高速喷射的气液混合相喷射器.pdf

本发明涉及流体喷射器，旨在提供一种高速喷射的气液混合相喷射器。该喷射器包括分别带有快装接头的液相进口管和气相进口管，液相进口管的末端连接液相喷嘴，气相进口管的末端连接气相喷嘴；液相喷嘴为单孔喷嘴，从液相进口管到液相喷嘴的流道光滑过渡；气相进口管包围在液相进口管外侧并形成环形的气相流道，气相喷嘴包围在液相喷嘴的外侧并连接混合相流道，混合相流道的末端连接出口嘴；出口嘴的出口流通截面面积小于混合相流道的流通截面面积。本发明液相喷嘴出口液流速度高，并在混合相流道内与高速气相流相互作用，实现雾化和再次加速，大大减弱了出口处边界层效应，避免出口处液滴脱离主流射流汇聚下滴的，可灵活调节控制雾化细度及分布。

1、  一种高速喷射的气液混合相喷射器，包括分别带有快装接头的液相进口管和气相进口管，液相进口管的末端连接液相喷嘴，气相进口管的末端连接气相喷嘴；其特征在于，所述的液相喷嘴为单孔喷嘴，从液相进口管到液相喷嘴的流道光滑过渡；所述气相进口管包围在液相进口管外侧并形成环形的气相流道，气相喷嘴包围在液相喷嘴的外侧并连接混合相流道，混合相流道的末端连接出口嘴；出口嘴的出口流通截面面积小于混合相流道的流通截面面积。

2、  根据权利要求1所述的高速喷射的气液混合相喷射器，其特征是，所述的混合相流道长度不小于5倍的气相喷嘴的内径尺寸。

3、  根据权利要求1所述的高速喷射的气液混合相喷射器，其特征是，所述的气相喷嘴出口的射流流动方向与液相喷嘴出口的气流流动方向之间的夹角为0～45°。

4、  根据权利要求1所述的高速喷射的气液混合相喷射器，其特征是，所述的气相喷嘴的出口为均布在圆周上的若干出口孔。

5、  根据权利要求1所述的高速喷射的气液混合相喷射器，其特征是，所述的出口嘴设有若干出口孔，各出口孔方向与轴线成0～45°夹角。

6、  根据权利要求1所述的高速喷射的气液混合相喷射器，其特征是，所述的液相喷嘴外侧的气相进口管内设置旋流片，旋流片角度为0～45°。

7、  根据权利要求1所述的高速喷射的气液混合相喷射器，其特征是，所述混合相流道沿流体流动方向尾端处的内壁沿圆周设置旋流片。

8、  根据权利要求7所述的高速喷射的气液混合相喷射器，其特征是，所述旋流片高度与混合相流道内通径的比值为0～0.45，旋流片角度为0～60°。

高速喷射的气液混合相喷射器
技术领域
本发明涉及一种流体喷射器，更具体地说，是一种高速喷射的气液混合相喷射器，属于流体雾化喷射设备。
背景技术
在工业生产和环保控制流程中，经常会遇到小流量流体喷入大流量流体中相互混合的问题。在这类问题中，小流量流体因其流量小、喷入位置受限等原因，经常会出现与大流量流体只能局部混合或所需混合时间过长等现象。锅炉应用选择性非催化还原技术进行氮氧化物控制时，将还原剂喷入烟气就会出现这类问题。对于这类问题，并不是仅仅通过将小流量液体流体雾化成小颗粒或增加射流旋流度等方法就可以完全解决的，它对于雾化粒度和射流速度有着独特的要求。
目前的雾化器或喷嘴大多是将重点集中在小雾化粒度、强旋流、射流大扩展角或特殊射流形状等方面，而对于交叉射流中小射流的穿透深度没有给予应有的关注。这类雾化器或喷嘴应用在选择性非催化还原技术上，往往会带来还原剂喷入后多集中在近炉壁区域而炉膛中心则存在还原剂空白区域，从而导致局部氨逃逸偏大整体脱硝率偏低，尤其是应用在大型锅炉上时因炉膛截面尺寸变大此类问题更为突出。
发明内容
为了解决现有雾化喷嘴或喷射器存在的出口速度低、穿透深度不足等问题，本发明提供了一种高速喷射的气液混合相喷射器。
本发明提供了一种高速喷射的气液混合相喷射器，包括分别带有快装接头的液相进口管和气相进口管，液相进口管的末端连接液相喷嘴，气相进口管的末端连接气相喷嘴；所述的液相喷嘴为单孔喷嘴，从液相进口管到液相喷嘴的流道光滑过渡；所述气相进口管包围在液相进口管外侧并形成环形的气相流道，气相喷嘴包围在液相喷嘴的外侧并连接混合相流道，混合相流道的末端连接出口嘴；出口嘴的出口流通截面面积小于混合相流道的流通截面面积。
作为一种改进，所述的混合相流道长度不小于5倍的气相喷嘴的内径尺寸。
作为一种改进，所述的气相喷嘴出口的射流流动方向与液相喷嘴出口的气流流动方向之间的夹角为0～45°。
作为一种改进，所述的气相喷嘴的出口为均布在圆周上的若干出口孔。
作为一种改进，所述的出口嘴设有若干出口孔，各出口孔方向与轴线成0～45°夹角。
作为一种改进，所述的液相喷嘴外侧的气相进口管内设置旋流片，旋流片角度为0～45°。
作为一种改进，所述混合相流道沿流体流动方向尾端处的内壁沿圆周设置旋流片。
作为一种改进，所述旋流片高度与混合相流道内通径的比值为0～0.45，旋流片角度为0～60°。
本发明中，气相流体可为压缩空气、过热水蒸汽或燃烧后的烟气；
液相喷嘴出口的速度在20～60m/s；出口嘴可设有1～9个出口孔，各出口孔可以为流通面积大小不等径的孔；设置旋流片，目的是使流体在流道内形成一定旋流强度；气相喷嘴的出口孔，孔的个数为2～12个；
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、液相喷嘴出口液流速度高，并在混合相流道内与高速气相流相互作用，实现雾化和再次加速，以保证喷射器出口的高速射流和强穿透性。
2、出口嘴的出口处流通截面朝中心缩小，实现了混合相流道内近壁面的边界处低速流部分的加速，大大减弱了出口处边界层效应，避免出口处液滴脱离主流射流汇聚下滴的。
3、喷射器运行多级雾化作用雾化液体，可灵活调节控制雾化细度及分布。
附图说明
图1：喷射器的剖面示意图；
图2：设有旋流叶片的液相喷嘴示意图；
图3：图2中A-A向剖面示意图；
图4：具有多个出口孔的气相喷嘴示意图；
图5：图4中D-D向剖面示意图；
图6：具有多个出口孔的出口嘴示意图；
图7：图6中C-C向剖面示意图；
图8：内置旋流片的混合相流道示意图；
图9：图8中B-B向剖面示意图。
图中：液相进口管1、气相进口管2、液相喷嘴3、气相喷嘴4、混合相流道5、出口嘴6、旋流片7。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述：
具体实施案例1
本实施例中的高速喷射的气液混合相喷射器采用304不锈钢加工而成，包括分别带有快装接头的液相进口管1和气相进口管2，液相进口管1的末端连接液相喷嘴3，气相进口管2的末端连接气相喷嘴4；所述气相进口管2包围在液相进口管1外侧并形成环形的气相流道，气相喷嘴4包围在液相喷嘴3的外侧并连接混合相流道5，混合相流道5的末端连接出口嘴6。
液相进口管1和气相进口管2通过螺纹连接的快装接头分别与10％左右浓度的氨水溶液源、压缩空气源连接。液相进口管1与液相喷嘴3焊接，气相进口管2与气相喷嘴4焊接，气相喷嘴4与混合相流道5密封螺纹连接，出口嘴6与混合相流道5焊接。
本发明的喷射器工作过程如下：10％左右浓度的氨水溶液源进入液相进口管1，在液相进口管1内的流速为1m/s左右。氨水溶液由液相进口管1流入液相喷嘴3后开始加速，在液相喷嘴3出口处流速到达40m/s。压缩空气源进入气相进口管2，在其中的流速为10m/s左右。压缩空气由气相进口管2进入气相喷嘴4后开始加速，在气相喷嘴4出口处流速到达200m/s。空气高速射流与氨水射流的速度轴线夹角为20°，氨水在高速空气的撞击作用下发生第一级雾化和混合，然后一起进入混合相流道5。在混合相流道5内一起流动的空气与氨水液滴继续相互作用，发生第二级雾化和速度传递，直到出口嘴6出口处。出口嘴出口处流道面积为混合相流道面积的70％。在出口嘴出口处，因流道突然收缩，近壁面处液滴发生第三级雾化和加速，然后与空气一起高速喷出喷嘴。
具体实施案例2
区别于实施例1，本实施例中高速喷射的气液混合相喷射器出口嘴6设有3个大小相等的出口孔，其轴线夹角为30°，液相喷嘴3外侧设置气相旋流片7，旋流片角度30°。
液相进口管1和气相进口管2通过螺纹连接的快装接头分别与10％左右浓度的尿素溶液源和过热蒸汽汽源连接。液相进口管1与液相喷嘴3焊接，气相进口管2与气相喷嘴4焊接，气相喷嘴4与混合相流道5焊接，出口嘴6与混合相流道5密封螺纹连接。
本发明的喷射器工作过程如下：10％左右浓度的尿素溶液源进入液相进口管1，在液相进口管1内的流速为0.5m/s左右。尿素溶液由液相进口管1流入液相喷嘴3后开始加速，在液相喷嘴3出口处流速到达60m/s。过热蒸汽汽源进入气相进口管2，在其中的流速为15m/s左右。过热蒸汽由气相进口管2进入气相喷嘴4后开始加速，并在通过气相旋流片7时具有一定旋转强度，在气相喷嘴4出口处轴向流速到达400m/s。过热蒸汽高速射流与尿素射流的速度轴线夹角为10°，尿素在高速旋流的过热蒸汽的撞击作用下发生第一级雾化、混合及热量传递，然后一起进入混合相流道5。在混合相流道5内一起流动的空气与尿素液滴继续相互作用，发生第二级雾化和速度传递，直到出口嘴6出口处。出口嘴出口处流道面积为混合相流道面积的90％。在出口嘴中，因流道突然收缩和变化，近壁面处液滴发生第三级雾化和加速，然后与空气一起高速通过3个出口孔以3股射流形式喷出喷嘴。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。
本发明可用其他的不违背本发明的精神和主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。