CN115282730A - 一种用于含固湿流体的旋流喷枪及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于喷枪相关技术领域，其公开了一种用于含固湿流体的旋流喷枪及其应用，旋流喷枪包括：第一喷筒，第一喷筒的内部设置有至少一段来复线导流管，第一喷筒内部形成第一流道；第二喷筒，第二喷筒套设于第一喷筒外部，第一喷筒和第二喷筒之间形成第二流道，第二流道内部设有旋流叶片；第三喷筒，第三喷筒穿过第一喷筒和第二喷筒表面，进而使得第三喷筒的第三流道与第一流道贯通；第三流道用于输送含固湿流体，第二流体用于输送压缩空气，第一流道用于输送高温干燥气体，进而含固湿流体在第一流道内被高温干燥气体干燥。本申请既可以对含固湿流体进行干燥又可以进行旋流，增加了含固湿流体的停留时间和扩散范围。
Description
技术领域
本发明属于喷枪相关技术领域，更具体地，涉及一种用于含固湿流体的旋流喷枪及其应用。
背景技术
汞是一种具有富集、气态迁移和神经毒性特征的有毒物质，可对人类健康和生态安全构成重大威胁。随着环保要求的不断提高，因此，开发高效、经济的燃煤电厂脱汞技术具有重要意义。现有技术中，通常采用脱汞装置并利用高效吸附材料脱除烟气中的汞，目前的研究主要分为改进脱汞吸附材料和改进脱汞装置两个方面。对于脱汞吸附材料的研究主要集中在改变原材料、采用不同的活化方法、不同的改性剂和改性方法等方面。在实验室固定床脱汞实验中大部分脱汞吸附材料都具有很高的吸附效率，但是在实际烟道的情况下并非如此，通过对比喷射前后烟气中的汞浓度发现，烟气中汞浓度没有明显降低。对于现有吸附剂喷射装置一个吸附剂喷射装置只有一个喷口，通过进行CFD喷射模拟发现吸附剂在烟道中的流动轨迹很窄，不能扩散到整个烟道截面与烟气充分混合，且在实际的生产过程中，大规模的布置喷射装置会增加建设成本和维护费用。此外，有些吸附剂喷射装置不能有效控制进风量及进料量，由此造成大量的吸附剂浪费，增加了脱汞成本。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于含固湿流体的旋流喷枪及其应用，既可以对含固湿流体进行干燥又可以进行旋流，增加了含固湿流体的停留时间和扩散范围。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种一种用于含固湿流体的旋流喷枪，所述旋流喷枪包括：第一喷筒，所述第一喷筒的内部设置有至少一段来复线导流管，所述第一喷筒内部形成第一流道；第二喷筒，所述第二喷筒套设于所述第一喷筒外部，所述第一喷筒和第二喷筒之间形成第二流道，所述第二流道内部设有旋流叶片；第三喷筒，所述第三喷筒穿过所述第一喷筒和第二喷筒表面，进而使得所述第三喷筒的第三流道与所述第一流道贯通，且所述第三喷筒穿过的位置位于来复线导流管和旋流叶片之间；所述第三流道用于输送含固湿流体，所述第二流体用于输送压缩空气，所述第一流道用于输送高温干燥气体，进而所述含固湿流体在所第一流道内被所述高温干燥气体干燥。
优选地，所述第二喷筒出口连接渐扩喷口。
优选地，所述旋流叶片的旋流方向与所述来复线导流管的旋流方向一致，旋流角度相同。
优选地，所述第一流道和第二流道的直径比为2∶1或3∶1。
优选地，所述旋流叶片与旋流轴之间的夹角为30°～45°，进一步优选的所述旋流叶片的数量为4片。
优选地，所述来复线导流管的材料为陶瓷。
本申请另一方面提供了一种上述述用于含固湿流体的旋流喷枪的应用，所述旋流喷枪用于锅炉中脱汞，其中，所述含固湿流体为脱汞吸附剂。
优选地，所述旋流喷枪的第一喷筒的中心轴与锅炉中烟气的流动方向垂直。
优选地，所述旋流喷枪伸进烟道的长度为450～550mm。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的用于含固湿流体的旋流喷枪及其应用具有如下有益效果：
1.第一流道用于输送高温干燥气体可以对含固湿流体进行干燥，同时第一流道中的来复线导流管使得高温干燥气体产生旋流，增加了与含固湿流体的接触时间，进而既有利于充分干燥，又可以使得含固湿流体在高温干燥气体的带动下旋流，第二流道内设置旋流叶片进而第二流道输出旋流气体，与第一流道内的旋流气体相互辅助进一步提升旋流强度。
2.第一流道内烘干，相当于在第一流道内设置烘干室，进而含固湿流体可以直接进入烘干室烘干后喷出烟道脱汞，无需考虑其他设备对含固湿流体的再次烘干，节省了传统的大型干燥设备建设成本。
3.所述第二喷筒出口连接渐扩喷口一方面降低流体的喷射速度，增加了流体射出后在空中的停留时间，另一方面，扩大了流体的喷射范围，在锅炉脱汞中可以提高脱汞效率。
4.所述旋流叶片的旋流反向与所述来复线导流管的旋流方向一致，旋流角度相同，有利于旋流的相互增强，进一步增大了旋流强度和旋流范围。
5.旋流喷枪用于锅炉中脱汞，旋流喷枪的第一喷筒的中心轴与锅炉中烟气的流动方向垂直增加了吸附剂在烟气中的停留时间，增加了吸附剂的扰动，增加了湍流强度，有利于吸附剂与烟气混合，旋流喷枪的设置可使得吸附剂布满整个烟道截面，大大提高了脱汞效率，相比于传统的单孔喷枪，降低了运行成本。
6.含湿吸附剂直接进入第一流道被其中的高温气流在线高温活化，节省了干燥设备的投入成本，喷射方向垂直于烟气气流方向，增加汞吸附剂在烟道的扩散程度，使得汞吸附剂喷射更有力，增加烟气和汞吸附剂的接触面积，从而增加吸附剂的脱汞效率。
附图说明
图1是本申请用于含固湿流体的旋流喷枪的结构示意图；
图2是本申请用于含固湿流体的旋流喷枪在炉膛内的布置示意图；
图3A是本申请用于含固湿流体的旋流喷枪在炉膛内水平布置的流体模拟示意图；
图3B是本申请用于含固湿流体的旋流喷枪在炉膛内垂直烟气布置时流体模拟示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-第一喷筒；2-来复线导流管；3-第三喷筒；4-第二喷筒；5-烘干室；6-旋流叶片；7-渐扩喷口；8-第二喷筒出口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1，本发明提供了一种含固湿流体的旋流喷枪，该喷枪包括第一喷筒1、第二喷筒4、第三喷筒3，具体结构如下。
第一喷筒1的内部设置有至少一段来带有往复线内衬陶瓷导流槽的复线导流管2，用于对第一喷筒内部流道中流过的气体进行旋流，第一喷筒内部为第一流道。当设置多段来复线导流管2时多段来复线导流管的旋流方向一致。来复线导流管2具有金属外管和嵌套在金属外管内的来复线内衬陶瓷管，此设计可以改变流体在风口循环区域的运动路径，使流体进入第一喷筒1时形成高速旋转的气流，进而增加流体的停留时间。
所述第二喷筒4套设于所述第一喷筒1外部，所述第一喷筒1和第二喷筒4之间形成第二流道，所述第二流道内部设有旋流叶片6。也即第一喷筒1的外壁和第二喷筒4的内壁之间的区域为第二流道，第二流道的出口处设置有旋流叶片，以对第二流道流过的流体形成旋流。本申请实施例中旋流叶片6数量优选为4片，叶片数目过少无法产生足够的高速旋流，达不到吸附剂颗粒紊乱扰动的效果，叶片过多，旋流范围过于发散，无法作用至第一喷筒1喷出的吸附剂，导致扩散效果变差。
进一步优选的方案中，所述旋流叶片6与旋流轴之间的夹角为30°～45°之间，进一步优选为30°。本实施例中为左旋，第二流道内的流体经旋流叶片后产生径向和法向速度。旋流叶片的旋流方向和所述来复线导流管的旋流方向一致，并且旋流角度相同。为了保证混合后的旋流强度和速度，所述第一流道和第二流道的直径比优选为2∶1或3∶1。
所述第三喷筒3穿过所述第一喷筒1和第二喷筒4表面，进而使得所述第三喷筒3的第三流道与所述第一流道贯通，且所述第三喷筒3穿过的位置位于来复线导流管2和旋流叶片6之间，与第一喷筒1端部的烘干室5贯通；所述第三流道用于输送含固湿流体，所述第二流体用于输送压缩空气，所述第一流道用于输送高温干燥气体，进而所述含固湿流体在所第一流道内的烘干室5被所述高温干燥气体干燥。
进一步优选的方案中，所述第二喷筒出口8处设置有喇叭状的渐扩喷口7。进一步保证了流体射出喷枪后的强度和扩散区域，达到很好的弥散效果。
本申请另一方面提供了一种上述用于含固湿流体的旋流喷枪的应用，所述旋流喷枪用于锅炉中脱汞，其中，所述含固湿流体为脱汞吸附剂。
第三流道内用于通入脱汞吸附剂，第二流道用于输入压缩空气，第一流道用于通过抽出的高温烟气。脱汞吸附剂通常采用浸渍干燥法进行脱汞，浸渍后的含湿吸附剂进入第一流道后被烘干将水分蒸发，喷出后在炉膛内进行脱汞。烘干后的干粉吸附剂喷出后，第二流道的旋转气流使脱汞吸附剂产生紊乱扰动，由于出口处为渐扩喇叭状，可以扩大吸附剂的扩散角度，进而达到更好的弥散效果。
在布置时，所述旋流喷枪的第一喷筒的中心轴与锅炉中烟气的流动方向垂直，如图2所示。本申请旋流喷枪伸进烟道的长度优选为450～550mm，过短则吸附剂无法扩散至整个烟道，导致脱汞效果不佳，过长则会减少吸附剂在烟道的停留时间，导致脱汞效果变差。
本申请喷枪，极大地增加了吸附剂的扩散面积，解决了现有技术中的单孔直筒喷枪在烟道内沿横截面平行布置多个直喷筒单喷口的喷射装置时吸附剂流动轨迹很窄及单根喷枪设置多个多喷口颗粒无法均匀分布的问题，在不增加喷枪数量的同时，可以获得较宽的脱汞吸附剂流动轨迹。
通过流体仿真软件对上述实施例进行模拟，经过数值模拟，结果如图3A和3B所示，其中图3A为本申请旋流喷枪水平布置时的扩散范围，图3B为本申请旋流喷枪垂直烟气流动方向布置时的扩散情况，可以看出，垂直与烟气流动方向布置可以达到增加吸附剂颗粒的扩散面积，使吸附剂颗粒在烟道中分布的更加均匀，扩散范围更广，有利于对烟气中汞的吸附。烟道喷射截面狭长，采用传统的单孔直筒喷枪往往不利于吸附剂扩散，若要保证良好的脱汞效果，需要增设单孔直筒喷枪的数量，增加了成本消耗，而采用本申请的旋流喷枪仅需要5根即可达到90％以上的截面覆盖率。所述截面覆盖率即为：
颗粒覆盖率ηi为颗粒浓度大于10-5kg/m3的截面面积与总截面面积的比值，采用下式计算：
式中：
i指不同截面；
Sp-颗粒浓度大于10-5kg/m3的截面面积，m2；
Sd-测试点总截面面积，m2。
综上，本发明提供的用于含固湿流体的旋流喷枪及其应用，既可以对含固湿流体进行干燥又可以进行旋流，增加了含固湿流体的停留时间和扩散范围。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于含固湿流体的旋流喷枪，其特征在于，所述旋流喷枪包括：
第一喷筒，所述第一喷筒的内部设置有至少一段来复线导流管，所述第一喷筒内部形成第一流道；
第二喷筒，所述第二喷筒套设于所述第一喷筒外部，所述第一喷筒和第二喷筒之间形成第二流道，所述第二流道内部设有旋流叶片；
第三喷筒，所述第三喷筒穿过所述第一喷筒和第二喷筒表面，进而使得所述第三喷筒的第三流道与所述第一流道贯通，且所述第三喷筒穿过的位置位于来复线导流管和旋流叶片之间；
所述第三流道用于输送含固湿流体，所述第二流体用于输送压缩空气，所述第一流道用于输送高温干燥气体，进而所述含固湿流体在所第一流道内被所述高温干燥气体干燥。
2.根据权利要求1所述的旋流喷枪，其特征在于，所述第二喷筒出口连接渐扩喷口。
3.根据权利要求1所述的旋流喷枪，其特征在于，所述旋流叶片的旋流方向与所述来复线导流管的旋流方向一致，旋流角度相同。
4.根据权利要求1或3所述的旋流喷枪，其特征在于，所述第一流道和第二流道的直径比为2∶1或3∶1。
5.根据权利要求1所述的旋流喷枪，其特征在于，所述旋流叶片与旋流轴之间的夹角为30°～45°，进一步优选的所述旋流叶片的数量为4片。
6.根据权利要求1所述的旋流喷枪，其特征在于，所述来复线导流管的材料为陶瓷。
7.一种权利要求1～6任意一项所述用于含固湿流体的旋流喷枪的应用，其特征在于，所述旋流喷枪用于锅炉中脱汞，其中，所述含固湿流体为脱汞吸附剂。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述旋流喷枪的第一喷筒的中心轴与锅炉中烟气的流动方向垂直。
9.根据权利要求7或8所述的应用，其特征在于，所述旋流喷枪伸进烟道的长度为450～550mm。
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