CN104888990B - 双流体雾化喷枪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了双流体雾化喷枪，包括还原剂液体管路、雾化气体管路、雾化室和雾化气体喷嘴结构件，所述还原剂液体管路套设在雾化气体管路内部；所述雾化气体喷嘴结构件设置在靠近所述还原剂液体管路的液体出口端的所述还原剂液体管路和所述雾化气体管路之间的缝隙中；所述雾化室的入口与所述雾化气体管路的设置雾化气体喷嘴结构件的一端的端口连通。进一步地，在所述雾化室的外部增设了隔热管路，所述隔热管路的内壁与所述雾化室的外壁之间形成隔热空间。结构简单、造价低、无易耗品；安装、拆卸非常方便；工作稳定、不容易堵塞；采用雾化‑混合‑二级雾化的方法，雾化效果好。可用于锅炉、水泥窑、烧结机等烟气脱硝还原剂。

Description

双流体雾化喷枪

技术领域

本发明涉及选择性催化(或非催化)还原技术用设备技术领域，尤其是采用的双流体雾化喷枪。

背景技术

选择性非催化还原技术(Selective non-Catalytic Reduction，SNCR)和选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduction，SCR)是目前国内外应用最广的氮氧化物(NOx)控制技术，绝大多数燃煤电厂均采用SCR烟气脱硝技术。SNCR不需要催化剂，且有工艺简单、运行管理简便等特点，在国内外有较多应用。目前SNCR烟气脱硝技术在我国的中小型燃煤锅炉中有较多的应用，几乎所有的水泥回转窑均采用SNCR烟气脱硝。采用氨或尿素等作为还原剂，通过将还原剂雾化喷入炉膛内温度为800～1100℃的区域，该NHx还原剂迅速热分解成NH₃和其它副产物，随后NH₃与烟气中的氮氧化物(NOx)进行SNCR反应而生成氮气和水。

SNCR系统的关键设备为还原剂雾化喷枪，还原剂雾化效果影响还原剂与烟气混合均匀程度，从而最终影响脱硝效率。SNCR还原剂雾化喷枪的特点有：(1)由于工作的环境温度最高可达1300℃，对喷枪的材质和加工工艺要求比较高，目前国内SNCR系统采用的喷枪主要以国外进口喷枪为主，喷枪价格较高；(2)目前现有的雾化喷枪仅采用压缩空气作为雾化介质，压缩空气消耗量大，能耗高；(3)有些喷枪的雾化形式为在末端设置混合雾化喷嘴，气液在末端混合雾化，由于气液接触时间短致使雾化不均匀容易产生液滴，同时由于混合雾化喷嘴长期在高温下易损耗，需经常更换，增加了运行费用；(4)为提高喷枪的雾化效果，降低液滴的雾化直径，雾化室需增大，导致喷枪体的直径变大，安装过程中有时需要改造锅炉水冷壁。

发明内容

本发明的目的是提供一种双流体雾化喷枪，结构简单，成本低，工作稳定，采用雾化-混合-二级雾化的方法，雾化效果好。解决了现有双流体雾化喷枪造价高，损耗快，成本高，以及雾化效果差的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

双流体雾化喷枪，包括还原剂液体管路、雾化气体管路、雾化室和雾化气体喷嘴结构件，所述还原剂液体管路的一端为液体出口，另一端为液体入口；所述雾化气体管路的侧壁上开设雾化气体入口；所述雾化室开设入口和喷射口；所述雾化气体喷嘴结构件上开设通气孔；所述还原剂液体管路套设在雾化气体管路内部，与所述还原剂液体管路的液体入口端同侧的所述雾化气体管路的端口与所述还原剂液体管路的外壁密封连接；所述雾化气体喷嘴结构件设置在靠近所述还原剂液体管路的液体出口端的所述还原剂液体管路和所述雾化气体管路之间的缝隙中，并分别与还原剂液体管路的外壁和雾化气体管路的内壁连接；所述雾化室的入口与所述雾化气体管路的设置雾化气体喷嘴结构件的一端的端口连通。

进一步地，控制所述还原剂液体管路的液体入口压力为0.35-0.45MPa，雾化气体管路的雾化气体入口的压缩空气压力为0.40-0.50MPa，隔热介质入口的压缩空气压力为0.40-0.50MPa。

进一步地，还包括隔热管路，所述隔热管路套设在所述雾化室的外部；所述隔热管路的内壁与所述雾化室的外壁之间形成隔热空间。所述隔热介质进入隔热空间内，围绕所述雾化室的外壁流动，实现对雾化室的隔热，避免因锅炉内高温造成还原剂结晶堵塞喷嘴。

进一步地，所述隔热管路具有连接端口、隔热介质入口和隔热介质出口，所述连接端口与所述雾化室的入口端的外壁连接，所述隔热介质出口位于所述雾化室的喷射口处，且所述隔热介质出口与所述雾化室的喷射口同轴设置。

进一步地，所述隔热介质出口的端面延伸超出所述雾化室的喷射口。

进一步地，所述隔热介质出口的端面延伸超出所述雾化室的喷射口2-8mm。

进一步地，所述隔热介质出口的端面延伸超出所述雾化室的喷射口5mm。

进一步地，所述还原剂液体管路的液体出口为锥形液体出口。即液体出口直径小于还原剂液体管路的直径。

进一步地，所述雾化气体喷嘴结构件上开设的通气孔的方向与所述锥形液体出口的侧壁平行。使得雾化气体以一定角度喷射至还原剂液体上，提高气-液混合的均匀度，增加雾化效果。

进一步地，所述雾化气体喷嘴结构件上均匀地开设通气孔。所述通气孔的数量不限，以实际情况所需雾化气体的流量设定即可。

进一步地，所述雾化室的喷射口所在的端面为弧状结构，在中间开设圆孔作为喷射口。

本发明的双流雾化喷枪采用雾化气体喷嘴结构件，巧妙地将还原剂液体管路和雾化气体管路连接，并给雾化气体提供的通气孔，结构简单，功能齐全。进一步地在雾化室的外部套设隔热管路，即隔热了雾化后的气-液混合物，同时还防止了雾化室暴露在高温环境中，更好地保护雾化室。因此，只需将隔热管路采用耐高温耐腐蚀的材质制作即可。

本发明的双流雾化喷枪将还原剂液体在还原剂液体管路的末端(液体出口)与压缩气体管路末端(通气孔)喷出的压缩气体混合，还原剂液体被初步雾化破碎成粗液滴，粗液滴在雾化室空间内进一步混合，并经喷射口的二次雾化，将还原剂溶液破碎成细小的液滴并喷出。因此，本发明的双流体雾化喷枪能够将还原剂液体雾化为平均粒径在80-120μm的细小液滴，而且其喷射静态距离至少能够达到3.5-4.0m，喷射角度可达到35-45°。

因此，与现有双流雾化喷枪装置相比，本发明双流雾化喷枪具有以下优点：结构简单、造价低、无易耗品；安装、拆卸非常方便；工作稳定、不容易堵塞；采用雾化-混合-二级雾化的方法，雾化效果好；管径可以设计为小管径，安装时可不改造水冷壁或炉壁；喷枪材质不受高温条件的限制，可选择普通的耐腐蚀材料；可以采用过热蒸汽或压缩空气作为雾化气源；所有结构件均采用统一标准加工，具有通用性和互换性。

本发明的双流体喷枪，可用于锅炉、水泥窑、烧结机等烟气脱硝还原剂，还原剂可以为尿素溶液、氨水及其它铵盐类溶液等，雾化介质可以为压缩空气或水蒸汽，用来使还原剂充分雾化并与烟气混合，达到脱除燃煤烟气中氮氧化物的目的。而且本发明的双流体雾化喷枪不仅适用于SNCR烟气脱硝，还可应用于SNCR+SCR、SCR或其它同类技术中，以及其它需要对液体进行雾化的技术中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的双流体雾化喷枪的外部结构示意图；

图2是本发明的双流体雾化喷枪的内部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据图1，图2所示，说明本发明一种具体的双流体雾化喷枪，包括还原剂液体管路1、雾化气体管路2，雾化室3和雾化气体喷嘴结构件4。

所述还原剂液体管路1的一端为液体出口12，另一端为液体入口11；所述液体出口12优选设计为锥形液体出口12，使得液体出口12的直径小于还原剂液体管路1的直径，对还原剂液体进行初步破碎雾化。

所述雾化气体管路2的侧壁上开设雾化气体入口21。

所述雾化室3开设入口31和喷射口32。所述喷射口32所在的端面优选设计为弧状结构，在中间开设圆孔作为喷射口。具体地，所述雾化室3采用雾化管道即可，雾化管道一端口为入口31，另一端口为喷射口32即可。

所述雾化气体喷嘴结构件4为环形金属件，其上均匀地开设通气孔41；所述通气孔41的方向可以设计为与所述雾化气体管路2的轴向平行，也可以设计为与所述雾化气体管路2的轴向呈一定夹角，并使得通气孔41的出口端更靠近所述雾化气体管路2的轴线。优选设计为与所述雾化气体管路2的轴向呈一定夹角，具体地，可以将通气孔41的方向与所述锥形液体出口12的侧壁平行。使得雾化气体以一定角度喷射至还原剂液体上，提高气-液混合的均匀度，增加雾化效果。所述通气孔的数量不限，以实际情况所需雾化气体的流量设定即可。例如，6-8个。

所述还原剂液体管路1套设在雾化气体管路2内部，与所述还原剂液体管路1的液体入口11端同侧的所述雾化气体管路2的端口与所述还原剂液体管路1的外壁密封连接，保证雾化气体管路2内的雾化气体向所述还原剂液体管路1的液体出口12端流动。为了方便还原剂液体输入至还原剂液体管路1内，将液体入口11伸出所述雾化气体管路2的密封端一定长度，以方便接入还原剂液体。

所述雾化气体喷嘴结构件4设置在靠近所述还原剂液体管路1的液体出口12端的所述还原剂液体管路1和所述雾化气体管路2之间的缝隙22(该缝隙为雾化气体的通道)中，并分别与还原剂液体管路1的外壁和雾化气体管路2的内壁连接，均可以采用螺纹连接，以方便安装与拆卸。

所述雾化室3(雾化管道)的入口31与所述雾化气体管路2的设置雾化气体喷嘴结构件4的一端的端口连通。具体地，雾化管道3的入口端开设内螺纹，与雾化气体管路2外壁上开设的配合的外螺纹连接即可，以方便安装与拆卸。

在使用过程中，所述雾化室3的部分需要伸入高温炉膛，而雾化室3是双流体雾化喷枪的关键部件，使压缩气体与还原剂液体充分接触，其不宜经常更换。即使在雾化室3的外壁上采取涂覆耐高温材料层等措施，提高其耐高温氧化性能，但是其保护效果仍有限，仍然需要定期更换。因此，本发明中采用的优化的技术方案是，在雾化室3的外部增设一隔热管路5，避免雾化室3暴露于高温炉膛内的同时进行隔热，防止因高温而出现老化、腐蚀等现象，同时避免还原剂因高温结晶堵塞喷嘴。所述隔热管路5套设在所述雾化室3的外部；所述隔热管路5的内壁与所述雾化室3的外壁之间形成隔热空间。所述隔热介质进入隔热空间内，围绕所述雾化室的外壁流动，实现对雾化室的隔热。具体地，当雾化室3为雾化管道3时，所述隔热管路5采用内径比雾化管道3的外径略大的管道即可。在隔热管道5的侧壁上开设隔热介质入口51，隔热管道5的一端作为连接端口52，另一端作为隔热介质出口53即可。所述连接端口52与所述雾化室3的入口端的外壁通过法兰6固定连接，所述隔热介质出口53位于所述雾化室3的喷射口32处，且所述隔热介质出口53与所述雾化室3的喷射口43同轴设置。为了更好地保护雾化室3，将所述隔热介质出口53的端面延伸超出所述雾化室3的喷射口32。具体地，所述隔热介质出口的端面延伸超出所述雾化室的喷射口2-8mm。优选地，5mm。所述隔热介质采用压缩空气即可。

本发明中，所述还原剂液体管路1、雾化气体管路2和雾化气体喷嘴结构件4采用普通的耐腐蚀的金属材料加工即可，如316L不锈钢。在增设隔热管路5的技术方案中，雾化管道3也采用普通的耐腐蚀的金属材料加工即可，如316L不锈钢；此时只需要隔热管路5的外壁部分需采用耐高温、耐腐蚀、抗氧化的哈氏合金材料。或者在其外壁上采取涂覆耐高温材料层等措施，提高耐高温性能。

本发明还提供了双流体雾化喷枪的一套具体结构参数：

所述还原剂液体管路1的内径为8-20mm，外径为25mm。还原剂液体管路1的液体出口处的内径为3.2mm，液体出口处的管壁大于2.5mm。

所述雾化气体管路2的最小内径为26mm，压缩气体管路的间隙为最小1mm。

所述雾化气体喷嘴结构件4上的通气孔41均匀分布，为6-8个，通气孔的直径优选为为2mm。其数量还可以根据实际情况进行调整。

所述雾化室3(雾化管道)的长度为120mm。所述喷射口表面为弧状结构，中间圆孔直径大于4mm。雾化室3(雾化管道)采用与雾化气体管路2相同尺寸的管道。

所述隔热管路外壁的末端伸出喷枪出口5mm。所述隔热管路的内径大于雾化室3(雾化管道)的外径，并保证所述喷枪外径最小为40mm即可。

当然，本发明的双流体喷枪的结构参数不限于上述记载的内容，依据还原剂液体流量、炉膛大小、炉墙厚度和工艺等实际情况设定即可。

本发明的双流体喷枪的工作原理如下：

本发明的双流体雾化喷枪在工作时，还原剂液体管路1的液体入口11通过升压泵连接盛有氨水、尿素或其它铵盐等还原剂溶液的容器，还原剂液体经过升压泵加压，在喷枪液体入口11处达到0.35-0.45MPa。雾化气体管路2的雾化气体入口21通过与废热蒸汽管道或空气压缩机/压缩空气管道连接，将温度为200-300℃、压力为0.4-0.5MPa的蒸汽或者0.4-0.5MPa的压缩空气压入气体管。还原剂液体在雾化室3的入口31端首先被压缩雾化气体破碎成粗液滴，并在有一定空间的雾化室3内完成气-液两相的充分混合，最后通过喷射口32实现液滴的二次雾化，使还原剂液体雾化为平均粒径在80-120μm的细小液滴；喷枪的喷射静态距离可达到3.5-4.0m，喷射角度可达到35-45°。

下面通过具体试验，证明本发明的双流体雾化喷枪的雾化效果。

试验1

利用5％的尿素溶液作为脱硝还原剂进行实验，通过调整压缩雾化空气压力、还原剂液体压力，还原剂液体流量，对本发明的喷枪进行参数测试。压缩雾化空气压力、还原剂液体压力，还原剂液体流量的参数如下表1所示。

表1

在上述表1所记载的参数范围内，本发明的双流体雾化喷枪在在喷射口200mm处液体的平均粒径在85-100μm，喷射角度为35°，喷枪的喷射静态距离可达到3.8m。

试验2

利用废氨水在2500t/d的水泥回转窑上进行烟气脱硝实验，分解炉喷射点处的温度为910℃。双流体雾化喷枪工作条件为：还原剂液体压力为0.4MPa、压缩空气压力为0.45MPa时，还原剂液体流量为400L/h；本发明的双流体雾化喷枪在出口400mm处液体的平均粒径在100μm，喷射角度为40°，喷枪的喷射静态距离可达到3.5m。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.双流体雾化喷枪，其特征在于：包括还原剂液体管路、雾化气体管路、雾化室和雾化气体喷嘴结构件，所述还原剂液体管路的一端为液体出口，另一端为液体入口；所述雾化气体管路的侧壁上开设雾化气体入口；所述雾化室开设入口和喷射口；所述雾化气体喷嘴结构件上开设通气孔；所述还原剂液体管路套设在雾化气体管路内部，与所述还原剂液体管路的液体入口端同侧的所述雾化气体管路的端口与所述还原剂液体管路的外壁密封连接；所述雾化气体喷嘴结构件设置在靠近所述还原剂液体管路的液体出口端的所述还原剂液体管路和所述雾化气体管路之间的缝隙中，并分别与还原剂液体管路的外壁和雾化气体管路的内壁连接；所述雾化室的入口与所述雾化气体管路的设置雾化气体喷嘴结构件的一端的端口连通；

还包括隔热管路，所述隔热管路套设在所述雾化室的外部；所述隔热管路的内壁与所述雾化室的外壁之间形成隔热空间；所述隔热管路具有连接端口、隔热介质入口和隔热介质出口，所述连接端口与所述雾化室的入口端的外壁连接，所述隔热介质出口位于所述雾化室的喷射口处，且所述隔热介质出口与所述雾化室的喷射口同轴设置；所述隔热介质出口的端面延伸超出所述雾化室的喷射口；

所述还原剂液体管路的液体出口处的内径为3.2mm；

所述雾化室采用与雾化气体管路相同尺寸的管道；所述雾化室的喷射口所在的端面为弧状结构，在中间开设圆孔作为喷射口；

控制所述还原剂液体管路的液体入口压力为0.35-0.45MPa，雾化气体管路的雾化气体入口的压缩空气压力为0.40-0.50MPa，隔热介质入口的压缩空气压力为0.40-0.50MPa。

2.根据权利要求1所述的双流体雾化喷枪，其特征在于：所述隔热介质出口的端面延伸超出所述雾化室的喷射口2-8mm。

3.根据权利要求1所述的双流体雾化喷枪，其特征在于：所述隔热介质出口的端面延伸超出所述雾化室的喷射口5mm。

4.根据权利要求1至3之一所述的双流体雾化喷枪，其特征在于：所述还原剂液体管路的液体出口为锥形液体出口。

5.根据权利要求4所述的双流体雾化喷枪，其特征在于：所述雾化气体喷嘴结构件上开设的通气孔的方向与所述锥形液体出口的侧壁平行。