一种烧结机烟气脱硫系统气固两相流场优化装置

本发明属于钢铁行业烧结烟气净化，具体涉及一种烧结机烟气脱硫系统气固两相流场优化装置。

背景技术：

1、钢铁行业烧结工序产生的烟气具有流量大、温度高、含二氧化硫（so2）浓度波动大等特点。随着国家超低排放政策的实施，对烧结烟气脱硫系统的脱硫效率、运行稳定性及能耗水平提出了更高要求。

2、目前，文丘里喷淋耦合脱硫技术因其结构相对简单、气液接触充分、除尘脱硫一体化等优势，在大中型烧结机脱硫改造项目中应用广泛。然而，现有系统在工程实际运行中仍存在以下技术缺陷：

3、1.入口流场不均：烟气进入脱硫塔时偏流严重，导致塔内速度场分布不均，部分区域流速过高造成设备磨损，部分区域流速过低形成“死区”，影响脱硫效率。

4、2.气固两相流匹配性差：喷淋液滴与循环石灰颗粒的耦合作用不足，颗粒无法形成稳定的内循环流态，导致颗粒逃逸率偏高，钙硫比难以保证，运行成本增加。

5、3.关键参数调控盲目：缺乏对塔内速度场、温度场、压力场及颗粒停留时间的系统仿真与精准调控手段，多依据经验设计，难以适应大流量、变工况的运行需求。

6、4.协同优化不足：烟气流速、停留时间、反应温度这三个决定脱硫效率的核心参数无法实现协同最优，导致系统能耗偏高且脱硫效率不稳定。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可实现速度场、温度场、压力场及颗粒运动轨迹精准调控的优化装置，解决现有文丘里喷淋脱硫系统入口烟气偏流、气固两相混合不均、石灰颗粒逃逸率高、以及缺乏科学系统的流场测试与调控方法的技术问题。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种烧结机烟气脱硫系统气固两相流场优化装置，包括脱硫塔本体，脱硫塔本体沿烟气流动方向依次由进口段、方圆节一、文丘里段、锥形段、直管段、方圆节二和顶部方形段组成，

3、进口段用于连接上游烟道并将烟气引入塔内，进口段内设整流格栅；方圆节一用于将截面为矩形的进口段和截面为圆形的文丘里段进行连接，文丘里段由多个并联的文丘里通道组成，各文丘里通道均为收缩-扩张结构；锥形段截面面积由下向上逐渐扩大，锥形段侧壁周向布置有喷淋水喷嘴接口和石灰颗粒补料接口；方圆节二连接横截面为圆形的直管段和横截面为矩形的顶部方形段的底面连接口连接，顶部方形段底面另一侧设有朝向下侧的收缩的锥形出口结构。

4、进一步的，进口段为矩形截面烟道，截面宽度为9.6±0.1m，高度为5.5±0.1m；进口段由两个轴线正交的直管段和连接直管段的斜管段组成，进口段靠近方圆节一的直管段内设置有整流格栅。

5、进一步的，整流格栅由多根平行布置的格栅板构成，相邻格栅板的间距为0.2-0.3m。

6、进一步的，方圆节一内设均流板。

7、进一步的，文丘里段为七通道并联结构，各文丘里通道呈矩形阵列排布，每个文丘里通道均包括收缩段、喉口段和扩张段，收缩段的收缩角为18°-25°，扩张段的扩张角为6°-10°，喉口段截面积为收缩段入口截面积的35%-45%。

8、进一步的，锥形段下端截面形状与文丘里段出口相匹配、上端截面形状与直管段相匹配，锥形段的锥角为55°-65°，高度为6-8m；锥形段侧壁沿周向均匀设置有4-8个喷淋水喷嘴接口和2-4个石灰颗粒补料接口，喷淋水喷嘴接口位于石灰颗粒补料接口下方0.8-1.5m处。

9、进一步的，直管段为圆形截面筒体，内径为10.8±0.1m，高度为11.35±0.1m。

10、进一步的，顶部方形段整体为底面设有两个开口的类长方体结构，底面一个开口和方圆节二连接，底面另一开口为塔体出口，顶部方形段的顶部从方圆节二对应侧到另一侧设有台阶、使得截面积减小，顶部方形段远离方圆节二的远端顶角替换为进行引流的斜面。

11、进一步的，文丘里段各通道的喉口处设置有耐磨衬套，衬套材质为高铬铸铁或陶瓷复合材料，厚度为20-40mm。

12、本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

13、（1）流场调控结构完备：通过进口段整流格栅+方圆节一均流板的双重均流结构设计，有效消除入口气流偏流，使塔内截面速度不均匀系数由35%以上降低至12%以下，大幅改善了全塔流场的均匀性。

14、（2）文丘里并联布风均匀：七通道文丘里呈矩形阵列排布，各通道尺寸一致，配合前段均流板的预分布作用，确保各通道进气流量偏差不超过±5%，解决了多通道并联时的偏流难题。

15、（3）锥形段功能集成度高：将喷淋水喷嘴和石灰颗粒补料口集成布置于锥形段，利用文丘里出口的高速气流区实现气-固-液三相同步混合，锥角55°-65°的设置既保证了颗粒的壁面回落形成内循环，又避免了过度积料，结构紧凑高效。

16、（4）各段尺寸比例协调优化：通过严格限定各功能段的高径比、锥角比例及出口收缩比，使全塔压力损失最小化、颗粒停留时间最大化，且各段之间采用方圆节平滑过渡，避免局部涡流和压力突变。

17、（5）结构耐用可靠：关键磨损部位（文丘里喉口）设置耐磨衬套，塔体内壁涂覆防腐耐磨涂层，延长了装置整体使用寿命，降低了维护频次和成本。

1.一种烧结机烟气脱硫系统气固两相流场优化装置，其特征在于，包括脱硫塔本体，脱硫塔本体沿烟气流动方向依次由进口段（1）、方圆节一（2）、文丘里段（3）、锥形段（4）、直管段（5）、方圆节二（6）和顶部方形段（7）组成，

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进口段（1）为矩形截面烟道，截面宽度为9.6±0.1m，高度为5.5±0.1m；进口段（1）由两个轴线正交的直管段和连接直管段的斜管段组成，进口段（1）靠近方圆节一（2）的直管段内设置有整流格栅。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，整流格栅（11）由多根平行布置的格栅板构成，相邻格栅板的间距为0.2-0.3m。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，方圆节一（2）内设均流板。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，文丘里段（3）为七通道并联结构，各文丘里通道呈矩形阵列排布，每个文丘里通道均包括收缩段、喉口段和扩张段，收缩段的收缩角为18°-25°，扩张段的扩张角为6°-10°，喉口段截面积为收缩段入口截面积的35%-45%。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，锥形段（4）下端截面形状与文丘里段（3）出口相匹配、上端截面形状与直管段（5）相匹配，锥形段（4）的锥角为55°-65°，高度为6-8m；锥形段（6）侧壁沿周向均匀设置有4-8个喷淋水喷嘴接口和2-4个石灰颗粒补料接口，喷淋水喷嘴接口位于石灰颗粒补料接口下方0.8-1.5m处。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，直管段（5）为圆形截面筒体，内径为10.8±0.1m，高度为11.35±0.1m。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，顶部方形段（7）整体为底面设有两个开口的类长方体结构，底面一个开口和方圆节二（6）连接，底面另一开口为塔体出口，顶部方形段（7）的顶部从方圆节二对应侧到另一侧设有台阶、使得截面积减小，顶部方形段（7）远离方圆节二的远端顶角替换为进行引流的斜面。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，文丘里段（3）各通道的喉口处设置有耐磨衬套，衬套材质为高铬铸铁或陶瓷复合材料，厚度为20-40mm。