CN215138731U - 一种多管式烟气混合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种多管式烟气混合器，包括箱体，箱体内至上到下设有被分隔开的上部烟气室、中部烟气室和下部烟气混合室，中部烟气室内竖向方向布置的n列纵隔板和m行横隔板相互交错并在下部烟气混合室中分隔出n×m个矩形方格；阴方格和阳方格在n×m个矩形方格的纵向和横向上均交替布置，阴方格与中部烟气室通过形成在二号烟气隔板上的通孔连通，阳方格与上部烟气室通过烟气分流管连通；矩形方格在箱体竖向方向的高度小于下部烟气混合室的高度，上部烟气室还连通一号烟气进气管，中部烟气室还连通二号烟气进气管。

Description

一种多管式烟气混合器

技术领域

本实用新型属于烟气混合技术领域，具体提供一种多管式烟气混合器。

背景技术

目前烧结烟气的循环利用，通常采用三通管烟气混合器，将原本全部外排的烧结烟气中，温度和含氧量相对较高的部分烟气，经循环风机返回到烧结机台车上烟气罩内循环使用，并在低氧含量的烟气中混入环冷机排出的部分废热空气，以保证烧结矿的质量指标不受影响，循环烟气中的氧含量应大于等于18％。因此，在采用烟气循环烧结技术时，循环烟气与废热气的混匀效果直接关系到烧结矿的质量指标。三通管烟气混合器种类繁多，目前三通管烟气混合器主要有带四面体混合器结构的三通管烟气混合器(CN201811130474.2)、双螺旋式烟气混合器(CN201720449185.3)、逆向式烟气混合器(CN201711201684.1)、带锥形流体分布器的三通结构烟气混合器，除此之外，还包括缩径式带十字型支管高温烟气喷嘴的烟气混合器等。

带四面体混合器结构的三通管烟气混合器虽然成本低廉，但烟气混合后温度分布较为不均匀；双螺旋式烟气混合器烟气混合效果较带四面体混合器结构的三通管烟气混合器更好、但缺点是运行阻力较大，出口气流流动方向较为紊乱；逆向式烟气混合器安装简易，混合效果较好但长期使用过程中喷头容易积灰造成气流通道堵塞；带锥形流体分布器的三通结构烟气混合器烟气进气口温度下降速率平稳且能在一定程度上避免露点腐蚀，但需要更长的混后烟气流动管或另外加设弯头才能使烟气各点温度相近；缩径式带十字型高温烟气喷嘴的烟气混合器在温度均布上有优势，但高温烟气需要通过变径管变径后通过十字型支管经由支管上喷嘴喷出才能与低温预混气接触，压力损失大，且维修成本高。

本发明一种多管式烟气混合器对高温烧结烟气及环冷烟气等较低温富氧烟气进行混合与模拟计算，改进后具有混合烟气氧浓度分布均匀且氧含量大于等于18％，混合器压力损失较小等优点。

发明内容

本实用新型旨在解决目前烟气混合器对高温烧结烟气及环冷气等较低温富氧烟气进行混合后氧气浓度分布不均以及混合后气体压力损失过大导致的循环烟气效能降低等问题。提供一种多管式烟气混合器，该实用新型装置在处理高温烧结烟气及环冷气等较低温富氧烟气混合时，具有混后烟气氧浓度分布均匀且氧含量(体积分数)平均值大于等于18％，并具有运行阻力小、体积小、运行成本低、结构简单等特点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种多管式烟气混合器，包括箱体，箱体内至上到下设有被一号烟气隔板、二号烟气隔板分隔开的上部烟气室、中部烟气室和下部烟气混合室，所述二号烟气隔板的底面连接沿箱体的竖向方向布置的n列纵隔板和m行横隔板，隔板和横隔板相互交错并在下部烟气混合室中分隔出n×m个矩形方格；

n×m个矩形方格中设置一半的矩形方格为阴方格，另一半为阳方格，阴方格和阳方格在n×m个矩形方格的纵向和横向上均交替布置，阴方格与中部烟气室通过形成在二号烟气隔板上的通孔连通，阳方格与上部烟气室通过烟气分流管连通；

所述矩形方格在箱体竖向方向的高度小于下部烟气混合室的高度，上部烟气室还连通一号烟气进气管，中部烟气室还连通二号烟气进气管。

进一步地，所述一号烟气进气管和二号烟气进气管分别布置在箱体的两个相对的侧面，所述一号烟气隔板与上部烟气室顶面的间距在从一号烟气进气管侧到二号烟气进气管侧的方向上依次递减，所述一号烟气隔板与二号烟气隔板的间距在从一号烟气进气管侧到二号烟气进气管侧的方向上依次递增。

进一步地，所述烟气分流管的横截面积小于阳方格的横截面积。

进一步地，所述一号烟气隔板与上部烟气室顶面的夹角为10～30°。

由于采用上述技术方案，本实用新型具有如下积极效果：

1.本实用新型在上部烟气室的顶部与一号烟气隔板存在夹角，夹角为5～10°，箱体顶部与一号烟气隔板间形成一个梯形空间，使得经一号烟气进气口进入该梯形空间的低温富氧烟气在进入烟气分流管时气流流速尽量均匀，倾斜结构制造简单，在能起到和缩径管相同作用的同时降低了制造成本，可根据现场实际情况灵活调节改变，具有较低的变更成本。从一号烟气进气管到第二烟气进气管的方向上烟气分流管的长度依次变长，

当高温烟气和低温富氧烟气分别从一号烟气进气管和二号烟气进气管进入上部烟气室和中部烟气室，并在下部烟气混合室混合时，高温烟气进入烟气分流管后对低温烟气进行预热，越靠近第二烟气进气管的位置升温效果越好，而且越靠近第二烟气进气管的位置低温烟气的温度也越低，因此低温烟气进入中部烟气室后逐级升温，低温烟气进入下部烟气混合室后在下部烟气混合室平面内温度均匀。

当低温富氧烟气和高温烟气分别从一号烟气进气管和二号烟气进气管进入上部烟气室和中部烟气室，并在下部烟气混合室混合时，根据流体力学原理主管上沿主管长度方向设多个支管时，越靠近主管终端的支管处的分压越大，因此多个支管流通截面积相等时，越靠近主管终端的支管的流量越大，因此低温烟气从一号烟气进气管进入上部烟气室后越靠近二号烟气进气管的位置处，进入烟气分流管内的低温烟气越多，而在中部烟气室中由于烟气分流管的阻力作用，越靠近二号烟气进气管的位置处的阻力越小，高温烟气更容易在越靠近二号烟气进气管的位置处进入阴方格，因此越靠近二号烟气进气管的位置处低温烟气在烟气分流管进行换热的面积越大，且与对应位置处更多的高温烟气混合，而在越靠近一号烟气进气管的位置处低温烟气在烟气分流管进行换热的面积越小，且在此次进入烟气分流管的低温烟气更少，在此处应位置处更少的高温烟气进入阴方格，最终使进入下部烟气混合室后各阴方格和阳方格下方的烟气混合均匀且温度均匀。

2.烟气分流管和阳方格有两种不同管径，烟气分流管的管径为100mm、阳方格的管径为130～200mm；烟气首先进入烟气分流管降低气流初速并通过等间距排列的烟气分流管分解成多股气流，后进入阳方格，在保障压降小的同时增大气体混合前的接触面积，使气体混合前就已具备速度均匀、温度分布均匀的特点，从而提高后续混合效率，加强混合效果。

3.阴方格与烟气分流管分流气体的工作原理相同，通过均分高温烟气使其成为多股均等小气流，在保持各股气流速度、温度、压力等基本相同的情况下进一步提高后续混合效率，加强混合效果。

4.阳方格和阴方格均为方形管且与箱体平行，呈竖直排列。该设计降低了气体混合前形成湍流的概率，降低了气体的紊乱程度使得两种烟气混合后气体流动方向基本保持一致，从而实现气体混合后各组分尤其是氧气的均匀分布。

因此，在对高温烟气及低温富氧烟气进行混合时，本实用新型的装置通过在烟气混合器内部加入多个分流管设计使各来源气体均匀分解为多股小气流保证各股气流的近似方便后续混合，通过改变分流管管型为方形管降低气体分流时的紊乱程度，保障混合后气体流动方向的一致性，从而保障氧浓度在混合后气体中各点的均布性，通过多管径设计降低气体压力损失并保障多股气流汇流前被间接增大接触面积，进一步提高混合效率，整体的技术方案混后烟气氧浓度分布均匀、运行阻力小、体积小、运行成本低、结构简单等特点，有良好的工业应用前景。

附图说明

图1为一种多管式烟气混合器的正三轴侧视图；

图2为本实用新型图1去除顶部箱体后的俯视图；

图3为本实用新型图1的仰视图；

图4为本实用新型图1的蜂窝状烟气分流管组正三轴侧视图；

图5为本实用新型实施例1的烟气混合室出气口氧气体积分数分布图。

图6为本实用新型实施例2的烟气混合室出气口氧气体积分数分布图；

图7为本实用新型图1混合烟气出口端面样本点分布图；

图8为本实用新型图1混合烟气出口端面采样线分布图；

图9为一种多管式烟气混合器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

实施例1

图9为本实用新型的一种结构示意图。一种多管式烟气混合器包括二号烟气进气管12、一号烟气进气管1、上部烟气室3、一号烟气隔板4、烟气分流管11、中部烟气室10、二号烟气隔板5、阳方格、阴方格、下部烟气混合室13。箱体6内至上到下设有被一号烟气隔板4、二号烟气隔板5分隔开的上部烟气室3、中部烟气室10和下部烟气混合室13，二号烟气隔板5的底面连接沿箱体6的竖向方向布置的n列纵隔板15和m行横隔板16，隔板15和横隔板16相互交错并在下部烟气混合室13中分隔出n×m个矩形方格，n×m个矩形方格中设置一半的矩形方格为阴方格9，另一半为阳方格7，n×m个矩形方格上相互垂直的纵向和横向上阴方格和阳方格交替布置，阴方格与中部烟气室10通过形成在二号烟气隔板5上的通孔连通，阳方格与上部烟气室3通过烟气分流管11连通。

如图4所示，本实施例中，一号烟气隔板4与二号烟气隔板5厚度均设置为4mm，一号烟气隔板4与二号烟气隔板5夹角为6.5°，烟气分流管11管径为100mm，阳方格管径均为170mm，管壁即栅板厚度为4mm。

如图1所示，一号烟气进气管1呈规则喇叭状，较小口尺寸长为900mm，宽为400mm，较大口尺寸长为1736mm，宽为500mm，小口与大口间距离为500mm，二号烟气进气管12与一号烟气进气管1尺寸相同。

如图2所示，较低温高含氧环冷烟气经一号烟气进气管1进入上部烟气室3并进入烟气分流管11，后进入阳方格7；较高温低硫烧结烟气经二号烟气进气管12进入中部烟气室10并进入阴方格9；最终环冷烟气、烧结烟气分别经由阳方格和阴方格进入下部烟气混合室13进行烟气混合。

为验证一种多管式烟气混合器的烟气混合性能，对本实用新型的实施例1进行了模拟计算，内容如下：

(1)运行参数设置：本实施例设置一号烟气进气管通入低温富氧烟气，一号气体组分及运行参数见表1，以此模拟较低温高含氧环冷烟气；设置二号烟气进气管通入高温烟气，高温烟气组分及运行参数见表1，其中一种多管式烟气混合器操作压力设置为101325Pa。

表1气体组分及运行参数

(2)运行阻力测试：利用若干组模拟计算得出一号烟气进气管、二号烟气进气管面及下部烟气混合室出口面的平均全压，通过进气口及出气口间的全压差衡量运行阻力，全压差见表2；

表2进口与出口间全压差

(3)下部烟气混合室出口段氧气浓度均布性测试：根据模拟计算得到下部烟气混合室出口面处氧气体积分数分布结果，从该端面均匀采集99份样本点计算得到氧气体积分数平均值、标准差，以此衡量氧气的均布性，样本点数据、平均值及标准差见表3-1。为更直观表示氧气浓度在下部烟气混合室出口面各高度上的均布性，自出口面设置五条等距采样线，每条采样线上等距包含八个采样点，五条采样线在同一水平面内，样本点及采样线分布图见图7、图8，采样线及采样点数据见表3-2，并以此作图比较，见图5。

表3-1氧气体积分数平均值及标准差

表3-2采样线采样点数据

如表1～表2所示，研究表明在一号烟气进气管及二号烟气进气管气流速度均为10m/s、低温富氧烟气温度为413.15k、高温烟气度为573.15k、操作压力为101325Pa时，系统压降为9.7872887Pa。本实施例验证了一种多管式烟气混合器在通入较低速气流时具有运行阻力小的特点。

如表3-1～表3-2及图5所示，下部烟气混合室出口面氧气体积分数平均数为0.183，标准差为0.007，氧气体积分数在出口面各高度上波动小，波动规律相似。本实施例验证了一种多管式烟气混合器具有混后烟气氧浓度分布均匀的特点，且氧含量(体积分数)平均值达到大于等于18％的循环烟气氧含量要求。

实施例2

图9为本实用新型的一种结构示意图。一种多管式烟气混合器包括二号烟气进气管、一号烟气进气管、上部烟气室、一号烟气隔板、烟气分流管、中部烟气室、二号烟气隔板、阳方格、阴方格、下部烟气混合室。

如图4所示，所述一号烟气隔板4与烟气分流管11相连并相互贯通，本实施例中，一号烟气隔板4与二号烟气隔板5厚度均设置为4mm，一号烟气隔板4与二号烟气隔板5夹角为6.5°，烟气分流管11管径为100mm，阳方格管径均为170mm，管壁即栅板厚度为4mm。

如图5、图6所示，所述一号烟气进气管1呈规则喇叭状，较小口尺寸长为1736mm，宽为450mm，较大口尺寸长为1736mm，宽为500mm，小口与大口间距离为500mm，二号烟气进气管12与一号烟气进气管1尺寸相同。

如图2所示，较低温高含氧环冷烟气经一号烟气进气管1进入上部烟气室3并进入小管径烟气分流管11，后进入阳方格7；较高温低硫烧结烟气经二号烟气进气管12进入中部烟气室10并进入阴方格9；最终环冷烟气、烧结烟气分别经由阳方格7、阴方格9进入下部烟气混合室13进行烟气混合。

为验证一种多管式烟气混合器的烟气混合性能，对本实用新型的实施例2进行了模拟计算，内容如下：

(1)运行参数设置：本实施例设置一号烟气进气管通入低温富氧烟气，低温富氧烟气组分及运行参数见表4，以此模拟较低温高含氧环冷烟气；设置二号烟气进气管通入高温烟气，高温烟气组分及运行参数见表4，以此模拟较高温低硫烧结烟气；其中一种多管式烟气混合器操作压力设置为101325Pa。

表4气体组分及运行参数

(2)运行阻力测试：利用若干组模拟计算得出一号烟气进气管、二号烟气进气管面及下部烟气混合室出口面的平均全压，通过进气管及出气口间的全压差衡量运行阻力，全压差见表5；

表5进口与出口间全压差

(3)下部烟气混合室出口段氧气浓度均匀性测试：根据模拟计算得到下部烟气混合室出口面处氧气体积分数分布结果，从该端面均匀采集99份样本点计算得到氧气体积分数平均值、标准差，以此衡量氧气的均布性，样本点数据、平均值及标准差见表6-1。为更直观表示氧气浓度在下部烟气混合室出口面各高度上的均匀性，自出口面设置五条等距采样线，每条采样线上等距包含八个采样点，采样线及采样点数据见表6-2，并以此作图比较，见图6。

表6-1氧气体积分数平均值及标准差

表6-2采样线采样点数据

如表4～表5所示，研究表明在一号烟气进气管及二号烟气进气管气流速度均为20m/s、低温富氧烟气温度为413.15k、高温烟气温度为573.15k、操作压力为101325Pa时，系统压降为1136.55Pa。本实施例验证了一种多管式烟气混合器在通入高速气流时仍具有运行阻力较小的特点。

如表6-1～表6-2及图6所示，下部烟气混合室出口面氧气体积分数平均值为0.182，标准差为0.008，氧气体积分数在出口面各高度上波动小，波动规律相似。本实施例验证了一种多管式烟气混合器具有混后烟气氧浓度分布均匀的特点，且氧含量(体积分数)平均值达到大于等于18％的循环烟气氧含量要求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多管式烟气混合器，包括箱体(6)，箱体(6)内至上到下设有被一号烟气隔板(4)、二号烟气隔板(5)分隔开的上部烟气室(3)、中部烟气室(10)和下部烟气混合室(13)，其特征在于，所述二号烟气隔板(5)的底面连接沿箱体(6)的竖向方向布置的n列纵隔板(15)和m行横隔板(16)，纵隔板(15)和横隔板(16)相互交错并在下部烟气混合室(13)中分隔出n×m个矩形方格；

n×m个矩形方格中设置一半的矩形方格为阴方格(9)，另一半为阳方格(7)，阴方格(9)和阳方格(7)在n×m个矩形方格的纵向和横向上均交替布置，阴方格(9)与中部烟气室(10)通过形成在二号烟气隔板(5)上的通孔连通，阳方格(7)与上部烟气室(3)通过烟气分流管(11)连通；

所述矩形方格在箱体(6)竖向方向的高度小于下部烟气混合室(13)的高度，上部烟气室(3)还连通一号烟气进气管(1)，中部烟气室(10)还连通二号烟气进气管(12)。

2.如权利要求1所述的一种多管式烟气混合器，其特征在于，所述一号烟气进气管(1)和二号烟气进气管(12)分别布置在箱体(6)的两个相对的侧面，所述一号烟气隔板(4)与上部烟气室(3)顶面的间距在从一号烟气进气管(1)侧到二号烟气进气管(12)侧的方向上依次递减，所述一号烟气隔板(4)与二号烟气隔板(5)的间距在从一号烟气进气管(1)侧到二号烟气进气管(12)侧的方向上依次递增。

3.如权利要求1所述的一种多管式烟气混合器，其特征在于，所述烟气分流管(11)的横截面积小于阳方格的横截面积。

4.如权利要求2所述的一种多管式烟气混合器，其特征在于，所述一号烟气隔板(4)与上部烟气室(3)顶面的夹角为10～30°。

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