CN107570347A - 一种表面强化的外混式雾化喷枪 - Google Patents

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Abstract

本发明一种表面强化的外混式雾化喷枪，包括喷枪本体，喷枪喷头和喷枪封头；喷枪本体包括呈同轴套管设置的喷枪外管和喷枪内管；喷枪内管为溶液管道，喷枪外管和喷枪内管套设形成的腔体为雾化空气通道；喷枪外管上设置雾化空气进口，喷枪内管末端设置溶液进液口；喷枪喷头上设置有雾化空气孔，溶液喷孔和喷头进液孔；喷枪喷头两端分别设置成喇叭状的凹槽，溶液喷孔贯穿两个凹槽底部形成双喷头，凹槽倾斜的侧壁上分别设置有多个与雾化空气通道连通的雾化空气孔；喷枪喷头侧面至少设置一个将溶液管道和溶液喷孔连通的喷头进液孔；喷枪封头密封连接在喷枪本体顶端，喷枪本体，喷枪喷头和喷枪封头的外部表面均覆盖有金属陶瓷涂层。

Description

一种表面强化的外混式雾化喷枪
技术领域
本发明涉及液体喷雾***，具体为一种表面强化的外混式雾化喷枪。
背景技术
喷雾是指将液体通过喷嘴喷射到气体介质中，使之分散并破碎成小颗粒液滴的过程。由于液体相对于空气或气体的高速运动，或者由于机械能的施加和喷射装置的旋转和振动，液体会雾化成各种尺寸范围内的细小颗粒。
用于燃煤电厂烟气处理的石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术，使用喷雾设备将石灰石浆液作为吸收剂喷入烟气中，使其与烟气充分混合接触，发生反应脱除硫氧化物。烟气脱硝目前应用广泛的技术主要有两种，即选择性催化还原脱硝技术(SCR)和选择性非催化还原脱硝技术(SNCR)。在SCR技术中，将还原剂氨水通过喷枪喷入脱硝催化剂前的烟道中；在SNCR技术中，用于喷入氨水或尿素溶液的喷枪通常布设在特定温区的锅炉炉壁上。
电站锅炉燃烧的煤多为贫煤或混合煤，煤粉燃烧形成的高温烟气中，含有CO2、CO、H2S、SO2、HCl和10-20％的飞灰，飞灰的尺寸为2-500μm，由2-5％Na2O、1-3％K2O、10％(CaO/MgO)、10-20％(Fe2O3/Al2O3)和20-60％SiO2等物质组成。灰分中的高熔点硬质颗粒(主要是SiO2)对处于燃煤电厂锅炉炉膛内的结构，如锅炉受热面管道，产生炉管表面飞灰冲蚀磨损。烟气中的杂质硫在高温环境条件下形成的复合硫酸盐对受热面管道表面造成的高温腐蚀。同时，锅炉内的高温烟气对锅炉管道会产生氧化腐蚀。
Cr3C2-NiCr涂层属于金属陶瓷涂层。Mohanty等通过超音速火焰喷涂制备的Cr3C2-25％NiCr金属陶瓷涂层具有涂层致密，结合强度高，涂层高温硬度高，高温耐腐蚀性好等优点。Metalspray公司制备的DS-200(Cr3C2/25NiCr)抗冲蚀涂层，有极低的孔隙率、非常细的晶粒、均匀的组织、较高的结合强度和硬度,具有优异的抗高温飞灰冲刷磨损性能，用于锅炉高温冲蚀严重的部位。
燃煤电厂烟气脱硝中SNCR技术所用还原剂(氨水或尿素溶液)喷枪，通常在锅炉炉膛侧壁开孔后伸入炉内，工作工况与锅炉炉内管道类似。缩短脱硝喷枪使用寿命的一个重要原因就是炉内烟气造成的高温冲蚀和高温腐蚀，因此可以采用电弧喷涂技术在脱硝喷枪伸入锅炉段外部涂覆Cr3C2-NiCr涂层，提高脱硝喷枪的高温耐蚀性能。
目前已有的SNCR脱硝喷枪通常在喷枪顶端安装喷头，进行工作时还原剂向前喷射，所形成喷雾在锅炉炉膛内温度梯度较大，影响脱硝效率。或者在喷枪顶端垂直安装单喷头，这种安装方式喷雾范围覆盖面积较小，为达到较好的脱硝效果，需要布设数量较多的喷枪，而且这种结构的喷枪为方便进出炉膛，在锅炉炉壁的开孔较喷枪本身外径大的多。此外，现有喷枪中喷头结构较为复杂，包括液体帽，空气帽等构件，通过螺纹连接，虽然使用更换方便，但在恶劣的烟气工况下也存在螺纹松动脱落、锈蚀后难以拧开以及在加工精度不能保证的情况下，密封性较差造成的漏液问题。同时，结构复杂会使生产成本较高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种表面强化的外混式雾化喷枪，该型喷枪喷雾覆盖范围大，外层涂覆耐高温冲蚀、高温腐蚀和高温氧化涂层，结构设计简单合理，易于加工。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种表面强化的外混式雾化喷枪，包括喷枪本体，喷枪喷头和喷枪封头；所述的喷枪本体包括呈同轴套管设置的喷枪外管和喷枪内管；喷枪内管为溶液管道，喷枪外管和喷枪内管套设形成的腔体为雾化空气通道；喷枪外管上设置雾化空气进口，喷枪内管末端设置溶液进液口；所述的喷枪喷头上设置有雾化空气孔，溶液喷孔和喷头进液孔；喷枪喷头两端分别设置成喇叭状的凹槽，溶液喷孔贯穿两个凹槽底部形成双喷头，凹槽倾斜的侧壁上分别设置有多个与雾化空气通道连通的雾化空气孔；喷枪喷头侧面至少设置一个将溶液管道和溶液喷孔连通的喷头进液孔；所述的喷枪封头密封连接在喷枪本体顶端，喷枪本体，喷枪喷头和喷枪封头的外部表面均覆盖有金属陶瓷涂层。
优选的，喷枪外管上设置雾化空气进口，喷枪内管末端设置溶液进液口。
进一步，所述的雾化空气进口上连接雾化空气进管，两者之间的连接管路上安装有雾化空气压力表；所述的溶液进液口上连接溶液进液管，两者之间的连接管路上安装有溶液压力表。
优选的，所述的金属陶瓷涂层采用高速电弧喷涂技术涂覆的Cr3C2-NiCr涂层。
优选的，所述喷枪本体，喷枪喷头和喷枪封头均通过焊接固定连接。
优选的，所述溶液喷孔垂直设置喷枪喷头的在中心位置，喷头进液孔与溶液喷孔垂直相连通。
优选的，所述喷头进液孔呈锥孔设置，横截面呈外宽内窄的梯形。
优选的，所述喷枪喷头的侧面分别设置有与雾化空气通道连通的环形凹槽，雾化空气孔的一端设置在凹槽倾斜的侧壁上，另一端与同侧的环形凹槽连通设置。
优选的，所述雾化空气孔倾斜设置在凹槽倾斜的侧壁上；同一端的多个雾化空气孔的开孔角度相同，分布于喷枪喷头中心所在的喷枪本体横截面两侧的雾化空气孔数量不同，靠近喷枪封头一侧的数量少于另一侧。
优选的，喷枪外管上设置有喷枪连接法兰，用于锅炉侧壁开孔后喷枪伸入炉膛后的固定和炉壁开孔的密封。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明所述的雾化喷枪，安装一体式的喷枪喷头，能够避免已有喷枪中喷头在使用过程中因高温腐蚀造成的喷头构件松动脱落或者锈蚀无法拧动的问题。一体式的喷枪喷头还能免除已有的喷枪所安装喷头在螺纹密封性不佳的情况下引起的溶液滴漏问题。同时，喷头为双溶液喷孔，在进行溶液喷射时，喷雾在喷枪本体的侧面，温度梯度小，能使喷雾分布在锅炉内部适合发生反应的温区内，并且此类喷头的喷雾覆盖面要大于已有喷枪，通过合理布设，可减少喷枪的使用数量，降低***成本。
进一步的，通过左右数量不同的雾化空气孔，使溶液形成的喷雾为非对称锥形，并且锥体主要部分喷向锅炉内部，在喷枪工作状态不稳定，溶液雾化不充分的情况下，喷雾中所含的液滴不能溅射到锅炉炉壁管道上，引起管道的骤冷和化学腐蚀。
进一步的，喷枪外管伸入炉膛部分的表面，喷枪喷头表面和喷枪封头外表面在喷枪加工成型后，借助电弧喷涂的方法涂覆Cr3C2-NiCr高温耐蚀涂层，能够使喷枪经受住锅炉内部的高温腐蚀环境，喷枪可靠耐用。
附图说明
图1为本发明中所述的一种表面强化的外混式雾化喷枪示意图。
图2a为本发明所述一种表面强化的外混式雾化喷枪喷头俯视图。
图2b为图2a的A-A剖视图。
图3为本发明所述一种表面强化的外混式雾化喷枪的喷枪本体和喷枪喷头连接示意图。
图4为本发明所述一种表面强化的外混式雾化喷枪安装多个喷枪喷头连接示意图。
图中1.喷枪本体；2.喷枪喷头；3喷枪连接法兰；4喷枪封头；5.喷枪外管；6喷枪内管；7.雾化空气孔；8溶液喷孔；9.喷头进液孔；10.雾化空气进口；11.溶液进液口；12.雾化空气进管；13.雾化空气压力表；14.溶液进液管；15.溶液压力表。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种表面强化的外混式雾化喷枪，如图1所示，其包括喷枪本体1，喷枪喷头2，喷枪连接法兰3和喷枪封头4四部分。所述的四部分在相应位置通过焊接相连。喷枪本体1由喷枪外管5和喷枪内管6构成，喷枪外管5和喷枪内管6同轴，形成套管结构。喷枪内管6为溶液管道，喷枪外管6和喷枪内管6套设形成的腔体为雾化空气通道，喷枪外管5上有雾化空气进口10，喷枪内管6末端为溶液进液口11。雾化空气进管12与雾化空气进口10相连，管道上安装雾化空气压力表15，溶液进液管14与溶液进液口11相连，管道上安装溶液压力表15。
如图2a和图2b所示，喷枪喷头2上有雾化空气孔7，溶液喷孔8和喷头进液孔9。雾化空气孔7位于喷枪喷头2两端凹槽的倾斜侧面，同一端的雾化空气孔7分为两组，以经过喷枪喷头2中心的喷枪本体1横截面为界，左右开孔数量不同，左侧靠近锅炉侧壁，右侧靠近喷枪封头4，左侧开孔数量大于右侧，使雾化空气孔喷射形成的雾化气流呈非对称的流场，在与溶液喷孔7喷出的溶液作用时，形成非对称的喷雾形状，这样的设计可以防止溶液在雾化情况不佳的状况下，液滴溅射到锅炉侧壁的锅炉管道上引起的骤冷和液体中所含的化学物质引起的管道腐蚀。溶液喷孔8贯通整个喷枪喷头2中心位置，形成两个喷头。喷头进液孔9在喷枪喷头2侧面，为锥形孔，与溶液喷孔8垂直连通，喷枪内管6和喷头进液孔9通过焊接相连。
喷枪封头4位于喷枪顶端，是和喷枪外管5同壁厚同材质的中空腔体，与喷枪外管5焊接，以形成闭合的雾化空气通道。
喷枪连接法兰3用于锅炉侧壁开孔后喷枪伸入炉膛后的固定和炉壁开孔的密封。
其中，喷枪各结构材质均为316L不锈钢。喷枪四个部分组合安装焊接成型后，伸入炉膛部分的喷枪外管5，喷枪喷头2表面，喷枪封头4，经表面喷涂前处理流程后，用电弧喷涂的方法涂覆Cr3C2-NiCr高温耐蚀涂层。
具体的，本发明一种表面强化的外混式雾化喷枪，如图1所示，其包括喷枪本体1、喷枪喷头2、喷枪连接法兰3、喷枪封头4。喷枪本体1由喷枪外管5和喷枪内管6构成，喷枪内管6为溶液管道，喷枪外管和喷枪内管套设形成的腔体为雾化空气管道；喷枪喷头2上有雾化空气孔7、溶液喷孔8和喷头进液孔9，其中雾化空气孔7分别设置在喷枪喷头2两端凹槽四周的倾斜侧面上，倾斜贯通喷枪喷头2与雾化空气通道相通；如图2a所示，雾化空气孔7分为左右两组，左侧孔数为5个多于右侧的2个；如图2b所示，溶液喷孔8位于喷枪喷头2中心位置，竖直贯通设置，形成两个喷头；喷头进液孔9位于喷枪喷头2侧壁，为外宽内窄圆锥型孔，与溶液喷孔8垂直相通。雾化空气进口10在喷枪外管5外侧；溶液进液口11为喷枪内管6的延长部分。雾化空气压力表13安装在雾化空气进口10和雾化空气进管12之间，用于测量雾化空气压力；溶液压力表15安装在溶液进液口11和溶液进液管14之间，用于测量溶液压力。
含表面涂层的外混式双喷头雾化喷枪其中，喷枪本体1、喷枪喷头2、喷枪连接法兰3和喷枪封头4，分开加工后，通过焊接的方法连接到一起，形成雾化喷枪整体结构。
当设置有一个喷枪喷头2时，喷枪喷头2、喷枪封头4、喷枪外管5和喷枪内管6的连接方式如图3所示，喷枪喷头2侧面设置一个将溶液管道和溶液喷孔8连通的喷头进液孔9。
当设置有多个喷枪喷头2时，喷枪喷头2、喷枪封头4、喷枪外管5和喷枪内管6的连接方式如图4所示。根据实际需要，可在喷枪上串联焊接安装多个喷枪喷头，以产生更大的喷雾覆盖面积。
雾化喷枪整体结构完成后，喷枪伸入锅炉部分，包括部分喷枪外管表面，喷枪喷头表面，喷枪封头表面，经脱脂净化，喷砂粗化，对非有效表面遮蔽保护等流程后，采用电弧喷涂的方法，涂覆Cr3C2-NiCr高温耐蚀涂层，以延长雾化喷枪在锅炉恶劣工况下的使用时间。同时，在雾化喷枪检修时，可以通过同样的方法对损坏的表面进行修复，进一步增加喷枪工作寿命。
喷枪工作时，需要喷射的液体经过溶液进液管14，溶液进液口11，喷枪内管6，喷头进液孔9后，经喷枪喷头2上的溶液喷孔8喷入锅炉炉膛中。压缩空气经雾化空气进管12，雾化空气进口10，喷枪外管5和喷枪内管6形成的腔体后，经喷枪喷头2上的雾化空气孔7喷出。溶液和雾化空气在喷枪喷头2外部撞击雾化作用后，形成喷雾锥体。雾化空气孔7分为左右两组，左侧开孔数量多于右侧，以使雾化空气喷射形成非对称流场，在和溶液喷孔8中喷出的溶液作用时，进一步形成非对称的喷雾锥面。喷雾锥面主要朝向锅炉内侧，其中夹带的没有充分雾化的液滴不能溅射到锅炉内壁上。

Claims (10)

1.一种表面强化的外混式雾化喷枪，其特征在于，包括喷枪本体(1)，喷枪喷头(2)和喷枪封头(4)；
所述的喷枪本体(1)包括呈同轴套管设置的喷枪外管(5)和喷枪内管(6)；喷枪内管(6)为溶液管道，喷枪外管(6)和喷枪内管(6)套设形成的腔体为雾化空气通道；喷枪外管(5)上设置雾化空气进口(10)，喷枪内管(6)末端设置溶液进液口(11)；
所述的喷枪喷头(2)上设置有雾化空气孔(7)，溶液喷孔(8)和喷头进液孔(9)；喷枪喷头(2)两端分别设置成喇叭状的凹槽，溶液喷孔(8)贯穿两个凹槽底部形成双喷头，凹槽倾斜的侧壁上分别设置有多个与雾化空气通道连通的雾化空气孔(7)；喷枪喷头(2)侧面至少设置一个将溶液管道和溶液喷孔(8)连通的喷头进液孔(9)；
所述的喷枪封头(4)密封连接在喷枪本体(1)顶端，喷枪本体(1)，喷枪喷头(2)和喷枪封头(4)的外部表面均覆盖有金属陶瓷涂层。
2.根据权利要求1所述的一种表面强化的外混式雾化喷枪，其特征在于，喷枪外管(5)上设置雾化空气进口(10)，喷枪内管(6)末端设置溶液进液口(11)。
3.根据权利要求2所述的一种表面强化的外混式雾化喷枪，其特征在于，所述的雾化空气进口(10)上连接雾化空气进管(12)，两者之间的连接管路上安装有雾化空气压力表(13)；所述的溶液进液口(11)上连接溶液进液管(14)，两者之间的连接管路上安装有溶液压力表(15)。
4.根据权利要求1所述的一种表面强化的外混式雾化喷枪，其特征在于，所述的金属陶瓷涂层采用高速电弧喷涂技术涂覆的Cr3C2-NiCr涂层。
5.根据权利要求1所述的一种表面强化的外混式雾化喷枪，其特征在于，所述喷枪本体(1)，喷枪喷头(2)和喷枪封头(4)均通过焊接固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种表面强化的外混式雾化喷枪，其特征在于，所述溶液喷孔(8)垂直设置喷枪喷头(2)的在中心位置，喷头进液孔(9)与溶液喷孔(8)垂直相连通。
7.根据权利要求1所述的一种表面强化的外混式雾化喷枪，其特征在于，所述喷头进液孔(9)呈锥孔设置，横截面呈外宽内窄的梯形。
8.根据权利要求1所述的一种表面强化的外混式雾化喷枪，其特征在于，所述喷枪喷头(2)的侧面分别设置有与雾化空气通道连通的环形凹槽，雾化空气孔(7)的一端设置在凹槽倾斜的侧壁上，另一端与同侧的环形凹槽连通设置。
9.根据权利要求1所述的一种表面强化的外混式雾化喷枪，其特征在于，所述雾化空气孔(7)倾斜设置在凹槽倾斜的侧壁上；同一端的多个雾化空气孔(7)的开孔角度相同，分布于喷枪喷头(2)中心所在的喷枪本体(1)横截面两侧的雾化空气孔(7)数量不同，靠近喷枪封头(4)一侧的数量少于另一侧。
10.根据权利要求1所述的一种表面强化的外混式雾化喷枪，其特征在于，喷枪外管(5)上设置有喷枪连接法兰(3)，用于锅炉侧壁开孔后喷枪伸入炉膛后的固定和炉壁开孔的密封。
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