自调向周期性脉冲射流喷嘴及过滤器论文和设计-姬忠礼

全文摘要

本实用新型提供了一种自调向周期性脉冲射流喷嘴及过滤器。该自调向周期性脉冲射流喷嘴包括本体和旋转环；本体具有主通道以及位于主通道外侧的调向通道，调向通道的出口端的中心轴线朝向主通道的中心轴线方向倾斜；旋转环设置在本体上端并与主通道相对应，其上设置有缺口；且旋转环内设置有多个翼型叶片；脉冲反吹气体能经旋转环进入主通道，多个翼型叶片受脉冲反吹气体作用产生旋转力矩从而带动旋转环转动；在旋转环转动过程中，当缺口与调向通道的入口端相连通时，部分脉冲反吹气体进入调向通道。本实用新型实施例可有效解决单个过滤单元内沿圆周方向不同过滤管间的清灰不均匀以及单根过滤管沿长度方向不同位置处清灰不均匀的问题。

主设计要求

1.一种自调向周期性脉冲射流喷嘴，其特征在于，包括：本体和旋转环；其中，所述本体具有主通道以及位于所述主通道外侧的调向通道；所述主通道和调向通道的出口端贯穿所述本体的下端面；所述调向通道的出口端的中心轴线朝向所述主通道的中心轴线方向倾斜；所述旋转环设置在所述本体上端并与所述主通道相对应，所述旋转环上设置有用于与所述调向通道连通的缺口；且所述旋转环内设置有多个翼型叶片；在执行清灰操作时，脉冲反吹气体能经所述旋转环进入所述主通道，多个所述翼型叶片受所述脉冲反吹气体作用产生旋转力矩，从而带动所述旋转环转动；并且，在所述旋转环转动过程中，当所述缺口与所述调向通道的入口端相连通时，部分所述脉冲反吹气体进入所述调向通道。

设计方案

1.一种自调向周期性脉冲射流喷嘴，其特征在于，包括：本体和旋转环；其中，

所述本体具有主通道以及位于所述主通道外侧的调向通道；所述主通道和调向通道的出口端贯穿所述本体的下端面；所述调向通道的出口端的中心轴线朝向所述主通道的中心轴线方向倾斜；

所述旋转环设置在所述本体上端并与所述主通道相对应，所述旋转环上设置有用于与所述调向通道连通的缺口；且所述旋转环内设置有多个翼型叶片；

在执行清灰操作时，脉冲反吹气体能经所述旋转环进入所述主通道，多个所述翼型叶片受所述脉冲反吹气体作用产生旋转力矩，从而带动所述旋转环转动；并且，在所述旋转环转动过程中，当所述缺口与所述调向通道的入口端相连通时，部分所述脉冲反吹气体进入所述调向通道。

2.如权利要求1所述的自调向周期性脉冲射流喷嘴，其特征在于，所述调向通道的内壁平滑过渡，且所述调向通道的中间段朝向远离所述主通道的方向拱起；所述调向通道的截面面积沿所述脉冲反吹气体的流动方向逐渐减小。

3.如权利要求1所述的自调向周期性脉冲射流喷嘴，其特征在于，所述调向通道为多个，多个所述调向通道呈环形阵列的形式排布；且多个所述调向通道的入口端的截面形状的中心所在水平面与所述旋转环的圆心所在水平面共面。

4.如权利要求3所述的自调向周期性脉冲射流喷嘴，其特征在于，多个所述调向通道的入口端的截面面积之和小于所述主通道的入口端的截面面积的一半；多个所述调向通道的出口端的截面面积之和亦小于所述主通道的出口端的截面面积的一半。

5.如权利要求1所述的自调向周期性脉冲射流喷嘴，其特征在于，所述缺口垂直于所述旋转环半径方向的最大截面面积大于或等于所述调向通道的入口端的截面面积。

6.如权利要求1所述的自调向周期性脉冲射流喷嘴，其特征在于，多个所述翼型叶片呈环形阵列的形式排布，多个所述翼型叶片的一端在所述旋转环的圆心处对接，多个所述翼型叶片的另一端固定在所述旋转环的内壁上。

7.如权利要求1所述的自调向周期性脉冲射流喷嘴，其特征在于，

所述翼型叶片切面两端的直线长度为叶片弦长，记为c；

所述翼型叶片沿叶片发展方向的最大长度为叶片长度，记为h；

则，设计说明书

技术领域

本实用新型涉及气固分离技术领域，尤其涉及一种自调向周期性脉冲射流喷嘴，以及运用或配置有该自调向周期性脉冲射流喷嘴的过滤器。

背景技术

本部分的描述仅提供与本实用新型公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

在石油催化裂化、煤化工、生物质气化、垃圾焚烧和热解及冶金等行业中，常产生高温含尘气体。为了满足不同工艺过程及环保排放标准的要求，需要对这些高温含尘气体进行净化。高温气体净化技术是指温度在260℃以上条件下对气体中固体颗粒物的分离以及高温气体中所含二氧化硫(SO_{2<\/sub>)、氮氧化物(NO_{x<\/sub>)、微量碱金属、以及痕量重金属等组分的脱除。针对含尘气体中固体颗粒物的分离，常通过高温过滤器实现，它可以最大程度地利用气体的物理显热、化学潜热和动力能，提高能源利用率，同时简化工艺过程，节省设备投资。}}

高温过滤器的核心为由多孔金属材料或多孔陶瓷材料制备而成的烧结金属过滤管或陶瓷过滤管等刚性过滤元件。烧结金属过滤管具有良好的机械强度、韧性及机械加工性能等优点；烧结陶瓷过滤管具有耐高温、抗腐蚀以及热膨胀系数小等优点，同时二者均具有较好的阻力特性、过滤精度及过滤效率，因此被广泛应用于高温气体净化领域。

高温含尘气体进入过滤器后，含尘气体中的固体颗粒物由于惯性碰撞、直接拦截及布郎扩散等原因沉积在过滤元件的外表面，形成稳定致密的粉尘层，净化后的气体通过过滤元件中的多孔通道进入到后续工艺中。其中经过滤元件过滤后的气体称为洁净气体，该气体中固体颗粒物浓度较小。随着过滤过程的进行，过滤元件外表面的粉尘层逐渐增厚，导致过滤器压降不断升高，装置运行阻力增大，当过滤器压降升高到一定范围或者过滤器运行一定时间后，需要采用脉冲反吹方式实现过滤元件的循环再生。脉冲反吹时，高压高速反吹气体由过滤管开口端进入，沿过滤管轴向流动过程中其速度能头逐渐转化为压力能头，并通过过滤元件的多孔通道径向流出，利用其瞬态能量克服粉尘层与过滤元件外表面的粘附力从而将粉尘层剥离及清除，使过滤元件的压降骤降，基本上恢复到初始过滤时的状态，从而实现过滤元件性能的循环再生。

高效脉冲反吹方式是实现过滤元件性能循环再生的重要途径，清灰性能的优劣决定了高温气体过滤器能否长周期稳定运行。因此，脉冲反吹清灰系统的设计尤为重要。

常见的脉冲反吹系统主要由压缩机、储气罐、脉冲反吹阀、调压阀、反吹管路、喷嘴及引射器等组成，其中，喷嘴和引射器的结构及两者间的合理匹配是决定脉冲反吹性能的关键。在现有工艺中，为了简化反吹系统结构及减小反吹气体能耗，以Shell煤气化技术为代表的煤化工多联产技术中，多采用单个喷嘴反吹十几根至数十根过滤管的反吹形式。

现有工业用高温过滤器的结构示意图以及处理流程图如图1A所示，该高温过滤器主要用于高温高压的工况。以Shell煤气化技术为例，该技术属于气流床气化的第二代煤气化技术，利用高温过滤器进行干法除尘，其内操作温度为350～400℃，操作压力为4.0MPa，脉冲反吹清灰压力为7.8MPa，反吹气体温度约为225℃，要求净化后气体含尘浓度小于20mg\/Nm^3<\/sup>。

如图1A所示，过滤器100的管板103将过滤器密封分隔为两部分，下部分为含尘气体侧104，上部分为洁净气体侧111。含尘气体由过滤器100的气体入口101进入到过滤器的含尘气体侧104，并在气体推动力的作用下到达各个过滤单元。气流中的固体颗粒物沉积在过滤管102的外表面，形成稳定致密的粉尘层，含尘气体通过过滤管102的多孔通道过滤后进入洁净气体侧111，经气体出口105排出进入后续工艺。随着过滤过程的进行，过滤管102外表面的粉尘层逐渐增厚，导致过滤器100的压降增大，这时需要采用脉冲反吹的方式实现过滤管的性能再生。

脉冲反吹清灰时，处于常闭状态的脉冲反吹阀109开启，反吹气体储气罐110中的高压氮气瞬间经连接管线进入反吹管路108中，然后通过反吹管路108末端上的喷嘴107向对应的引射器106内部喷射高压高速的反吹气体。

引射器106的结构如图1B所示，由收缩段112、喉管段113及扩张段114三部分组成。每个引射器106对应一个过滤单元，每个过滤单元通常含有48根过滤管102。过滤单元内包含的过滤管102的上端穿设在管板103上，并与引射器106连通。

在圆形的过滤单元内，过滤管102按照等三角方式排布。由于喷嘴107出口端面与引射器106入口端面之间有一定的距离，因此高压高速反吹气体在喷射进入引射器106的收缩段112过程中会发生引射作用。洁净气体侧111内大量的净化后气体随反吹主脉冲射流一同进入，经喉管段113及扩张段114充分混合后，反吹气体从过滤管102开口端进入过滤管102内部，利用瞬态能量克服粉尘层与过滤管102外表面的粘附力从而将粉尘层剥离及清除，使过滤管102的压降骤降，基本上恢复到初始过滤时的状态，从而实现过滤管性能的循环再生。

在过滤器的管板103上通常安装12个或24个相同的过滤单元。脉冲反吹时，按照设定好的反吹时间，反吹完第一组过滤单元后，经过一定时间，再反吹第二组过滤单元，再经过一定时间后反吹第三组过滤单元，如此循环往复。

目前，为了满足大处理气量的工艺要求及降低反吹气体能耗，每个过滤单元对应的过滤管数量由十几根发展到多达数十根，但现有技术中脉冲反吹装置仍主要采用单孔、定向喷射方式的喷嘴，且脉冲反吹阀启闭一次只能在过滤管内部产生一次脉冲压力振荡波。因此，在实际操作过程中，现有技术的反吹方式不可避免的会产生以下很多问题：

(1)脉冲反吹清灰不均匀

由于喷嘴安装于反吹管路的末端，且喷嘴出口端面与引射器入口端面的圆心在同一竖直方向(即主脉冲射流方向正对着过滤单元的中心)，使得高压高速的反吹气体能量势必会更多地作用在过滤单元的中心区域，在引射器底部端面内，自中心位置向圆周方向边缘位置附近反吹气体强度逐渐衰减，最终导致中心位置附近的过滤管清灰强度大，而边缘位置附近的过滤管清灰强度小，出现脉冲反吹清灰不均匀的现象，长期运行导致未完全清灰部分的过滤管间的粉尘层架桥，造成过滤管的断裂失效。

(2)脉冲反吹压力高，过滤管寿命低

由于同一过滤单元的多根过滤管脉冲反吹清灰存在不均匀特性，为了保证过滤器的整体稳定运行，需提高脉冲反吹压力，使反吹强度较低、清灰效果较差的过滤管也能达到比较理想的清灰效率，但过高的反吹压力极易引发过滤单元中心位置附近过滤管强烈的振动，而且由于反吹气体温度通常远远低于过滤器内正向过滤的气体温度，会使过滤管承受更大的热冲击，对过滤管的机械强度和抗热震性能提出了更高的要求，长期运行会加速过滤管的疲劳断裂，使过滤管寿命明显降低。与此同时，部分过滤单元中心位置附近反吹强度较高的过滤管会产生过度清灰的情况，破坏了过滤管外表面形成的用于稳定过滤的残余粉尘层，使反吹结束后一段时间内正向过滤过程的过滤精度明显降低，不利于后续设备的稳定运行。

(3)脉冲反吹清灰效率低

目前，为了满足大处理气量的工业实际，要求单根过滤管的过滤面积最大化。随着过滤管成型工艺的日益成熟，单根过滤管的设计长度逐渐增长。但是，由于反吹气流产生的瞬态能量进入过滤管后，沿着过滤管开口端向盲端进行能量传递的过程中，反吹气流不断从过滤管的多孔通道中径向流出，使得脉冲压力波在过滤管内的能量衰减较快，导致过滤管沿长度方向盲端位置附近的清灰效果较差；如若采用增加反吹压力、延长脉冲宽度的反吹方式，则会增加开口端附近在脉冲反吹即将结束时负压阶段的二次沉积，导致该位置附近的清灰效果较差，即无论如何选用脉冲反吹参数，都将造成单根过滤管因局部清灰效率较低而使整根过滤管的清灰效率降低。

(4)同一过滤单元反吹过滤管数量少

目前，为了实现大处理气量的工业实际，另一个有效的办法是增加单个过滤单元中过滤管的数量，但受限于现有反吹结构及单个过滤单元内不同过滤管间清灰不均匀的影响，较多的过滤管数量势必会造成单次脉冲反吹存在过度清灰及不完全清灰两种不稳定工况，因此只能减少单个过滤单元内过滤管的数量，增加过滤器内的反吹组数，最终导致反吹系统结构复杂，脉冲反吹阀等易损件数量增加，不利于反吹清灰装置的长期稳定运行。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本实用新型的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

实用新型内容

基于前述的现有技术缺陷，本实用新型实施例提供了一种自调向周期性脉冲射流喷嘴，以及运用或配置有该自调向周期性脉冲射流喷嘴的过滤器，通过在反吹主管路圆周方向开设调向通道的方式，改变主脉冲射流方向，有效解决单个过滤单元内沿圆周方向不同过滤管间的清灰不均匀的问题，以及单根过滤管沿长度方向不同位置处的清灰不均匀的问题。同时，降低反吹气体能耗，减少过滤单元中心位置附近对过滤管的热冲击，延长过滤管的使用寿命。

为了实现上述目的，本实用新型提供了如下的技术方案。

一种自调向周期性脉冲射流喷嘴，包括：本体和旋转环；其中，

所述旋转环设置在所述本体上端并与所述主通道相对应，所述旋转环上设置有用于与所述调向通道连通的缺口；且所述旋转环内设置有多个翼型叶片；

优选地，所述调向通道的内壁平滑过渡，且所述调向通道的中间段朝向远离所述主通道的方向拱起；所述调向通道的截面面积沿所述脉冲反吹气体的流动方向逐渐减小。

优选地，所述调向通道为多个，多个所述调向通道呈环形阵列的形式排布；且多个所述调向通道的入口端的截面形状的中心所在水平面与所述旋转环的圆心所在水平面共面。

优选地，多个所述调向通道的入口端的截面面积之和小于所述主通道的入口端的截面面积的一半；多个所述调向通道的出口端的截面面积之和亦小于所述主通道的出口端的截面面积的一半。

优选地，所述缺口垂直于所述旋转环半径方向的最大截面面积大于或等于所述调向通道的入口端的截面面积。

优选地，多个所述翼型叶片呈环形阵列的形式排布，多个所述翼型叶片的一端在所述旋转环的圆心处对接，多个所述翼型叶片的另一端固定在所述旋转环的内壁上。

优选地，所述翼型叶片切面两端的直线长度为叶片弦长，记为c；

所述翼型叶片沿叶片发展方向的最大长度为叶片长度，记为h；

则，设计图

自调向周期性脉冲射流喷嘴及过滤器论文和设计

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