CN115305308A - 一种单介质烟气冷却除尘喷枪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单介质烟气冷却除尘喷枪，涉及转炉蒸发冷却器烟气冷却除尘喷枪技术领域，包括喷嘴；喷嘴为高压单介质喷嘴且沿蒸发冷却器径向呈水平设置；端盖，设置在喷嘴的正前方；端盖被配置为可对喷嘴进行遮盖动作，避免不喷雾时烟尘堵塞、破坏喷嘴。采用高压雾化喷嘴可以代替传统的双介质方式，采用单介质并通过增压来实现冷却水的雾化满足喷雾降温除尘所需的雾化粒径，避免能源的大量消耗；同时改变传统喷嘴的结构设计，将斜向下的结构改为水平布置；并在喷嘴的前方设置可旋转开合的端盖，改变了传统喷枪喷嘴直接暴露在蒸发冷却器内的高温烟尘环境；通过以上的结构设计，避免出现传统结构引发的诸多问题。
Description
技术领域
本发明涉及转炉蒸发冷却器烟气冷却除尘喷枪技术领域，具体为一种单介质烟气冷却除尘喷枪。
背景技术
目前国内转炉炼钢过程中产生高温烟气，烟温高达1450～1600℃，所以需要对产生的热能进行回收；具体的方式为，首先由活动烟罩捕集，然后经过汽化冷却烟道，在回收热能的同时对烟气进行初次降温，直至汽化冷却烟道出口温度约为900～1050℃；然后进入蒸发冷却器采用固定式双介质转炉蒸汽雾化喷枪的方式进行烟气的二次降温，同时捕集粗颗粒粉尘，控制蒸发冷却器出口烟气含尘量40～50g/Nm3。为满足静电除尘器工作的温度条件，蒸发冷却器出口温度一般控制在170～250℃范围内。其中的喷水量根据烟气含热量连锁控制，使喷出的水完全蒸发；蒸发冷却器起到粗过滤和降温的作用，并且在喷水降温的同时对烟气进行了调质处理，使粉尘的电阻比有利于静电除尘器的捕集。最后，蒸发冷却器收集的粗粉尘经输灰系统进入到粗灰仓，再经卸灰阀排出。
虽然传统的固定式双介质转炉蒸汽雾化喷枪能够达到较好的粗除尘与降温的效果，但是在长期的使用中发现，主要有以下几点缺陷：
1.双介质转炉蒸汽雾化喷枪是通过0.6～1MPa的蒸汽将低压冷却水在喷嘴外侧击碎雾化至所需的雾化粒径，这个过程中需要消耗大量的高压蒸汽(单只喷枪约450～600Nm3/h)，能耗高，不仅造成了热量能源的大量浪费，还不利于成本的控制。
2.采用双介质的方式在安装连接管路时比较麻烦、复杂、成本也高，更不利于后期维护检修。
3.传统双介质蒸汽雾化喷枪的喷嘴完全直接暴露在蒸发冷却器里面，非常容易发生堵塞、失效。
4.传统喷枪结构喷嘴斜向下喷雾容易产生烟尘湿底、挂壁现场。
因此，基于以上部分现象和问题，我们一直致力于对喷枪的改进设计，也即如何提供一款全新的喷枪成为了目前研发组的研发课题。
发明内容
针对现有技术中存在的双介质蒸汽雾化喷枪存在的问题，本方案中提供了一种单介质烟气冷却除尘喷枪，通过采用单介质理念设计，通过对喷枪在结构上进行改进，从而达到减少能源消耗，增加喷枪的使用寿命，避免传统的技术缺陷，增强转炉喷枪效费比的效果。
本发明提出的具体方案如下：
一种单介质烟气冷却除尘喷枪，包括
喷嘴；所述喷嘴为高压单介质喷嘴且沿蒸发冷却器径向呈水平设置；
端盖，设置在所述喷嘴的正前方；所述端盖被配置为可对所述喷嘴进行遮盖动作，在喷雾降温除尘时旋转开启，停止喷雾时旋转关闭端盖隔绝高温烟尘环境。
进一步的，所述喷枪还包括隔热管；所述隔热管中内置有隔热套；
所述端盖设置在所述隔热管端部的端头板上，所述端头板上设有喷孔；
所述喷嘴内置在所述隔热套中且所述喷嘴与所述喷孔对应。
进一步的，所述隔热管的内壁上填充有耐火材料。
进一步的，所述端头板上设有可以转动的转动件，所述端盖固定在所述转动件上；所述转动件相对于所述端头板转动使得所述端盖在遮盖位和打开位之间的转换。
进一步的，所述喷嘴可在所述隔热管内向着所述喷孔前进移动；所述端盖被配置为，
在所述喷嘴前进移动时所述转动件同步转动使得所述端盖处于打开位；
在所述喷嘴后退移动时所述转动件同步转动使得所述端盖处于遮盖位。
进一步的，所述喷枪还包括活塞组件，所述喷嘴连接在所述活塞组件上；所述活塞组件被配置为使得所述喷嘴进行前进或者后退运动；所述活塞组件还被配置为与高压水源连通以向所述喷嘴供流。
进一步的，所述活塞组件包括
活塞管；
活塞体；和
注水管，具有前端和尾端；所述喷嘴固定安装在所述注水管的前端；所述注水管的尾端位于所述活塞管内，所述活塞体与所述注水管套接并固定。
进一步的，所述活塞组件还包括导向管和注水法兰；所述导向管和所述注水法兰分别固定在所述活塞管的两端；所述注水管穿设所述导向管与所述喷嘴固定；
所述导向管与所述活塞管连接的位置处还设有限位环；所述限位环被配置为限制所述活塞体运动至所述导向管内。
进一步的，所述活塞组件还包括弹簧和挡座；
所述弹簧和所述挡座均位于所述导向管中；所述弹簧套接在所述注水管上，所述挡座固定在所述注水管上。
进一步的，所述喷枪还包括传动组件；
所述转动组件与所述活塞组件传动连接；所述传动组件被配置为，受所述活塞组件的驱动而使得所述端盖在遮盖位和打开位之间进行转换。
采用本技术方案所达到的有益效果为：
采用高压雾化喷嘴可以代替传统的双介质方式，采用单介质并通过增压来实现冷却水的雾化满足喷雾降温除尘所需的雾化粒径，避免能源的大量消耗；同时改变传统喷嘴的结构设计，将斜向下的结构改为水平布置的方式；并在喷嘴的前方设置可开合的端盖；通过以上的结构设计，避免出现传统结构引发的诸多问题，本发明可以大范围地推广到全国冶金、转炉炼钢等行业及类似需求的行业。
附图说明
图1为本方案的喷枪立体结构图。
图2为端盖处于打开状态下的展示图。
图3为端盖处于遮盖状态下的展示图。
图4为喷枪一种立体剖面的结构图，展示内部结构。
图5为隔热管处的剖面结构图。
图6为活塞组件的剖面示意图。
图7为喷枪另外一种立体剖面的结构图，展示内部结构。
图8为传动组件的剖面示意图。
其中：10喷嘴、11端盖、21隔热管、22隔热套、23耐火材料、31活塞管、32活塞体、33注水管、34导向管、35注水法兰、36限位环、37弹簧、38挡座、39限位管、41驱动板、42齿条、43圆柱齿轮、44连接轴、45第一锥齿轮、46第二锥齿轮、47传动杆、401底板、402三角法兰板、403中筒、404承载台。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本实施例提供了一种单介质烟气冷却除尘喷枪，通过对这里的喷枪结构进行全新设计，替代传统提供的双介质转炉蒸汽雾化喷枪，尤其是可以有效地避免传统双介质转炉蒸汽雾化喷枪带来的能源浪费、安装检修困难、喷嘴易堵塞和喷嘴易产生烟尘湿底、挂壁现场的问题。
具体的，参见图1－图3，喷枪的组成结构包括喷嘴10；其中喷嘴10为高压单介质喷嘴且沿蒸发冷却器径向呈水平设置；也即本方案中提出的喷嘴不再为斜下设计，而是呈直筒水平设计。在喷嘴10的正前方位置设置了端盖11，该端盖11被配置为可对喷嘴10进行遮盖动作。
在传统的设计中，喷嘴完全直接暴露在蒸发冷却器里面，受到烟尘的影响，非常容易发生堵塞、失效等现象；因此本方案中设计了端盖11，利用端盖11在喷嘴10不工作时对喷嘴10进行遮盖，避免烟尘进入到喷嘴10之中。
本方案中，参见图4－图5，提出的喷枪还包括隔热管21；在隔热管21中内置有隔热套22；端盖11设置在隔热管21端部的端头板上，同时在端头板上设有喷孔；喷嘴10内置在隔热套22中且喷嘴10与喷孔对应。
也即喷嘴10将喷雾通过这里的喷孔射出，而喷嘴10处于在隔热管21、隔热套22的保护范围之内，减小喷嘴10受到高温的影响。
可选的，在上文介绍的隔热管21的内壁上填充有耐火材料23。
端盖11通过转动件可转动的设置在端头板上，具体的，在端头板上设有可以转动的转动件，端盖11固定在转动件上；转动件相对于端头板转动使得端盖11在遮盖位和打开位之间的转换。
可以理解为，端盖11存在两种位置，遮盖位和打开位；顾名思义，处于遮盖位时可以对喷嘴10不进行喷雾时进行有效的遮盖；处于打开位时对正在进行喷雾的喷嘴10形成有效的避让。
本实施例中，提出的喷嘴10是可以沿着其轴线进行直线伸缩移动，即喷嘴10可在隔热管21内向着喷孔前进移动；端盖11被配置为，在喷嘴10前进移动时转动件同步转动使得端盖11处于打开位；而在喷嘴10后退移动时转动件同步转动使得端盖11处于遮盖位。
通过采用端盖11可旋转开启和关闭的技术：当需要喷雾的时候端盖11打开喷嘴10伸出进行喷雾；不需要喷雾时喷嘴10缩回端盖11关闭，隔绝蒸发冷却器里面的高温烟尘，起到对喷嘴10的有效保护。
本实施例中，提出的喷枪还包括活塞组件，喷嘴10连接在这里的活塞组件上；活塞组件被配置为使得喷嘴10进行前进或者后退运动；活塞组件还被配置为与高压水源连通以向喷嘴10供流。
可以理解为，本方案中提供的活塞组件具备了两个功能，其一：通过对设计的活塞组件可以实现对喷枪进行供流，也即利用这里的活塞组件为喷嘴10提供高压水流；其二：利用活塞组件完成对喷嘴10的伸缩运动。
具体的，参见图4、图6，本方案提供的活塞组件包括活塞管31、活塞体32和注水管33；其中这里注水管33具有前端和尾端；上文提及的喷嘴10固定安装在注水管33的前端；注水管33的尾端位于活塞管31内，活塞体32与注水管33套接并固定。
即在本方案的设计中，活塞体32位于活塞管31中，同时活塞体32套接固定在注水管33的外壁，只要活塞体32在活塞管31中作活塞运动，将会使得注水管33做伸缩运动，也就使得固定在注水管33前端的喷嘴10作前进或者后退运动。
本实施例中，活塞组件还包括导向管34和注水法兰35；这里的导向管34和注水法兰35分别固定在活塞管31的两端；上文介绍的注水管33穿设导向管34与喷嘴10固定；同时在导向管34与活塞管31连接的位置处还设有限位环36；这里的限位环36被配置为限制活塞体32运动至导向管34内。
这里的注水法兰35主要用于完成与高压水泵(未画出)的连接，活塞管31固定在导向管34和注水法兰35之间，在具体的使用过程中，将高压水泵固定在注水法兰35上，高压水源有进入活塞管31中，在强大的高压水源作用下将推动活塞体32，活塞体32在活塞管31内向前运动，使得注水管33同步的向前移动；同时因为注水管33与活塞管31导通，此时的高压水源也同步进入到注水管33中。
在注入高压水源时会推动活塞体32使得注水管33会前进，对应的，在不注入高压水源时，注水管33也应当实现复位后退；因此本方案中利用弹簧实现注水管33的自动回弹。
具体的，在活塞组件中还包括弹簧37和挡座38；其中弹簧37和挡座38均位于导向管34中；同时弹簧37套接在注水管33上，而挡座38固定在注水管33上。
也即可以理解为，本方案中的活塞体32和挡座38均固定在注水管33上并且呈一定的间隔距离，注水管33的前进或者后退均会使得活塞体32和挡座38同步动作；而挡座38位于导向管34中主要用于压缩这里的弹簧37。
具体的工作原理为：将高压水泵固定在注水法兰35上为注水管33提供高压水源，强大的高压水源冲击推动活塞体32，活塞体32在活塞管31内向前运动，注水管33、挡座38同步的向前移动，喷嘴10伸出；挡座38的前进将对弹簧37进行压缩；然后不进行注水后，弹簧37的反弹力作用在挡座38上，挡座38携带者注水管33、活塞体32复位，喷嘴回缩。
可选的，活塞体32的活动范围被限位环36限制在活塞管31中，为了避免高压水源渗透进入到导向管34中，提出的活塞体32为表面带有密封圈的活塞体32，这样在高压水源的注入下，活塞体32能够与限位环36紧密的贴合密封，能够有效地减少水源渗透进导向管34中的可能。
可选为，为了降低活塞体32与限位环36紧密密封贴合时所承受的挤压力，这里还提出了限位管39，该限位管39固定在导向管34的内壁上，限位管39被配置为限制挡座38的前进范围，进行降低活塞体32所承受的挤压力。
具体的展现形式为：将高压水泵固定在注水法兰35上为注水管33提供高压水源，在强大的高压水源作用下将推动活塞体32，活塞体32在活塞管31内向前运动，注水管33、挡座38同步的向前移动；直至活塞体32与限位环36紧密密封贴合，此时的挡座38也同时抵接在限位管39的端面上。通过这里的限位管39，可以有效地限制挡座38的前进距离，通过利用限位管39对挡座38产生的抵接力，最终传递至活塞体32上，降低活塞体32与限位环36密封贴合时所承受的挤压力，避免在长期的使用过程中，活塞体32被挤压变形而导致密封性能降低。
以上介绍中，详细地介绍了喷嘴10在活塞组件的配合下，实现了与高压水源连通时喷嘴自动伸出并进行喷雾，高压水源不连接时喷嘴自动回缩的功能；本实施例中还设计了传动组件，这里的传动组件同时与活塞组件进行连接，活塞组件在促进喷嘴10进行动作的同时，也促进了传动组件的动作，利用这里的传动组件实现对端盖11的同时开启或者关闭。
也即，本实施例中的喷枪还包括传动组件；该转动组件与活塞组件传动连接；传动组件被配置为，受活塞组件的驱动而使得端盖11在遮盖位和打开位之间进行转换。
具体的，参见图2、图7－图8，传动组件通过锥形齿轮传动系、齿轮齿条传动系和传动杆之间的配合从而完成与活塞组件、端盖11之间的传动；在本方案的喷枪中部设置有安装腔，该安装腔主要由底板401、三角法兰板402和固定在底板401、三角法兰板402之间的中筒403组成，在中筒403内还设置有承载台404；上文提及的锥形齿轮传动系、齿轮齿条传动系均设置在这里的安装腔中。
齿轮齿条传动系包括驱动板41、齿条42和圆柱齿轮43，驱动板41与穿过安装腔的注水管33固定，齿条42与驱动板41固定，这样注水管33的前后移动，通过驱动板41也就使得这里的齿条42前后移动。
锥形齿轮传动系包括连接轴44、第一锥齿轮45和第二锥齿轮46，连接轴44通过两端的安装座活动连接在承载台404上，第一锥齿轮45和圆柱齿轮43均套接固定在连接轴44上，同时这里的圆柱齿轮43与齿条42啮合；第一锥齿轮45和第二锥齿轮46相互啮合；第二锥齿轮46固定在传动杆47上，传动杆47的另一端穿出安装腔直至与端头板处的转动件固定。
可以理解为，端盖11的实现旋合开闭是通过这里的传动组件实现的，具体的表现形式为：在高压水源的作用下，注水管33作前进动作，使得喷嘴10也向前伸出；与此同时注水管33的前进动作将使得驱动板41前进，从而使得驱动板41上的齿条42驱使圆柱齿轮43转动，圆柱齿轮43的转动使得连接轴44、第一锥齿轮45和第二锥齿轮46同步转动，在通过这里的传动杆47使得端盖11旋转。
通方案中通过对结构的巧妙设计，利用高压水源对活塞将的压力，促使活塞件运动从而带动注水管33运动；通过这里的活塞组件和传动组件之间的配合实现了喷嘴10自动伸出和端盖11的自动打开，完全不需要外部动力源。
通过以上组合实施应用，隔热管21和隔热套22所运用的隔热技术能够有效保护喷嘴10、传动杆47不受高温、烟尘环境侵蚀破坏并且能够阻止热量往喷枪后端传递、辐射；给传动组件提供常温环境，避免传动组件失效。
齿轮系传动(包括锥形齿轮传动系、齿轮齿条传动系)是旋转端盖11的核心动力部分，通过齿轮传动系及传动杆47实现端盖11的旋转开启与关闭，这样的设计使暴露在高温烟尘环境下的运动副最少，也即只有旋转副，其他传动部分都在常温环境下避免高温大烟尘环境的损坏，避免了机构失效，大大增加了喷枪使用寿命，提高了性价比。
采用高压雾化喷嘴可以代替传统的双介质方式，采用单介质同样可以通过增压来实现冷却水的雾化满足喷雾降温除尘所需的雾化粒径，避免能源的大量消耗。
以上的结构设计简化了喷枪连接管道，减少了能源消耗，大大增加喷枪的使用寿命，避免了传统的技术缺陷，增强了转炉喷枪的效费比。本发明可以大范围地推广到全国冶金、转炉炼钢等行业及类似需求的行业。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种单介质烟气冷却除尘喷枪，其特征在于，包括
喷嘴(10)；所述喷嘴(10)为高压单介质喷嘴(10)且沿蒸发冷却器径向呈水平设置；
端盖(11)，设置在所述喷嘴(10)的正前方；所述端盖(11)被配置为可对所述喷嘴(10)进行遮盖动作，在喷雾降温除尘时旋转开启，停止喷雾时旋转关闭端盖隔绝高温烟尘环境。
2.根据权利要求1所述的一种单介质烟气冷却除尘喷枪，其特征在于，所述喷枪还包括隔热管(21)；所述隔热管(21)中内置有隔热套(22)；
所述端盖(11)设置在所述隔热管(21)端部的端头板上，所述端头板上设有喷孔；
所述喷嘴(10)内置在所述隔热套(22)中且所述喷嘴(10)与所述喷孔对应。
3.根据权利要求2所述的一种单介质烟气冷却除尘喷枪，其特征在于，所述隔热管(21)的内壁上填充有耐火材料(23)。
4.根据权利要求2所述的一种单介质烟气冷却除尘喷枪，其特征在于，所述端头板上设有可以转动的转动件，所述端盖(11)固定在所述转动件上；所述转动件相对于所述端头板转动使得所述端盖(11)在遮盖位和打开位之间的转换。
5.根据权利要求4所述的一种单介质烟气冷却除尘喷枪，其特征在于，所述喷嘴(10)可在所述隔热管(21)内向着所述喷孔前进移动；所述端盖(11)被配置为，
在所述喷嘴(10)前进移动时所述转动件同步转动使得所述端盖(11)处于打开位；
在所述喷嘴(10)后退移动时所述转动件同步转动使得所述端盖(11)处于遮盖位。
6.根据权利要求5所述的一种单介质烟气冷却除尘喷枪，其特征在于，所述喷枪还包括活塞组件，所述喷嘴(10)连接在所述活塞组件上；所述活塞组件被配置为使得所述喷嘴(10)进行前进或者后退运动；所述活塞组件还被配置为与高压水源连通以向所述喷嘴(10)供流。
7.根据权利要求6所述的一种单介质烟气冷却除尘喷枪，其特征在于，所述活塞组件包括
活塞管(31)；
活塞体(32)；和
注水管(33)，具有前端和尾端；所述喷嘴(10)固定安装在所述注水管(33)的前端；所述注水管(33)的尾端位于所述活塞管(31)内，所述活塞体(32)与所述注水管(33)套接并固定。
8.根据权利要求7所述的一种单介质烟气冷却除尘喷枪，其特征在于，所述活塞组件还包括导向管(34)和注水法兰(35)；所述导向管(34)和所述注水法兰(35)分别固定在所述活塞管(31)的两端；所述注水管(33)穿设所述导向管(34)与所述喷嘴(10)固定；
所述导向管(34)与所述活塞管(31)连接的位置处还设有限位环(36)；所述限位环(36)被配置为限制所述活塞体(32)运动至所述导向管(34)内。
9.根据权利要求8所述的一种单介质烟气冷却除尘喷枪，其特征在于，所述活塞组件还包括弹簧(37)和挡座(38)；
所述弹簧(37)和所述挡座(38)均位于所述导向管(34)中；所述弹簧(37)套接在所述注水管(33)上，所述挡座(38)固定在所述注水管(33)上。
10.根据权利要求6-9任一项所述的一种单介质烟气冷却除尘喷枪，其特征在于，所述喷枪还包括传动组件；
所述转动组件与所述活塞组件传动连接；所述传动组件被配置为，受所述活塞组件的驱动而使得所述端盖(11)在遮盖位和打开位之间进行转换。
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| Title |
|---|
| 汤先岗;章敬泉;魏传岱;周广文;: "蒸发冷却器积灰、湿灰问题影响因素研究", 环境工程, no. 02 * |
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|---|---|
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