CN116474538A - 一种强对流旋流吸附喷淋塔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废气处理设备技术领域，具体公开一种强对流旋流吸附喷淋塔，喷淋塔本体的侧壁设置有切向进气通道；喷淋塔本体具有旋流进气通道，旋流进气通道用于供烟气进入喷淋塔本体内，并使得烟气在喷淋塔本体内产生第一烟气旋流；切向进气通道用于供烟气切向进入喷淋塔本体内，并使得烟气在喷淋塔本体内产生第二烟气旋流；第一烟气旋流的至少局部被第二烟气旋流包裹，且第一烟气旋流和第二烟气旋流的旋向相反；通过反向设计的第一烟气旋流和第二烟气旋流，使得喷淋塔本体内形成强对流层，在塔体中部形成外旋流包裹内旋流，充分增大了气液混合效率，延长了气液接触时间，能够有效解决近壁面的烟气逃逸与硫磺堆积，导致的脱硫效率低等问题。
Description
技术领域
本发明涉及废气处理设备技术领域，具体涉及一种强对流旋流吸附喷淋塔。
背景技术
化学工业门类繁多，产品多样，化工产品加工过程中的各个环节都会产生大量有害物质，如含硫化物，氮化物等污染和破坏环境的工业废气，这些废气需要经过脱硫脱硝。
目前，这些气体一般通过喷淋塔进行净化。以工业废气为例，废气经过喷淋塔进行氧化，吸附等过程来降低有害物质的浓度。但由于喷淋塔高度限制，高速的工业尾气与喷淋液反应时间有限，塔内存在较大范围高速气流，这部分气流在塔内停留时间短，不能与浆液充分接触，还未参与反应就离开喷淋塔，出现烟气逃逸的现象；同时，壁面喷淋覆盖率低，使喷淋液分布不均，气液接触不充分不均匀，导致靠近塔壁的废气净化效率低于塔中部的净化效率，因此，有必要进行改进。
发明内容
本发明为解决上述的技术问题而提供一种强对流旋流吸附喷淋塔。通过反向设计的第一烟气旋流和第二烟气旋流，使得喷淋塔本体内形成强对流层，在塔体中部形成外旋流包裹内旋流，充分增大了气液混合效率，延长了气液接触时间，能够有效解决近壁面的烟气逃逸与硫磺堆积，导致的脱硫效率低等问题。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种强对流旋流吸附喷淋塔，包括喷淋塔本体，所述喷淋塔本体的侧壁设置有至少一组切向进气通道；所述喷淋塔本体具有旋流进气通道，用于供烟气进入所述喷淋塔本体内，并使得烟气在所述喷淋塔本体内产生第一烟气旋流；所述至少一组切向进气通道，用于供烟气切向进入所述喷淋塔本体内，并使得烟气在所述喷淋塔本体内产生第二烟气旋流；其中，所述第一烟气旋流的至少局部被所述第二烟气旋流包裹，且所述第一烟气旋流和所述第二烟气旋流的旋向相反。
本公开至少一实施例提供的强对流旋流吸附喷淋塔中，所述喷淋塔本体内具有至少一个喷淋管组件，所述切向进气通道位于所述至少一个喷淋管组件的下方。
本公开至少一实施例提供的强对流旋流吸附喷淋塔中，所述喷淋塔本体的侧壁设置有至少一组喷淋喷嘴，所述至少一组喷淋喷嘴配置为与所述至少一个喷淋管组件连通，所述至少一组喷淋喷嘴位于所述喷淋管组件的下方。
本公开至少一实施例提供的强对流旋流吸附喷淋塔中，所述至少一组喷淋喷嘴和所述至少一组切向进气通道呈间隔分布。
本公开至少一实施例提供的强对流旋流吸附喷淋塔中，所述旋流进气通道呈倾斜设置，且所述旋流进气通道的进气端口高于所述旋流进气通道的出气端口。
本公开至少一实施例提供的强对流旋流吸附喷淋塔中，所述喷淋喷嘴呈倾斜设置，且所述喷淋喷嘴的进液口高于所述喷淋喷嘴的出液口。
本公开至少一实施例提供的强对流旋流吸附喷淋塔中，所述喷淋喷嘴和所述切向进气通道错位布置。
本公开至少一实施例提供的强对流旋流吸附喷淋塔中，所述喷淋塔本体内具有至少一个除雾器，所述喷淋管组件位于所述除雾器的下方。
本公开至少一实施例提供的强对流旋流吸附喷淋塔中，所述旋流进气通道与水平面的夹角为10°-15°。
本发明的有益效果为：采用了多组切向设置的切向进气通道可以增大喷淋塔内的气体扰动并将烟气分为多股，进一步强化喷淋液与烟气之间的反应速率；而且采用了反向设计的烟气旋流，能够形成强对流层，在塔体中部形成外旋流包裹内旋流的模式，充分增大了气液混合效率，延长了气液接触时间和提升了气液的接触面积，能够有效解决近壁面的烟气逃逸与硫磺堆积，导致的脱硫效率低等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种强对流旋流吸附喷淋塔的剖面图。
图2为本发明一种强对流旋流吸附喷淋塔的喷淋喷嘴和切向进气通道的分布示意图。
图3为本发明一种强对流旋流吸附喷淋塔在模拟时内部烟气速度分布云图。
图4为本发明一种强对流旋流吸附喷淋塔在模拟时内部强对流层烟气速度矢量图。
图5为本发明一种强对流旋流吸附喷淋塔在模拟时的内部喷淋层烟气流动速度矢量图。
图6为本发明一种强对流旋流吸附喷淋塔在模拟时的烟气流动迹线图。
图中：
10、喷淋塔本体；11、旋流进气通道；12、喷淋管组件；13、喷淋喷嘴；14、除雾器；15、排出管；
20、切向进气通道。
具体实施方式
下面将结合实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例
如图1和2所示，一种强对流旋流吸附喷淋塔，包括喷淋塔本体10，喷淋塔本体10的侧壁设置有多组的切向进气通道20，喷淋塔本体10的顶端设置有排出管15；喷淋塔本体10具有旋流进气通道11，旋流进气通道11用于供烟气进入喷淋塔本体10内，并使得烟气在喷淋塔本体10内产生第一烟气旋流；多组的切向进气通道20用于供烟气切向进入喷淋塔本体10内，并使得烟气在喷淋塔本体10内产生第二烟气旋流；其中，第一烟气旋流的局部被第二烟气旋流包裹，且第一烟气旋流和第二烟气旋流的旋向相反。采用了反向设计的烟气旋流，能够形成强对流层，在喷淋塔本体内部形成外旋流包裹内旋流的模式，充分增大了气液混合效率，延长了气液接触时间和提升了气液的接触面积，解决了近壁面烟气逃逸导致的脱硫效率低的问题。
示例性地，切向进气通道20位于旋流进气通道11的上方，切向进气通道20设置有三组并采用等间距分布，每组的切向进气通道组具有四个切向进气通道20。
多组切向设置的切向进气通道20能增大喷淋塔本体10内的气体扰动并将烟气分为多股，能进一步强化喷淋液与烟气之间的反应速率。
在本实施例中，喷淋塔本体10内具有多个的喷淋管组件12，切向进气通道20位于多个的喷淋管组件12的下方。示例性地，喷淋管组件12设置有2-3层，每层间距2-2.5m，每层具有48-60个涡流喷嘴，涡流喷嘴雾滴较细，对近壁面气流二次逆流接触，充分提高近壁面处的脱硫效率。
进一步的，优先选用3层喷淋管组件，每层间距2.5m，每层60个涡流喷嘴。
进一步的，喷淋塔本体10的侧壁设置有多组的喷淋喷嘴13，喷淋喷嘴13配置为与喷淋管组件12采用管道(未图示)实现连通，喷淋喷嘴13位于喷淋管组件12的下方。喷淋管组件12和喷淋塔本体10侧壁的多组的喷淋喷嘴配合使用，能使喷淋液分布更加均匀，对喷淋塔本体10内的喷淋液分布均匀起到了积极效果。
示例性地，喷淋喷嘴设置有三组并采用等间距分布，每组喷淋喷嘴组具有四个螺旋喷嘴。螺旋喷嘴雾滴粒径较粗，与烟气的液接触面积较大。
在本实施例中，喷淋喷嘴13和切向进气通道20呈间隔分布，并且喷淋喷嘴13和切向进气通道20错位布置。
在本实施例中，旋流进气通道11呈倾斜设置，且旋流进气通道11的进气端口高于旋流进气通道11的出气端口。旋流进气通道11与水平面的夹角为10°-15°，优先选用15°。
旋流进气通道11采用了倾斜的设计，使得主体气流先沿塔下部流动，改善了气流直接撞击入口对侧壁面造成的烟气逃逸和分布不均，延长了气体在塔体内的停留时间；并且废液不易进入到旋流进气通道11内。
在本实施例中，喷淋喷嘴13呈倾斜设置，且喷淋喷嘴13的进液口高于喷淋喷嘴13的出液口。喷淋喷嘴13采用了倾斜的设计，能够有效的避免喷淋喷嘴13的出液口被堵塞。
在本实施例中，喷淋塔本体10内具有除雾器14，喷淋管组件12位于除雾器14的下方。示例性地，除雾器14采用管式除雾器，与喷淋塔本体10内壁面焊接，利用气流撞击折流板的离心力，去除液滴与杂质。
为了更清楚完整地说明本发明，现使用计算流体力学方法模拟验证其有益效果。
使用spaceclaim软件建立模型，导入Ansys meshing中划分网格，因考虑了输液管路对流场的影响，所以采用四面体和六面体混合的结构化与非结构化网格，将划分好的网格导入fluent进行数值模拟。
数据取值参考某文献中实际投运喷淋塔数值，每小时处理烟气量480t/h,旋流进气通道：V＝Q/S＝8m/s，切向进气通道：V＝Q/S＝15m/s。日常运行中，烟气雷诺数远大于2300，采用湍流方程K-e模型。模拟计算烟气流场内为恒温定常流动，烟气温度取T＝300K，烟气密度为ρ＝1.131kg/m3，动力粘度u为2.32×10-5N·s/m2。旋流进气通道为均匀分布速度入口边界，排出管为压力出口边界，出口表压为0Pa，操作压力为101325Pa；喷淋塔本体的壁面与优化构件表面为无滑移壁面边界，壁面处烟气流动模拟选取计算精度较高、适用于高雷诺数流动的标准壁面函数法(Standard Wall Functions)。
考虑了除雾器对流场的影响，将其视为多孔介质区域，通过参考相近的文献值，设定其粘性阻力系数为436745.690 1/m2，惯性阻力系数为35.305 1/m，通过在动量方程中添加源项，模拟其对气流添加的阻力。
如图3所示，高速气流区域主要集中在喷淋塔本体中部的强对流区域和排出管的弯管部分，排出管处的高速气流是因为弯管部分的二次环流，强对流区域部分则是由于切向进气通道的作用，从图中可以看出本公开的设计可有效改善塔体内的流场分布，改善高速气流沿壁面逃逸的问题。
如图3和4所示，气流在强对流区域形成三组涡流，通过涡流将底部气流气流引入涡流中，有效改善了入口气流直接撞击对侧壁面导致的烟气沿塔壁逃逸的问题。结合图5可以看出在喷淋层部分可以得到分布更为均匀的速度流场，在很大程度提高了气液接触面积和混合效率。同时，使得除雾器部分局部气流分布更为均匀，有利于液滴颗粒物的脱除。
如图6所示，可以看出形成了两股螺旋流，内部较浅的螺旋流由旋流进气通道排出的烟气撞击喷淋塔本体的内壁面后产生。往塔中部流动，外层螺旋流由切向进气通道产生，外螺旋包裹内螺旋使得气液接触更为均匀。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内；除非明确说明，否则本文中使用的任何元件、动作或指令都不应解释为关键或必要的。
Claims (9)
1.一种强对流旋流吸附喷淋塔，其特征在于，包括：喷淋塔本体；
所述喷淋塔本体的侧壁设置有至少一组切向进气通道；
所述喷淋塔本体具有旋流进气通道，用于供烟气进入所述喷淋塔本体内，并使得烟气在所述喷淋塔本体内产生第一烟气旋流；
所述至少一组切向进气通道用于供烟气切向进入所述喷淋塔本体内，并使得烟气在所述喷淋塔本体内产生第二烟气旋流；
其中，所述第一烟气旋流的至少局部被所述第二烟气旋流包裹，且所述第一烟气旋流和所述第二烟气旋流的旋向相反。
2.根据权利要求1所述的一种强对流旋流吸附喷淋塔，其特征在于，所述喷淋塔本体内具有至少一个喷淋管组件，所述切向进气通道位于所述至少一个喷淋管组件的下方。
3.根据权利要求2所述的一种强对流旋流吸附喷淋塔，其特征在于，所述喷淋塔本体的侧壁设置有至少一组喷淋喷嘴，所述至少一组喷淋喷嘴配置为与所述至少一个喷淋管组件连通，所述至少一组喷淋喷嘴位于所述喷淋管组件的下方。
4.根据权利要求3所述的一种强对流旋流吸附喷淋塔，其特征在于，所述至少一组喷淋喷嘴和所述至少一组切向进气通道呈间隔分布。
5.根据权利要求1所述的一种强对流旋流吸附喷淋塔，其特征在于，所述旋流进气通道呈倾斜设置，且所述旋流进气通道的进气端口高于所述旋流进气通道的出气端口。
6.根据权利要求3所述的一种强对流旋流吸附喷淋塔，其特征在于，所述喷淋喷嘴呈倾斜设置，且所述喷淋喷嘴的进液口高于所述喷淋喷嘴的出液口。
7.根据权利要求4所述的一种强对流旋流吸附喷淋塔，其特征在于，所述喷淋喷嘴和所述切向进气通道错位布置。
8.根据权利要求2所述的一种强对流旋流吸附喷淋塔，其特征在于，所述喷淋塔本体内具有至少一个除雾器，所述喷淋管组件位于所述除雾器的下方。
9.根据权利要求5所述的一种强对流旋流吸附喷淋塔，其特征在于，所述旋流进气通道与水平面的夹角为10°-15°。
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