CN1959086A - 旋流喷雾湿化方法与湿化塔 - Google Patents

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Abstract

一种旋流喷雾湿化方法，低温空气在湿化塔底部逆流均匀进风或旋转进风；高温水自上向下喷洒，其形成的分散的液滴与低温空气逆流接触传热传质后降落排出；在分散的液滴周围形成气流膜；除去随气流上行的小液滴，从而完成出除水或除雾。该旋流喷雾湿化塔的塔体顶部开设有排气管，塔体内部于排气管下方设有一进水管，该进水管的出水口朝向塔体下方地安装有雾化喷嘴；位于排气管和进水管之间安装有除雾器；塔体底部开设有排水管，塔体内部于排水管上方设有一进气管，该进气管的气口朝向塔体上方地安装有空气分布器；环绕塔体且位于雾化喷嘴下方安装有壁面进风装置。

Description

旋流喷雾湿化方法与湿化塔
技术领域
本发明属于燃气轮机装置湿化技术领域，具体地涉及一种旋流喷雾湿化方法。
本发明还涉及用于实现上述方法的湿化塔。
背景技术
高压空气加湿技术是提高燃气轮机性能的重要手段。在目前的燃气轮机参数下，高压湿化塔的工作压力可达40bar，工作温度可达150～250℃，对于这种苛刻条件下的湿化过程，化学工业上常用的加湿装置难以满足要求。
现有的高压空气湿化技术利用填料塔形式的装置来实现，在高温高压条件下，普通填料难以满足要求，多使用不锈钢结构填料。填料塔的气体处理量受限于填料的液泛速度，因而只有通过增加填料塔的横截面积才能提高工质的处理量，这就大大增加了塔设备的尺寸及初投资。金属填料的使用增加了湿化塔的热惯性，在燃气轮机装置变工况操作时，热惯性的增加会导致燃气轮机系统的响应时间变长，不利于系统的变工况操作。
由填料引起的阻力损失是填料塔型湿化装置阻力的主要来源，过大的压力损失会造成燃气轮机装置比功和效率的下降。填料的布水均匀程度或润湿程度也存在问题，当系统负荷较小时，进入湿化塔的水流量减小，会使得填料表面不能完全润湿，从而减少了气液之间的相间接触面积，不利于传热传质。
发明内容
本发明的目的在于提供一种旋流喷雾湿化法。
本发明的又一目的在于提供一种用于实现上述方法的湿化塔。
为实现上述目的，本发明提供的旋流喷雾湿化法，可用于高压空气加热加湿；在该方法中，低温空气在湿化塔底部逆流均匀进风或旋转进风；
高温水自上向下喷洒，其形成的分散的液滴与低温空气逆流接触传热传质后降落排出；
在分散的液滴周围形成气流膜；
除去随气流上行的小液滴，从而完成出除水或除雾。
所述的旋流喷雾湿化方法，其中的进风包括周边切向进风。
本发明提供的用于实现上述方法的旋流喷雾湿化塔，主要包括：
塔体顶部开设有排气管，塔体内部于排气管下方设有一进水管，该进水管的出水口朝向塔体下方地安装有雾化喷嘴；位于排气管和进水管之间安装有除雾器；
塔体底部开设有排水管，塔体内部于排水管上方设有一进气管，该进气管的气口朝向塔体上方地安装有空气分布器；
环绕塔体且位于雾化喷嘴下方安装有壁面进风装置；
由上述湿化塔，低温空气自进气管的空气分布器逆流均匀进风，高温水自雾化喷嘴向下喷洒形成的液滴经与低温空气逆流接触传热传质后降落从塔体底部排水管排出；壁面进风装置在液滴周围形成气流膜，随气流上行的液滴经除雾器排除。
所述的旋流喷雾湿化塔，其中环绕塔体位于空气分布器的位置安装有切向进风口。
所述的旋流喷雾湿化塔，其中环绕塔体且与切向进风口锐角相交地设有百叶窗式排的导风板。
所述的旋流喷雾湿化塔，其中塔体底部设有水封和液位控制系统。
所述的旋流喷雾湿化塔，其中空气分布器由两个或多个不同直径的共焦点同轴布置的圆锥管组成，各锥管之间可选择布置旋流叶片或导叶。
所述的旋流喷雾湿化塔，其中壁面进风装置的进风口为带状或沿圆周均匀布置等直径圆孔；该壁面进风口设有导风板。
所述的旋流喷雾湿化塔，其中切向进风口布置有旋流孔，旋流孔沿圆周均匀分布，旋流孔轴线可与圆周共面相切，或者与圆周呈锐角相交，旋流孔外安装环状夹套。
所述的旋流喷雾湿化塔，其中塔体为圆柱形、圆锥形或旋转曲面的组合型。
本发明与现有填料湿化塔技术相比具有以下的优点和有益效果。
(1)旋流喷雾塔使用雾化喷嘴分散液体，分散后液滴的粒径最小可以达到200微米，大流量下液滴的比表面积较填料塔高；旋转气流增加了液滴和空气的接触时间，同时壁面风有效的减少了液滴挂壁和壁流现象，因而旋流喷雾塔的传热传质效率也要高出填料塔，传热传质效果好。
(2)填料湿化塔的填料占塔三分之一左右的体积，是塔阻力损失的主要原因。本发明采用水喷雾实现空气加热加湿，不使用填料，在相同喷淋密度下，系统阻力小于填料塔。
(3)本发明的重量小于填料湿化塔，同时不使用填料使得其制造成本也低于填料塔，对工业系统设计提供了一个更经济的选择方案。
附图说明
图1是本发明的无切向进风的旋流喷雾湿化塔结构示意图。
图2是本发明带有切向进风的旋流喷雾湿化塔结构示意图。
图3是本发明空气分布器的一个实施例结构图。
图4是本发明壁面进风装置的一个实施例结构图。
具体实施方式
请参阅图1，为本发明提供的旋流喷雾湿化塔的结构示意图。主要包括：
一塔体由圆柱形筒体9、圆柱形过渡段4和圆锥形收缩段7组合而成，该塔体底部开设有排水管14，同时为控制塔内的压力，还装有水封和液位控制系统，可保持湿化器内一定水位，实现压力控制(液位控制系统为一公知技术，图中未示出)。塔体顶部开设有排气管1，用以排出经加热加湿的高压空气。塔体9内的上部且位于排气管1的下方设有进水管3，经该进水管3连接一喷液装置，喷液装置由安装在喷嘴固定座5上的多个雾化喷嘴6组成，高温水由进水管3经过雾化喷嘴6形成微小液滴均匀分散于整个塔截面。
塔体的下部且位于排水管上方设有一进气管13，该进气管13的上安装有空气分布器12。该空气分布器12如图3所示，由同轴布置的外锥管15和内锥管16构成，两个锥管按照共焦点布置，外锥管高度高于内锥管高度，内、外锥管之间焊接8个均匀布置的旋流叶片17，使进入的空气形成均匀旋转气流向塔体上方流动，变换叶片与轴线的相对倾斜角度可以调节进塔空气的旋流强度。
在具有上述结构的旋流喷雾塔中，压缩空气经过空气分布器12，一部分通过内锥管16在塔轴线处以均匀速度进入塔体，另一部分通过旋流叶片17以旋转方式进入塔体，在旋转气流的带动下，轴心均匀气流也发生旋转；进水管3注入的高温液滴与旋转气流在塔体内逆向接触，与空气进行传热传质后落至塔体底部从排水管14排出；经加热加湿的空气从塔体的顶部排气管1排出。
在实际操作中，会有一小部分微小液滴随着旋转气流上行，为去除这些液滴，在塔体内位于排气管下方且喷淋装置的上方安装有除雾器12，强迫随气流上行的微小液滴撞壁并被捕捉，从而完成出塔气体的除水或除雾。本发明采用的除雾器可为公知的惯性除雾器。
为防止由于气流旋转造成的离心作用将液滴甩到塔体内壁面上形成壁流，位于雾化喷嘴下方环绕塔体周围安装有壁面进风装置8；请参阅图4，壁面进风装置8包括内导风板18、外导风板19、进气口20及夹套21，内外导风板均为环形转角结构，相反方向布置，通过配合围成环形的壁面气流进风通道。进气口20可以为带状也可沿圆周均匀布置等直径圆孔；夹套21除了作为塔的连接部件，还可以起到保持塔内压力的作用。由壁面进风装置8喷入的气流在塔体内的收缩段处形成一层气膜，从而防止由于离心作用将液滴甩到塔体内壁面上形成壁流。
综上所述，由本发明提供的湿化塔可以增加液滴在塔体内的停留时间以增加气液之间的传热传质，减小由于气液逆流接触流动所造成的压力损失，另外还可避免液滴挂壁形成壁流。
为了进一步加强和调节湿化塔内压缩空气的旋转程度，本发明的湿化塔还在位于空气分布器的位置且环绕塔体安装有气流切向进风口10，该气流切向进风口10上设置有导风板11，导风板11为百叶窗形式排列，沿圆周方向均匀安装于圆周夹套内，导风板11平面与圆周切线方向锐角相交，通过调节切向进风口与空气分布器的配气量，可以调节湿化塔内压缩空气的旋转程度。
以上所述，仅是根据本发明技术方案提出的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种旋流喷雾湿化方法，可用于高压空气加热加湿；在该方法中，低温空气在湿化塔底部逆流均匀进风或旋转进风；
高温水自上向下喷洒，其形成的分散的液滴与低温空气逆流接触传热传质后降落排出；
在分散的液滴周围形成气流膜；
除去随气流上行的小液滴，从而完成出除水或除雾。
2.如权利要求1所述的旋流喷雾湿化方法，其中的进风包括周边切向进风。
3.一种用于实现权利要求1所述方法的旋流喷雾湿化塔，主要包括：
塔体顶部开设有排气管，塔体内部于排气管下方设有一进水管，该进水管的出水口朝向塔体下方地安装有雾化喷嘴；位于排气管和进水管之间安装有除雾器；
塔体底部开设有排水管，塔体内部于排水管上方设有一进气管，该进气管的气口朝向塔体上方地安装有空气分布器；
环绕塔体且位于雾化喷嘴下方安装有壁面进风装置；
由上述湿化塔，低温空气自进气管的空气分布器逆流均匀进风，高温水自雾化喷嘴向下喷洒形成的液滴经与低温空气逆流接触传热传质后降落从塔体底部排水管排出；壁面进风装置在液滴周围形成气流膜，随气流上行的液滴经除雾器排除。
4.如权利要求3所述的旋流喷雾湿化塔，其中环绕塔体位于空气分布器的位置安装有切向进风口。
5.如权利要求3所述的旋流喷雾湿化塔，其中环绕塔体且与切向进风口锐角相交地设有百叶窗式排的导风板。
6.如权利要求3所述的旋流喷雾湿化塔，其中塔体底部设有水封和液位控制系统。
7.如权利要求3所述的旋流喷雾湿化塔，其中空气分布器由两个或多个不同直径的共焦点同轴布置的圆锥管组成，各锥管之间可选择布置旋流叶片或导叶。
8.如权利要求3所述的旋流喷雾湿化塔，其中壁面进风口为带状或沿圆周均匀布置等直径圆孔；该壁面进风口设有导风板。
9.如权利要求3所述的旋流喷雾湿化塔，其中切向进风口布置有旋流孔，旋流孔沿圆周均匀分布，旋流孔轴线可与圆周共面相切，或者与圆周呈锐角相交，旋流孔外安装环状夹套。
10.如权利要求3所述的旋流喷雾湿化塔，其中塔体为圆柱形、圆锥形或旋转曲面的组合型。
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