CN213942130U - 雾化蒸干系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种雾化蒸干系统，包括蒸发塔和雾化器，蒸发塔的塔入口处沿气体流向依次设置有第一气体导管段、第二气体导管段和第三气体导管段，第一气体导管段的流通面积沿气体流向逐渐减小，第二气体导管段为等径段，第三气体导管段的流通面积沿气体流向逐渐增大，雾化器的各喷嘴从第一气体导管段外侧一一对应地伸进第一气体导管段管壁上的安装孔中，每个喷嘴的部分雾滴顺着气体流向喷出、部分雾滴逆着气体流向喷出。该雾化蒸干系统具有较高的蒸干效率、运行成本低、蒸干气体的消耗量少、可以配置较小的蒸发塔、塔壁和管壁上不会出现物料堆积、蒸发塔的固废排放口以及雾化器的喷嘴内部和喷口均不容易堵塞。

Description

雾化蒸干系统

技术领域

本实用新型涉及蒸干设备技术领域，特别是涉及一种雾化蒸干系统。

背景技术

工业生产中，常利用雾化蒸干系统对生产废料进行热法蒸干，以实现生产废料的零排放。比如燃煤电厂，会利用高温烟气对脱硫废水进行热法蒸干，具体过程是：将脱硫废水通过雾化蒸干系统的雾化器喷入雾化蒸干系统的蒸发塔中，同时，将高温烟气通过气体分布器均匀地通入蒸发塔中，利用高温烟气对脱硫废水进行蒸干，蒸干过程中，脱硫废水中的绝大部分固体成分分离出来，少部分固体成分随烟气进入尾气处理系统，分离出来的固体成分从蒸发塔底部的固废排放口排出后进行集中处理。

如图1所示，以往的雾化蒸干系统的典型结构是：在蒸发塔1的塔入口处设置用于使蒸干气体均匀分布的气体分布器2，气体分布器2上设有格栅，雾化器设置在蒸发塔的顶部，雾化器采用造价较低的实心雾化器。实心雾化器迫使待蒸干物料产生高速运动，待蒸干物料高速运动时与雾化器喷嘴不断摩擦，在摩擦过程中实现雾化。实心雾化器配置有多个喷嘴，各喷嘴3穿过气体分布器的格栅伸到蒸发塔内，喷嘴轴向与气体流向基本平行。

调研发现这种雾化蒸干系统存在出现以下弊端：

(1)运行一段时间后，蒸发塔塔壁上物料堆积严重，并且，蒸发塔的固废排放口以及雾化器的喷嘴内部和喷口均容易堵塞。

(2)运行成本高、蒸干气体的消耗量大。

(3)蒸干效率低，通常需要配置很大的蒸发塔才能完成蒸干任务。

有鉴于此，对现有的雾化蒸干系统作出改进，以规避或缓解上述弊端，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种雾化蒸干系统，包括蒸发塔和雾化器，还包括连在所述蒸发塔的塔入口处的第一气体导管段，所述第一气体导管段的流通面积沿气体流向逐渐减小，所述第一气体导管段的管壁一周依次设有多个安装孔，各所述安装孔位于所述第一气体导管段的第一横截面上，所述第一横截面的流通面积小于所述塔入口的流通面积，所述雾化器的各喷嘴从所述第一气体导管段外侧一一对应地伸进各所述安装孔，每个所述喷嘴的部分雾滴喷出方向与所述气体流向呈锐角、部分雾滴喷出方向与所述气体流向呈钝角。

在一种实施方式中，所述第一气体导管段的管壁下游端相对上游端向管内倾斜，所述雾化蒸干系统还包括第二气体导管段，所述第二气体导管段连在所述塔入口和所述第一气体导管段之间，所述第二气体导管段的任一横截面的流通面积均不大于所述第一气体导管段的出口处的流通面积。

在一种实施方式中，所述雾化蒸干系统还包括第三气体导管段，所述第三气体导管段连在所述塔入口和所述第二气体导管段之间，所述第三气体导管段的流通面积沿气体流向逐渐增大，所述第三气体导管段的进口处的流通面积不小于所述第二气体导管段的出口处的流通面积、出口处的流通面积不大于所述塔入口的流通面积。

在一种实施方式中，所述第一气体导管段和所述第三气体导管段均为圆锥形管，所述第二气体导管段为圆柱形管。

在一种实施方式中，所述第一气体导管段的出口直径与所述第二气体导管段的进口直径相同，所述第二气体导管段的出口直径与所述第三气体导管段的进口直径相同，三者的中心轴线共线，三者组成文丘里管。

在一种实施方式中，所述第一气体导管段的管壁相对中心轴线的倾角为12.5°，所述第二气体导管段的管壁相对中心轴线的倾角为3.5°，所述第二气体导管段的管长与直径相同。

在一种实施方式中，所述雾化蒸干系统还包括进口气体导管，所述进口气体导管连在所述文丘里管的进口处，所述进口气体导管的中心轴线与所述文丘里管的中心轴线共线，并均与所述蒸发塔的中心轴线共线。

在一种实施方式中，所述雾化器的喷嘴为单相实心喷嘴。

在一种实施方式中，所述雾化器的喷嘴的中心轴线与所述第一气体导管段的管壁垂直，所述雾化器的喷嘴的喷口与所述第一气体导管段的内壁面平齐或者位于所述第一气体导管段的内壁面之外。

在一种实施方式中，所述雾化蒸干系统还包括所述雾化蒸干系统还包括用于向所述雾化器供给待蒸干物料的物料循环冷却组件，所述物料循环冷却组件包括与所述喷嘴连通的进料管路和回料管路，通过物料循环实现对所述喷嘴的冷却。

本实用新型提供的雾化蒸干系统具有较高的蒸干效率、运行成本低、蒸干气体的消耗量少、可以配置较小的蒸发塔、塔壁和管壁上不会出现因黏壁引起的物料堆积、蒸发塔的固废排放口以及雾化器的喷嘴内部和喷口均不容易堵塞。

附图说明

图1为以往的一种典型的雾化蒸干系统的示意图；

图2为本实用新型提供的雾化蒸干系统一种具体实施例的示意图；

图3为图2中文丘里管的放大图；

图4为图3的俯视图。

图2-图4中附图标记说明如下：

1蒸发塔；

2喷嘴；

3文丘里管，31第一气体导管段，32第二气体导管段，33第三气体导管段；

4进口气体导管；

5给料组件，51储料槽，52进料管路，53回料管路，54背压阀，55输送泵。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步的详细说明。

如图2-图4所示，该雾化蒸干系统包括蒸发塔1、雾化器以及第一气体导管段31。雾化器具有多个喷嘴2。

蒸发塔1的顶部设有塔入口，底部设有固废排放口。蒸干气体和待蒸干物料均从该塔入口进入蒸发塔1内部。

第一气体导管段31连在蒸发塔1的塔入口处，第一气体导管段31的流通面积沿气体流向逐渐减小。第一气体导管段31的管壁一周依次设有多个安装孔，图中为六个安装孔，实际实施时，安装孔的数量可根据实际需要灵活调整。

各安装孔位于第一气体导管段31的第一横截面上，第一横截面的流通面积小于塔入口的流通面积。

雾化器的各喷嘴2从第一气体导管段31外侧一一对应地伸进各安装孔。每个喷嘴2的部分雾滴喷出方向与气体流向呈锐角，部分雾滴喷出方向与气体流向呈钝角，这样，可以确保每个喷嘴2的部分雾滴顺着烟气流向喷出、部分雾滴逆着烟气流向喷出，使待蒸干物料以混合流方式进入蒸发塔1。

具体的，可以通过合理地设置喷嘴2与第一气体导管段31的管壁的夹角，来达到使喷嘴2的部分雾滴喷出方向与气体流向呈锐角、部分雾滴喷出方向与气体流向呈钝角的目的。比如，图示方案中，喷嘴2与第一气体导管段31的管壁垂直，当然，实际实施中，两者也可以不垂直，两者的夹角具体可以根据喷嘴2的雾化角大小来灵活调整。

采用上述结构可以克服背景技术中所提到的以往的雾化蒸干系统的第一弊端，即，可以缓解蒸发塔1塔壁上的物料堆积问题，以及，蒸发塔1的固废排放口、喷嘴2的内部和喷口容易堵塞的问题。

实用新型人深入研究发现，以往的雾化蒸干系统存在第一弊端(运行一段时间后，蒸发塔塔壁上物料堆积严重，并且，蒸发塔的固废排放口以及雾化器的喷嘴内部和喷口均容易堵塞)的原因在于：

以往的雾化蒸干系统，其雾化器的喷嘴穿插在塔入口处的气体分布器的格栅中，相当于各喷嘴分布在塔入口的横截面上，而塔入口的横截面面积较小，因此，喷嘴的布置间距比较小，喷嘴雾距重叠严重，导致雾滴凝并严重，致使雾滴粒径增大；而且，由于喷嘴穿插在气体分布器中，所以喷嘴会大面积受热，因而喷嘴内部容易结晶堵塞，

并且，各喷嘴的轴向均与气体流向基本平行，所以喷嘴的雾滴喷出方向与气体流向均呈锐角，也就是说，喷嘴的雾滴全部顺着气体流向喷出，这会导致气体和初始雾滴的混合不均匀，致使初始蒸发速率低；由于初始蒸发速率低以及雾滴凝并导致的雾滴粒径大，所以雾滴表面完全干燥需要的时间较长。

并且，以往的雾化蒸干系统的喷嘴直接将雾滴喷在蒸发器内，所以雾滴在表面还没有完全干燥的时候就可能接触到蒸发器内壁，致使在蒸发器内壁上发生物料粘壁现象。

并且，蒸发塔内风速通常比较低，无冲刷能力，所以粘壁物料愈积愈厚，达到一定厚度时便以块状自由脱落，块状物料会堵塞蒸发塔的固废排放口。

另外，喷嘴的喷口附近会产生负压，气体中的部分粉尘会往喷嘴的喷口处聚集，而以往的雾化蒸干系统的喷嘴的喷口位于蒸发塔内，由于蒸发塔内风速比较低，无冲刷能力，所以聚集在喷口处的粉尘会板结成块，最终导致喷口堵塞。

相比而言，本方案通过在蒸发塔1的塔入口处设置第一气体导管段31，并使第一气体导管段31的流通面积沿气流方向逐渐减小，而且第一气体导管段31的第一横截面处的流通面积小于塔入口的流通面积，这样，蒸干气体流经第一气体导管段31时会获得加速，流经第一横截面时会形成有冲刷能力的高速气流。

并且，本方案在第一气体导管段31的管壁一周依次设置多个安装孔，让各安装孔位于第一气体导管段31的第一横截面上，并让雾化器的各喷嘴2一一对应地伸进各安装孔。这样，雾化器将雾滴喷在第一气体导管段31中，而不直接喷在蒸发塔1内，因此雾滴接触蒸发塔1内壁的时间延后了。

同时，由于本方案中雾化器的各喷嘴2沿第一气体导管段31的周向分布，这样雾滴在第一气体导管段31的横截面上均匀分布，从而可以缓解雾滴凝并现象。而且，本方案中的每个喷嘴2均有部分雾滴顺着气体流向喷出、部分雾滴逆着气流方向排出，所以进料方式是混合流进料，混合流进料方式和气体的高速流动综合起来，达到了强制气体和雾滴混合的效果，使气体和雾滴的初次混合很均匀，因此能够显著提升初次蒸发速率。雾滴凝并得以缓解加上初始蒸发速率得以提升，所以雾滴表面完全干燥所需的时间缩短了。

雾滴接触蒸发塔1内壁的时间延后了而雾滴表面完全干燥所需的时间缩短了，两方面综合起来，达到了缓解物料粘壁现象的效果。

另外，虽然有部分物料不可避免地粘附在第一气体导管段31的管壁上以及有部分粉尘不可避免地聚集在喷嘴2的喷口处，但是，由于气体流经第一横截面时会形成有冲刷能力的高速气流，所以在气体的冲刷作用下，这些粘附在第一气体导管段31管壁上的物料以及聚集在喷口处的粉尘会被冲刷掉，而不会板结成块，因此规避了块料堵塞固废排放口和喷口的风险。

并且，本方案中雾化器的各喷嘴2的主体部分位于第一气体导管段31外，因而不会大面积受热，所以喷嘴2内部结晶堵塞的风险也得到了规避。

总的来说，本方案提出的上述结构，提升了气体流速、强化了气体和雾滴的混合，缓解了雾滴凝并现象，提升了气体和雾滴的初始混合均匀性，提升了初始蒸发速率，由此缓解了蒸发塔1塔壁上的物料堆积现象，降低了蒸发塔1的固废排放口、喷嘴2的内部和喷口堵塞的几率。

优选地，本方案提出的雾化蒸干系统的雾化器采用单相实心喷嘴。当然，采用其他形式的喷嘴也可以，比如可以采用双相或更多相的实心喷嘴，另外不考虑成本的话也可以采用旋转喷嘴。

采用单相实心喷嘴可以进一步克服背景技术中所提到的以往的雾化蒸干系统的第二弊端，即，可以降低系统的运行成本、减少蒸干气体的消耗量。

实用新型人深入研究发现，以往的雾化蒸干系统之所以存在第二弊端(运行成本高、蒸干气体消耗量大)的原因在于：

以往的雾化蒸干系统的雾化器采用双相实心喷嘴，双相实心喷嘴利用压缩空气迫使待蒸干物料高速运动。压缩空气的制备成本高，导致系统运行成本高，而且，压缩空气温度低，会消耗蒸干气体的一大部分热量，导致蒸干气体利用率低，因而需要消耗大量的蒸干气体，才能达到理想的蒸干效果。

相比而言，本申请采用单相实心喷嘴，单相实心喷嘴雾化器利用水压迫使待蒸干物料高速运动，不仅运行成本低，而且，对蒸干气体热量的消耗少，因此利用少量的蒸干气体就能达到理想的蒸干效果。

需说明，单相实心喷嘴的雾化效果不如双相实心喷嘴，但是，由于本方案中利用第一气体导管段31的收缩提升了蒸干气体的流速和蒸干气体与雾滴的混合均匀性，所以蒸干气体与雾滴的传质传热效率很高，因此采用单相实心喷嘴就能够达到理想的蒸干效果。

优选地，雾化器的喷嘴2的喷口与第一气体导管段31的内壁面平齐或者位于第一气体导管段31的内壁面之外，也就是说，雾化器的喷嘴2不会伸到第一气体导管段31的管腔内。这样，可以进一步降低喷口堵塞的几率，而且，还可以规避喷嘴2受高速高温气体冲刷磨损致使雾化效果变差的风险。

如图2所示，该雾化蒸干系统的第一气体导管段31的管壁下游端相对上游端向管内倾斜，并且，该雾化蒸干系统还设有第二气体导管段32，第二气体导管段32连在塔入口和第一气体导管段31之间，第二气体导管段32的任一横截面的流通面积均不大于第一气体导管段31的出口处的流通面积。这样设置，可以进一步克服背景技术中所提到的以往的雾化蒸干系统的第三弊端，即，可以提升蒸干效率、不需要配置很大的蒸发塔1。

实用新型人深入研究发现，以往的雾化蒸干系统之所以存在背景技术中所述的第三弊端(蒸干效率低，通常需要配置很大的蒸发塔才能完成蒸干任务)的原因在于：

由于以往的雾化蒸干系统直接将雾滴喷入蒸发塔内，而蒸发塔内的气体流速很低，所以废水只会在喷出的瞬间实现一次雾化，喷出后就不会再发生二次雾化了。一次雾化形成的雾滴在与气体混合后表面会形成致密的干表面层，干表面层会阻碍雾滴的进一步蒸干，因此蒸干效率低，蒸干时间长，所以为了满足处理量需求，需要配置很大的蒸发塔。

相比而言，本方案由于雾化器将雾滴喷入第一气体导管段31中，受第一气体导管段31的管径小和雾化器雾距影响，部分雾滴会喷到第一气体导管段31的管壁上形成水膜，水膜被高速流经第一气体导管段31的蒸干气体以丝状或膜状分裂，实现了二次雾化，进而实现二次混合和二次蒸发。同时，本方案通过将第一气体导管段31设置为管壁下游端向管内倾斜的结构，并在第一气体导管段31下游连接管径更小的第二气体导管段32，利用第一气体导管段31的倾斜管壁导引二次雾化的雾滴倾斜进入第二气体导管段32中，倾斜进入可以强化二次雾化雾滴与蒸干气体的混合，提升了二次混合均匀性和二次蒸发效率。

并且，由于第二气体导管段32的流通面积最小，所以在其内部会形成一定的真空度，致使雾滴的沸点降低，二次雾化雾滴进入第二气体导管段32中后很容易达到沸点值，所以能够进一步提升二次蒸发效率。

由于本方案能够实现二次雾化、均匀的二次混合和高效的二次蒸发，所以蒸干效率高、蒸干时间短，用较小的蒸发塔1即可满足处理量需求。

如图2所示，该雾化蒸干系统还包括第三气体导管段33，第三气体导管段33连在塔入口和第二气体导管段32之间，第三气体导管段33的流通面积沿气体流向逐渐增大。第三气体导管段33的进口处的流通面积不小于第二气体导管段32的出口处的流通面积、出口处的流通面积不大于塔入口的流通面积，这样可以确保第三气体导管段33中的气流速度也比较大，因而也能对壁面上的物料产生冲刷作用。

雾滴在第二气体导管段32中时，由于压力的下降，雾滴内空泡开始形成，加强了雾滴的充气效应，当雾滴进入第三气体导管段33后，受第三气体导管段33的流通面积逐渐增大的影响，雾滴内湍动能增大，空化现象发生，空泡溃灭，打破雾滴表面的干表面层，发生三次蒸发，部分雾滴甚至会出现三次雾化，因此可以进一步提升蒸发效率。

总结来说，运行时，在第一气体导管段31、第二气体导管段32和第三气体导管段33大致会发生以下进程：在第一气体导管段31中，发生初次雾化、初次混合和初次蒸发；在第二气体导管段32中，发生二次雾化、二次混合、二次蒸发，并开始形成空泡；在第三气体导管段33中，空泡溃灭、发生三次蒸发、甚至出现三次雾化。物料至第三气体导管段33出口端基本完成了一级干燥，进入蒸发塔1后可很容易完成常规的二级蒸发，文丘里管3和蒸发塔1的直通布置，使得物料进入蒸发塔1时属后期降速干燥阶段，干燥黏壁的现象基本不会发生。

图示方案中，第一气体导管段31和第三气体导管段33均为圆锥形管，第二气体导管段32为圆柱形管。

图示方案中，第一气体导管段31的出口直径与所述第二气体导管段32的进口直径相同，所述第二气体导管段32的出口直径与所述第三气体导管段33的进口直径相同，三者的中心轴线共线，三者组成文丘里管3。第一气体导管段31的进口直径可以按照进口风速20m/s设计。第一气体导管段31的管壁相对中心轴线的倾角为12.5°，第二气体导管段32的管壁相对中心轴线的倾角为3.5°，第二气体导管段32的管长与直径相同，这种几何形状的文丘里管3可使气体在通过文丘里管3时的压力降损失回收通过喉管(即第二气体导管段32)部分速度压头损失的85％，压力降损失很小，且阻力可以控制在1000Pa以内。

图示方案中，还设有进口气体导管4，进口气体导管4连在文丘里管3的进口处，进口气体导管4的中心轴线与文丘里管3的中心轴线共线，并均与蒸发塔1的中心轴线共线。进口气体导管4起到预先导引蒸干气体流向的作用，使蒸干气体能够沿着文丘里管3的轴向进入文丘里管3，这样，利用提升蒸干气体与雾滴的混合均匀性，且可以避免蒸干气体正面冲刷文丘里管3的管壁，正面冲刷的话，对管壁的强度要求较高。因此，本方案中，文丘里管3的材质选用一般强度的材质即可，比如第一气体导管段31的材质可以选用Cr13，第二气体导管段32的材质可以选用Q345，第三气体导管段33的材质可以选用Q235。

图示方案中，还设有物料循环冷却组件5。物料循环冷却组件5用于向雾化器供给待蒸干物料。物料循环冷却组件5包括储料槽51、进料管路52、回料管路53、输送泵55和背压阀54，输送泵55连在进料管路52上，背压阀54连在回料管路53上。进料管路52和回料管路53均与喷嘴2连通，使物料形成循环，利用物料循环实现了对喷嘴2的冷却，这样能够进一步防止喷嘴2内部结晶。

以上对本实用新型所提供的雾化蒸干系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.雾化蒸干系统，包括蒸发塔(1)和雾化器，其特征在于，还包括连在所述蒸发塔(1)的塔入口处的第一气体导管段(31)，所述第一气体导管段(31)的流通面积沿气体流向逐渐减小，所述第一气体导管段(31)的管壁一周依次设有多个安装孔，各所述安装孔位于所述第一气体导管段(31)的第一横截面上，所述第一横截面的流通面积小于所述塔入口的流通面积，所述雾化器的各喷嘴(2)从所述第一气体导管段(31)外侧一一对应地伸进各所述安装孔，每个所述喷嘴(2)的部分雾滴喷出方向与所述气体流向呈锐角、部分雾滴喷出方向与所述气体流向呈钝角。

2.根据权利要求1所述的雾化蒸干系统，其特征在于，所述第一气体导管段(31)的管壁下游端相对上游端向管内倾斜，所述雾化蒸干系统还包括第二气体导管段(32)，所述第二气体导管段(32)连在所述塔入口和所述第一气体导管段(31)之间，所述第二气体导管段(32)的任一横截面的流通面积均不大于所述第一气体导管段(31)的出口处的流通面积。

3.根据权利要求2所述的雾化蒸干系统，其特征在于，所述雾化蒸干系统还包括第三气体导管段(33)，所述第三气体导管段(33)连在所述塔入口和所述第二气体导管段(32)之间，所述第三气体导管段(33)的流通面积沿气体流向逐渐增大，所述第三气体导管段(33)的进口处的流通面积不小于所述第二气体导管段(32)的出口处的流通面积、出口处的流通面积不大于所述塔入口的流通面积。

4.根据权利要求3所述的雾化蒸干系统，其特征在于，所述第一气体导管段(31)和所述第三气体导管段(33)均为圆锥形管，所述第二气体导管段(32)为圆柱形管。

5.根据权利要求4所述的雾化蒸干系统，其特征在于，所述第一气体导管段(31)的出口直径与所述第二气体导管段(32)的进口直径相同，所述第二气体导管段(32)的出口直径与所述第三气体导管段(33)的进口直径相同，三者的中心轴线共线，三者组成文丘里管(3)。

6.根据权利要求5所述的雾化蒸干系统，其特征在于，所述第一气体导管段(31)的管壁相对中心轴线的倾角为12.5°，所述第三气体导管段(33)的管壁相对中心轴线的倾角为3.5°，所述第二气体导管段(32)的管长与直径相同。

7.根据权利要求6所述的雾化蒸干系统，其特征在于，所述雾化蒸干系统还包括进口气体导管(4)，所述进口气体导管(4)连在所述文丘里管(3)的进口处，所述进口气体导管(4)的中心轴线与所述文丘里管(3)的中心轴线共线，并均与所述蒸发塔(1)的中心轴线共线。

8.根据权利要求1-7任一项所述的雾化蒸干系统，其特征在于，所述雾化器的喷嘴(2)为单相实心喷嘴。

9.根据权利要求8所述的雾化蒸干系统，其特征在于，所述雾化器的喷嘴(2)的中心轴线与所述第一气体导管段(31)的管壁垂直，所述雾化器的喷嘴(2)的喷口与所述第一气体导管段(31)的内壁面平齐或者位于所述第一气体导管段(31)的内壁面之外。

10.根据权利要求9所述的雾化蒸干系统，其特征在于，所述雾化蒸干系统还包括用于向所述雾化器供给待蒸干物料的物料循环冷却组件(5)，所述物料循环冷却组件(5)包括与所述喷嘴(2)连通的进料管路(52)和回料管路(53)，通过物料循环实现对所述喷嘴(2)的冷却。

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