CN108014667B - 一种烟气混合装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种烟气混合装置及方法，涉及气体混合技术领域。所述烟气混合装置包括依次连通的烟道入口段、喉口段和烟道出口段，喉口段的侧壁环设有多个进气孔，且喉口段的外周设置有环道腔，环道腔连接有环冷废气支管。本发明通过将烟气混合装置主体设计为文丘里管结构，使得循环烟气当流入喉口段时可对环冷废气实现加速和引流，并可保证环冷废气不经环冷风机增压即可充分混合进入循环烟道，而且环冷废气先后经过环道腔和进气孔，也均能对循环烟气起到引流作用，从而解决了现有烟气混合装置能耗高和烟气混合效果不佳的问题。

Description

一种烟气混合装置及方法
技术领域
本发明涉及气体混合技术领域，尤其涉及一种烟气混合装置及方法。
背景技术
烧结烟气循环工艺，是指将烧结过程排出的一部分载热气体返回烧结点火器以后的台车上再循环使用的一种烧结方法。一种烧结烟气余热分级循环利用和污染物减排工艺及系统(CN201510140855.9)，烧结低温余热循环及排放废气减量的方法及装置(CN200910051731.8)和一种节能环保型烧结废气余热利用和污染物净化工艺及系统(CN201410309084.7)等相关专利所涉及的烧结烟气循环工艺均提出，在烟气循环中为保证烧结矿产质量，应保证循环烟气中含有充足的氧气，因此在工艺设计中通常利用环冷机产生的废气，来补充烧结烟气中的氧气含量。
现有烟气循环典型的工艺流程，如图1所示，主要包括的设备有：环冷机1＇、环冷循环风机11＇、烟气混合器2＇、烟气密封罩31＇、烧结机32＇、除尘器4＇、烧结循环风机41＇、烧结主抽风机42＇、脱硫塔5＇、烟囱6＇及连接设备之间的管路。其工作过程为：物料在烧结机32＇中进行烧结，烧结机32＇卸下的烧结热矿经环冷机1＇冷却后产生环冷废气，环冷废气经环冷循环风机11＇加压后，与取自烧结机32＇首尾部且经烧结循环风机41＇增压的循环烟气，共同进入烟气混合器2＇中，并进一步通过位于烧结机32＇机头的烟气密封罩31＇进入烧结机32＇。烧结机32＇产生的大部分烟气(非循环烟气)通过除尘器4＇，经烧结主抽风机42＇加压输送至脱硫塔5＇和烟囱6＇，最后排出。其中环冷循环风机和烟气混合器联合实现环冷废气和循环烟气的混合，而空气的补充多通过在烟气密封罩上设置通气阀实现。目前，烧结烟气用的混合装置种类很多，如烧结机烟气混合装置(CN201220514547.X)所公布的烟气混合器，通过加装转动叶片使烟气混合均匀，其在使用中存在能量消耗和易损耗等问题；一种气体混合方法(CN201610051481.8)通过内部导流体使烟气混合均匀，由于烟气混合器本身存在较大阻力，因此需在混合器前端必须设置环冷循环风机以克服混合器阻力；基于烧结烟气脱硫系统的烧结机烟气混合装置(CN201320861726.5)所公布的三通烟气混合器，通过设置转动叶片和扰流结构，但是该系统能耗将进一步升高。
同时，由于需要混合的两股烟气的压力、温度、流量和成分等均不同，现有烟气混合装置同时存在一定问题，如三通烟道的混合装置，由于烟道及其弯头的空间有限，在两股气流混合过程中存在气流折冲涡旋、烟道磨损、积灰和混合效果差等问题，甚至会发生气流倒吸，导致烟气循环风机振动加剧以及失速不稳等工况事故；而多混合腔的混合装置及变径混合筒的混合装置虽然可以充分混合烟气，但是二者均不适于含尘量大的烟气。因此，设计出一种低阻力且能便捷调控烟道烟气成分和烟气温度、稳定烟气流量、避免烟道积灰和磨损、保护风机及附属烟道等设备的烟气混合装置对烟气循环工艺的稳定和高效运行意义重大。
同时现有的烟气循环工艺是从密封罩中直接补充空气，由于密封罩空间大，密封罩内的气体在较短的停留时间内就会被吸入烧结床层参加燃烧反应，因此这种方式存在氧气在循环烟气混合不均匀的问题，即在靠近空气进口的区域氧气含量较高，而远离空气进口的区域氧气含量低(又称低氧死区)，这种低氧死区的存在对烧结生产十分不利。因此，通过合理技术手段使得补充进入的空气所携带的氧气在循环烟气中混合均匀也是提高烟气循环工艺稳定的关键所在。
因此，亟待需要一种新型烟气混合装置来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烟气混合装置及方法，以解决现有烟气混合装置能耗高和烟气混合效果不佳的问题。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种烟气混合装置，包括：
烟道入口段；
喉口段，其侧壁环设有多个进气孔，且喉口段的外周设置有环道腔，环道腔连接有环冷废气支管；
烟道出口段；
烟道入口段与喉口段之间连接有缩口段，喉口段与烟道出口段之间连接有扩口段。
作为优选，进气孔轴线与喉口段轴线的夹角为20°～90°。
作为优选，环冷废气支管轴线与喉口段轴线的夹角为15°～75°。
作为优选，环道腔的截面为梯形结构，且梯形结构的角部具有弧形过渡面。
作为优选，还包括空气支管和控制组件，空气支管轴线与喉口段轴线的夹角为30°～90°；空气支管还设有电动阀门，电动阀门与控制组件电连接。
作为优选，烟道出口段上设有氧含量监测器，氧含量监测器与控制组件电连接。
作为优选，烟道出口段的底部设有灰斗。
作为优选，烟道出口段的直径大于烟道入口段的直径。
一种烟气混合方法，向烟道入口段通入烟气，并向环冷废气支管通入环冷废气，环冷废气依次通过环道腔和进气孔后，与烟气混合。
作为优选，对混合气体的氧气含量进行监测，并实时调整进入环道腔内的空气的进气量。
本发明的有益效果：
本发明通过提供一种烟气混合装置及方法，利用将烟气混合装置的主体设计为文丘里管结构，使得循环烟气当流入喉口段时可对环冷废气实现加速和引流，并可保证环冷废气不经环冷风机增压即可充分混合进入循环烟道，从而解决了现有烟气混合装置能耗高和烟气混合效果不佳的问题；环冷废气经过环道腔稳压后，能够使环道腔与喉口段的压差稳定，对环冷废气的波动有一定的缓冲作用；环冷废气先进入环道腔再通过均匀分布于喉口段的进气孔流入，实现了喉口段全周较均匀地进气，对循环烟气起到引流作用，维持了烟道流场的均匀稳定；从进气孔、空气支管和环冷废气支管中引入的气体，呈一定角度进入烟道喉口段后汇流，减小对来流烟气运动的影响，减少了引入气体和来流烟气的碰撞损失；而且引入气体通过一定倾斜角度的进气孔进入烟道喉口段内，避免了引入气体对来流烟气的直接冲击，且使环道腔内充满引入气体，充分利用所有进气孔进气，而引入气体通过进气孔时获得加速，更能对来流烟气起到引流作用；环道腔的截面为梯形结构，且梯形结构的角部具有弧形过渡面，使得环道腔内不存在积灰死角，从而保证气流通畅防止积灰；烟道出口段的底部设置灰斗，可以收集混合气体经扩口段后因流速降低而重力沉降的灰尘；烟道出口段设置氧含量监测器，以实时监测混合后气体中的氧气含量，并反馈给控制组件，控制组件调节空气支管中电动阀门的开度，以保证烧结氧气的充分供应。
附图说明
现将仅通过示例的方式，参考所附附图对本发明的实施方式进行描述，其中
图1是现有技术烧结烟气循环工艺流程示意图；
图2是本发明实施方式提供的烟气混合装置的俯视图；
图3是本发明实施方式提供的烟气混合装置的主视图；
图4是本发明实施方式提供的烧结烟气循环工艺工艺流程示意图。
图中：
1＇、环冷机；11＇、环冷循环风机；2＇、烟气混合器；31＇、烟气密封罩；32＇、烧结机；4＇、除尘器；41＇、烧结循环风机；42＇、烧结主抽风机；5＇、脱硫塔；6＇、烟囱；
1、环冷机；3a、烟气密封罩；3b、烧结机；4、除尘器；41、烧结循环风机；42、烧结主抽风机；5、脱硫塔；6、烟囱；
11、烟道入口段；12、烟道出口段；13、灰斗；14、氧含量监测器；
21、缩口段；22、喉口段；23、扩口段；221、进气孔；
3、环道腔；31、环冷废气支管；32、空气支管；33、电动阀门。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图2所示，图2是本实施方式提供的一种烟气混合装置的俯视图(图中未示出空气支管)，烟气混合装置的主体为文丘里管结构，且沿烟气流向依次设置有烟道入口段11、缩口段21、喉口段22、扩口段23和烟道出口段12。进气孔221均匀且倾斜地环设于喉口段22的周向侧壁上，喉口段22的周向向外延伸有环道腔3，环道腔3包覆于整个喉口段22的外部，环道腔3内部形成有容纳气体的空间。环道腔3的截面可以为圆形结构，也可以为梯形结构，本实施方式不对环道腔3的截面形状进行限定；进一步地，于本实施方式中，环道腔3的截面优选为梯形结构，当环道腔3的截面为梯形结构时，梯形结构的角部具有弧形过渡面，使得环道腔内不存在积灰死角，以保证进入其内部的气流通畅且能够防止其内壁的积灰。
环道腔3向外延伸形成有环冷废气支管31，进气孔221均与环道腔3和环冷废气支管31连通；并且环冷废气支管31也是倾斜设置于环道腔3上，如此设计，可使得环冷废气先从环冷废气支管31进入环道腔3，再通过均匀且倾斜分布于喉口段22周向侧壁的进气孔221进入烟气主通道，进而实现了喉口段22全周较均匀地进气，也实现了对来流烟气的缓冲和稳压，并使环道腔3与烟气主通道形成稳定压差，维持了烟气主通道流场的均匀稳定；进一步地，通过利用环道腔3内充满环冷废气，充分利用喉口段22的所有进气孔221进气，当环冷废气通过进气孔221时产生加速，还能实现对来流烟气的引流作用。此外，喉口段22上的进气孔221倾斜设置，能够使环冷废气呈一定角度与来流烟气汇流，避免了环冷废气对来流烟气的直接冲击，从而减小对来流烟气流动的影响，且减少了引入气体和来流烟气的碰撞损失。
如图3所示，图3是本实施方式提供的一种烟气混合装置的主视图(图中未示出环冷废气支管)，在环道腔3上设置有空气支管32，空气支管32的底部安装有电动阀门33，以控制空气支管32进气。在烟道出口段12的顶部设有氧含量监测器14，以实时监测混合后烟气中的氧气含量；氧含量监测器14的探头延伸至烟道出口段12的中心位置处，可以保证能够更准确地对混合后烟气的氧气含量进行测量。烟气混合装置还设置有控制组件(图中未示出)，氧含量监测器14与控制组件电连接，氧含量监测器14将检测到的氧含量的结果反馈给控制组件，控制组件调节空气支管32中电动阀门33的开度，以保证烧结氧气的充分供应。进一步地，为减少烟气循环过程中的热损失，烟气混合装置的主体外部进行保温处理，实际应用中需要及时清灰，并适时调节空气支管32的电动阀门33的开度。烟道出口段12的直径比烟道入口段11的直径要大，在烟道出口段12的底部设置有灰斗13，可以收集混合烟气经扩口段23后因管径变大流速降低，使部分粉尘因重力而沉降，从而有效地避免了烟道的积灰和磨损。
如图2和图3所示，进气孔221轴线与喉口段22轴线的夹角为20°～90°；环冷废气支管31轴线与喉口段22轴线的夹角为15°～75°；空气支管32轴线与喉口段22轴线的夹角为30°～90°。通过对引入气体的进气结构进行倾斜设置，可以避免引入气体对来流烟气的直接冲击，同时对来流烟气起到引流作用，维持了烟气主通道流场的均匀稳定，减少了引入气体和来流烟气的碰撞损失。其中，环冷废气支管31以一定角度倾斜地接入环道腔3中，可以更加方便其与环道腔3连通。
图4为本实施方式提供的烧结烟气循环工艺工艺流程示意图，如图2至图4所示，其工作原理是：
物料在烧结机3b中进行烧结，烧结机3b卸下的烧结热矿经环冷机1冷却后产生环冷废气，与取自烧结机3b首尾部且经烧结循环风机41增压的循环烟气，共同进入烟气混合装置中，并进一步通过位于烧结机3b机头的烟气密封罩3a进入烧结机3b。烧结机3b产生的大部分烟气(非循环烟气)通过除尘器4，经烧结主抽风机42加压输送至脱硫塔5和烟囱6，最后排出。
其中，相比于传统烧结烟气循环工艺不同的是：循环烟气经烧结循环风机41加压后，经由经典文丘里管结构为主体的烟气混合装置内流过，可以在喉口段22处产生负压，而环冷废气在环冷机1原有的鼓风机(图中未示出)推动下由环冷废气支管31进入环道腔3内，在负压的作用下由进气孔221被吸入喉口段22的来流烟气中，并利用两种流体的压强差使引入的环冷废气与来流烟气进行充分掺混，相比于传统烧结烟气循环工艺，本实施方式具有无需环冷循环风机11，即可有效地实现环冷废气和循环烟气的充分混合，也能有效均化烧结烟气循环工艺中烟道烟气成分和烟气温度、稳定烟气流量。此外，在喉口段22上倾斜设置的空气支管32，其也能够根据混合后烟道出口段12中氧含量变化，随时调控并补充空气。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种烟气混合装置，其特征在于，包括：
烟道入口段(11)；
喉口段(22)，其侧壁环设有多个进气孔(221)，且所述喉口段(22)的外周设置有环道腔(3)，所述环道腔(3)连接有环冷废气支管(31)；
烟道出口段(12)；
所述烟道入口段(11)与所述喉口段(22)之间连接有缩口段(21)，所述喉口段(22)与所述烟道出口段(12)之间连接有扩口段(23)；
所述环道腔(3)上设置有空气支管(32)，所述空气支管(32)轴线与所述喉口段(22)轴线的夹角为30°～90°。
2.根据权利要求1所述的烟气混合装置，其特征在于，所述进气孔(221)轴线与所述喉口段(22)轴线的夹角为20°～90°。
3.根据权利要求1所述的烟气混合装置，所述环冷废气支管(31)轴线与所述喉口段(22)轴线的夹角为15°～75°。
4.根据权利要求3所述的烟气混合装置，其特征在于，所述环道腔(3)的截面为梯形结构，且所述梯形结构的角部具有弧形过渡面。
5.根据权利要求1所述的烟气混合装置，其特征在于，还包括控制组件，所述空气支管(32)还设有电动阀门(33)，所述电动阀门(33)与所述控制组件电连接。
6.根据权利要求5所述的烟气混合装置，其特征在于，所述烟道出口段(12)上设有氧含量监测器(14)，所述氧含量监测器(14)与所述控制组件电连接。
7.根据权利要求6所述的烟气混合装置，其特征在于，所述烟道出口段(12)的底部设有灰斗(13)。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的烟气混合装置，其特征在于，所述烟道出口段(12)的直径大于所述烟道入口段(11)的直径。
9.一种利用如权利要求1～8中任一项所述的烟气混合装置的混合方法，其特征在于，向所述烟道入口段(11)通入烟气，向空气支管内通入空气，并向所述环冷废气支管(31)通入环冷废气，所述环冷废气和空气依次通过所述环道腔(3)和所述进气孔(221)后，与所述烟气混合。
10.根据权利要求9所述的烟气混合方法，其特征在于，对混合气体的氧气含量进行监测，并实时调整进入环道腔(3)内的空气进气量。
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