CN105562233A - 一种用于尿素热解装置的喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于尿素热解装置的喷嘴，其特征在于：包括依次连通的外套管直段、插入并固定在外套内的内套管、截面不断缩小的内套管加速段、位于内套管加速段前的先收缩后扩张的外套管喉部混合段、位于混合段前部的过渡直段，与过渡直段相连的开孔梯台型挡块及与开孔梯台型挡块相连的开孔弧形末端。所述外套管直段有管口与尿素溶液相连通，插入并固定在外套内的内套管端部外伸与压缩空气相连，混合段前部与过渡直段相连的开孔梯台型挡块及与之相连的开孔弧形末端围成环形腔室，环形腔室上设有开孔。混合雾化后的尿素溶液与气泡混合体，经环形腔室两级开孔进一步破碎后雾化喷出。本发明可使尿素溶液在不增加能耗的同时有效雾化喷射。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷嘴，具体涉及一种用于尿素热解装置的喷嘴，属于气流雾化式喷枪结构部件技术领域。
背景技术
随着我国环境保护力度的不断加大，燃煤电站锅炉大都加设了烟气脱硝装置。其中，选择性催化还原（SCR）脱硝工艺因其技术成熟、可靠等原因在国内外得以大规模应用，约占脱硝装机容量的90%左右。部分电厂距离城市和居民点距离较近，液氨和氨水等还原剂存在运输和使用的限制，因此尿素热解制氨工艺在脱硝装置的还原剂制备中得到了广泛的应用。
在利用尿素热解制氨工艺的实际运行中，尿素热解炉内壁与热解炉底部均不同程度的出现了结晶、堵塞问题，其主要原因是尿素雾化喷枪雾化效果差，即雾化喷枪的喷嘴达不到实际设计需求。由于雾化喷枪的喷嘴在喷射时覆盖面过大，尿素溶液会直接喷射至热解炉内壁上，形成低温区造成结晶；如果在多支尿素喷枪同时运行中，各雾化喷枪的喷射覆盖相互叠加易形成“交叉覆盖”区，在该区域内已被雾化的细小液滴相互撞击、融合后形成较大的液滴，从而加剧热解炉底部结晶物的产生。此外，现有的雾化喷枪的喷嘴缺乏气-液混合区域，或者混合区域的容积极小，在气-液混合时会大大降低雾化空气量的流速，从而降低雾化效果，因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于尿素热解装置的雾喷嘴，使得尿素溶液能在不增加能耗的同时有效雾化，在较短时间内在一定的热量条件下，将尿素溶液雾化成为微小液滴，使其快速分解成氨气，满足尿素热解工艺的要求。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于尿素热解装置的喷嘴，其特征在于：所述喷嘴包括外套管，从外套管的一端插入并固定在外套管内部的内套管，设置在外套管另一端的过渡直段、与过渡直段相连的开孔梯台型挡块及与开孔梯台型挡块相连的开孔弧形末端。
作为本发明的一种改进，所述外套管由外套管直段、先收缩后扩张的外套管喉部混合段组成。
作为本发明的一种改进，所述内套管靠近外套管喉部混合段位置设置有截面不断缩小的内套管加速段。
作为本发明的一种改进，所述外套管下部最低点设置有管口，所述管口与外套管直段垂直连接。所述外套管直段有管口与尿素溶液相连通，插入并固定在外套内的内套管端部外伸与压缩空气相连，混合雾化后的尿素溶液与气泡混合体，经环形腔室两级开孔进一步破碎后雾化喷出。
作为本发明的一种改进，所述混合段前部与过渡直段相连的开孔梯台型挡块及与之相连的开孔弧形末端围成环形腔室，环形腔室周围设有开孔。
作为本发明的一种改进，所述环形腔室弧形一侧的开孔呈25—35度范围放射状布置，所述环形腔室梯形一侧的开孔沿着梯台型挡块与尿素溶液流向平行设置。
作为本发明的一种改进，所述喉部混合段直径为过渡直段直径的1/2，喉部混合段的长度为过渡直段长度的0.6倍。这样做是为了达到临界孔效果，利于压缩空气和液体的高速混合。
作为本发明的一种改进，所述梯台型挡块的梯台角度不小于60度，这样是提高混合距离和效果。
作为本发明的一种改进，所述开孔弧形末端半径为过渡直段半径2倍。开孔大小不大于所要求雾化粒径的5倍。确保雾化粒径和雾化角度。
相对于现有技术，本发明的优点如下：1）本发明整体结构设计紧凑、巧妙，满足尿素热解工艺的要求；2）该技术方案可以实现稳定流量的雾化和破碎过程，确保气水比的稳定，满足雾化工艺条件，实现雾化液滴粒径的稳定，利于尿素溶液的有效蒸发和热解,该技术方案中喷嘴的前半段，利用压缩空气在内套管渐缩段的加速作用将压缩空气流速提升，使其能够在后续的喉部混合段进行有效混合；喉部混合段直径为过渡直段5直径的1/2，喉部混合段的长度为过渡直段长度的0.6倍，喉部混合段利用渐缩再扩张的结构形式，在截面最小处形成典型的临界孔结构，孔的上游与下游两边的压力之比满足临界条件0.5283，喉部处的流速达到声速，流过小孔的质量流量是一常数，与小孔下游的压力变化无关，从而确保喷嘴雾化流量的始终稳定，不受到介质压力波动的影响，提高了喷嘴雾化的稳定性和粒径分布的稳定性，由于尿素溶液中可能含有少量固体颗粒，在最易结垢的整个喷嘴截面最小处流速达到声速，在高流速下，结垢不易形成也提高了喷嘴的可靠性；3）该技术方案成本较低，便于大规模的推广应用。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为图1的放大图。
图中：1、内套管，2、外套管直段，3、内套管加速段，4、外套管喉部混合段，5、过渡直段，6、挡块，7、开孔弧形末端，8、外套管，9、开孔，10、开孔，11、管口。
具体实施方式
为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：参见图1，一种用于尿素热解装置的喷嘴，所述喷嘴包括外套管8，从外套管8的一端插入并固定在外套管内部的内套管1，设置在外套管8另一端的过渡直段5、与过渡直段5相连的开孔梯台型挡块6及与开孔梯台型挡块6相连的开孔弧形末端7，所述外套管8由外套管直段2、先收缩后扩张的外套管喉部混合段4组成，所述内套管从外套管直段的一端插入，所述外套管下部最低点设置有管口11，所述管口11与外套管直段2垂直连接，所述外套管直段有管口与尿素溶液相连通，插入并固定在外套内的内套管端部外伸与压缩空气相连，混合雾化后的尿素溶液与气泡混合体，经环形腔室两级开孔进一步破碎后雾化喷出，该技术方案可使尿素溶液在不增加能耗的同时有效雾化喷射。
实施例2：参见图1，作为本发明的一种改进，所述内套管靠近外套管喉部混合段4位置设置有截面不断缩小的内套管加速段3，该加速段的加速作用将压缩空气流速提升，使其能够在后续的喉部混合段进行有效混合，提高喷嘴雾化的稳定性和粒径分布的稳定性。
实施例3：参见图1，作为本发明的一种改进，所述混合段前部与过渡直段相连的开孔梯台型挡块6及与之相连的开孔弧形末端7围成环形腔室，环形腔室周围设有开孔。混合雾化后的尿素溶液与气泡混合体，经环形腔室两级开孔进一步破碎后雾化喷出。
实施例4：参见图1、图2，作为本发明的一种改进，所述环形腔室弧形一侧的开孔呈25—35度范围放射状布置，所述环形腔室梯形一侧的开孔沿着梯台型挡块与尿素溶液流向平行设置。这样设置可以减小阻力，降低对雾化介质的压力要求，能够在较小的压力下满足雾化效果。
实施例5：参见图1、图2，作为本发明的一种改进，所述喉部混合段4直径为过渡直段5直径的1/2，喉部混合段4的长度为过渡直段5长度的0.6倍，这样做是为了达到临界孔效果，利于压缩空气和液体的高速混合。
实施例6：参见图1、图2，作为本发明的一种改进，所述梯台型挡块的梯台角度不小于60度，这样是提高混合距离和效果；所述开孔弧形末端7半径为过渡直段5半径2倍。开孔大小不大于所要求雾化粒径的5倍，确保雾化粒径和雾化角度。
工作原理：参见图1、图2，一种用于尿素热解装置的喷嘴的前半段，利用压缩空气在截面不断缩小的内套管加速段3的加速作用将压缩空气流速提升，使其能够在后续的先收缩后扩张的外套管喉部混合段4进行有效混合；先收缩后扩张的外套管喉部混合段4利用渐缩再扩张的结构形式，在截面最小处形成典型的临界孔结构，孔的上游与下游两边的压力之比满足临界条件0.5283，喉部处的流速达到声速，流过喉部的质量流量是一常数，与喉部下游的压力变化无关，从而确保喷嘴雾化流量的始终稳定，不受到介质压力波动的影响，提高了喷嘴雾化的稳定性和粒径分布的稳定性。由于尿素溶液中可能含有少量固体颗粒，在最易结垢的整个喷嘴截面最小处流速达到声速，在高流速下，结垢不易形成也提高了喷嘴的可靠性。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于尿素热解装置的喷嘴，其特征在于：所述喷嘴包括外套管，从外套管的一端插入并固定在外套管内部的内套管（1），设置在外套管另一端的过渡直段、与过渡直段（5）相连的开孔梯台型挡块（6）及与开孔梯台型挡块相连的开孔弧形末端（7）。
2.根据权利要求1所述的用于尿素热解装置的喷嘴，其特征在于：所述外套管由外套管直段（2）、先收缩后扩张的外套管喉部混合段（4）组成。
3.根据权利要求2所述的用于尿素热解装置的喷嘴，其特征在于：所述内套管靠近外套管喉部混合段（4）位置设置有截面不断缩小的内套管加速段（3）。
4.根据权利要求2或3所述的用于尿素热解装置的喷嘴，其特征在于：所述外套管下部最低点设置有管口（11），所述管口与外套管直段垂直连接。
5.根据权利要求4所述的用于尿素热解装置的喷嘴，其特征在于：所述混合段前部与过渡直段相连的开孔梯台型挡块（6）及与之相连的开孔弧形末端（7）围成环形腔室，环形腔室周围设有开孔（9）（10）。
6.根据权利要求5所述的用于尿素热解装置的喷嘴，其特征在于：所述环形腔室弧形一侧的开孔呈25—35度范围放射状布置，所述环形腔室梯形一侧的开孔沿着梯台型挡块与尿素溶液流向平行设置。
7.根据权利要求6所述的用于尿素热解装置的喷嘴，其特征在于：所述内套管直径为14~40mm，外套管直径为25~50mm。
8.根据权利要求7所述的用于尿素热解装置的喷嘴，其特征在于：所述喉部混合段（4）直径为过渡直段（5）直径的1/2，喉部混合段（4）的长度为过渡直段(5)长度的0.6倍。
9.根据权利要求7或8所述的用于尿素热解装置的喷嘴，其特征在于：所述梯台型挡块的梯台角度不小于60度。
10.根据权利要求9所述的用于尿素热解装置的喷嘴，其特征在于：所述开孔弧形末端（7）半径为过渡直段（5）半径2倍。
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