CN109876762A - 一种用于板式急冷塔的陀螺型三向气体分布装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于板式急冷塔的陀螺型三向气体分布装置，包括气体分布器；气体分布器包括由上至下依次连接的直管、上圆锥板、侧圆筒、下圆锥板；上圆锥板和下圆锥板上均开设有若干台阶孔；台阶孔包括设于气体分布器内壁的大孔和设于气体分布器外壁的小孔，气体先后通过大孔、小孔。起到了促进液体流动和气液混合、增强传热、提高冷却效率的作用。

Description

一种用于板式急冷塔的陀螺型三向气体分布装置

技术领域

本发明属于化工装备领域，具体涉及一种用于板式急冷塔的陀螺型三向气体分布装置。

背景技术

板式急冷塔中设有一定数量的塔盘，气体从塔的下部进入塔体，液体从塔的上部进入塔体，上升的气体与下降的液体在每层的塔盘上进行传质。急冷塔的进气装置在工作时是浸入在塔釜液体中的，气体首先通过气体分布装置与塔釜储存的液体传质，由于气体密度小，气体不断上升从液体中逸出，继而气体才能与塔板上的液体传质。进气装置的结构影响着气体与塔釜液体的混合程度，也影响着急冷塔的冷却效率与传质效率。

急冷塔是处理高温危害废弃物必不可少的装备，其主要功能是对高温烟气进行快速降温并除尘后进行排放，能够有效防止有害物质的生成，现有的急冷塔大部分仅仅对气体进行降温，并不能很好的实现快速降温，导致急冷效率低。目前急冷塔广泛采用半圆柱筒状进气装置，该圆柱筒状进气装置由急冷塔壳体开进气装置孔放入塔中，并且还需在壳体上对应进气装置孔的另一端开支撑孔，用于支撑进气装置。在壳体上开支撑孔削弱了设备的强度，圆筒状进气装置的布置是沿着塔设备的直径方向，气体由圆筒进入塔中也只能沿着塔设备直径分布，并不能沿着垂直进气管的方向分布，导致气体在塔中分布不均，垂直进气管方向上的釜液不能被充分利用，导致冷却效率低下。圆筒进气装置也不能将一大股废弃气体细分，成股气体不能与釜液充分反应或传热就溢出液面，这也导致冷却效率低。

发明内容

本发明提供了一种用于板式急冷塔的陀螺型三向气体分布装置，解决了气体与液体充分混合、提高冷却效率的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于板式急冷塔的陀螺型三向气体分布装置，包括气体分布器；所述气体分布器包括由上至下依次连接的直管、上圆锥板、侧圆筒、下圆锥板；所述上圆锥板和下圆锥板上均开设有若干台阶孔；所述台阶孔包括设于所述气体分布器内壁的大孔和设于所述气体分布器外壁的小孔，气体先后通过大孔、小孔。

进一步地，所述侧圆筒上开设有若干矩形孔，矩形孔与侧翼出气管连接。起到了促进液体流动和气液混合、增强传热、提高冷却效率的作用。

进一步地，所述侧翼出气管的管口为变径圆弧型。起到了形成漩涡、且漩涡层位于液体的中间、带动漩涡层上部液体和漩涡层下部液体流动的作用。

进一步地，所述侧翼出气管的一端为大端口，另一端为小端口；大端口与所述矩形孔连接。大小端口增加气体流速，气体可以推动液体的流动，有助于形成漩涡。

进一步地，所述侧圆筒的筒高中心处开设有若干所述矩形孔，所述矩形孔沿所述侧圆筒呈等角度分布。

进一步地，所述上圆锥板和所述下圆锥板上开设的台阶孔按同心圆排布，且所述台阶孔的孔间距相等。

进一步地，所述上圆锥板和所述下圆锥板的圆锥角均为135°～144°。

进一步地，所述矩形孔的孔径小于所述侧翼出气管的大端口的口径；所述侧翼出气管的大端口与所述矩形孔通过焊接连接。

进一步地，还包括支耳，支耳的支撑面与所述侧翼出气管连接，用于固定支撑所述侧翼出气管。

进一步地，所述上圆锥板的倾斜角度为18°～22.5°。

本发明所达到的有益效果：采用圆锥板可以调节气体分布孔的方向，能够使气体向靠近塔内壁方向发散；圆锥板分为上圆锥板和下圆锥板，能够使气体朝着上下两个方向流动。圆锥板上设有若干台阶孔，台阶孔的大孔位于分布器内壁，有利于收集内部的气体；台阶孔的小孔位于分布器外壁，气体先通过大孔，再通过小孔，相同体积流速的情况下，气体通过小孔可以加速气体流速，使气体从分布器中喷射出来，气体喷射的尾部形成漩涡，促进了气液的混合，增强了气液之间的传热，提高了冷却效率。若干台阶孔也能够将通入的一大股气体分割成小股气体，抑制了大气泡的形成，使气体分布的更加均匀、细密。上圆锥板和下圆锥板与侧翼出气管共同形成了三个方向出气，促进液体流动和气液混合，增强传热，提高了冷却效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明上圆锥板示意图；

图4为本发明上圆锥板M-M剖视图；

图5为本发明台阶孔示意图；

图6为本发明侧圆筒的主视图；

图7为本发明侧圆筒的结构图

图8为本发明侧翼出气管的主视图；

图9为本发明的侧翼出气管的俯视图；

图10为本发明支耳的结构图。

图中：1-直管；2-上圆锥板；3-侧圆筒；4-下圆锥板；5-台阶孔；6-矩形孔；7-侧翼出气管；8-支耳。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，一种用于板式急冷塔的陀螺型三向气体分布装置，包括气体分布器；气体分布器包括由上至下依次连接的直管1、上圆锥板2、侧圆筒3、下圆锥板4。上圆锥板2和下圆锥板4上均开设有若干台阶孔5。台阶孔5包括设于气体分布器内壁的大孔和设于所述气体分布器外壁的小孔，气体先后通过大孔、小孔。

如图6和图7所示，侧圆筒3上开设有若干矩形孔6，矩形孔6与侧翼出气管7连接，起到了促进液体流动和气液混合、增强传热、提高冷却效率的作用。侧翼出气管7的管口为变径圆弧型，起到了形成漩涡、且漩涡层位于液体的中间、带动漩涡层上部液体和漩涡层下部液体流动的作用。侧翼出气管7的一端管口为大端口，另一端管口为小端口；大端口与矩形孔6连接。矩形孔6的孔径小于侧翼出气管7的大端口的口径。大、小端口的设计增加气体流速，气体可以推动液体的流动，有助于形成漩涡。优选在侧圆筒3的筒高中心处开设若干矩形孔6。矩形孔6沿侧圆筒3的一圈360°呈等角度分布。

侧翼出气管7的截面形状为矩形，是由两块形状大小相同的弧形平板和两块形状大小不同的矩形卷板通过焊接组成，矩形卷板的弯曲半径也不相同。侧翼出气管7的大端口与侧圆筒3上的矩形孔6可通过焊接连接在一起。

上圆锥板2和下圆锥板4上开设的台阶孔5按同心圆排布，且台阶孔5的孔间距相等。上圆锥板2和下圆锥板4的圆锥角均为135°～144°，优选140°。上圆锥板2的倾斜角度为18°～22.5°，塔径大，倾斜角度越大。

侧翼出气管7底部还连接有支耳8，支耳8的支撑面与侧翼出气管7连接，用于固定支撑侧翼出气管7。支耳8由一段圆环板与两块三角形筋板焊接而成，支耳8通过焊接固定在容器壳体内壁上，支耳8的支撑面支撑着侧翼出气管7，并与其焊接在一起。

本装置适用于塔内径大于800mm的急冷塔设备。本发明所达到的有益效果：采用圆锥板可以调节气体分布孔的方向，能够使气体向靠近塔内壁方向发散；圆锥板分为上圆锥板2和下圆锥板4，能够使气体朝着上下两个方向流动。圆锥板上设有若干台阶5，台阶孔5的大孔位于分布器内壁，有利于收集内部的气体；台阶孔的小孔位于分布器外壁，气体先通过大孔，再通过小孔，相同体积流速的情况下，气体通过小孔可以加速气体流速，使气体从分布器中喷射出来，气体喷射的尾部形成漩涡，促进了气液的混合，增强了气液之间的传热，提高了冷却效率。若干台阶孔5也能够将通入的一大股气体分割成小股气体，抑制了大气泡的形成，使气体分布的更加均匀、细密。上圆锥板2和下圆锥板4与侧翼出气管7共同形成了三个方向出气，促进液体流动和气液混合，增强传热，提高了冷却效率。

具体结构设计

1、直管的结构与尺寸参数

(1)直管的直径D₃：D₃的大小关系到气体进入装置的速度，主要与气体的体积流率有关，体积流率由化学工艺确定。

(2)直管的长度H₃：H₃的大小决定着分布装置在塔中的高度，直管长度H₃的大小应满足能使分布装置完全浸入塔釜液中。

(3)直管的厚度t₃：一般碳钢应大于4mm,不锈钢应大于3mm。

2、上圆锥盖板与台阶孔结构与尺寸参数，如图3、图4和图5所示

(1)上圆锥盖板的小端直径d4：d4的大小和进气直管直径的大小D3相等，即d4＝D3。

(2)圆锥盖板的倾斜角度α：一般取18°～22.5°(塔径大，倾斜角度越大)。

(3)上圆锥盖板的大端直径D₄：D₄＝(0.5～0.7)D₀，(D₀为容器内壁直径)。

(4)盖板的厚度t：碳钢≥5mm，不锈钢≥4mm。

(5)盖板上台阶孔的设计：

<1>台阶孔的总数按下式计算：

n＝1+Z+2Z+3Z+…+mZ

式中n—小孔总数

m—同心圆的圈数

Z—第一圈圆周上的孔数

<2>台阶孔的大小设计与塔内径有关，孔的大小与孔间距的设计参照下表1：

塔径D<sub>0</sub>/mm	小孔直径d/mm	大孔直径D/mm	孔间距l/mm	孔径允差/mm	孔间距允差/mm
						800～1200	5～8	8～10	20～30	±0.2	±1
1200～1600	6～9	9～13	30～40	﹢0.2-0.4	±1.6

<3>台阶孔大孔的深度H₁和小孔的深度h₁:H₁＝h₁＝0.5t,(t为盖板的厚度)。

3、侧圆筒的结构与设计尺寸参数，如图6所示

(1)侧圆筒的内径D₁：D₁＝(0.5～0.7)D₀，(D₀为容器内壁直径)，且D₁应与上述上圆锥挡板的大端直径D₄相等。

(2)矩形孔的分布角度α与分布个数n的值的确定：

<1>

<2>分布个数n可由公式取近似个数。

(3)侧圆筒的高度H₁：侧圆筒高度H₁视具体情况而定，H₁的高度应满足能使整个分布装置浸入釜液中，并且分布装置不对其他元件产生干涉,一般取值应大于20mm。

(4)矩形孔的长a宽b及矩形孔距圆筒底边的距离h₁可由下式计算得：

式中D₁—侧圆筒内径；α—矩形孔的分布角度；H₁—侧圆筒的高度。

4、侧翼出气管的结构及尺寸参数，如图8和图9所示

(1)根据变径的比例确定出气管小端开口的矩形尺寸a及大端矩形孔尺寸b、c：一般选取大端面截面积∶小端面的截面积＝3∶1，则b、c的尺寸比上述侧圆筒侧面矩形孔尺寸单边大2～3mm。

(2)连接圆弧R₁的半径：(D₁为侧圆筒内径，t为侧圆筒壁厚)。

(3)大圆弧角度α与圆弧半径R：α＝90°，R＝3.5R₁。

(4)小圆弧角度β与圆弧半径r：β＝60°～75°，r＝(1.8～2)R₁。

5、支耳的结构及尺寸参数，如图10所示

(1)支耳的大圆弧半径R：(D₀为容器内壁直径)

(2)支耳的小圆弧半径r:r＝R₁+(70～100)mm,(R₁为侧圆筒的外壁直径)

(3)支耳的圆弧角度α₁：圆弧角度α₁与侧圆筒上的矩形分布角度α一致

(4)三角筋板分布角β：

(5)三角筋板宽度b：b＝R-r

(6)三角筋板采用等腰直角三角形。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于板式急冷塔的陀螺型三向气体分布装置，其特征在于，包括气体分布器；所述气体分布器包括由上至下依次连接的直管、上圆锥板、侧圆筒、下圆锥板；所述上圆锥板和所述下圆锥板上均开设有若干台阶孔；所述台阶孔包括设于所述气体分布器内壁的大孔和设于所述气体分布器外壁的小孔，气体先后通过大孔、小孔。

2.根据权利要求1所述的一种用于板式急冷塔的陀螺型三向气体分布装置，其特征在于，所述侧圆筒上开设有若干矩形孔，矩形孔与侧翼出气管连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于板式急冷塔的陀螺型三向气体分布装置，其特征在于，所述侧翼出气管的管口为变径圆弧型。

4.根据权利要求3所述的一种用于板式急冷塔的陀螺型三向气体分布装置，其特征在于，所述侧翼出气管的一端为大端口，另一端为小端口；大端口与所述矩形孔连接。

5.根据权利要求2所述的一种用于板式急冷塔的陀螺型三向气体分布装置，其特征在于，所述侧圆筒的筒高中心处开设有若干所述矩形孔，所述矩形孔沿所述侧圆筒呈等角度分布。

6.根据权利要求1所述的一种用于板式急冷塔的陀螺型三向气体分布装置，其特征在于，所述上圆锥板和所述下圆锥板上开设的台阶孔按同心圆排布，且所述台阶孔的孔间距相等。

7.根据权利要求1所述的一种用于板式急冷塔的陀螺型三向气体分布装置，其特征在于，所述上圆锥板和所述下圆锥板的圆锥角度数为135°～144°。

8.根据权利要求4所述的一种用于板式急冷塔的陀螺型三向气体分布装置，其特征在于，所述矩形孔的孔径小于所述侧翼出气管的大端口的口径；所述侧翼出气管的大端口与所述矩形孔通过焊接连接。

9.根据权利要求2所述的一种用于板式急冷塔的陀螺型三向气体分布装置，其特征在于，还包括支耳，支耳的支撑面与所述侧翼出气管连接，用于固定支撑所述侧翼出气管。

10.根据权利要求1所述的一种用于板式急冷塔的陀螺型三向气体分布装置，其特征在于，所述上圆锥板的倾斜角度为18°～22.5°。