CN109264753B - 生料浆喷枪、氧化铝熟料窑和喷洒生料浆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生料浆喷枪，包括：内管(1)，该内管形成生料浆的流动通道，内管包括浆液进料端口(11)和浆液喷料端口(12)；以及外管(2)，该外管套设在内管的外部，并且与内管的外壁围合形成压缩气体的流动通道，外管包括气体进料端口(21)和气液混合喷料端口(22)；其中，浆液喷料端口设置在外管的内部并且与气液混合喷料端口相间隔地设置。本发明还公开了一种氧化铝熟料窑，包括上述的生料浆喷枪。本发明还公开了一种喷洒生料浆的方法。本发明中生料浆的压力要求比现有技术显著降低，可以有效解决现有技术中喷嘴磨损快、喂料泵使用周期短、喷孔易堵塞等问题。
Description
技术领域
本发明涉及氧化铝生产利用，具体地涉及生料浆喷枪、氧化铝熟料窑和喷洒生料浆的方法。
背景技术
用烧结法生产氧化铝时，磨碎的生料浆在熟料窑中高温烧结为输料后进入后续工艺。经过磨碎的生料浆需要通过喷枪喷入熟料窑中，才能在熟料窑中进行高温烧结反应。
生料浆配置和熟料烧结是烧结法生产氧化铝过程中最关键的工序，而生料浆喷枪则是连接两个关键工序的核心设备。通过生料浆喷枪的雾化，生料浆实现从浆液到雾滴的转变，生料浆雾滴在熟料窑中被烘干成干料并进一步进行烧结。
目前，国内外生料浆喷枪普遍采用带螺旋枪管+离心式压力喷嘴的结构形式。离心式压力喷嘴一般由漩涡片、喷孔片和外套组成；但在实际应用中存在以下几个问题：1)由于生料浆固含大，喷孔直径小，因此需要极高压力才能将浆液雾化，导致喷孔磨损速度快，喷孔直径不断增大,使生料浆的雾化程度越来越差；2)由于雾化压力大,致使生料浆的喂料泵的易损件磨损快、油温高等，使喂料泵泵的使用周期缩短,增加了维修费用；3)当生料浆中存在大颗粒时，喷枪中喷孔极易堵塞，导致生产中断。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述等问题，提供一种生料浆喷枪和喷洒生料浆的方法，以在较低的生料浆压力下实现生料浆的均匀雾化。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种生料浆喷枪，包括：内管，该内管形成生料浆的流动通道，所述内管包括浆液进料端口和浆液喷料端口；以及外管，该外管套设在所述内管的外部，并且与所述内管的外壁围合形成压缩气体的流动通道，所述外管包括气体进料端口和气液混合喷料端口；其中，所述浆液喷料端口设置在所述外管的内部并且与所述气液混合喷料端口相间隔地设置。
优选地，所述外管包括主体管段和设置在所述气液混合喷料端口处的变径管段，所述变径管段的一端连接至所述主体管段，另一端渐缩并且设置有喷嘴。
优选地，所述浆液喷料端口设置在所述主体管段中。
优选地，所述浆液喷料端口和所述喷嘴之间的间距为5cm至10cm。
优选地，所述内管和所述外管同轴设置，所述浆液喷料端口和所述喷嘴与所述内管和所述外管同轴设置。
优选地，所述变径管段的内壁面构造成凹凸不平的表面结构。
优选地，所述变径管段的内壁面上开设有螺纹，该螺纹的开设深度不小于2mm，螺距为2.2mm至4.5mm。
优选地，所述变径管段可拆卸地连接至所述主体管段。
优选地，用于输送所述压缩气体的管路中设置有用于调节所述压缩气体的压力和/或流量的第一调节阀；用于输送所述生料浆的管路中设置有用于调节所述生料浆的压力和/或流量的第二调节阀。
优选地，所述浆液进料端口通过第一柔性连接管连接至所述生料浆的喂料泵的出口，所述气体进料端口通过第二柔性连接管连接至所述压缩气体的气源。
优选地，所述内管和/或所述外管为无缝钢管；其中，所述变径管段的材质为耐磨钢。
本发明另一方面还提供一种氧化铝熟料窑，包括上述的生料浆喷枪。
本发明另一方面还提供一种喷洒生料浆的方法，包括：设置内管，通过所述内管输送生料浆；所述内管包括浆液进料端口和浆液喷料端口；在所述内管外部套设外管，通过所述内管和所述外管之间的通道输送压缩气体；所述外管包括气体进料端口和气液混合喷料端口；使所述浆液喷料端口位于所述外管内部，并且使所述浆液喷料端口与所述气液混合喷料端口相互间隔开。
优选地，所述生料浆的含水率为36％-45％，比重为1.55t/m3-1.65t/m3。
优选地，所述生料浆的成分包括碳酸钠溶液、粉煤灰、石灰石和无烟煤中的一者或者几者，所述生料浆的粒度为大于160目的颗粒的质量不超过颗粒物的总质量的14％。
优选地，所述压缩气体的压力大于所述生料浆的压力，优选所述压缩空气的压力不低于0.4MPa。
优选地，所述生料浆在管道中的流动速度不低于1.5m/s。
优选地，所述生料浆与所述压缩气体的体积比为1m3:(20-40)m3。
通过上述技术方案，本发明提供的生料浆喷枪设置成外管套设在内管外部的结构，生料浆从内管中输送，压缩气体从内管和外管之间的通道中输送。内管的浆液喷料端口设置在外管内部，并且浆液喷料端口与外管的气液混合喷料端口相间隔地设置。这样，生料浆从浆液喷料端口喷洒出来后，被外管中的压缩气体裹挟推动朝向气液混合喷料端口高速运动；并且在运动过程中，生料浆的浆液被压缩气体冲击而破裂成小雾滴，从而实现生料浆的均匀雾化。本发明的喷枪中，生料浆不是依靠本身的压力实现最终的雾化，而是依靠压缩气体的压力被击碎雾化。因此本发明中生料浆的压力要求比现有技术显著降低，只要能克服管路损失实现从浆液喷料端口顺利喷出即可。这样，生料浆的喂料泵只需提供普通压力普通扬程，生料浆喷枪就能实现很好的雾化效果，从而可以有效解决现有技术中喷嘴磨损快、喂料泵使用周期短、喷孔易堵塞等问题。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是根据本发明的生料浆喷枪的结构示意图。
附图标记说明
1内管 11浆液进料端口 12浆液喷料端口
2外管 21气体进料端口 22气液混合喷料端口
23主体管段 24变径管段 25喷嘴
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
参考图1，本发明一方面提供一种生料浆喷枪。如图1中所示，生料浆喷枪包括内管1和套设在内管1外部的外管2。这样，内管1的内部形成一个流动通道，外管2和内管1的外壁之间形成另一个流动通道。在本发明的实施方式中，内管1的内部形成的流动通道用于输送生料浆，外管2和内管1的外壁之间形成的流动通道用于输送压缩气体。在本发明的另一实施方式中，也可以使内管1的内部形成的流动通道用于输送压缩气体，使外管2和内管1的外壁之间形成的流动通道用于输送生料浆。以下均以前一实施方式为例进行描述，但以下的实施方式均可以合理地应用在后一实施方式中。内管1可以通过各种现有技术的连接方式固定在外管2的内部。例如但不限于，可以在内管1的外壁和外管2的内壁之间设置支撑结构将内管1和外管2连接起来，也可以使用模具直接将内管1和外管2模制成一体件，等等。当然，内管2和外管2之间的连接结构不应影响压缩气体的流动。为此，可以使连接结构的体积尽量小。
内管1包括作为入口的浆液进料端口11，以及作为出口的浆液喷料端口12。生料浆从浆液进料端口11进入内管1，从浆液喷料端口12离开内管1以液滴的形式喷洒出去。外管2包括作为入口的气体进料端口21，以及作为出口的气液混合喷料端口22。压缩气体从气体进料端口21进入外管2和内管1之间的流动通道中，裹挟并推动从浆液喷料端口12喷洒出来的液滴运动，最终气液混合物料以雾化的状态从气液混合喷料端口22离开喷枪喷洒出去。可以理解的是，浆液喷料端口12和气液混合喷料端口22的结构形式可以是实现物料喷洒的任何结构。例如但不限于，可以是喷嘴式的结构，也可以是类似于淋浴喷头的结构，等等。
如图1中所示，浆液喷料端口12设置在外管2的内部，并且与气液混合喷料端口22相间隔地设置。由于压缩气体的高速流动，在浆液喷料端口12和气液混合喷料端口22之间形成类似于负压区的区域，使得生料浆能够顺畅地从浆液喷料端口12喷出。喷洒到内管1外部、外管1内部的生料浆液滴在负压区内被压缩气体裹挟推动朝向气液混合喷料端口22高速运动；并且在运动过程中，生料浆的浆液被压缩气体冲击而破裂成小雾滴。这样，生料浆就无需依靠自身的高液压来实现最终的雾化，而是借助于压缩气体的压力被击碎而雾化。藉此，本发明生料浆喷枪对液压的要求比现有技术显著降低。实验结果表明，本发明的生料浆喷枪中，生料浆的液压只要达到0.2MPa至0.4MPa，就可以实现比现有技术中液压为1.8MPa至2.5MPa的工况下更好的雾化效果。从而，使用本发明的生料浆喷枪可以有效解决现有技术中喷嘴磨损快、喂料泵使用周期短、喷孔易堵塞等问题；特别适用于适用传统压力雾化难以实现的直径较小、长径比较小的烧结或烘干回转窑的配套使用。另外，本发明结构简单、操作方便，可降低生料浆输送的投资及运行成本。
根据本发明的实施方式，可以在用于输送压缩气体的管路中设置第一调节阀，用以调节压缩气体的压力和/或流量。通过调整压缩气体的压力，可以合理地控制生料浆喷枪的喷射距离；通过调整压缩气体的流量，可以调整液相的生料浆与压缩气体的比例，从而可以合理地控制混合物料的喷射距离和雾化效果。应该理解的是，第一调节阀可以设置在输送压缩气体的管路中任何适合的位置。另外，根据本发明的实施方式，可以在用于输送生料浆的管路中设置第二调节阀，用以调节生料浆的压力和/或流量。通过调整生料浆的压力，可以控制液滴的喷射速度和距离；通过调整生料浆的流量，可以调整生料浆和压缩气体的比例。应该理解的是，第二调节阀可以设置在输送生料浆的管路中任何适合的位置。还应该理解的是，第一调节阀和第二调节阀可以选择性地设置。即，可以只设置第一调节阀，或者只设置第二调节阀，或者同时设置第一调节阀和第二调节阀。在同时设置第一调节阀和第二调节阀的实施方式中，可以对第一调节阀和第二调节阀实施配合调节，使得生料浆的压力、压缩气体的压力、生料浆的流量以及压缩气体的流量等各个参数总体均衡，实现喷枪较低的能耗和较好的雾化效果。
根据本发明的实施方式，浆液进料端口11可以通过第一柔性连接管连接至生料浆的喂料泵的出口，气体进料端口21可以通过第二柔性连接管连接至压缩气体的气源。藉此，可以使得生料浆喷枪更加灵活，不受使用空间的制约。另外，前述的第一调节阀可以设置在从喂料泵出口到内管1的任何合适的位置，第二调节阀可以设置在从气源到外管2的任何合适的位置。另外，根据本发明的实施方式，内管1和/或外管2为无缝钢管。藉此，本发明的生料浆喷枪取材方便，成本低廉。
继续参考图1，根据本发明的实施方式，外管2包括主体管段23和变径管段24，变径管段24设置在气液混合喷料端口22处。如图1中所示，变径管段24的一端与主体管段23连接，另一端朝向远离主体管段23的方向渐缩延伸。生料浆喷枪的喷嘴25设置在变径管段24的渐缩的一端。变径管段24可以形成为如图1中所示的纵截面为梯形的圆台形状，也可以设置成另外的形状，例如但不限于，可以设置成圆锥形状，喷嘴25可以设置在锥顶部位。这样，变径管段24的内壁形成收口式的倾斜面，可以引导气流和液滴朝向喷嘴25运动。并且，液滴被气流裹挟撞击到变径管段24的内壁时，可以更容易地破裂成雾滴。被气流和变径管段24的内壁冲击破裂的液滴所形成的雾滴在变径管段24的内壁的引导下和气流的推动下朝向喷嘴25集中，并从喷嘴25喷洒出去。
优选地，浆液喷料端口12设置在主体管段23中。也就是说，浆液喷料端口12设置在与变径管段24在轴向方向上保持一定间距的位置。藉此，既可以使浆液喷料端口12喷洒出来的液滴能够全部受到变径管段24的内壁的引导而朝向喷嘴25集中，又可以在相对地拉开浆液喷料端口12和喷嘴25的间距的基础上，使得变径管段24的轴向长度不必设置得过长，从而可以保证压缩气体在气液混合喷料端口22处也保持足够的流量和流速。优选地，浆液喷料端口12和喷嘴25之间的间距为5cm至10cm。藉此，可以将生料浆的液压和压缩气体的压力设置在合理的数值范围，避免管路承受过大的压力和产生不合理的管路损耗，并且能够保证使生料浆的液滴均匀地充分地雾化。浆液喷料端口12和喷嘴25之间的间距太近时，影响液滴的雾化效果；浆液喷料端口12和喷嘴25之间的间距太远时，导致液压和气压不合理增大，影响生料浆喷枪的能耗。
根据本发明的实施方式，内管1和外管2同轴设置。藉此，可以使内管1的外壁和外管2的内壁之间形成均匀的环形通道，从而压缩气体可以分布均匀地行进，液滴可以均匀地雾化。优选地，浆液喷料端口12和喷嘴25与内管1和外管2同轴设置。浆液喷料端口12与内管1和外管2同轴设置，可以使喷洒出来的液滴均匀地分布在变径管段24中；喷嘴25与内管1和外管2同轴设置，可以使气液混合物料均匀地朝向喷嘴25处集中，从而使得最终喷洒出去的物料保持均匀分布。
仍然参考图1，根据本发明的实施方式，可以将变径管段24的内壁面构造成凹凸不平的表面结构。这样，当高速运动的生料浆液滴和雾滴撞击到变径管段24的内壁时，被凹凸不平的内壁面阻击形成湍流，从而更加有效地破裂成更小的雾滴，实现更好的雾化效果。优选地，变径管段24的内壁面上开设螺纹，以形成凹凸不平的表面结构。开设螺纹的工艺比较容易实现，并且螺纹结构具有较好的制造湍流的效果。优选螺纹的开设深度不小于2mm，优选螺距为2.2mm至4.5mm。也就是说，螺纹的开设深度应至少保证2mm，以能够具有足够的凹凸度，达到所需的制造湍流的效果。
另外，根据本发明的实施方式，可以将变径管段24可拆卸地连接至主体管段23。这样，可以方便地将变径管段24与主体管段23分离开，从而便于对喷枪内部进行清理和维修。可拆卸的连接方式可以通过多种途经实现，例如但不限于，可以是螺纹连接、凹凸配合限位连接、卡扣卡槽限位连接等等。
本发明另一方面还提供一种氧化铝熟料窑，该氧化铝熟料窑包括上述的生料浆喷枪。通过使用上述的生料浆喷枪，能够避免喷嘴磨损快、喂料泵使用周期短、喷孔易堵塞等问题的出现，并且可以使生料浆雾滴均匀地被烘干和烧结。
上述的实施方式同样适用于氧化铝熟料窑，都属于氧化铝熟料窑的保护范围。此处不再重复赘述。
本发明另一方面还提供一种喷洒生料浆的方法，该方法包括：设置内管1，通过内管1输送生料浆；内管包括浆液进料端口11和浆液喷料端口12；在内管1外部套设外管2，通过内管1和外管2之间的通道输送压缩气体；外管2包括气体进料端口21和气液混合喷料端口22；使浆液喷料端口12位于设置外管2内部，并且使浆液喷料端口12与气液混合喷料端口22相互间隔开。
上述的实施方式同样适用于此处所描述的喷洒生料浆的方法，都属于喷洒生料浆的方法的保护范围。此处不再重复赘述。
根据本发明的实施方式，生料浆含水率为36％-45％，比重为1.55t/m3-1.65t/m3。合理地控制生料浆的含水率和比重，可以控制生料浆中固相物料和液相物料的合理比例，从而使从浆液喷料端口12喷洒的液滴具有较好的雾化效果。含水率过低、比重太大时，导致雾化难度增加；含水率过高、比重太小，导致能耗加大。
优选地，生料浆的成分包括碳酸钠溶液、粉煤灰、石灰石和无烟煤中的一者或者几者。另外，由于大颗粒的物料过多会导致喷枪堵塞，因此本发明中生料浆的粒度大小优选为，大于160目的颗粒的质量不超过全部颗粒物的总质量的14％。在传统的喷枪中，由于管道结巴、槽结巴、碳酸钠局部析出等原因，导致生料浆中存在较多的粒径为1mm-5mm的大颗粒，使得喷枪极易堵塞。本发明将生料浆的粒度大小控制在合理的范围内，并且依靠压缩气体的压力和能够制造湍流的结构，将生料浆的液滴和其中的大颗粒击碎雾化，从而有效地避免喷枪堵塞。
优选地，压缩气体的压力大于生料浆的压力，藉此，压缩气体可以有效地裹挟和推动生料浆运动，并且冲击生料浆液滴使其破裂为雾滴。优选地，压缩空气的压力不低于0.4MPa。由此可知，生料浆的液压低于0.4MPa即可。因此，本发明的生料浆的液压显著低于现有技术中的生料浆液压(现有技术中生料浆的液压通常为1.8MPa至2.5MPa)，可以有效解决现有技术中喷嘴磨损快、喂料泵使用周期短。
另外，根据本发明的实施方式，生料浆在管道中的流动速度不低于1.5m/s。如前所述，生料浆的成分包括碳酸钠溶液、粉煤灰、石灰石和无烟煤中的一者或者几者。这种成分的生料浆在18℃时的粘度大约为82.20mPa.s，粘度高流动性差，不搅拌就会发生凝固，这也是现有技术中的喷枪容易发生堵塞的重要原因之一。本发明通过合理控制生料浆在管道中的流动速度，避免生料浆在管道中沉积，生料浆可以顺利克服管道阻力与压缩气体相遇。之后，依靠压缩气体的压力和能够制造湍流的结构，将生料浆雾化，以避免喷枪堵塞。
优选地，生料浆与压缩气体的体积比为1m3:(20-40)m3。通过控制该体积比，可以控制生料浆的喷洒距离和气液混合物料的喷洒距离，以及控制雾化效果。生料浆体积比例过大时，影响雾化效果，降低喷洒距离；压缩气体体积比例过大时，影响设备的能耗。
【实施例1】本发明的生料浆喷枪规格为P15-35-25，即生料浆喷枪的内管的直径为DN15，外管的主体管段的直径为DN35，变径管段的另一端渐缩到直径为DN25；从生料浆合格槽中来的生料浆(生料浆温度为55℃，生料浆含水率为45％)经变频泵(喂料泵)的出口由橡胶软管接入生料浆喷枪的内管；压缩空气接入生料浆喷枪外管，雾化效果如下：
【实施例1】本发明的生料浆喷枪规格为P25-50-35，即生料浆喷枪的内管的直径为DN25，外管的主体管段的直径为DN35，变径管段的另一端渐缩到直径为DN25；从生料浆合格槽中来的生料浆(生料浆温度为55℃，生料浆含水率为40％)经变频泵(喂料泵)的出口由橡胶软管接入生料浆喷枪的内管；压缩空气接入生料浆喷枪外管，雾化效果如下：
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型。包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (16)
1.一种生料浆喷枪，包括：内管(1)，该内管(1)形成生料浆的流动通道，所述内管(1)包括浆液进料端口(11)和浆液喷料端口(12)；以及外管(2)，该外管(2)套设在所述内管(1)的外部，并且与所述内管(1)的外壁围合形成压缩气体的流动通道，所述外管(2)包括气体进料端口(21)和气液混合喷料端口(22)；其中，所述浆液喷料端口(12)设置在所述外管(2)的内部并且与所述气液混合喷料端口(22)相间隔地设置，所述外管(2)包括主体管段(23)和设置在所述气液混合喷料端口(22)处的变径管段(24)，所述变径管段(24)的一端连接至所述主体管段(23)，另一端渐缩并且设置有喷嘴(25)，所述变径管段(24)的内壁面构造成凹凸不平的表面结构。
2.根据权利要求1所述的生料浆喷枪，其特征在于，所述浆液喷料端口(12)设置在所述主体管段(23)中。
3.根据权利要求1或2所述的生料浆喷枪，其特征在于，所述浆液喷料端口(12)和所述喷嘴(25)之间的间距为5cm至10cm。
4.根据权利要求3所述的生料浆喷枪，其特征在于，所述内管(1)和所述外管(2)同轴设置，所述浆液喷料端口(12)和所述喷嘴(25)与所述内管(1)和所述外管(2)同轴设置。
5.根据权利要求4所述的生料浆喷枪，其特征在于，所述变径管段(24)的内壁面上开设有螺纹，该螺纹的开设深度不小于2mm，螺距为2.2mm至4.5mm。
6.根据权利要求1所述的生料浆喷枪，其特征在于，所述变径管段(24)可拆卸地连接至所述主体管段(23)。
7.根据权利要求1所述的生料浆喷枪，其特征在于，用于输送所述压缩气体的管路中设置有用于调节所述压缩气体的压力和/或流量的第一调节阀；用于输送所述生料浆的管路中设置有用于调节所述生料浆的压力和/或流量的第二调节阀。
8.根据权利要求1所述的生料浆喷枪，其特征在于，所述浆液进料端口(11)通过第一柔性连接管连接至所述生料浆的喂料泵的出口，所述气体进料端口(21)通过第二柔性连接管连接至所述压缩气体的气源。
9.根据权利要求1所述的生料浆喷枪，其特征在于，所述内管(1)和/或所述外管(2)为无缝钢管；其中，所述变径管段(24)的材质为耐磨钢。
10.一种氧化铝熟料窑，包括权利要求1-9中任一项所述的生料浆喷枪。
11.一种喷洒生料浆的方法，包括：
设置内管(1)，通过所述内管(1)输送生料浆；所述内管包括浆液进料端口(11)和浆液喷料端口(12)；
在所述内管(1)外部套设外管(2)，通过所述内管(1)和所述外管(2)之间的通道输送压缩气体；所述外管(2)包括气体进料端口(21)和气液混合喷料端口(22)；
使所述浆液喷料端口(12)位于所述外管(2)内部，并且使所述浆液喷料端口(12)与所述气液混合喷料端口(22)相互间隔开，
所述外管(2)包括主体管段(23)和设置在所述气液混合喷料端口(22)处的变径管段(24)，所述变径管段(24)的一端连接至所述主体管段(23)，另一端渐缩并且设置有喷嘴(25)，所述变径管段(24)的内壁面构造成凹凸不平的表面结构。
12.根据权利要求11所述的喷洒生料浆的方法，其特征在于，所述生料浆的含水率为36％-45％，比重为1.55t/m3-1.65t/m3。
13.根据权利要求11所述的喷洒生料浆的方法，其特征在于，所述生料浆的成分包括碳酸钠溶液、粉煤灰、石灰石和无烟煤中的一者或者几者，所述生料浆的粒度为大于160目的颗粒的质量不超过颗粒物的总质量的14％。
14.根据权利要求11所述的喷洒生料浆的方法，其特征在于，所述压缩气体的压力大于所述生料浆的压力，所述压缩气体的压力不低于0.4MPa。
15.根据权利要求11所述的喷洒生料浆的方法，其特征在于，所述生料浆在管道中的流动速度不低于1.5m/s。
16.根据权利要求11所述的喷洒生料浆的方法，其特征在于，所述生料浆与所述压缩气体的体积比为1m3:(20-40)m3。
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