一种双程回路加热脱硫废水的喷淋塔装置的制作方法

1.本实用新型属于脱硫废水资源化处理技术领域，具体涉及一种双程回路加热脱硫废水的喷淋塔装置及其计算方法。


背景技术：

2.随着国家对环保的要求越来越高，脱硫废水的处理日益得到重视，脱硫废水处理过程中因去除硬度而加入大量的氢氧化钙（氢氧化钠），产生大量的泥浆，不仅产生很大的处理费用，而且造成固废污染、资源浪费。脱硫废水中主要盐离子为mg2 、ca2 、so42
‑
、cl
‑
等，主要超标污染物为悬浮物、氯化物、硫酸盐、codcr、氟化物、总汞、硫化物、总镉、总镍和总锌等。
3.传统的、常规设计的脱硫废水处理工艺及设备为化学加药、沉淀软化工艺即三联箱工艺，目前该种方式已不能完全满足生产环保需要。近年来，国家、企业、环保公司不断地进行了脱硫废水零排放的实验研究和实践应用，有膜法浓缩 热法结晶、膜法浓缩分盐 热法结晶、直接蒸发结晶、高温烟道喷雾干燥、旁路低温烟道气浓缩 高温烟道喷雾干燥、旁路烟道加热 常温蒸发等等。实际的应用中，膜法浓缩、直接蒸发结晶因其高投资高运行成本已被摒弃；旁路低温烟道气浓缩 高温烟道喷雾干燥、旁路烟道加热 常温蒸发正逐步优化和进行实践，旁路低温烟道气浓缩 高温烟道喷雾干燥的蒸发塔使用雾化喷头，但经常发生结垢堵塞，仍难以实现连续运行且检修量非常大，而且运行中也必须要去除硬度，运行成本也很高；旁路烟道加热 常温蒸发的蒸发塔使用大流量喷头，解决了喷头堵塞问题，但其从上而下的喷淋过程是单流程，而且由于需要将废水蒸发浓缩到含固量很高而且固体晶体颗粒较大的程度，加上废水的高粘性，需大孔径喷头才得以保持喷头不堵塞，喷出的废水水流较大，与热烟气进行热交换的面积小，需大孔径喷头才得以保持较大的淋水强度，结果就是换热效率低下，对热烟气的利用率很低，设备需要做得很大才能保证效果，虽然废水处理过程不除硬度降低运行成本，但投资仍然很大。
4.为了解决现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种双程回路加热脱硫废水的喷淋塔装置及其计算方法，热交换效率高、检修便利、设计合理、操作简便、节省人力资金。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是为了解决上述现有技术存在的热交换效率低、检修困难、设计不合理、操作困难、浪费人力资金的问题，提供一种双程回路加热脱硫废水的喷淋塔装置及其计算方法。
6.为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：一种双程回路加热脱硫废水的喷淋塔装置，包括塔体，塔体的一端设置有出风口，另一端设置有出水口，一侧设置有进风口，塔体底部设置有进水口，进水口通过分配管与喷嘴连接，进风口连接着用于向塔体配热风的环形风道。
7.相邻喷嘴的间距不小于100mm，喷嘴喷水高度为10
‑
15m。
8.塔体的一侧设置有第一检修孔和第二检修孔。
9.分配管为环形分配管或者鱼刺形分配管。
10.出水口管径截面积是进水口管径截面积的3倍以上。
11.进风口的位置在环形风道整体高度的一半以上，环形风道对塔体的开口位置在其整体高度的一半以下，且不高于喷嘴的喷水口高度。
12.环形风道的截面积是进风口截面积的2倍以上。
13.利用上述装置实现热交换的的计算方法，喷嘴的计算，单个喷嘴流量q=π/4d2，喷嘴（10）数量n=q/q；塔体的计算，塔体（3）直径d=；热交换的热量计算，q
气
=qc（t1
‑
t0）/ c
气
（t0
气
‑
t1
气
）；热交换总面积的计算，总换热面积为s1=q/(kδtm)以及总换热面积s2=2πdhq/q，s1、s2相校核。
14.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
15.本实用新型提供一种双程回路加热脱硫废水的喷淋塔装置及其计算方法，热交换效率高、检修便利、设计合理、操作简便、节省人力资金。
附图说明
16.图1为本实用新型的装置结构示意图；
17.图2为本实用新型的环型分配管示意图；
18.图3为本实用新型的鱼刺型分配管示意图；
19.其中，出风口1，第一检修孔2，塔体3，第二检修孔4，环形风道5，进水口6，出水口7，分配管8，进风口9，喷嘴10。
具体实施方式
20.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式只是本实用新型的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型申请的实施方式，对于所属本领域的技术人员，做出的若干改变和改进等，所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
21.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
22.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
23.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互
作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
24.结合本实用新型的附图1~2，本实用新型提供一种双程回路加热脱硫废水的喷淋塔装置，包括：出风口1，第一检修孔2，塔体3，第二检修孔4，环形风道5，进水口6，出水口7，分配管8，进风口9，喷嘴10。
25.一种双程回路加热脱硫废水的喷淋塔装置，包括塔体3，塔体3的一端设置有出风口1，另一端设置有出水口7，塔体3的一侧设置有第一检修孔2和第二检修孔4，另一侧设置有进风口9，塔体3的底部设置有进水口6，进水口6通过分配管8与喷嘴10连接，进风口9连接着用于热交换的环形风道5。塔体3一侧设置的第一检修孔2和第二检修孔4保证相关工作人员能够在装置内部出现结垢堵塞的工作状况时，快速安全检修，维护设备的稳定运行工作。废水经加压泵加压后输送至塔体3内，水流再经过喷嘴10垂直向上喷出形成水柱，到达最高点后自由落下，进风口9将热烟气通过环形风道5输送至塔体3内，热烟气由下向上运动与喷嘴10喷出的废水水柱进行一上一下两次热交换，形成了双程回路加热，热烟气降温后通过出风口1排出，废水升温后经出水口7排出。
26.相邻两个喷嘴10的间距不小于100mm，能够保证从喷嘴10喷出的水柱在到达最高点之前不至于太分散，否则喷嘴10喷出水柱后从高点落下会形成水幕，影响进入到塔体3的热烟气的均匀分布，导致热交换效率下降。水流从喷嘴10喷出后再到最高点散开落下，下落过程中可能形成为不规则的水滴、断续水柱、非连续水幕等形状，落到塔体3底部后形成的覆盖范围不易太大，否则各个喷嘴10之间相互影响太大，容易易引起热烟气分布不均匀，导致热交换效率下降。喷嘴10喷水高度为10
‑
15m时热交换效果最高，实验证实当喷嘴10喷水高度在10
‑
12m时，热烟气温度可从110
‑
120℃降低到55
‑
60℃，废水温度可从20℃上升到40
‑
45℃，超过喷嘴10喷水高度为15m时，热烟气的温度降低太多，不利于脱硫处理的进行，废水温度再上升不明显。
27.分配管8为环形分配管或者鱼刺形分配管，环形分配管和鱼刺形分配管能够保障将废水均匀分配，保证热交换的效率。鱼刺型分配管为输水管道组成鱼刺形状的分配管，能够将废水均匀分配。
28.进风口9设置的位置在环形风道5高度的一半以上，环形风道5对塔体3的开口位置在塔体3整体高度的一半以下，且不高于喷嘴10的喷水口高度，可以避免较小的热烟气进入塔体3内不至于直接横向对喷嘴10喷水造成冲击，保证喷嘴10喷水的垂直度。
29.环形风道5的截面积是进风口9截面积的2倍以上，可保证热烟气进入环形风道5内先降低一下压力，减小风压对喷嘴10喷水的影响。
30.出水口7管径截面积是进水口6管径截面积的3倍以上，保证塔体3内不积水，以免影响热烟气的分布。出水口7的端部连接水封管或出水口7设置在在出水箱液面下，水封高度或出水箱液面高度应保证进入塔体的热烟气不会从出水口放出。
31.喷嘴10的计算方法如下，单个喷嘴流量q=π/4
·
d2，喷嘴数量n=q/q，其中，h为嘴嘴10喷出水柱平均高度，g为重力加速度，d为喷嘴10口径，q为需要热交换的水流量。由h=v2/（2g）计算出喷嘴10的初速度v，再根据水嘴10的直径推导出截面积及流量。
32.塔体3的计算方法如下，塔体3直径d=, 其中，l为相邻喷嘴10间距l, k
为系数，取1.1
‑
1.5。相邻喷嘴10间距l，相当于边长l的等边三角形外接圆面积内布置1个喷嘴10，计算出外接圆直径继而图到处其面积为πl2/12，再由喷嘴10数量计算需要的总面积。设计塔体3为圆柱形，考虑一定的系数，塔体截面积为knπl2/12,可以计算出塔体3直径。
33.塔体3高度h=h h1 h2, 其中，h1塔体3底部到喷嘴10的高度，h2为喷嘴10水柱最高点到塔体3顶部高度。
34.热交换的热量计算如下， q
气
=qc（t1
‑
t0）/ c
气
（t0
气
‑
t1
气
）。q
气
为热烟气量，c
气
为热烟气量比热容，t0气为热烟气量进口温度，t1气为热烟气量出口温度，c为废水比热容，t1为废水升温后温度，t0废水原始温度。废水升温后蒸发量很小可以忽略不计，可认为废水升温不存在相变，因此热烟气的热交换量全部用于废水升温，存在公式q
气
c
气
（t0
气
‑
t1
气
）=qc（t1
‑
t0）。可推导出所需热烟气的量。
35.热交换总面积的计算如下，总换热面积为s1=qc（t1
‑
t0）/(k.δtm)，其中k为传热系数，δtm为对数平均温差。热烟气和废水直接接触，传热系数k较高，可取250
‑
280（w/(m2·
℃)）。δtm由t0
气
、t1
气
、t1、t0计算而来，δtm=（δt2
‑
δt1）/ln（δt2/δt1）, δt1=（t0
气
‑ꢀ
t1）, δt2=（t1
气
‑ꢀ
t0）。废水水柱上升过程成圆柱状变为圆锥台状直径变大，到最高点为散开落下，下落过程中可能为水滴、水柱、水幕等形状，其变面积扩大，设定整个上升和下落过程中水柱直径不变，则水柱整个变面积为2πdh，即单个水柱与热烟气的交换面积为2πdh。由喷嘴10数量计算出的总换热面积s2=2πdhq/q，s1、s2相校核，以数值大的为准进行以上计算的修正。
36.根据一种双程回路加热脱硫废水的喷淋塔装置的计算公式可以根据实际使用情况对装置的具体数据进行计算，使装置设计合理，运行稳定。
37.本实用新型的具体工作过程如下所示：相关工作人员将废水经加压泵加压后通过进水口6输送至塔体3内，水流再经过喷嘴10垂直向上喷出形成水柱，到达最高点后自由落下，进风口9将热烟气通过环形风道5输送至塔体3内，热烟气由下向上运动与喷嘴10喷出的废水水柱进行一上一下两次热交换，形成了双程回路加热，热烟气降温后通过出风口1排出，废水升温后经出水口7排除。并且相关工作人员在装置内部出现结垢堵塞的工作状况时，快速安全检修，维护设备的稳定运行工作。
38.现有技术中相关领域设备热交换效率低、检修困难、设计不合理、操作困难、浪费人力资金的问题。然而本实用新型应用于电力、冶金等行业的脱硫废水零排放工艺中，提供一种双程回路加热脱硫废水的喷淋塔装置及其计算方法，利用该装置，将旁路烟道加热 常温蒸发工艺中的蒸发塔换热效率提高至少1.5倍，大大减小和设备直径和高度、减小了占地面积，使蒸发喷淋塔的投资降低40%以上。本实用新型使用的喷嘴为高压喷嘴，水流初速度较大，可以喷出更细的水柱而不会造成喷嘴结垢堵塞，设备检修工作量小。本实用新型装置使用运行中对废水中颗粒物要求低，可以在5%的固含量、200
µ
m粒径颗粒物的条件下正常运行，并且本实用新型的检修口设置能够保障检修方便，还能够节省大量的人力资金。
39.本实用新型以上所述，仅为本实用新型申请结合附图所示的优选实施方式，但并非用于对本实用新型申请保护范围的限制，应当指出，对于所属本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型整体构思的前提下，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动所作出的任何修改、等同替换、改进等，这些均应包含在本实用新型申请的保护范围之内。