CN108079708A - 一种环流洗涤塔用气体分布器及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种环流洗涤塔用气体分布器及其设计方法。该气体分布器采用枝状分布器结构，其具有中心进气管和至少一根支管，其中：支管与中心进气管连接，中心进气管的末端设有盲板，并且，该中心进气管末端的盲板上设有排液孔，支管的末端或者最低端附近设有排液孔；支管的管壁上设有气体喷射孔，并且支管的末端设有盲板孔；或者，支管内部设有文丘里型喷嘴。该气体分布器以压降和喷射孔气速为整体设计和控制指标，设计过程简单易行，可控制气泡直径分布和相界面；能在洗涤塔的导流筒内外形成环流，增加气体在液层的停留时间和润湿性，强化洗涤效率；在保证气流均匀分布的同时便于液体和固体沉积物排出，适用于气－液－固三相的大型分离设备。

Description

一种环流洗涤塔用气体分布器及其设计方法

技术领域

本发明涉及一种环流洗涤塔用气体分布器及其设计方法，属于化工技术领域。

背景技术

1、除尘工艺

在气体加工过程中，气体含尘会堵塞工艺管道、引起催化剂结垢失活、增加换热器污垢热阻而降低传热效率、降低终端产品的使用性能等，是制约装置的清洁生产乃至安稳长生产的关键因素，在气体加工过程中须首先解决。

气体净化的效果与灰尘的粒径分布和机械强度相关。对于微米级的固体尘粒分离，布袋除尘、静电除尘在常温常压非烃类体系较为常用；旋风分离器适用于高温、高压烃类体系，但分离的极限为粒径≮4-5μm的刚性颗粒，不适于疏松粉粒分离，如煤气化炉产物携带的煤灰。煤灰中≯4-5μm灰尘占有相当的份额，>4-5μm的煤灰在高速的湍流场内也有大量被破碎为≯4-5μm的小尘粒，对于这类体系，旋风分离器净化效果较低，而且上述干法除尘技术不适用于潮湿的含尘气体。

目前，湿法除尘技术仍然是气体净化的主要方法，该技术将气体中的固体颗粒物用水洗的方法转移到液相中，可以实现气固两相的高效分离，同时也可以加入溶剂进行脱硫脱硝等尾气净化处理，特别是在各种煤气化技术中为国内外普遍采用。

最常用的湿法除尘设备是文丘里洗涤器。其结构简单，操作方便，含煤灰的气体高速进入文丘里洗涤器，同时加入洗涤水，在喉管处水被高速气流湍动场剪切为大量细小的液滴，灰分与水滴接触后被润湿进入液相，可以实现含尘液滴与气体的两相分离。文丘里喉管气速越高，水在喉管内雾化得越充分，液滴与灰尘的碰撞概率越大，脱灰效率越高。但是相应的压降也会越大，造成能耗的急剧增加；而且气速较高时停留时间过短，有相当量的固体颗粒物，特别是微尘，不能被有效脱除，所以通常在文丘里洗涤器后面会增加鼓泡床水洗塔进行补充分离。

在鼓泡床水洗塔中具有相当高度的液层，在塔釜设有气体分布器，将从文丘里管处理后的气相重新射流到床层中，强化气体中固体颗粒物的洗涤效果。这样原来被大气泡包裹着的剩余固体颗粒物在气泡的运动、碰撞、破碎和重新聚并过程中，就有可能与液体接触并被润湿，进入液相后分离。

目前，鼓泡床水洗塔中存在的难题主要集中在三个方面：

1.气体中的微粒径固体颗粒脱除很困难。经过文丘里洗涤器，固体颗粒已经有80～90％以上被转移到水相，剩余颗粒物的粒径总体上较小，其中有相当一部分处于5μ以下，虽然它们在气体中的总含量很少，对总脱除率影响不大，但是它们与空气的物性很接近，悬浮在空气中，与空气的跟随性很好，已不能用机械分离的方法脱除(旋风分离的脱除极限是6-7μ)。从机理上说，由于微液滴间的粘滞曳力大于液滴重力的作用，造成液滴“失重”而难以与气体分离，当液滴粒径降低到某一临界粒径以下时，将处于“雾霾”状态，会严重影响下游产品的质量、引起后续加工过程的催化剂中毒、堵塞管路，此外随着国家对尾气排放的PM2.5的要求逐年提高，必须重视这部分微颗粒的脱除。

2.鼓泡床中部分大气泡包裹的灰分停留时间短，不能被润湿转移到水相脱除。进入鼓泡床的气体经气体分布器以气泡射流的形式分散到床层，一些大气泡中会包裹着部分灰分，没有与水接触，气泡直径越大，包裹的灰分的量也就越多，如果气泡在鼓泡床上升时很稳定没有破碎，这些灰分将不能被水润湿转移到液相脱除。因为气体在鼓泡床中是一次通过式的，不能循环流动，气泡在浮力的作用下停留时间很短，将不利于气泡的破碎和灰分排出、润湿。

3.湿法除尘涉及气－液－固三相，固渣的连续排放困难。按照气固分离机理，气泡越小，气液接触相界面积越大，灰分被水润湿的可能性越大，所以鼓泡床的气体分布器喷射孔应该尽可能小，使得气泡直径变小；但是湿法涉及固相，灰分很容易形成烂泥，堵塞开孔，所以气体分布器的开孔必须考虑抗堵的问题，不能太小。这个矛盾将会造成洗涤效率的降低。而且气体分布器内为气－液－固三相，结构上必须保障固渣的连续排放，所以设备中应尽量避免出现缓流区，防止灰分形成固体颗粒物沉积。而且为了检修设备方便，不能使用无法清扫的环形气体分布器和易于出现缓流沉积的板式气体分布器。

2、现有分布器的专利和存在的问题

在气体湿法除尘技术应用的床层水洗塔中，分布器是最重要的气体分散设备，携带洗涤液和污泥的初级净化气体经过分布器均匀分布后，在水洗塔内生成大量气泡，由气泡相界面进一步对气体进行净化。工艺气体含固含液，容易引起分布器的结垢堵塞和积液堵塞问题，造成装置非正常停车，起到非常关键的作用。

现有技术中的气体分布器主要分为管式气体分布器和板式气体分布器两种，而管式气体分布器又分为环型管式气体分布器和树枝型管式气体分布器。管式气体分布器相对于板式气体分布器存在以下优点：压降小、支管内为平推流、不易形成驻点和死区、方便拆卸清理、易于加工和安装等优点，适用于烟道气湿法除尘领域。

现有的气体分布器通常只用于单相的气体分布，对于含有易于沉积的固体颗粒物和洗涤液相的复杂体系，在分散气相的同时还要实现气液固的机械分离和连续排出，往往不太适用，或者在工程应用中每隔较短的周期就得停工检修，增加了设备操作和运行的成本，也增加了生产的安全风险。下面给出了现有气体分布器的主要专利技术。

“一种用于气液分散的气体分布器”(专利号：201010252164.5)，在与进气管相连的气体分布室上设置喷嘴气体出流元件，目的是为了使气体均匀分散。但是该分布器只能用于气体分散，不能用于输送和分散含有固体颗粒的气体。因为从进气管进入气体分布室后，流通截面积会突然增大，导致气速的突然降低，失速会引起固体颗粒的沉积堵塞。而且气体分布室加工成带有苹果底结构的形状在工业上不容易实现，也不能拆卸，无法在停工或检修时清理沉积的固体，所以不适用于带有杂质的气体。

“上喷式气体分布器”(专利号：201120109568.9)，是一种用于硅粉干燥器内向上输送N₂的气体分布器，通过在分布板上设置多个喷嘴，喷嘴上部设置气体分散帽，并开设气体分散孔。这种分布器同样只适合输送气体，不适合涉及气－液－固三相的含尘气体，因为气体进入分布板后同样因截面积扩大气速会突然降低，形成固体颗粒沉积堵塞，但分布板存在死角，又是水平板，不利于固体颗粒物导出；而且喷嘴的周边气体分散孔很细小，不适合容易发生堵塞的工况。

“一种气体分布器及使用该气体分布器的气液反应釜”(专利号：201320643423.6)，是一种用于反应釜的气体分布器，主要由进气管和布气管组成，布气管上设有若干组布气孔，并使每组布气孔中较大孔径的布气孔呈间隔式排布以便使气体由较大孔径布气孔进入釜体内而使气体均匀分布，该分布器是为了解决粘稠物系，特别是随反应粘度增高的物系的均匀分布问题。该分布器的布气管为环形管，因不能拆卸，不适合含尘气体湿法除尘。

“气体分布器”(专利号：201520788129.3)主要用于乙二醇生产中合成亚硝酸甲酯的固定床反应器。该床层中的反应虽然涉及气－液－固三相，但是这种气体分布器只能用于气体的分布。因为该专利的分布器虽然采用枝状管式结构，但是支管采用类似十字形多分支结构，不是等角度辐射状分布的，流场分布比较复杂，速度分布不够均匀，管内多处形成驻点、或者流动方向发生90o突然转变，容易造成机械能的较大损失和速度的降低，气流的失速容易使携带的杂质沉积引起堵塞，不适合含有固体颗粒物和液体的气流。而且射流孔都是垂直朝下或倾斜朝下的，气流向下射流后不能形成环流，只能用于鼓泡床，不适合于环流床。

“一种气体分布器”(专利号：201420306541.2)属于环型管式气体分布器，用于床层内为气固反应的工况，采用结构相同且对称的A、B两路进气，目的是为了缓解环管内气体压力不均的问题，使喷嘴出口气速均匀稳定。该分布器为环状结构，与枝状分布器的结构和作用效果不同，环状管虽然气体分布均匀，但是管内存在缓流区，不像枝状支管内为平推流，环管内容易形成固体颗粒沉积；而且环管不能拆卸，停工和检修时不能清理固渣，所以只能用于气体分布，不适合含有固渣和液体的气体分布。

“一种气体分布器”(专利号：201510711605.6)公开了一种带有条形分布通道的环管气体分布器，可以提高气体分布的均匀性；而且在条形分布通道进口处设置过滤网，用来除去气体中的杂质和泡沫。该专利属于环管气体分布器，在环管处同样存在缓流区，容易形成沉积，不适合含有杂质的气体。而且，当气流中的杂质含量较高时，滤网的设置可能会导致气体分布器通道堵塞，如果滤网过于稀疏，又会起不到过滤的效果。

“用于碳酸氢铵生产过程中的碳化塔气体分布器”(专利号：201420090094.1)涉及一种专门用于碳酸氢铵生产过程中的碳化塔气体分布器，在集气管四周设置相互交叉的上层分气支管和下层分气支管，集气管底部设置封液槽和排污阀。气体分布器出来的CO₂气体在塔内与氨水反应生成碳酸氢铵晶体，塔内反应虽然涉及气－液－固三相，但气体分布器内主要是CO₂气，塔里的氨水和反应生成的晶体颗粒并没有多少混入分布器，与煤气化尾气加入洗涤水后形成的气－液－固三相复杂体系是不同的。该气体分布器外部仍采用环管，多层分气支管结构不适合输送含有固体颗粒沉积的复杂体系。而且，集气管底部的封液槽的液封效果与塔内液层高有关，为气体返窜往下走，封液槽内须有相当的液封高度，且由于分气支管的上下层设计，该分布器占据的空间高度较大，不适用于在分布器内需要快速实现相分离的湿法除尘。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种能够用于环流洗涤塔的气体分布器，通过采用枝状分布器结构，利用支管上的气体喷射孔或文丘里型喷嘴将气体和部分液体喷出，在导流筒内外形成压力差，实现气体在洗涤塔内的循环流动，增加含尘气泡的停留时间和脱除效率，液体和固体颗粒从支管末端或中心进气管末端的排液孔排出，在分布器内流体呈平推流运动，可避免出现死区和固体颗粒沉降区，能及时有效的排出固体颗粒，特别适合于实现气－液－固三相机械分离的环流洗涤塔。

为达到上述目的，本发明提供了一种环流洗涤塔用气体分布器。该气体分布器采用枝状分布器结构，其具有中心进气管和至少一根支管，其中：

所述支管与所述中心进气管连接，所述中心进气管的末端设有盲板，并且，该中心进气管末端的盲板上设有排液孔，所述支管的末端或者最低端附近设有排液孔；

所述支管的管壁上设有气体喷射孔，并且所述支管的末端设有盲板；或者，所述支管内部设有文丘里型喷嘴。

在上述环流洗涤塔用气体分布器中，优选地，所述支管以中心进气管为中心呈发散状等角度均匀设置。各个支管之间的夹角相等，以中心进气管为中心向四周发散。

支管可以为直管或折弯管，其中，直管是指支管的整体上为直线型，其起始端和末端可以根据需要有一定的弯头或者折角段；折弯管可以由两部分相互之间成一定角度的直管组成，两部分直管之间成一定角度，其起始端和末端可以根据需要有一定的弯头或者折角段，折弯管的形式不限于此。

支管可以采用水平设置、倾斜设置或竖直设置的设置方式，其中：水平设置是指各个支管位于同一水平面上，分别与中心进气管的中心线垂直；倾斜设置是指各个支管与中心进气管的中心线之间成一定的角度(一般为锐角)，其中，当支管为直管时，其主体部分与中心进气管的中心线之间成一定的角度，在其与中心进气管相连接的部分可以有适当长度的水平段(这一水平段就是前面所提到的直管的折角段)，当支管为折弯管时，倾斜设置是指折弯管的倾斜部分与中心进气管的中心线成一定的角度；竖直设置是指折弯管中的一部分是竖直段，参见图6a-图6c。对固含率较高或者固体颗粒较大的体系，支管适宜采用倾斜设置或竖直设置，因为流体在倾斜管或竖直管内比在水平管内的流速更大，更容易排出固体颗粒；对固含率较低或者固体颗粒较小的体系，支管适宜采用水平设置，因为水平管的结构简单，设计和加工难度低，这里固体颗粒物量少且细小，容易随液排出。

在上述环流洗涤塔用气体分布器中，支管的末端或者最低端(最低端是指一根管最低的部位，工程上一般把排泄孔放在低处，避免积液，有时倾斜管的支管从中心向外可能会向下倾斜，这时排泄孔会设在最外端)附近设有排液孔。当支管为直管时，排液孔一般设置在支管的水平段的末端或者支管的倾斜部分的末端，排液孔不仅能排液，也能泄渣，使液体在管内呈平推流运动(流动可分为全混流、平推流、或介于两者之间的流动。全混流可以理解为有强烈的返混(比如搅拌)，返混会造成滞留，即固渣沉积；平推流可以理解为在直跑道上齐头并进，有利于排渣)，没有返混滞留，可以最大限度地防堵。

支管的数量可以为双数个，设置四个、六个或八个支管都可以，等角度均匀排布即可，支管的数量可以由处理量决定，可根据喷射孔气速和分布器压降控制设计结构参数。

在上述环流洗涤塔用气体分布器中，中心进气管底部为圆筒形或倒锥筒形。

在上述环流洗涤塔用气体分布器中，优选地，支管的入口或出口为文丘里型喷嘴结构，即支管的文丘里型喷嘴的安装位置可以在支管入口处，也可以在支管出口处，优选在支管出口处。支管中还可以既设有文丘里型喷嘴结构，又设有射流孔，文丘里喷嘴的喉管的管壁处设置自吸孔。因为有固体颗粒物的存在，气体喷射孔的直径不能太小，否则容易堵塞，但是这样射流气泡的直径将比较大，将不利于增大相界面和气固分离，所以这两者存在矛盾。而支管中采用文丘里喷嘴可以代替气体喷射孔或减少气体喷射孔的使用，因为文丘里管具有一个喉径，该处气速很大，可以实现气体对液体的高速剪切，形成细小的气泡和液滴；同时文丘里的喉管面积相当于总的射流孔面积，比单个射流孔面积大得多，可以避免固体堵塞，对固含率较高或者固体颗粒较大的体系，支管可优选文丘里型结构。

在上述环流洗涤塔用气体分布器中，文丘里型喷嘴的喉管长度可以控制为支管直径的0.2-3倍，优选地为0.5-2倍；其收缩段长度为支管直径的0.5-2倍，优选为1-1.5倍；其扩张段长度为支管直径的1-3倍，优选为1.5-2.5倍。文丘里型喷嘴的喉管长度增加，有利于气液剪切和灰分润湿，但太长会增加压降，而且受塔径和塔高限制，此外受缩段和扩张段长度应该与喉管长度协调。

文丘里型喷嘴处优选设有至少一个自吸孔结构。因为文丘里管在喉管处形成高速低压的流场，外界的水压高于喉管压力，通过自吸孔结构可以吸入一部分水，对于破坏包裹着灰分的大气泡具有很好的剪切作用，可提高洗涤效率。

在上述环流洗涤塔用气体分布器中，优选地，所述支管的末端距所述中心进气管的轴线垂直距离l为环流洗涤塔的塔径D的0.3-0.4倍，优选为0.33-0.36倍，如图7所示。这样可以规定支管的水平投影长度，即管末端的盲板到总进气管中心轴线的垂直距离。支管如果太短，气体在导流筒内的分布不均匀，支管如果太长，机械强度变差，而且容易触碰到导流筒内壁，而且水平投影长度l无论对直管还是斜管或折弯管都适用。

在上述环流洗涤塔用气体分布器中，气体喷射孔可以为垂直通孔或斜孔，优选地，垂直通孔或斜孔的外面可以连接有短管，平孔的孔壁薄，边界层分离严重，短管具有导流的作用，加工时一般先打孔，再焊上一个短管，可以使射流阻力更小；更优选地，所述短管为收缩型短管喷嘴，可以减小出口流动阻力，提高气体射流速度。

在上述环流洗涤塔用气体分布器中，优选地，所述气体喷射孔的孔径为2-12mm。

优选地，所述气体喷射孔的形状为带圆弧倒角的矩形、圆形或长椭圆形。有圆弧倒角可以避免应力集中，增强机械强度，并且有利于开出较大的开孔率。

在上述环流洗涤塔用气体分布器中，优选地，所述气体喷射孔位于所述支管的正上方及左右10-45°处，共计3-5排。

气体分布器的支管形式(支管或弯管；水平设置、倾斜设置或竖直设置)、开孔形式(垂直通孔或斜孔，或者再连接有短管)、是否采用文丘里型喷嘴，自吸孔个数，可以根据工艺气处理量、固含率、固体颗粒物的粒径分布、分离要求进行选择匹配。

在上述环流洗涤塔用气体分布器中，优选地，两个气体喷射孔的孔中心间距为喷射孔孔径的2-8倍，更优选为4-6倍。两孔中心间距不能过小，否则两孔的射流会相互干扰，造成不必要的压降和流速降低，但间距过大又会造成开孔率降低，影响处理能力。

在上述环流洗涤塔用气体分布器中，所述排液孔可以为格栅型开孔，优选为圆形开孔、正方形开孔或者矩形开孔(可以带有圆弧倒角)。

在上述环流洗涤塔用气体分布器中，优选地，排液孔位于所述中心进气管的盲板上，以及支管的末端正下方管壁上，或者倾斜支管或折弯管的最低点管壁上，即：当支管为直管并采用水平设置的设置方式时，排液孔位于支管的末端正下方的管壁上，当支管为直管并采用倾斜设置的设置方式时，排液孔位于所述支管的最低点的管壁上，当支管为折弯管时，排液孔位于所述折弯管的最低点的管壁上。将排液孔设置在这样的位置便于排放含尘液体，避免固体颗粒物积存。

本发明还提供了上述环流洗涤塔用气体分布器的设计方法，其中，该设计方法包括通过以下方式确定气体分布器的喷射孔开孔面积、气体分布器压降和排液孔的开孔面积的步骤：

气体喷射孔的总开孔面积或文丘里管的喉管总面积按照以下公式确定：

气体分布器的气体喷射孔的压降按照以下公式确定：

排液孔的开孔面积按照以下公式确定：

上述公式中：S为气体喷射孔的总开孔面积或文丘里管的喉管总面积，单位为m²，S的设计范围为支管侧壁面积的5％-25％，优选的为支管侧壁面积的10％-15％；Q为气体分布器的气体处理量，单位为m³/s；u₀为喷射孔气速或文丘里管的喉管气速，单位为m/s，u₀的设计范围为50-180m/s，优选的为70-150m/s；ΔP_孔为气体分布器压降，单位为Pa；C为气体分布器的气体喷射孔或文丘里型喷嘴的压降系数，无量纲，C＝0.5-0.9；ψ为孔形状系数，无量纲，范围为0.1-1；t为气体喷射孔壁厚，单位为m；ρ_g为气体密度，单位为kg/m³；S'为排液孔的开孔面积，单位为m²；L为气流中的液体流量，单位为m³/s。

本发明还提供了一种环流洗涤塔，其中，该环流洗涤塔中设有上述环流洗涤塔用气体分布器，在环流洗涤塔内设置有导流筒；优选地，所述中心进气管与所述环流洗涤塔中的环流床以及导流筒同心。环流洗涤塔的结构如图1所示，塔内设有导流筒，导流筒的下端设置有气体分布器作为内循环流化床的供气和布气主要构件，气体在环流床水洗塔中可以循环流动，比鼓泡床具有更长的停留时间和更好的混合性能。气体分布器对内循环流化床的多相流动特性和分离有重要作用，其与输气管线安装位置的主视图、俯视图和侧视图如图2a-图2c所示。

在环流洗涤塔中，所述气体分布器的中心进气管由导流筒顶端上方引入，或由导流筒侧壁中间部位引入，沿着中心轴线向下延伸，气体分布器在环流洗涤塔内的安装位置与导流筒的下端平齐，或略高于导流筒的下端；优选地，所述气体分布器的安装位置与导流筒下端平齐。当气体分布器采用倾斜或竖直支管结构时具有一定的高度，为了形成环流，中心管底板的位置应该与导流筒下端平齐，这样支管的顶端或者文丘里出口的顶端就会比导流筒下端高；而采用水平支管时，支管应该与导流筒下端平齐。

本发明的技术方案具有以下优点：

(1)本发明的气体分布器适用于环流洗涤湿式塔除尘工艺，对不同处理量可用增加支管个数来实现插件式设计，设计过程简单易行。该分布器可根据操作工况和含尘气体特性选用不同支管类型、气体喷射孔孔型、孔径，然后根据含尘气体的处理量，以压降和射流孔气速作为整体设计和控制条件，确定分布器支管个数，喷射孔开孔面积(即喷射孔数量)。可以量化控制气泡直径和相界面的分布范围，在保证各支管内水力学指标一致的前提下，通过等角度均匀设计支管根数和开孔率确定分布器规模。

(2)可以解决含尘气体中微颗粒脱除的难题，对影响大气污染物指数的微尘进行循环强化捕集。分布器中心进气管与环流洗涤器同心，分布器与导流筒下端平齐或略高，而后在中心进气管上向四周分出支管，气体喷射孔设置于支管上半部分，这种结构可以确保气体向上方射流，在在床层的导流筒内外形成压差，从而围绕导流筒形成环流。这样可以改善鼓泡床气体一过性停留时间短的缺点，强化气体在床层内的循环流动，使得气泡多次被破碎、聚并，里面的灰分也有更多的机会与水接触润湿，转移到液相分离。配套该分布器的环流洗涤器，既可以单独使用，也可以作为文丘里洗涤器的二次强化捕集应用，从而使得颗粒的总脱除率，特别是低粒径颗粒的粒级脱除率得到显著提高。

(3)这种枝状支管的流场更趋近平推流，在末端或最低点设置排液和泄渣孔，不易形成死区和固体颗粒沉积区。相对于环形分布器和板式分布器，支管的设计更灵活、加工简单、方便拆装、便于清理。在保证气流均匀分布的同时，末端的排液孔便于气流中的液体排除，同时也利于固体沉积物排出，使分布管元件不易堵塞。特别适用于大型洗涤设备、气相处理量较大以及易结垢的工况，对于有固相沉积的气、液、固三相分离尤为适用。

(4)分布器设计灵活，可根据含尘气体处理量、固体颗粒物的总含量和粒径分布、总脱除率和粒级脱除率要求，对环流洗涤器结构和操作条件灵活配合。当气体中的固含率和当固体颗粒物含量较高和粒径较大时，可以采用倾斜支管或折弯管，总进气管底部也可以采用倒锥形结构，底板开排液孔，便于颗粒向下滑动排出；当含尘量较低、粒径较小时或对较小除尘设备，也可以采用水平支管和垂直射流孔，以减小设计难度。此外，进气管从支管上方进入，还可以避免气体管路在气压不够时形成液体倒灌的危险。

(5)为了保证射流气泡的气液相界面足够大，同时避免堵塞，对于不同粒级颗粒分布的含尘气体，该分布器的开孔形式可以更灵活，可以采用通孔或短管，也可以采用文丘里型喷嘴。对极细颗粒，为了保证较小的气泡直径，可采用在支管内设文丘里射流管的结构，文丘里的喉径远大于气体喷射孔，既可以保证在高速剪切作用力下获得微粒径气泡，增大微颗粒的捕集率，也可以避免进入液相的固体颗粒物发生灰团聚堵塞气孔，但设计时必须保证支管长度足够长。

附图说明

图1为环流洗涤塔的结构示意图；

图2a为进气管和气体分布器的装配图的主视图；

图2b为进气管和气体分布器的装配图的俯视图；

图2c为进气管和气体分布器的装配图的测试图；

图3a为采用水平支管、支管壁上采用垂直喷射孔的气体分布器的三维示意图；

图3b为采用水平支管、支管壁上采用垂直喷射孔的气体分布器的主视图；

图3c为采用水平支管、支管壁上采用垂直喷射孔的气体分布器的俯视图；

图4a为采用水平支管、支管壁上采用收缩型短管喷嘴的气体分布器的三维示意图；

图4b为采用水平支管、支管壁上采用收缩型短管喷嘴的气体分布器的主视图；

图4c为采用水平支管、支管壁上采用收缩型短管喷嘴的气体分布器的俯视图；

图5a为采用倾斜支管、支管壁上采用垂直喷射孔的气体分布器的三维示意图；

图5b为采用倾斜支管、支管壁上采用垂直喷射孔的气体分布器的主视图；

图5c为采用倾斜支管、支管壁上采用垂直喷射孔的气体分布器的俯视图；

图6a为采用折弯支管、支管内采用文丘里型管嘴的气体分布器的三维示意图；

图6b为采用折弯支管、支管内采用文丘里型管嘴的气体分布器的主视图；

图6c为采用折弯支管、支管内采用文丘里型管嘴的气体分布器的俯视图；

图7为气体分布器的支管水平投影距离l的示意图；

图8为采用水平支管、支管壁上有垂直喷射孔的气体分布器的局部剖视图；

图9为采用水平支管、支管内安装文丘里型管嘴的气体分布器的局部剖视图；

图10为采用水平支管、支管壁上设有收缩型短管喷射孔的气体分布器的局部剖视图；

图11为采用折弯倾斜支管、支管内安装文丘里型管嘴的气体分布器的局部剖视图；

图12a为气体分布器的支管壁面上的垂直喷射孔的局部剖视图；

图12b为气体分布器的支管壁面上的收缩短管喷射孔的局部剖视图；

图12c为气体分布器的支管壁面上的排液孔的局部剖视图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种配合环流水洗塔使用的除尘气体分布器，其结构如图3a-图3c、图8所示。

该气体分布器由中心进气管1和四根支管2组成，其中，中心进气管1的末端设有盲板，并且，该盲板上设有排液孔4，如图3c所示，支管2的正下方末端也设有排液孔4，上述排液孔为图12c所示的圆形通孔；

四根支管2均为直管，以水平设置的方式均匀分布在中心进气管1的四周并向外发散，形成枝状结构；

支管2的管壁上设有气体喷射孔3，如图8所示，该气体喷射孔3为如图12a所示的垂直通孔；气体喷射孔3的孔径为5mm，其形状为圆形；气体喷射孔3位于支管2的正上方及左右45°处，共计3排；两个气体喷射孔3的孔中心间距为气体喷射孔3孔径的6倍；

支管2的末端附近设有排液孔4，其为如图12c所示的圆形通孔；

支管2的末端设有盲板5，该盲板上不设排液孔；支管2的盲板5距中心进气管1的轴线的垂直距离l为环流洗涤塔的塔径D的0.35倍。

本实施例还提供了一种配合环流水洗塔使用的环流洗涤塔，其设有本实施例提供的气体分布器，其结构如图1所示。

该环流洗涤器主要由筒体、导流筒、气体输送管和气体分布器组成，气体分布器在环流洗涤塔内的安装位置与导流筒的下端平齐。

气体分布器的喷射孔开孔面积、分布器压降和排液孔开孔面积的设计步骤如下：

气体喷射孔的总开孔面积按照以下公式确定：

气体分布器的气体喷射孔的压降按照以下公式确定：

排液孔的开孔面积按照以下公式确定：

上述公式中：S为气体喷射孔总开孔面积，其为支管侧壁面积的20％，其值为0.04m²；Q为气体分布器的气体处理量，其值为150-180m³/h；u₀为喷射孔气速，u₀的设计范围为40-80m/s；ΔP_孔为气体分布器压降，其值为0.2-0.25atm；C为气体分布器的气体喷射孔的压降系数，其值为0.6；t为气体喷射孔壁厚，其值为2mm；ρ_g为气体密度，单位为kg/m³；S'为排液孔的开孔面积，其值为80mm²；L为气流中的液体流量，其值为1-1.5m³/h。

含尘气体被雾化的液体润湿后，形成包含气液固三相的复杂气相体系，通过中心进气管进入气体分布器，由此射流进入环流洗涤器，由于射流的气体在导流筒内外具有压差，形成环流，通过气泡的湍动、生长、破碎、聚并，使得气泡中包裹的灰分被释放出来，与水接触润湿，转移到液相分离；粒径较大的含尘液滴汇聚成浆液，其中一部分浆液在环流洗涤塔内循环流动，另一部分则由塔釜排出；洁净后的气体由塔顶引出。

此外，进气管从支管上方进入，还可以避免气体管路在气压不够时形成液体倒灌的危险。

采用水平直管设计简单，机械强度较好，造价低；适用于固体粒径较小、含尘量也较小的体系，或处理量较小，环流洗涤器规模较小的工况，并不易形成堵塞，在停工检修时便于拆装，而且对安装高度要求低。

实施例2

本实施例提供了一种气体分布器，其结构如图4a-图4c、图10所示。

该气体分布器的支管壁上所设置的气体喷射孔为收缩型短管喷嘴6，如图10所示，收缩型短管喷嘴6的截面图如图12b所示，该收缩型短管喷嘴6的入口孔径为6mm，出口孔径为4mm。

该气体分布器的其他结构如实施例1中的气体分布器相同。

实施例3

本实施例提供的一种配合环流水洗塔使用的除尘气体分布器，其结构如图5a-图5c所示。

该气体分布器由中心进气管1和四根支管2组成，其中，中心进气管1的末端设有盲板，并且，该盲板上设有排液孔，如图5c所示，该排液孔为图12c所示的圆形通孔；

四根支管2的主体部分为直管，在与中心进气管1连接的部分为一小段水平段；四根支管2以倾斜设置的方式(支管2的直管与中心进气管1的中心线成适当的锐角)均匀分布在中心进气管1的四周并向外发散，形成枝状结构；支管2的水平段的底部设有排液孔4，如图5a、图5b所示，另外，在直管的末端相对于其他喷射孔的位置处设有排液孔4，如图5a所示，其为如图12c所示的圆形通孔；

支管2的管壁上设有气体喷射孔3，如图8所示，该气体喷射孔3为如图12a所示的垂直通孔；气体喷射孔3的孔径为5mm，其形状为圆形；气体喷射孔3位于支管2的正上方及左右45°处，其中，靠近中心进气管1的部分设有5排，支管2的远端处设有3排；两个气体喷射孔3的孔中心间距为气体喷射孔3孔径的6倍；

支管2的末端设有盲板5，该盲板上不设排液孔；支管2的盲板5距中心进气管1的轴线的垂直距离l为环流洗涤塔的塔径D的0.35倍。

本实施例还提供了一种环流水洗塔，其设有本实施例提供的气体分布器，气体分布器的最低端在环流洗涤塔内的安装位置与导流筒的下端平齐。

气体分布器的喷射孔开孔面积、分布器压降和排液孔开孔面积的设计步骤如下：

气体喷射孔的总开孔面积总面积按照以下公式确定：

气体分布器的气体喷射孔的压降按照以下公式确定：

排液孔的开孔面积按照以下公式确定：

上述公式中：S为气体喷射孔的总开孔面积，为支管侧壁面积的20％，其值为0.04m²；Q为气体分布器的气体处理量，其值为150-180m³/h；u₀为喷射孔气速，其值为40-70m/s；ΔP_孔为气体分布器压降，其值为0.2-0.25atm；C为气体分布器的气体喷射孔的压降系数，其值为0.6；t为气体喷射孔壁厚，其值为2mm；ρ_g为气体密度，单位为kg/m³；S'为排液孔的开孔面积，其值为80mm²；L为气流中的液体流量，其值为1-1.5m³/h。

这种分布器适用于固体总颗粒物含量中等、粒径中等的含尘气体的工况，当采用倾斜支管时比直管更容易保证颗粒物向下滑动排出，不容易堵塞，排液孔设置在倾斜管的最低处，利于排水卸渣和避免停工积存。

在塔壁较薄时，气体喷射孔采用收缩性短管，可以增加孔口的导流系数，减小压降，同时具有导向作用，容易形成环流。

实施例4

本实施例提供了一种除尘气体分布器，其结构如图6a-图6c和图11所示。

该气体分布器由中心进气管1和四根支管2组成，其中，中心进气管1下部采用收缩形倒锥结构，底部设有盲板，并且，该盲板上设有排液孔，如图5c所示，该排液孔为图12c所示的圆形通孔；

四根支管2为折弯管，包括相互成一定角度的两部分直管，以下以与中心进气管1的远近分别称为近端直管和远端直管；该折弯管与中心进气管1连接的部分为一小段水平段；四根支管2以倾斜设置的方式(支管2的近端直管与中心进气管1的中心线成适当的锐角、直管的远端直管与中心进气管1平行)均匀分布在中心进气管1的四周并向外发散，形成枝状结构；支管2的水平段的底部设有排液孔，如图6a、图6b所示，另外，在直管的末端相对于其他喷射孔的位置处设有排液孔，如图6a所示；

支管内安装文丘里型管嘴7，支管2的末端为敞开式，不设盲板，支管2最低端附近设有排液孔；

支管2外端距中心进气管1的轴线的垂直距离l为环流洗涤塔的塔径D的0.35倍。支管2的文丘里型喷嘴7安装在支管2出口；其喉管长度为支管2直径的0.5倍，其收缩段长度为支管2直径的1倍，扩张段长度为支管2直径的1.5倍。文丘里型喷嘴的喉管长度增加，有利于气液剪切和灰分润湿，但太长会增加压降，受塔径和塔高限制，受缩段和扩张段长度应该与喉管长度协调。

气体分布器支管出口在环流洗涤塔内的安装位置比与导流筒的下端略高。

气体分布器的文丘里型喷嘴喉管总开孔面积、分布器压降和排液孔开孔面积的设计步骤如下：

气体分布器的文丘里型喷嘴喉管总开孔面积按照以下公式确定：

气体分布器的喷嘴压降按照以下公式确定：

排液孔的开孔面积按照以下公式确定：

上述公式中：S为文丘里型喷嘴的喉管总面积，为支管侧壁面积的25％，其值为0.05m²；Q为气体分布器的气体处理量，其值为150-180m³/h；u₀为文丘里型喷嘴的喉管气速，u₀的设计范围为50-80m/s；ΔP_孔为气体分布器压降，其值为0.2-0.25atm；C为气体分布器的喷嘴压降系数，其值为0.9；t为喷嘴壁厚，其值为3mm；ρ_g为气体密度，单位为kg/m³；S'为排液孔的开孔面积，其值为80mm²；L为气流中的液体流量，其值为1-1.5m³/h。

这种分布器适用于固体总颗粒物含量较高、粒径较大的含尘气体，或处理量较大，环流洗涤器规模较大的工况。该气体分布器的支管采用折弯倾斜支管、相对于水平管来说固体颗粒随液相的流动阻力更小，同时中心总进气管的底部也采用倒锥型结构，更容易实现固体颗粒的及时移除；这种支管的立式结构，对塔径的要求不高，只要有足够的安装高度即可，体现出较高的操作弹性。同时，支管内安装文丘里型管嘴，不必担心因气体喷射孔过小引起的灰分堵塞的问题。

实施例5

本实施例提供了一种气体分布器，其采用水平支管，支管内安装文丘里型管嘴7，其结构如图9所示。文丘里型管嘴的安装方式与实施例4类似。

该气体分布器的其他结构与实施例1的气体分布器相同。

Claims (10)

1.一种环流洗涤塔用气体分布器，其特征在于，该气体分布器采用枝状分布器结构，其具有中心进气管和至少一根支管，其中：

所述支管与所述中心进气管连接，所述中心进气管的末端设有盲板，并且，该中心进气管末端的盲板上设有排液孔，所述支管的末端或者最低端附近设有排液孔；

所述支管的管壁上设有气体喷射孔，并且所述支管的末端设有盲板孔；或者，所述支管内部设有文丘里型喷嘴。

2.根据权利要求1所述的环流洗涤塔用气体分布器，其特征在于，所述支管以中心进气管为中心呈发散状等角度均匀设置；

优选地，所述支管为直管或折弯管，支管采用水平设置、倾斜设置或竖直设置的设置方式；

优选地，所述支管的数量为双数个；

优选地，所述中心进气管底部为圆筒形或倒锥筒形；

优选地，所述支管的文丘里型喷嘴处设有至少一个自吸孔结构。

3.根据权利要求1或2所述的环流洗涤塔用气体分布器，其特征在于，所述支管的盲板距所述中心进气管的轴线的垂直距离l为环流洗涤塔的塔径D的0.3-0.4倍，优选为0.33-0.36倍。

4.根据权利要求1-3任一项所述的环流洗涤塔用气体分布器，其特征在于，所述气体喷射孔为垂直通孔或斜孔，优选地，所述垂直通孔或斜孔外面连接有短管；更优选地，所述短管为收缩型短管喷嘴；

优选地，所述气体喷射孔的孔径为2-12mm；

优选地，所述气体喷射孔的形状为带圆弧倒角的矩形、圆形或长椭圆形；

优选地，所述气体喷射孔位于所述支管中心线的正上方及左右10-45°处，共计3-5排。

5.根据权利要求1或4所述的环流洗涤塔用气体分布器，其特征在于，两个所述气体喷射孔的孔中心间距为喷射孔孔径的2-8倍，优选为4-6倍。

6.根据权利要求1-3任一项所述的环流洗涤塔用气体分布器，其特征在于，所述支管的文丘里型喷嘴的安装位置在支管入口处或者支管出口处，优选在支管出口处；

所述支管的文丘里型喷嘴的喉管长度为支管直径的0.2-3倍，优选为0.5-2倍；所述支管的文丘里型喷嘴的收缩段的长度为支管直径的0.5-2倍，优选为1-1.5倍；所述支管的文丘里型喷嘴的扩张段长度为支管直径的1-3倍，优选为1.5-2.5倍。

7.根据权利要求1-6任一项所述的环流洗涤塔用气体分布器，其特征在于，所述排液孔为格栅型开孔，优选为圆形开孔、正方形开孔或矩形开孔；

优选地，当所述支管为直管并采用水平设置的设置方式时，所述排液孔位于所述支管的末端正下方的管壁上，当所述支管为直管并采用倾斜设置的设置方式时，所述排液孔位于所述支管的最低点的管壁上，当所述支管为折弯管时，所述排液孔位于所述折弯管的最低点的管壁上。

8.权利要求1-7任一项所述的环流洗涤塔用气体分布器的设计方法，其特征在于，该设计方法包括通过以下方式确定气体分布器的气体喷射孔开孔面积或文丘里型喷嘴的喉管总面积、气体分布器压降和排液孔的开孔面积的步骤：

气体喷射孔的总开孔面积或文丘里型喷嘴的喉管总面积按照以下公式确定：

<mrow> <mi>S</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>Q</mi> <msub> <mi>u</mi> <mi>o</mi> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

气体分布器的气体喷射孔的压降按照以下公式确定：

排液孔的开孔面积按照以下公式确定：

<mrow> <msup> <mi>S</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>L</mi> <msub> <mi>u</mi> <mi>o</mi> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

上述公式中：S为气体喷射孔的总开孔面积或文丘里型喷嘴的喉管总面积，单位为m²，S的设计范围为支管侧壁面积的5％-25％，优选为支管侧壁面积的10％-15％；Q为气体分布器的处理量，单位为m³/h；u₀为气体喷射孔的气速或文丘里型喷嘴的喉管气速，单位为m/s，u₀的设计范围为50-180m/s，优选为70-150m/s；ΔP_孔为气体分布器压降，单位为Pa；C为气体分布器的气体喷射孔的压降系数或文丘里型喷嘴的压降系数，无量纲，C＝0.5-0.9；ρ_g为气体密度，单位为kg/m³；S'为排液孔的开孔面积，单位为mm²；L为气流中的液体流量，单位为m³/h。

9.一种环流洗涤塔，其特征在于，该环流洗涤塔中设有权利要求1-7任一项所述的环流洗涤塔用气体分布器，环流洗涤塔内设置有导流筒；优选地，所述中心进气管与所述环流洗涤塔中的环流床以及所述导流筒同心。

10.根据权利要求9所述的环流洗涤塔，其特征在于，所述气体分布器的中心进气管由所述导流筒顶端上方引入，或由所述导流筒侧壁中间部位引入，沿着中心轴线向下延伸，所述气体分布器在所述环流洗涤塔内的安装位置与所述导流筒的下端平齐，或略高于所述导流筒的下端；优选地，所述气体分布器的安装位置与所述导流筒下端平齐。