[发明专利]一种大流量喷雾冷却装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种喷雾冷却装置，尤其涉及在恶劣的烟雾环境中进行大流量喷雾冷却的机械式自动装置，本发明可以根据实际工作要求实现喷嘴的快速启停，并对装置自身采取必要的保护措施。

背景技术

在钢铁、化工等行业，一些生产工艺中需要对大流量的烟气、热风等气体进行快速冷却，冷却的方式普遍采用喷雾实施冷却降温。

这种需冷却的气体有如下几个特点：1、温度高、流量大，冷却时需要的冷却水量较大；2、气体进口温度波动大，但出口温度必须控制在一定范围内，且气体常含可燃气体成分，存在爆燃危险，因此需要根据要求实现快速启停，短时间快速冷却，并且具有可靠的控制措施；3、烟气的含尘量大，高温灰尘粘结性大，一旦附着堵塞喷嘴，则烟气温度不能及时降低，轻则烧布袋，重则影响后续生产，甚至有发生爆炸的危险性；4、烟气的流速高，含尘量大，快速流动的含尘烟气极易磨损置入其中的喷嘴，甚至能打坏喷嘴。

以炼钢电炉为例，一台150t电炉的烟气量为2×10⁵～3×10⁵Nm³/h，汽化冷却烟道出口温度为500℃～650℃，进入机力风冷器的温度不高于450℃，喷雾冷却需要将温度从650℃降至450℃，则需要的水量为30t/h。根据雾化原理，压力式雾化喷嘴的流量与直径的关系为：

L=μπdo242pρ]]>

其中：L：喷嘴流量，m³/s；μ:喷嘴流量系数；d_o:喷嘴喉部直径，m；p：为喷雾压力，Pa；ρ：水的密度：kg/m³。

可见，流量的大小主要取决于以下几个因素：1、雾化喷嘴的直径；2、雾化喷嘴的压力。但是雾化压力的提高是有限的，且压力提高，对水系统的要求也随之提高；喷雾喉部直径提高，虽然流量变大，雾滴的雾化直径也随之增加，雾化质量随之变差。

另外，喷雾过程中，水的压力能转化为雾滴的速度能，雾滴成圆锥状扩散，初始运动方向各异。雾滴主要受重力G、气流流动对雾滴的跟随力f的影响。当雾滴足够小，液滴很快进行传热传质，部分液滴未完全蒸发，能够跟随高速气流运动。而当喷嘴直径扩大，流量扩大，雾滴直径也变大，在短时间内无法完成热交换及蒸发，雾滴直径太大也无法跟随气流运动。而喷雾是一个连续的过程，小液滴若不能及时蒸发或跟随，将与后续液滴重合，形成更大的液滴滴落，长期出现这种状态将会形成积水，腐蚀管道，且冷却效果降低。

因此，若要保证冷却水量足够，则需要增大喷嘴数量，但是气体流程空间有限，无法安装如此多的喷嘴；若采用大流量喷嘴，则不能保证雾化效果，且易积水损坏烟道。如何又保证雾化质量，又保证雾化效果，这成为一对矛盾体。

另外，在工业生产过程中，喷雾冷却方式及采取的保护措施，有如下几种：

一、采用带伸缩杆的喷嘴，依靠喷嘴的伸缩实现工作状态切换。这种喷嘴加工精度较高，容易因活动部件沾灰而卡住，维护工作量较大。也因烟气流速高，喷嘴容易磨损或被打坏而无法使用，使用寿命较短。

二、采用第三种介质冷却喷嘴实施保护作用，如水冷夹套，在这一夹套空间内通入流动的介质如水，避免喷嘴与高温烟气直接接触，延长其使用寿命。但这种喷嘴主要解决的是高温的问题，对喷嘴的积灰及磨损问题并无解决方案。

三、同样采用第三种介质，采用压缩空气或者氮气等气体介质，与压力水一同雾化。在喷嘴停止运行时，喷入压缩空气或氮气，避免喷嘴堵塞。两种介质同时进入喷嘴增加了喷嘴的复杂性；也相当于减少了雾化的冷却水量，这使得单个喷嘴的实际冷却效果变差，在大容量冷却的场合，则需要安装更多数量的喷嘴，增加了设备、安装的投资，也增加了运行操作及系统维护的工作量。

发明内容