CN104190583A - 用于废硫酸处理的雾化器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于废硫酸处理的雾化器。该用于废硫酸处理的雾化器包括依次连接的混合管(4)、喉管(2)、缩管(1)和扩管(3)，混合管(4)上设置有压缩空气连接口(6)和废硫酸连接口(5)，混合管(4)内具有混合腔，喉管(2)、缩管(1)和扩管(3)为文丘里结构。根据本发明的雾化器，能够解决在废硫酸处理过程中喷嘴被废硫酸里的有机物等杂质堵塞的严重问题。

Description

用于废硫酸处理的雾化器

技术领域

本发明涉及硫酸工业技术领域，具体而言，涉及一种用于废硫酸处理的雾化器。

背景技术

本文中的废硫酸是指浓度w(H₂SO₄)为80％～82.73％，聚合物w(C/H)含量12.73％～15％，水w(H₂O)含量4.54％～5％，密度(ρ)为1585kg.m^-3，黏度为28mPas的稀硫酸。废硫酸产生来自于青海盐湖工业股份有限公司综合利用项目一、二期工程拥有天然气乙炔、VCM、钾碱、烧碱等多个生产装置，这些装置在生产工艺过程中的干燥、洗涤工序将产生上述指标的废硫酸。其中以乙炔装置排放的废硫酸量最多，约1.8万吨/年，且较其他装置产生的废硫酸有机物含量和粘度偏高，色泽呈黑色，性质不稳定，散发特殊性臭味，极易附着在管道内造成堵塞。

硫酸在化工、钢铁等行业广泛应用，但在生产过程中，硫酸的利用率很低，大量的废硫酸随同废水一同排放出去。这些废水如不经过处理而排放到环境中，不仅会使水体或土壤酸化，对生态环境造成危害，而且造成资源的浪费。本文中所涉及的废硫酸浓度较高，我公司通过引进中石油抚顺分公司的专利技术“高温裂解废硫酸技术”，可以实现对含有机物废硫酸的处理，并回收再用。但是，由于废硫酸极易造成堵塞，在使用中间混合式Y型喷嘴雾化器时，即使是实现了最优的雾化方式，也无法从根本上解决喷嘴被废有机物等杂质堵塞的严重问题。

发明内容

本发明实施例中提供一种用于废硫酸处理的雾化器，能够解决在废硫酸处理过程中喷嘴被废硫酸里的有机物等杂质堵塞的严重问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种用于废硫酸处理的雾化器，包括依次连接的混合管、喉管、缩管和扩管，混合管上设置有压缩空气连接口和废硫酸连接口，混合管内具有混合腔，喉管、缩管和扩管为文丘里结构。

进一步地，扩管的入口至出口的锥度α为20至45度。

进一步地，扩管的入口至出口的锥度α为30度。

进一步地，压缩空气连接口沿混合管的轴向延伸，废硫酸连接口沿垂直于混合管的中心轴的方向延伸。

进一步地，压缩空气连接口与混合管的连接位置处设置有第一止挡凸缘，废硫酸连接口与混合管的连接位置处设置有第二止挡凸缘。

进一步地，喉管沿废硫酸的流动方向为截面递减的弧形收缩结构，扩管沿废硫酸的流动方向为截面递增的弧形扩张结构。

进一步地，混合管的直径为20mm，缩管的直径为15mm。

进一步地，雾化器由022Cr17Ni12Mo2材料焊接而成，雾化器的管壁厚度为4mm。

应用本发明的技术方案，用于废硫酸处理的雾化器包括依次连接的混合管、喉管、缩管和扩管，混合管上设置有压缩空气连接口和废硫酸连接口，混合管内具有混合腔，喉管、缩管和扩管为文丘里结构，雾化器采用一次风混合的方式避免了废硫酸和压缩空气在喷嘴处混合造成的堵塞和雾化锥不稳定的情况，文丘里结构的喉管可以通过二次增压冲击堵塞物，防止废硫酸中有机物堵塞喷嘴，因此能够解决废硫酸处理过程中喷嘴被废硫酸里的有机物等杂质堵塞的严重问题。

附图说明

图1是本发明实施例的用于废硫酸处理的雾化器的剖视结构示意图。

附图标记说明：1、缩管；2、喉管；3、扩管；4、混合管；5、废硫酸连接口；6、压缩空气连接口；7、第一止挡凸缘；8、第二止挡凸缘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，根据本发明的实施例，用于废硫酸处理的雾化器包括依次连接的混合管4、喉管2、缩管1和扩管3，混合管4上设置有压缩空气连接口6和废硫酸连接口5，混合管4内具有混合腔，喉管2、缩管1和扩管3为文丘里结构。

雾化器采用一次风混合的方式避免了废硫酸和压缩空气在喷嘴处混合造成的堵塞和雾化锥不稳定的情况，文丘里结构的喉管可以通过二次增压冲击堵塞物，防止废硫酸中有机物堵塞喷嘴，因此能够解决废硫酸处理过程中喷嘴被废硫酸里的有机物等杂质堵塞的严重问题。

在发明人对雾化器进行改造的过程中，基于废硫酸处理的特性，雾化器不仅要满足废硫酸的雾化要求，还需要满足废硫酸的裂解反应完全要求，同时需要保证雾化器在废硫酸处理的过程中不会被废硫酸中的有机物堵塞喷嘴。

在对雾化器进行初步改造时，首先需要选择合适的雾化器类型来进行改造，对此，发明人对几种雾化器进行了分析比较，由于裂解反应完全要求理论提供的酸滴直径D＜500μm，对此，发明人选取了三种雾化器来作为要改造的雾化器类型，这三种雾化器分别为空气混合式雾化器中的Y型喷嘴雾化器、电子高频震荡(振荡频率为2.4MHz)雾化器和空气混合式雾化器中的单路压力雾化器。

对于第一种雾化器而言，基本型(φ2.5×6孔)雾化器的雾化效果理论上可以提供酸滴直径D理论值为(50μm～80μm)，在三种雾化器中为最优，再次通过扩大喷嘴直径(由φ2.5×6孔扩大至φ5×6孔)，估算雾化效果扩大至(200μm～320μm)，仍符合高温裂解工艺的需要，因此可以满足裂解完全反应要求。

对于第二种雾化器而言，雾化效果理论上可以提供酸滴直径D理论值为(100μm～300μm)，且不涉及喷嘴堵塞，但是由于裂解反应操作条件(炉前温度950℃)限制此类型雾化器的安装与使用，故排除此种雾化器。

对于第三种雾化器而言，可以提供内直径15mm～30mm的管状结构，在此内直径范围内雾化器不易堵塞，但酸滴直径D理论值为(240μm～800μm)，直径范围过大，因此不易满足高温裂解工艺的需要，可作为备选研究方案。

发明人在对该Y型喷嘴雾化器进行改造的实践中发现，该种雾化器虽然可以满足高温裂解工艺的需要，但是使用中仍然会出现喷嘴堵塞的问题，因此最终选择。

而在实际的废硫酸处理工艺中，雾化器必须满足“气—固—液”三相工质的使用要求，因此可以寻求从“气—固”两相工质类型的喷嘴进行改造来获取满足废硫酸处理工艺要求的雾化器。目前，提供“气—固”两相工质类型的喷嘴以煤粉喷嘴类型为主，而煤粉烧嘴在结构形式上多样化，各具特点，不仅提供了不同方式，且结构简单。工业燃煤设备燃用煤粉时，都是在输送管道中已经和一部分或全部空气均匀混合，其混合情况对燃烧过程的影响不像液体和气体那样突出，主要任务是将“流化”送入炉内燃烧，在对煤粉进行处理的过程中，对于固相煤粉而言，并不容易堵塞喷嘴，因此可以考虑结合该种结构对用于废硫酸处理的雾化器进行改造，避免废硫酸中的有机物堵塞喷嘴。

基于上述思路，发明人将单路压力雾化器和煤粉喷嘴的结构相结合，获得了上述的雾化器，该雾化器采用空气混合式单路压力雾化器的基本结构，并使得喷嘴处结构为文丘里结构，从而形成了一次配风雾化雾化器，其不同于基本型的单路压力雾化器，并不设置内外套管，通过一次配风雾化的方式对废硫酸和压缩空气在混合管4处进行混合，避免了废硫酸和压缩空气在喷嘴处混合造成的堵塞和雾化锥不稳定的情况，文丘里结构喷嘴的喉管2通过二次增压也可以冲击堵塞物，防止废硫酸中有机物堵塞喷嘴，改造后的雾化器结构形式介于基本型的单路压力雾化器和燃煤喷嘴之间，可以实现“气—固—液”三相工质(固态，主要指废酸中的有机物成分)的使用要求，从根本上解决了高温裂解雾化要求和堵塞两大问题，因此能够在使得废硫酸获得较好的裂解雾化反应的同时，有效地防止废硫酸中的有机物堵塞喷嘴。

在对废硫酸进行处理的过程中，扩管3的弧度需要满足燃烧喷嘴形成的火焰锥，雾化锥需与火焰锥最大化相交，因此喷嘴的扩管3的入口至出口的锥度α为20至45度，优选地，扩管3的入口至出口的锥度α为30度。

优选地，压缩空气连接口6沿混合管4的轴向延伸，废硫酸连接口5沿垂直于混合管4的中心轴的方向延伸。由于废硫酸沿垂直于混合管4的中心轴的方向进入混合管4中，而压缩空气沿混合管4的轴向方向进入混合管4中，因此可以使得压缩空气直接冲击废硫酸，并与废硫酸充分均匀混合后进入混合腔内，可以进一步防止废硫酸中的有机物对喷嘴造成堵塞，也能够使得废硫酸在后续的燃烧过程中能够燃烧的更加充分，提高废硫酸的处理效果。废硫酸连接口5也可以斜向设置在混合管4上。

优选地，压缩空气连接口6与混合管4的连接位置处设置有第一止挡凸缘7，废硫酸连接口5与混合管4的连接位置处设置有第二止挡凸缘8。在将雾化器连接至压缩空气供给装置和废硫酸供给装置时，第一止挡凸缘7和第二止挡凸缘8能够保证雾化器和空气供给装置以及废硫酸供给装置的连接位置，提高雾化器使用时的安装精度，增强雾化器的可靠性。

在本实施例中，喉管2沿废硫酸的流动方向为截面递减的弧形收缩结构，扩管3沿废硫酸的流动方向为截面递增的弧形扩张结构，上述的弧形结构均为文丘里结构。

扩管3和缩管1也需要同样满足雾化要求的直径，也需要考虑与燃烧设备装配的尺寸。在本实施例中，混合管4的直径为20mm，缩管1的直径为15mm。

由于本发明的雾化器属于空气混合式单路压力雾化器类型，因此可以按照雾化液滴估算公式预估雾化效果。在确定缩管1的直径时，可以根据工程设计中液滴雾化计算公式“努—塔法”，并令du＝400μm，推导公式中喷嘴处直径是否可选。

“努—塔法”公式具体如下：

$\mathrm{du}=\frac{585}{V}\sqrt{\frac{{\mathrm{\σ}}_s}{{\mathrm{\ρ}}_l}}+597{\left[\frac{u_l}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_s}{\mathrm{\ρ}}_l}\right]}^{0.45}{\left(\frac{{10}^3{Q}_l}{Q_g}\right)}^{1.5}$

公式中参数意义如下：

ρ1—液体密度，g/cm³

σs—液体表面张力，dyn/cm

μ1—液体黏度，dyn.s/cm²

Ql—液体质量流量，kg/h

Qg—气体质量流量，kg/h

Dμ—滴直径，μm

V—气体和液体的相对速度,m/s

将公式变形为：

$A=\frac{585}{V}\sqrt{\frac{{\mathrm{\σ}}_s}{{\mathrm{\ρ}}_l}}$

$B=597{\left[\frac{u_l}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_s}{\mathrm{\ρ}}_l}\right]}^{0.45}{\left(\frac{{10}^3{Q}_l}{Q_g}\right)}^{1.5}$

联合推导出：

$D=\sqrt{\frac{4Q(400-B)}{\mathrm{A\π}}}$

将相应的数据表中的数值代入可以得出A、B和D的值，将代入数据与结果写入表中，从而获取相应的缩管直径。

以下表为例

指标项目	数值
		ρ。压缩空气密度，g/cm3	1.29
ρl液体密度，g/cm3	1.58
		σs液体表面张力，dyn/cm	63.89
μl液体黏度，dyn.s/cm2	0.28
		Ql液体质量流量，kg/h	0.33×1580
Qg气体质量流量，kg/h	70×1290×3.0
		Q物料总流量，m3/s	71/3600
K压缩空气系数	3
		A A值计算结果	3720
B B值计算结果	288
		V相对气体速度结果，m/s	30
D直径，m	0.02

由表中可以看出，计算出的缩管直径为20mm，文丘里喷嘴缩管的直径可以选取下一个等级的管径为15mm。

优选地，所述雾化器由022Cr17Ni12Mo2材料焊接而成，所述雾化器的管壁厚度为4mm，可以减缓废硫酸和压缩空气摩擦造成的腐蚀和磨损问题。雾化器也可以由其他的耐高温腐蚀材料制成。

该雾化器的外形尺寸并未发生大的变化，主要的改变在于内部结构的变化，使得雾化器既可以与原裂解炉燃烧点火系统可实现完美装配，又能够很好地保证废硫酸可以裂解完全，且不会堵塞喷嘴，形成稳定的雾化锥。

在采用本发明的雾化器之后，雾化器不存在堵塞的问题，且，雾化后的介质在炉内的喷射长度达到1米以上，雾化锥稳定，雾化对燃烧器火焰无任何影响。

从对该雾化器进行试验获取的信息可知，应用该雾化器之后，原料酸输送泵出口阀控制泵的出口压力稳定在0.60MPa，废酸进裂解炉压力稳定在0.32-0.35MPa，调节阀开度为60％时，单裂解系统废酸稳定流量在0.9m/h，最大可达到1.2m/h，可满足2.5万吨/年废硫酸的处理要求；干吸工序运行平稳，SO₂浓度稳定在5％～6％，尾气SO₂在0.02％～0.03％，符合环保排放要求，单裂解系统98％硫酸产量1.14吨/小时，年产量最高可达2万吨，性能稳定，效率较优，达到了设计目的。

当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于废硫酸处理的雾化器，其特征在于，包括依次连接的混合管(4)、喉管(2)、缩管(1)和扩管(3)，所述混合管(4)上设置有压缩空气连接口(6)和废硫酸连接口(5)，所述混合管(4)内具有混合腔，所述喉管(2)、缩管(1)和扩管(3)为文丘里结构。

2.根据权利要求1所述的雾化器，其特征在于，所述扩管(3)的入口至出口的锥度α为20至45度。

3.根据权利要求2所述的雾化器，其特征在于，所述扩管(3)的入口至出口的锥度α为30度。

4.根据权利要求1所述的雾化器，其特征在于，所述压缩空气连接口(6)沿所述混合管(4)的轴向延伸，所述废硫酸连接口(5)沿垂直于所述混合管(4)的中心轴的方向延伸。

5.根据权利要求1所述的雾化器，其特征在于，所述压缩空气连接口(6)与所述混合管(4)的连接位置处设置有第一止挡凸缘(7)，所述废硫酸连接口(5)与所述混合管(4)的连接位置处设置有第二止挡凸缘(8)。

6.根据权利要求1所述的雾化器，其特征在于，所述喉管(2)沿废硫酸的流动方向为截面递减的弧形收缩结构，所述扩管(3)沿废硫酸的流动方向为截面递增的弧形扩张结构。

7.根据权利要求6所述的雾化器，其特征在于，所述混合管(4)的直径为20mm，所述缩管(1)的直径为15mm。

8.根据权利要求6所述的雾化器，其特征在于，所述雾化器由022Cr17Ni12Mo2材料焊接而成，所述雾化器的管壁厚度为4mm。