雾化室3，初级雾化室3内设置有钝体4，脱硫废水遇到钝体4后发生扰流,在钝体4的作用下向初级雾化室3上下两侧流道，在流动过程中首先与内侧风道5中喷出的含尘烟气及添加剂发生化学反应，然后与钝体风道6喷出的含尘烟气及添加剂发生化学反应并形成沉淀微粒,烟气与脱硫废水在初级雾化室3内发生初级雾化形成液滴,并和烟气中的粉尘和沉淀微粒形成核效应，又因为钝体4的作用还使得废水在扰流钝体4后中形成回流区,使得扰动更剧烈,化学反应及成核作用更加充分。最后废水流出初级雾化室3后被外侧风道7流出的高速空气破碎雾化。该喷嘴有两级雾化结构，初级雾化室3中废水被初步雾化，并与烟气混合物发生化学反应生成沉淀微粒，沉淀微粒与烟气粉尘有助于液滴成核；废水流出初级雾化室3后被外侧风道7流出的高速压缩空气进一步雾化，以到达更高的雾化要求。在喷嘴初级雾化室3中的钝体4可使得废水流动的湍流度增加，促使烟气混合物与废水的化学反应更加充分，钝体4还可以在初级雾化室3中使得废水形成绕流作用，在钝体4后的初级雾化室3中可形成回流，同样促使化学反应充分进行。

该喷嘴采用内侧风道5和外侧风道7结构,内侧风道5为含尘烟气及添加剂流道，与脱硫废水发生反应、初始雾化并成核；外侧风道7为压缩空气，提高雾化效果，外侧风道7喷出的压缩空气比内侧风道5及钝体风道6的气压高，使得烟气混合物在初级雾化室3中的回流加剧，有利于烟气混合物与废水反应更加充分。外侧风道7内的压缩空气流速可达80m/s，内侧风道5及钝体风道6中烟气混合物的流速与锅炉尾部烟道流速基本一致（10m/s左右），烟气混合物中添加剂应为碱性且可以脱硫废水发生沉淀反应的物质其颗粒细度要求30um左右，可保证雾化后液滴粒径控制在50um左右。初级雾化室3内设置有钝体4，钝体4内设置的钝体风道6的喷出口与内侧风道5的喷出口错位布置，增强了烟气与脱硫废水的扰动，使得脱硫废水反应化学更加充分，保证了废水与烟气混合物的充分接触、反应及成核。该喷嘴可加强喷嘴雾化效果并提高雾化液滴与微粒的成核效果，使得废水液滴更容易在烟道中蒸发、结晶、成核并被除尘器捕获，从而实现脱硫废水的零排放。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种火电厂脱硫废水高效雾化成核的两级雾化喷嘴，包括喷嘴本体（1）；其特征在于：所述喷嘴本体（1）的中部设置一废水流道（2），所述喷嘴本体（1）内并靠近废水流道（2）的一端设置一初级雾化室（3），所述废水流道（2）和初级雾化室（3）形成一贯穿喷嘴本体（1）的水平通道；所述初级雾化室（3）内水平设置一与废水流道（2）垂直的钝体（4），所述钝体（4）的横截面为三角形，所述废水流道（2）与钝体（4）的一锥尖部相对；

所述喷嘴本体（1）内且位于废水流道（2）的上方和废水流道（2）的下方分别设置与废水流道（2）平行的内侧风道（5），所述内侧风道（5）的一端作为通入含尘烟气及添加剂的入口，内侧风道（5）的另一端与初级雾化室（3）内相通并与钝体（4）对应；

所述钝体（4）沿其长度方向设置一贯穿喷嘴本体（1）的钝体风道（6），所述钝体风道（6）的两端口作为通入含尘烟气及添加剂的入口，所述钝体风道（6）靠近上方和下方的内侧风道（5）的两侧分别形成一与初级雾化室（3）内相通的敞口；

所述喷嘴本体（1）内且位于上方内侧风道（5）的上方设置一平行于废水流道（2）并贯穿喷嘴本体（1）的用于通入压缩空气的外侧风道（7）；所述喷嘴本体（1）内且位于下方内侧风道（5）的下方设置一平行于废水流道（2）并贯穿喷嘴本体（1）的用于通入压缩空气的外侧风道（7）。

2.根据权利要求1所述的一种火电厂脱硫废水高效雾化成核的两级雾化喷嘴，其特征在于：所述钝体风道（6）的上敞口与废水流道（2）上方的内侧风道（5）伸向初级雾化室（3）的一端在位置上错开设置；所述钝体风道（6）的下敞口与废水流道（2）下方的内侧风道（5）伸向初级雾化室（3）的一端在位置上错开设置。

3.根据权利要求1或2所述的一种火电厂脱硫废水高效雾化成核的两级雾化喷嘴，其特征在于：所述废水流道（2）靠近初级雾化室（3）的一端形成一锥形结构的废水喷口（8），锥形结构的废水喷口（8）的大端口朝向初级雾化室（3）。