CN87100888A - 微粒分散装置及利用该装置混合反应物与燃烧气体的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于分散聚集状态的微粒的装置，包括一个本体，一个位于本体内并终止于一个窄缝形喷嘴的微粒通道和一个位于本体内的间隙。该间隙朝着微粒通道的下游倾斜并与其相连通，以便将气体射入其中。由于喷嘴呈窄缝形，大量的微粒可以同时进行分散而不会失去单孔式分散装置的分散特性。当一些这样的分散装置装于构成炉壁的燃烧气体通道中，并布置得使其所处的位置越接近上游，则从那里喷出含有反应物的气体的射流的射程越大时，反应物在燃烧气体中扩散并均匀分布。

Description

本发明涉及一种用于分散聚结成团的微粒子的微粒分散装置以及一种利用该分散装置将反应物与燃烧气体混合的装置。

一般说来，随着微粒子的尺寸的减少（直径小到10um以下），其聚集力就越大，从而使得一些微粒粘在一起，形成表现为粗大粒子的聚团粒子群。在此以前，人们使用由一个喷孔的普通喷咀或喷射器组成的系统作为聚团粒子分散装置。但是，用这种普通的分散装置只能处理少量的微粒子，因此在开发处理大量微粒子的大型分粒器或大容量的反应器时就出现了困难。

根据上述的普通单孔式微粒分散装置，当要求增加处理的微粒子的数量时，就得增大喷孔的直径，因此如果不施加过量的动力，微粒子就不能得到充分的分散。也就是说，用先有技术的分散装置处理直径小于几个微料的单个微粒子的数量是有限的（目前为30～50公斤/小时/单位）。

本发明的目的是提供一种微粒分散装置，它能在不需要增加动力的条件下，使处理的微粒子数量增加到一个显著的水平。

为了达到此目的，本发明的微粒分散装置包括一个本体，一个在所述本体内形成的并且终止于一个窄缝形喷咀的微粒通道，以及一个相对于微粒通道下游倾斜并且与微粒通道连通的气体输入通道。

按照这种布置，气体倾斜地射向微粒通道的下游，在微粒通道中产生喷射器的作用，并且将微粒子吸出和输送出去并分散开来。在这种情况下，由于喷咀呈窄缝形，因此可以分散大量的微粒而不可能丧失单孔型分散装置所具有的微粒分散特性。

本发明用于将反应物与燃烧气体进行混合的装置包括一些微粒分散装置，它们以一定的间隔布置在与燃烧气体的流动方向交叉的方向上喷射含有反应物的气体的方向上。所述分散装置布置得使其以这样的方式喷射所述的含有反应物的气体，即分散装置布置得越靠上游，其喷射含有反应物的气体的射程就越大。

附图的简要说明：

图1是本发明第一个实施例的分散装置的剖视图。

图2是图1所示的分散装置的一部分的底视图。

图3是用于解释微粒分散过程的原理图。

图4是表示图1所示的分散装置工作情况的透视图。

图5是本发明第二个实施例的分散装置的剖视图。

图6是本发明第三个实施例的分散装置的剖视图。

图7是图6所示的分散装置的一部分的底视图，其中去掉了一个块状板。

图8是本发明的第四个实施例的分散装置的剖视图。

图9是本发明的第五个实施例的分散装置的透视图。

图10是本发明的第六个实施例的分散装置的透视图。

图11是本发明用于将反应物与燃烧气体混合的装置的第一个实施例的剖视图。

图12是图11所示装置的横截面图。

图13是本发明的用于将反应物与燃烧气体混合的装置的第二个实施例的剖视图。

图14是表示图13所示装置的布置的示意透视图。

图15是本发明的用于将反应物与燃烧气体混合的第三个实施例的剖视图。

下面参照图1至图3对本发明的一个第一实施例进行描述。

形状大致为圆盘组件的本体1包括一个喷射圆盘2，一个与所述喷射圆盘2端部配合联接的中间圆盘3以及一个在所述中间圆盘3中配合联接的微粒输入圆盘4，所述圆盘2，3和4用螺栓5联结成一体。圆盘2和3之间插有一个垫圈6，圆盘3和4之间有一个密封圈7。

微粒输入圆盘4中有一个环形微粒通道8，环形微粒通道8配有沿周向相互隔开的一些联接件9，这些联接件9将圆盘4的中央部分和外围部分联在一起。圆盘4有一个第一气体输入通道10，和一个在其内部具有气体储存腔12的圆筒形伸出部分11。

中间圆盘3的内部有一个能够容纳输入圆盘4上的伸出部分11的开口，一个由上述开口和伸出部分11之间构成的环形微粒储存腔13和一个端部开口的从微粒储存腔13向下延伸而成的上游环形通道14。圆盘2有一个对着上游环形通道14并与其相通的下游环形通道16，该下游环形通道16的开口端构成一个环形喷咀15。下游环形通道16有一个喉口部分和一个喇叭口部分作为喷射器的扩张段。由于上游环形通道14是由圆盘3和圆盘4之间的间隙形成的，因此它的形状是一个周向连通的整环。下游环形通道16是在喷射圆盘2的外围部分和中央部分之间形成的。而所述的外围部分和中央部分则通过图2中所示的周向相间布置的连接件17连成一体。

喷射圆盘2有一个配合安装在中间圆盘3中的圆筒形伸出部分18。

喷射圆盘2上的伸出部分18的中央部分插在输送圆盘4上的伸出部分11中。这两个伸出部分11和18配合装配在一起使得在它的中央部分之间形成一个锥形内间隙20，该内间隙20朝着通道16的下游中心倾斜。内间隙20由一个在伸出部分11内延伸的连接通道21与内部气体储存腔12相通。一个用于调节内间隙20的横截面积的垫圈23插在输入圆盘4的中央部分22的前端和喷射圆盘2之间。

中间圆盘3中的微粒储存腔13的壁插在喷射圆盘2的环形通道16中。在喷射圆盘2的伸出部分18和微粒储存腔13的壁之间形成一个锥形的外间隙24，所述外间隙24与内间隙20一样向着下游环形通道16的下游中央部分倾斜，并且与所述通道16相通。两个间隙20和24组成拉法尔喷管（Laval    tubes）从而起到超音速喷咀的作用。外间隙24的横截面积由垫圈6来调节。在中间圆盘3中，在喷射圆盘2的伸出部分18和中间圆盘3之间构成一个与外间隙24相通的外部气体储存腔25。中间圆盘3有一个与外部气体储存腔25相通的第二气体输入通道26。

喷射圆盘2的端面中部有一个安装喷咀螺栓27头的凹槽，螺栓27穿过喷射圆盘2并固定地拧在输入圆盘4的前端中央部分22中。螺栓27的中心有一个喷咀通孔30，与输入圆盘4中的内部气体储存腔12相连通。喷咀螺栓27和喷射圆盘2布置得使它们的端面相互平齐地贴在一起。

图1和图2中的编号32表示微粒子，编号33表示一种气体（例如空气）。

为了使微粒子分散，一种高压气体（如压力为2～3公斤/厘米²或更高）被输送到两个气体输入通道10和26中。此时，在内部气体储存腔12中的气体33经过内间隙20射入下游环形通道16，而在外部气体储存腔25中的气体33则经过外间隙24也射入该通道16中，因此在喷咀区域产生了一种喷射器作用。此时，上游环形通道14的开口附近区域有一个负压作用于其中，从而产生流过上游环形通道14的气流34。

在这种情况下，当微粒32输入到微粒储存腔13中后，它们就被气流34从上游环形通道14带到下游环形通道16，在这里受到由来自上游环形通道14的低速气流34和从两个间隙20和24射出的高速（超音速）气流33之间的速度差产生的强烈的混合流和剪切流的作用，因此将图3所示的聚团微粒35分散成为单个的微粒子36。采用这种分散方式，处理的微粒子数量可以大大地增加到1吨/小时/单位以上。

微粒32以环形从下游环形通道16的喷咀15处向外射出。在射出的微粒32的内侧37，高浓度的雾状粒子相互干涉，因此，存在着分散了的微粒子再次聚集起来的危险。但是，由于在内部气体储存腔12中的气体经过喷咀螺栓27的喷咀通孔30射入粒子射流的内侧37中（如图4所示），高浓度分散相被气体33稀释，从而防止了分散了的微粒再次聚集。因此，为了提供大量的稀释气体33，最好使喷咀通孔30的横截面积（或直径）比喷咀15的横截面积（或直径）大得多。而且当该装置按照图11所示的以后将要描述的方式用作微粒分散喷咀时，上述增大喷咀通孔30的直径将会产生使雾状粒子射流达到更远的位置的效果。

图5示出的第二个实施例是第1个实施例的改形。在这个实施例中，一个圆筒形部件19安装在输入圆盘4的中部，所述圆筒形部件19有一个通向喷咀通孔30的气体输入通道28。该气体输入通道28不与内部气体储存腔12相通而在输入圆盘4的端面开口。内部气体储存腔12环绕圆筒形部件19的外表面而成。第二气体输入通26从输入圆盘4的端面通向外部气体储存腔25，而一个从所述的气体输入通道26延伸出来的支通道29则与内部气体储存腔12相连通。在输入圆盘4中，微粒输入通道8并不是图1中所示的环形通道，而是呈现以一定的间隔周向分布的孔的形式，这些孔从输入圆盘4的端面延伸到微粒储存腔13中。以这种方式制造的粒子输入通道8的孔道结构，保证了形成支通道29所需要的区域。

按照这种布置，输入到第二气体输入通道26中的气体（例如空气）分配到内、外气体储存腔25和12中，然后经间隙20和24射入下游环形通道16。气体输入通道28中供入气体31，气体31将由喷咀通孔30射出。由于输入通道28与内部气体储存腔12隔开，气体31可以与供入到下游环形通道16的气体33不同。例如，在以后要描述的图11中，当本装置作为喷咀用于分散燃烧气体中的反应物时，所述的燃烧气体可以作为气体31供入。

图6和图7示出的第三实施例是第一实施例的一种改形。该实施例除去了在第一实施例中使用的喷咀30，并且可以用于微粒喷射条件能够保证由喷咀15射出的并由此分散的微粒子不会发生再聚集的危险的地方。

在这个实施例中，本体1包括一个喷射圆盘2，和一个微粒输入圆盘4，该圆盘4通过一个密封件41配合联接到喷射圆盘2上面。输入圆盘4中有一个与本体轴线42同心的环形微粒储存腔13，从该微粒储存腔13开始延伸的部分是上游环形通道14，其下游端开着。喷射圆盘2有一个对着上游环形通道14且与之相通的下游环形通道16。环形通道14和16象第一个实施例中那样，各自的内、外部分都通过周向相间布置的联接件联接成一体。

输入圆盘4中的微粒储存腔13伸向喷射圆盘2，使其突起部分插在喷射圆盘2中的环形凹槽中。这种配合装配形成了一个锥形的内间隙20和一个锥形的外间隙24。

在本体轴线42上设有一个内部气体储存腔12并横跨圆盘2和4的两个相对的表面。内部气体储存腔12与内间隙20的内端相连通，并与连到输入圆盘4上的第一气体输入管43连通。输入圆盘4有一个沿微粒储存腔13周向向外布置的环形外部气体储存腔25，该外部气体储存腔与外间隙24的外端相通，并与连到输入圆盘4上的第二气体输入管44连通。

喷射圆盘2通过一个密封件45装在一个圆盘形的块板46上，所述块板46中有一个与在下游环形通道16的开口端形成的喷咀15相连通的环形通道47。

在第一实施例的分散装置中，有一个处于环形微粒喷咀中央的气体喷咀，第三实施例则不是这种形式。因此，在防止了微粒在射流内部发生再聚结的条件下使用时，本实施例的装置是优越的。

图8示出的第四实施例是第三实施例的改型。与第三实施例相比，在这个实施例中，气体33只从内侧输入，而除去了从外侧输入气体33的结构。

相比第一至第四实施例中，喷咀15和其它部件都是做成环形的，但在图9所示的第五实施例和图10所示的第六实施例中的喷咀15和其它部件却是做成直线形的。

图11示出本发明的用于将反应物与燃烧气体混合的装置的第一实施例。它是上述微粒分散装置的一个应用，用于将少量的反应物与来自炉子的高温燃烧气体混合，以进行诸加脱硫和无催化脱硝工作过程。

编号51表示形成炉壁的燃烧气体通道，它有四个侧壁部分51A、51B、51C、和51D，这四个壁构成横截面为四角形的燃烧气体通道52。在相互对着的两个壁51A和51C上各自都设有一些开口54，这些开口的方向与气体流动方向交叉，并在气体流动方向上和在与气体流动的垂直方向上相互存在一定的间隔。每个开口54上都接有上述分散装置55。分散装置55A，55B和55C喷射由运载气体输送的微粒状反应物（如碳酸钙CaCO₃），在燃烧气体通道52中形成射流56，57和58。分散装置55A55B和55C的布置使得它们的位置越往上游，则它们产生的射流所达到的地方就越接近燃烧气体通道的中部。射流56，57和58的射程的调节可以通过改变环形喷咀15（见图1）的直径（节圆）或改变用于稀释流体的喷咀通孔30（见图1）的直径来进行。燃烧气体通道的形成壁51的侧壁51A和51C各自有一个伸出部分59，位于分散装置55的稍下游处，从而形成一个截面收缩的气体通道52a。

在这种布置中处理燃烧气体时，射流56，57和58是从分散装置55射入燃烧气体53中的。此时，来自上游分散装置55A的射流56几乎抵达燃烧气体53的中心，最后折向燃烧气体53的流动方向并在燃烧气体53中分散开来。由于来自布置在分散装置55A下游的分散装置55B的射流57的射程比射流56的射程要短，且由于它们（射流57）是从下游区域射出的，则射流57的射出不存在其中心与射流56相干扰的可能，且射流57折向燃烧气体53的流动方向，并在其中分散开来。相似地，由于来自分散装置55C的射流58的射程比射流57的射程短，且由于射流58是从更下游的区域射出的，因此，射流58的射出也不存在其中心与射流57相干扰的可能，并被折向燃烧气体53的流动方向，在其中分散开来。当射流56，57和58在燃烧气体流53中折向和分散时，射流中含有的少量反应物可以非常均匀地且迅速地与燃烧气体53混合。

在图11和图12中，在包括未安装分散装置55的侧壁51B和51D之间的方向上，即在Y方向上，射流56，57和58的分布是均匀的。但是，在X方向上，不同大小的射流56，57和58相互混在一起，而且由于射流56，57和58的折向，它们的分布是非均匀的。也就是说，在X方向上，反应物的浓度将有很大的差异。为了使其均匀，设置了一个伸出壁部分59，用于形成一个横截面收缩的气体通道52a。射流56，57和58在它们折向后与燃烧气体53挤缩在一起，由此使得在X方向上的混合加速。此外，该收缩部分的收缩率越大，所取得的加速效果也就越大。但是，只要使收缩的气体通道52a的横截面积等于燃烧气体通道52的横截面积的60%左右，就可以获得显著的混合加速效果。

也可以通过大角度弯折燃烧气体通道52，而不是收缩其横截面积来加速混合。在这种情况下，弯折角最好大于90度。

上述射流56，57，和58的混合必须在大约1秒钟内完成，因为反应的时间大约为1秒钟。此外，考虑到炉中的平衡问题，用于喷射气流中的反应物的运载气体的数量必须小于燃烧气体量的10%最好小于5%。为此，射流的初速必须至少为100米/秒，最好是大约为300米/秒的亚音速。

图13和图14示出了本发明用于将反应物与燃烧气体混合的装置的第二个实施例。在该实施例中，侧壁部分51A和51B上设有一些喷咀，这些喷咀的方向与燃烧气体53的流动方向交叉并在流动方向上相互隔开。更具体地说，在气流的上游区域，有一些在横向上以预定的间距P₁相互隔开的大直径喷咀60，距大直径喷咀60下游某预定的距离l₁的地方有一些以预定的间距P₂相互隔开的中直径喷咀61。距中直径喷咀61下游某预定的距离l₂的地方有一些以预定的间距P₃相互隔开的小直径喷咀62。这些喷咀60，61和62用来喷射含反应物的气体63，后者是由运载气体稀释少量反应物（如碳酸钙CaCO₃或氨气NH₃）获得的，在各组大、中、小直径的喷咀60，61和62的外部设有分别与之相连的导管64、65和66，这些导管中又分别连有输入管67，68和69。

按照这种布置，来自大直径喷咀60的大直径射流70几乎射到燃烧气体通道52的中心，而中直径喷咀61的中直径射流71的射程比下游区域的大直径射流70的射程要短，而小直径喷咀62的小直径射流72的射程又比下游区域的中直径射流71的射程要短。因此，在图11和图12所示的实施例的情况下，反应物能够与燃烧气体53混合。

图15示出了本发明用于将反应物与燃烧气体混合的装置的第三个实施例。喷咀73A、73B和73C采用相同的直径。在这种情况下，喷咀是这样布置的：即在上游区域的喷咀73A以高初速射出射流74A，在中游区域的喷咀73B以中初速射出射流74B，而在下游区域的喷咀73C以低初速射出射流74C。

此外，射流直径和射流初速的适当配合可获得将少量反应物与燃烧气体53均匀混合而不引起射流轴之间的相互干扰的效果。

射流的射程L以及射流穿过射程L所需要的时间t取决于射流的直径（喷咀直径）d，射流初速度U₀和燃烧气体的流速U₁。

在图13和图14所示的反应物混合装置中，鉴于大直径喷咀60的喷射速度最高而小直径喷咀62的喷射速度最低的事实，则大直径喷咀60的数目小，而小直径喷咀62的数目大，亦即，间距关系为P₁＞P₂＞P₃……＞P_n。

从宏观上看，炉中的燃烧气体由进口流向出口，但是就炉子的各个横截面上的流动来看，其分布是不同的而且非常复杂。也就是说，在一个地方气体流动得快些，而在另一个地方气体则流动得慢些，在局部处，气体有时回流。因此，在实际中，在炉壁上安装喷咀装置时，喷咀在炉子上安装的角度和位置是参照炉中燃烧气体的流型进行调整的，以减小此种燃烧气体的流型对炉横截面上的射流分布的影响。

下面列举两个实验例子Ⅰ和Ⅱ。

实验例Ⅰ

尺寸关系：例如，当一个大尺寸炉子在X方向上为9米，在Y方向上为14米时，直径分别为d＝0.006米，0.01米，0.018米和0.03米的四种型号的喷咀以下述方式布置在侧壁51A和51C上。

在最上游区域，以P₁＝2.00米的间距安装了7个直径为d＝0.03米的喷咀;在距上述喷咀l₁＝2.1米的下游处以P₂＝1.25米的间距安装了11个直径为d＝0.018米的喷咀;又在距第二组喷咀下游l₂＝1.1米的地方，以P₃＝0.7米的间距安装了20个直径为d＝0.01米的喷咀;在距第三组喷咀下游的地方（l₃＝0.6米），以P₄＝0.4m的间距安装了35个直径为d＝0.006米的喷咀。直径为0.006米的喷咀的下游区域在X方向上收缩了3米，使其在X方向上只有6米的长度。当燃烧气体以U₁＝5米/秒的平均速度在通道中流动时，含有反应物的运载气体以U₀＝200米/秒的初速从每个喷咀中射出。结果，在t＝0.5秒内，燃烧气体通道52的整个区域都成为充分均匀混合的状况。

实验例Ⅱ

尺寸关系：例如，当一个大尺寸炉子在X方向上为15米，在Y方向为20米时，直径分别为0.006米，0.01米，0.018米，0.03米和0.05米的五种型式的喷咀以下述方式布置在侧壁51A和51C上。

在最上游区域，以P₁＝3.3米的间距安装了6个直径为d＝0.05的喷咀;距该组喷咀下游l₁＝3.2米处，以P₂＝2.0米的间距安装了10个直径为d＝0.03米的喷咀;又在距第二组喷咀的更下游处（l₂＝2.1米），以P₃＝1.25米的间距安装了16个直径为d＝0.018米的喷咀;在距离第三组喷咀的再下游处（l₃＝1.1米），以P₄＝0.7米的间距安装了29个直径为d＝0.01米的喷咀;距第四组喷咀下游再远些的地方（l₄＝0.6米），以P₅＝0.4米的间距安装了50个直径为d＝0.006米的喷咀。在最下游区域的直径为0.006米的喷咀下游的区域在X方向上缩减了5米，使其在X方向上的长度为10米。

当燃烧气体以U₁＝5米/秒的平均速度在通道中流过时，含有反应物的运载气体以U₀＝200米/秒的初速从每个喷咀中喷出。结果，在t＝1～2秒内，燃烧气体通道52的整个区域都成为充分均匀混合的状态。这样，由炉子的尺寸和形状来确定喷咀的个数和喷咀级的数目，以获得最佳结果。

Claims (14)

1、一种微粒分散装置包括一个本体，一个在所述本体中形成的微粒通道，所述微粒通道的终端为窄缝形的喷咀，和一个在所述本体中形成的间隙，所述间隙朝着所述微粒通道的下游倾斜并与所述的微粒通道相互连通以便将气体射入所述微粒通道中。

2、如权利要求1所述的微粒分散装置，其特征在于所述喷咀形状是一个环形窄缝。

3、如权利要求2所述微粒分散装置，其特征在于所述间隙由所述微粒通道的周边内侧和周边外侧形成。

4、如权利要求2所述的微粒分散装置，其特征在于所述间隙或者位于微粒通道的周边内侧或者位于微粒通道的周边外侧。

5、如权利要求2所述的微粒分散装置，其特征在于位于环形喷咀处的环状物中部装有一个气体喷咀。

6、如权利要求5所述的微粒分散装置，其特征在于所述气体喷咀和周边内间隙与公共的气体输入装置相连通。

7、如权利要求1所述的微粒分散装置，其特征在于所述周边内间隙和周边外间隙与公共的气体输送装置相连，而气体喷咀则连到另一个气体输送装置上。

8、如权利要求1所述微粒分散装置，其特征在于喷咀的形状为直缝形。

9、如权利要求8所述的微粒分散装置，其特征在于所述间隙形成于所述微粒通道的侧面的每一侧。

10、如权利要求1所述的分散装置，其特征在于所述气体输入通道形成于所述微粒通道的一侧。

11、一种用于将反应物与燃烧气体混合的装置，包括一些能够在与燃烧气体的流动方向交叉的方向上喷射含有反应物的气体的分散装置，所述分散装置安装在构成炉壁的燃烧气体通道中，并在气体流动方向上相互隔开，所述分散装置能够这样喷射含有反应物的气体，即所述分散装置越往上游安装，其射程就越大。

12、如权利要求11所述的用于将反应物与燃烧气体混合的装置，其特征在于每个所述微粒分散装置包括一个本体，一个位于所述本体内并终止于一个窄缝形喷咀的微粒通道和一个位于所述本体内的间隙，所述间隙朝着所述微粒通道的下游倾斜并且与所述微粒通道相连通，以便将气体射入所述微粒通道中。

13、如权利要求11所述的用于将反应物与燃烧气体混合的装置，其特征在于所述微粒分散装置是一些安装在一定位置上的喷咀，所述喷咀的直径是这样确定的，即使得安装在上游区域的那些喷咀的直径最大，再依次使从上游区域到下游区域上的其它喷咀的直径依次减小。

14、如权利要求11所述的用于将反应物与燃烧气体混合的装置，其特征在于所述分散装置为一些安装在一定位置上的喷咀，在这些喷咀中，安装在燃烧气体流动方向上游的那些喷咀在高压下喷射含有反应物的气体，而随着喷咀的位置越接近下游，喷射含有反应物的气体时的压力也就逐渐减小。

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