CN202605988U - 一种文丘里激冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于工业废气处理领域，提供了一种文丘里激冷系统，包括：主体；位于主体内的冷却液配送装置；设置于所述冷却液配送装置后面的一个或者多个文丘里通道；所述文丘里通道的过流断面为可调节的狭长矩形。本实用新型中文丘里通道可以根据空气量或文丘里压差变化进行自动化调节，当设置多文丘里通道时，通过不同通道的气体流量和冷却液流量可以单独控制，这样气流在横断面上的分布也可以得到调控，增加了文丘里激冷系统的可调节性，使得冷却后的气流可以更好地和后面的洗涤装置或气液分离装置的气流入口要求相匹配，这在大流量烟气处理时可以大大降低整个洗涤系统的阻力和能耗。

Description

一种文丘里激冷系统

技术领域

本技术属于工业废气处理领域，尤其涉及一种文丘里激冷系统。

背景技术

当工业废气在空气洗涤装置中处理时，若废气温度过高会使吸收液蒸发，降低洗涤废气的效果。同时，高的温度还会降低废气的气体成分在吸收液中的饱和分压，从而影响吸收液的吸收能力。在某类工业废气处理过程中，为防止二恶英（PCDDs/PCDFs或dioxins）的大量生成，需要将废气的温度在极短时间内急速降低。因此，电厂及焚烧炉烟气、石化厂催化裂化再生烟气、工业炉窑烟气、烧结机烟气、及化工厂反应装置所产生的高温尾气等各类高温废气需要进行冷却及净化处理。

工程上使高温气体快速冷却通常使用激冷系统（Quench System）。激冷系统一般采用绝热冷却（adiabatic cooling）的原理，即通过冷却液的蒸发来传递吸收气体的热量，冷却过程不需像制冷机那样消耗额外能量。

现有的激冷系统主要采用在管道或冷却容器中对被处理气体用冷却水进行喷淋的方式。当冷却液呈液滴状时具有很大的表面积，该方案运用绝热冷却的原理，通过液滴状冷却液的蒸发来吸收气体的热量。但为了使冷却水和空气接触均匀且接触表面积大，需要分散设置很多喷嘴并且每个喷嘴上要消耗一定的水力压降；同时，由于受喷嘴的形式及其所受水压及能耗的限制，所获的冷却水水滴的比表面积有一定的限度；并且，该方案除了要用到很多喷嘴外，还需用很多的管道和阀门来分配输送冷却水；此外，当所处理的气量比较大时，喷入的冷却水量就会较多，此时冷却水一般要求循环使用。而采用循环冷却时，由于冷却水和空气进行直接接触，则气体中固体或腐蚀性成分就会进入冷却水中去，喷嘴和阀门就会受到堵塞或腐蚀。

另一种激冷系统采用淹没式冷却方式，即热的废气通过扩散装置直接通入到冷却水中冷却。采用这种方法时，气体在水中形成气泡，当气泡离开冷却水时气体被水蒸汽饱和，并达到绝热冷却所能达到的最低温度。此方案的优点是装置比较简单，但由于气液接触面积不大，气泡在冷却水中不稳定，会引起冷却水水面产生漩涡和波浪，从而造成气流的压力波动。

美国专利US Pat 6,149,137揭示了一种文丘里激冷系统，这种激冷系统内设有一围堰，冷却水通过围堰溢流进入围堰附近的一段过流断面为圆形的文丘里管，冷却水在文丘里管内受剪切力作用被拆分成很细的液滴；空气通过文丘里管时流速增加，静压降低，不同断面上的气流间产生很强的剪切力；文丘里管出口端置于一存有循环冷却水的室腔内，循环水水面高度可以调节，可使文丘里管出口淹没在冷却水中。此方案吸收了文丘里空气洗涤装置在吸收液液滴形成以及扩散方面的优点，无须使用喷嘴，在一定程度上也实现了文丘里压降的调节。

现有的文丘里激冷系统相对于其它冷却装置而言，更有利于冷却水水滴的形成及分散，降低了能耗，排除了堵塞问题，抗腐蚀性更强；同时通过对循环冷却水液面的调节，也能在某种程度上实现文丘里压降的调节。但由于文丘里通道的形状为圆形，且大小无法进行调节，抵抗风量风压波动的能力较差，同时由于其单一通道设计，气流在横断面上的分布不能调控，难以与后面的涤装置或气液分离装置的气流入口要求相匹配，在大通量气流情况下，这样的设计会削弱文丘里效应，从而降低冷却效果。

发明内容

本实用新型目的旨在优化文丘里通道的形状设计并解决现有文丘里激冷系统中文丘里通道的大小无法进行调节，气流在横断面上的分布不能调控，以及不能很好抵抗待处理气体的风压风量的波动等问题。

本实用新型目的是这样实现的，一种文丘里激冷系统，包括：

主体；位于主体内的冷却液配送装置；设置于所述冷却液配送装置后面的一个或者多个文丘里通道；所述文丘里通道的过流断面为可调节的狭长矩形。

所述的文丘里激冷系统，其文丘里通道包括：

文丘里喉口；以及调节所述文丘里喉口过流断面的调节机构。

所述的文丘里激冷系统，其文丘里喉口由一组放置在迎风方向、与气流方向垂直的分割柱状体和阻挡柱状体之间所形成的狭缝组成；

所述阻挡柱状体设置在两相邻分割圆筒体之间的气体出流端，背风一侧固定在所述调节机构上。

所述的文丘里激冷系统，其文丘里通道还包括：设置于所述分割柱状体的迎风侧和背风侧的导流板。

所述的文丘里激冷系统，其分割柱状体和阻挡柱状体采用金属或者高强耐温塑料等材料。

所述的文丘里激冷系统，其调节机构为一个可调节的螺旋连杆。

所述的文丘里激冷系统，其调节机构为手动调节或者电动调节。

所述的文丘里激冷系统，其冷却液配送装置采用喷淋或者溢流方式。

所述的文丘里激冷系统，其冷却液配送装置包括：冷却液喷淋输送管；以及一个或者多个喷嘴；所述冷却液输送管和喷嘴位于文丘里喉口的正上方，走向与所述文丘里喉口的长度方向一致。

所述的文丘里激冷系统，其喷嘴固定在所述主体内壁，或者所述冷却液喷淋输送管上。

所述的文丘里激冷系统，其冷却液配送装置包括：固定于所述主体内壁上的冷却液溢流输送管；以及溢流槽；所述溢流槽的走向与所述文丘里喉口的长度方向一致。

所述的文丘里激冷系统，其文丘里激冷系统还包括：位于所述文丘里通道后的紊动反应区；以及设置于所述紊动反应区后的出口。

所述的文丘里激冷系统，其主体7采用不锈钢或普通钢材加内衬防腐材料。

所述的文丘里激冷系统，其所述内衬防腐材料为聚四氟乙烯，或采用高强度且耐高温的塑料或树脂，或者采用钢筋混凝土材料。

本实用新型的中文丘里通道即使在较大的过流断面下仍然可以产生较大的气流剪切力，可以根据空气量或文丘里压差变化进行自动化调节，当设置多文丘里通道时，通过不同通道的气体流量和冷却液流量可以单独控制，这样气流在横断面上的分布也可以得到调控，增加了文丘里激冷系统的可调节性及抗负荷变化能力，使得冷却后的气流可以更好地和后面的洗涤装置或气液分离装置的气流入口要求相匹配，这在大流量烟气处理时可以大大降低整个洗涤系统的阻力和能耗。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例提供的文丘里激冷系统的立面示意图；

图2是图1中I-I剖面图；

图3是图1中II-II剖面图；

图4是本发明另一实施例提供的激冷系统的立面示意图；

图5是图4中III-III剖面图。

图中：

1-冷却液配送区（兼进口）；2-文丘里喉口；3-紊动反应区；4-出口；5-分割柱状体；6-阻挡柱状体；7-主体；8-导流板；9-调节机构；10-喷嘴；11-冷却液喷淋输送管；12-冷却液溢流输送管；13-冷却液溢流槽。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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。

在本实用新型实施例中，参见图1~图5，冷却液配送装置位于主体7内，冷却液配送装置后面设置有一个或者多个文丘里通道，文丘里通道的过流断面为大小可调节的狭长矩形。

主体7采用筒体结构，其材料采用不锈钢或普通钢材加内衬防腐材料，如聚四氟乙烯（Teflon）等，也可采用高强度且耐高温的塑料或树脂，或者采用钢筋混凝土材料（内壁涂防腐层）。

主体7的横截面可以设计成圆形、正方形或矩形等不同形状。

文丘里通道包括文丘里喉口2，以及调节文丘里喉口2过流断面大小的调节机构9。

文丘里喉口2由一组大的相互平行的分割柱状体5和一组小的相互平行的阻挡柱状体6组成，其过流横断面为能使气流获得高剪切力和高扩散能力的狭长矩形。

分割柱状体5并排放置在迎风方向，每两相邻分割圆筒体5之间的气体出流端设有一个阻挡柱状体6，对气流起分割和阻挡作用。

阻挡柱状体6的背风一侧固定在一个调节机构9上，调节机构9可以沿着气流方向来改变阻挡柱状体6的位置，以此调整文丘里喉口2开口横断面形状和大小。

作为本实用新型的一个实施例，分割柱状体5的横截面可为圆形、椭圆形、菱形、水滴型、或任何有利于文丘里效应形成的几何形状。

分割柱状体5的位置固定，它们的横截面直径（或宽度）之和与主体7的横截面直径（或同一方向宽度）大致相等或略小（相差一般不超过10%）。每根分割柱状体5的长度都保证它们在激冷系统的横截面上横贯。分割柱状体5一般用金属或高强耐温塑料等材料制成。

作为本实用新型的一个实施例，阻挡柱状体6的横截面可为圆形、椭圆形、或任何有利于文丘里效应形成、且能和分割柱状体5表面紧密接触的几何形状。阻挡柱状体6的横截面的直径或宽度大致为分割柱状体5相应的直径或宽度的1/2-1/3。阻挡柱状体6一般用金属或高强耐温塑料等材料制成。

在本实用新型实施例中，文丘里喉口2的数量根据所处理废气的流量来选用，一般在流量低时选用较少的喉口，如单喉口，而在大流量时选用较多喉口，如3个喉口。采用较多喉口可以使得矩形喉口的宽度进一步降低，即使流量进一步增加仍然可以维持文丘里激冷系统工作所需要的剪切力和扩散能力。

调节机构9可以是一个可调节的螺旋连杆，旋转螺旋连杆可以使得阻挡柱状体6沿着气流的流动方向任意调节。这样，两个分割柱状体5和一个阻挡柱状体6之间组成了一个特殊分叉的文丘里喉口2，调节阻挡柱状体6的位置甚至可以把整个文丘里喉口2关闭。

通过调节机构9可以充分调节阻挡柱状体6的位置，还可以将整个文丘里喉口2关闭，使得文丘里喉口2具备阀门功能，在出现设备故障需检修时可以将所有文丘里喉口2关闭，使得进入激冷系统的废气改变流动方向，将废气导入超越管线。

当设置有多文丘里喉口2时，可以通过调节机构9分别调节不同喉口的开口大小，还可以改变风量在不同喉口中的分配，从而改变风量在过流断面上的分布，极端情况下还可以关闭部分喉口。

本实用新型实施例可以配合冷却液喷淋的调节，使得文丘里激冷系统具有更大的可调节性，并且便于和后续的洗涤设备或气液分离装置相匹配。

作为本发明的一个实施例，调节机构9可以手动调节，也可以电动调节。电动调节时可以通过废气流量或通过文丘里喉口2的压力变化而进行自动控制。

作为本实用新型的一个实施例，在分割柱状体5的迎风和背风一侧设有导流板8，用于防止气流在进入文丘里喉口2前出现局部漩涡，造成不必要的能量损失。其中，导流板8采用和主体7相同的材料制成。

在本实用新型实施例中，紊动反应区3位于文丘里喉口2后面，此时液滴相互接触后不再分开，颗粒积聚变大，同时液滴的量受加入的冷却液量及进气中的湿度影响。

作为本实用新型的一个实施例，出口4设置于紊动反应区3后面，连接到后续的空气洗涤装置。当激冷系统单独使用时，出口4则连接到气液分离器，如旋风分离器或薄膜收水器，以便回收冷却液并进行循环利用。

在本实用新型的一个实施例中，冷却液的配送形式可以采用喷淋方式，参见图1~图3，喷嘴10和冷却液喷淋输送管11均设置于文丘里喉口2的正上方，走向与文丘里喉口2的长度方向一致。

喷嘴10喷淋的范围至少覆盖整个文丘里喉口2，也可扩展到全部冷却液配送区1，冷却液配送区1兼激冷系统的进口。

喷嘴10可以固定在冷却液配送区1的内壁上，也可固定在冷却液喷淋输送管11上。

在使用多个喷嘴10时，喷嘴10的布置沿文丘里喉口2的长度方向均匀间隔排列。

在本实用新型实施例中，冷却液的喷入方向可以与空气流动方向成任意角度，冷却液可以采用厂区的工艺水或其它任何种类的水，并且当后续的吸收塔用的吸收液为水溶液时也可用此吸收液作为冷却液。储存在专用集水池的冷却液或后续空气洗涤装置集水池中的吸收液，通过水泵被输送至喷嘴10对废气进行处理，同时冷却液可以循环使用。

冷却液量一般按照达到绝热冷却所能达到的最低温度所需要的水量来确定，此时水量仅能满足冷却的要求，在紊动反应区3及后续处理单元中冷凝的水量很少。但通过加入过量的水并且配合气液分离装置的使用，本发明实施例的激冷系统在实施冷却的同时还能实现除尘及部分去除溶解性气体成分的目的。

作为本实用新型的另一实施例，冷却液的配送形式也可以采用溢流方式。

参见图4~5，冷却液溢流输送管12固定在主体7的内壁上，向溢流槽13输送冷却液。溢流槽13的走向与文丘里喉口2的长度方向一致，可以固定在导流板8的顶部。

冷却液经过冷却液溢流输送管12进入溢流槽13，然后沿溢流槽13槽口溢流，沿导流板8表面进入文丘里喉口2，在文丘里喉口2内受剪切力作用被分散成极细的液滴，从而被快速高效地蒸发，并对经过的高温气体进行冷却。

采用溢流方式可以省去喷嘴，免去通过喷嘴所需要消耗的能量，也可以彻底排除喷嘴的堵塞问题，尤其适用于处理含高浓度颗粒物废气时，以及与后续空气洗涤装置一起使用并采用洗涤液来充当冷却液时。

当烟气采用如图1～图3所示的文丘里激冷系统进行冷却处理时，待处理的烟气首先从烟气排出管道进入主体7的冷却液配送区1，烟气在冷却液配送区1内的停留时间为0.3秒，多个喷嘴10以均匀的间隔固定在配水管11上，以与气流方向相同的角度喷入文丘里喉口2。冷却液选用工艺水充当，由水泵从冷却水集水池输送至喷嘴10。

烟气离开冷却液配送区1后进入文丘里喉口2，然后进入紊动反应区3，在紊动反应区3内气流的平均流速回复到接近进入文丘里喉口2前的水平，静压也得以回升，气流的剪切力剧然降低，液滴相互接触后不再分开，颗粒积聚变大。

烟气在紊动反应区3内的停留时间约0.2秒，这样在整个激冷系统内的停留时间约0.5秒，在这样短的时间内使得高温气体从几百摄氏度至上千摄氏度降低至100℃以下的绝热饱和温度，可以有效地遏制二恶英类物质的生成。烟气经激冷处理后，温度降为80℃，相对湿度为100%。

烟气从紊动反应区3出来后通过出口区4视需要进入后续的汽液分离装置，如旋风分离器或蜂巢式收水装置，或气体洗涤装置进一步进行气液分离或净化处理。

本系统与后续的气液分离装置一起使用时，配合加大循环冷却液流量，在实现对气体的快速冷却的同时还能实现对烟气的除尘和去除溶解性气体污染物（如SO₂）的作用。

本实用新型实施例中的文丘里激冷系统和后续的气液分离装置或空气洗涤装置既可以上下叠加布置在同一个塔体内，也可以相互并行或垂直并分别放置在不同的塔体内。

本实用新型实施例中文丘里通道可以根据空气量或文丘里压差变化进行自动化调节，当设置多文丘里通道时，通过不同通道的气体流量和冷却液流量以单独控制，这样气流在横断面上的分布也可以得到调控，增加了文丘里激冷系统的可调节性，使得冷却后的气流可以更好地和后面的洗涤装置或气液分离装置的气流入口要求相匹配，这在大流量烟气处理时可以大大降低整个洗涤系统的阻力和能耗。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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 (14)

1.一种文丘里激冷系统，其特征在于，所述文丘里激冷系统包括：

主体；

位于主体内的冷却液配送装置；

设置于所述冷却液配送装置后面的一个或者多个文丘里通道；

所述文丘里通道的过流断面为可调节的狭长矩形。

2.如权利要求1所述的文丘里激冷系统，其特征在于，所述文丘里通道包括：

文丘里喉口；以及

调节所述文丘里喉口过流断面的调节机构。

3.如权利要求2所述的文丘里激冷系统，其特征在于，所述文丘里喉口由一组放置在迎风方向、与气流方向垂直的分割柱状体和阻挡柱状体之间所形成的狭缝组成；

所述阻挡柱状体设置在两相邻分割圆筒体之间的气体出流端，背风一侧固定在所述调节机构上。

4.如权利要求3所述的文丘里激冷系统，其特征在于，文丘里通道还包括：

设置于所述分割柱状体的迎风侧和背风侧的导流板。

5.如权利要求2、3或4所述的文丘里激冷系统，其特征在于，所述分割柱状体和阻挡柱状体采用金属或者高强耐温塑料等材料。

6.如权利要求1所述的文丘里激冷系统，其特征在于，所述调节机构为一个可调节的螺旋连杆。

7.如权利要求1或6所述的文丘里激冷系统，其特征在于，所述调节机构为手动调节或者电动调节。

8.如权利要求1所述的文丘里激冷系统，其特征在于，所述冷却液配送装置采用喷淋或者溢流方式。

9.如权利要求8所述的文丘里激冷系统，其特征在于，冷却液配送装置包括：

冷却液喷淋输送管；以及

一个或者多个喷嘴；

所述冷却液输送管和喷嘴位于文丘里喉口的正上方，走向与所述文丘里喉口的长度方向一致。

10.如权利要求9所述的文丘里激冷系统，其特征在于，所述喷嘴固定在所述主体内壁，或者所述冷却液喷淋输送管上。

11.如权利要求8所述的文丘里激冷系统，其特征在于，冷却液配送装置包括：

固定于所述主体内壁上的冷却液溢流输送管；以及

溢流槽；

所述溢流槽的走向与所述文丘里喉口的长度方向一致。

12.如权利要求1所述的文丘里激冷系统，其特征在于，文丘里激冷系统还包括：

位于所述文丘里通道后的紊动反应区；以及

设置于所述紊动反应区后的出口。

13.如权利要求1所述的文丘里激冷系统，其特征在于，主体采用不锈钢或普通钢材加内衬防腐材料。

14.如权利要求13所述的文丘里激冷系统，其特征在于，所述内衬防腐材料为聚四氟乙烯，或采用高强度且耐高温的塑料或树脂，或者采用钢筋混凝土材料。

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