刘加

摘 要：对宝钢二炼钢LT蒸发冷却器气、水两相喷嘴结构进行介绍，对进口喷嘴和国产化喷嘴性能进行测试分析比较，包括流量特性、汽耗率、雾化角、颗粒度，为国产喷嘴的上机使用提供依据。

关键词：喷嘴；雾化；流量特性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.001

0 前言

寶钢炼钢250T转炉采用世界上先进的LT干法除尘工艺，设备从奥钢联引进。LT蒸发冷却器静电除尘系统双流量喷嘴是转炉除尘系统的关键设备之一，转炉吹炼产生烟气，经蒸发冷却器时，通过喷枪及双流量（水、气）喷嘴，产生雾化和水气，使转炉产生的经冷却烟道冷却后降至1000℃左右的烟气，通过蒸发冷却器后温度降至180℃，且烟气和尘粒保护干燥，这样才能满足后续电除尘工艺的要求。喷嘴的工作性能状况，直接影响后道工序静电除尘的效果，雾化冷却效果不好，甚至可能导致静电除尘电路板击穿的严重问题。由于喷嘴工作环境恶劣损耗较大，为此，该喷嘴进行了国产化研制，本文对引进喷嘴与国产化喷嘴的性能进行测试、分析、比较，为国产喷嘴使用提供性能依据。

1 喷嘴的结构及雾化原理

250T转炉LT蒸发冷却器双流量喷嘴（见图1）在高温条件下工作，双流道设计，内流道工作介质通水，外流道工作介质通蒸汽，内流道压力水流喷出后形成伞形水帘，经外流道喷出的压力蒸汽冲击充分雾化。喷嘴设计形状复杂，加工精度要求高，螺旋形的流道加工要光滑、对称布置。四流道水流的混流室内高度要控制在一定的范围内，水流按一定的圆锥角喷射。根据对现场使用工况的了解并对进口备件的外形、结构、性能分析，设计出国产备件的制造加工图纸，并进行备件的制作。

2 喷嘴性能参数测试条件及内容

根据现有测试条件，测试喷嘴的冷态性能。试验介质：水， 雾化介质：压缩空气。根据喷嘴使用介质的工作压力、流量，确定流量特性及汽耗率测试的气压范围0.1-0.6Mpa，水流量范围1-5t/h。

测试项目：

A、流量特性（不同气压下，水流量与水压的关系）

B、气耗率（Kg气/Kg水 %）及气耗率特性（不同水压下，气耗率与气压的关系）

C、雾化角

D、雾化颗粒度分布

3 喷嘴流量特性测试分析

从喷嘴的气压、水压及水流量试验数据可知，在水流量一定的情况下，水压随气压变化的幅度很小，在水流量不变时，国产喷嘴气压变化引起的水压最大偏差为0.0013MPa，而压力表本身偏差为0.004 MPa。可以认为该偏差是由于压力表的误差引起的，根据数据处理原则可以不考虑这点数据的影响，既可以忽略气压对水流量的影响；进口喷嘴气压变化引起的水压最大偏差为0.0021 MPa，小于0.004 MPa，气压对水流量的影响也可忽略。

各喷嘴水压与水流量的变化关系如图2所示，由图2可以看出在相同的流量下，国产喷嘴的水压比进口喷嘴的水压大；在相同的水压下，国产喷嘴的水流量比进口喷嘴的水流量小，且随着水压增加而流量差逐渐增大。从图中看出，开始流量受压力变化影响大，随后逐渐减弱。经过曲线拟合分析，得到压力与流量的近似公式如下：

表1列出了根据试验数据拟合得到的K 和n值。K、n为常系数.从上表数据可以看到试验中使用的各个喷嘴的指数n均在0.5左右这与流体力学阻力公式是相符的说明试验数据是可靠的，系数K是流动阻力系数的倒数，也称为流导，该系数越大说明流动阻力越小。由表1可见，进口喷嘴K值较大说明其设计和加工比较合理，国产喷嘴已经与进口喷嘴非常接近，说明它们的设计和加工已比较合理。

4 喷嘴气耗率特性测试分析

从喷嘴气体流量试验数据得出，进口喷嘴当气压一定时，随着水流量变化，气体流量几乎没有变化，说明进口喷嘴稳定性好，加工质量好；国产喷嘴的气体流量也比较稳定，尤其在高压情况下，气体流量非常稳定，只是在低压下略有波动。气压一定时，气体流量在水流量变化时最大相对偏差<1.5%，因此可以认为气体流量在气压一定的情况下为常数而与水流量无关。

喷嘴的雾化情况是与加入水中参与混合的气体量有关的，因此在给定气压下气体的质量流量与水的质量流量之比，即气耗率是一个很重要的指标，利用气体状态方程，可以将定温状态下的压缩空气换算成标准状态下的空气，进而计算出相应的空气质量流量，经过推导得出气耗率k的计算公式如下：

为了清楚了解气耗率、气压及水压的相互影响，在图3给出气压为0.3Mpa时水流量与气耗率关系特性图。

在水压一定的情况下，无论是国产喷嘴还是进口喷嘴，气耗率随气压增加而增加，根据测试数据情况，气耗率与气压体现出线性关系。

在气压一定的情况下，无论是国产喷嘴还是进口喷嘴，气耗率随水压增加而减少；当水压较小时，气耗率受水压变化的影响较大，当水压较大时，这种影响减小。

在整个试验范围内，国产喷嘴的气耗率均较进口喷嘴低，说明该喷嘴的设计和加工达到了较高的水准。

5 喷嘴雾化角特性测试分析

根据测试数据绘出在气压、水流量、条件雾化角关系性能图见图4、图5，分析上图可知：在气压为0MPa下，进口喷嘴轮廓角从93.8°变化到100.1°，国产喷嘴轮廓角从91.2°变化到102.4°与他们的理论设计雾化角100°相比较，进口喷嘴轮廓角跳动量比国产喷嘴的稍小。

在气压一定下，雾化角随水流量增加而变大。气压为0.1MPa时， 进口喷嘴雾化角从38.9°变化到88.9°；国产喷嘴雾化角从36.4°变化到80.5°。

在水流量一定下，雾化角随气压增加而减小。流量为3.5t/h时；进口喷嘴雾化角从88.9°变化到44.7°；国产喷嘴雾化角从80.5°变化到41.5°。

在气压较大的条件下，进口、国产喷嘴的雾化角曲线趋于直线，国产喷嘴雾化角的性能已与进口喷嘴很接近，在气压较高时的表现非常稳定。

6 颗粒度分布情况

颗粒度分布满足Rosin-Ramnler分布

R=100exp[-（di/dm）N]%

式中：R—直径小于di的液滴质量占取样总量的百分数；

di—液滴直径，μm；

dm—分布系数；

N—均匀性指數；

dm、N为试验测得数据

从颗粒度测量结果分析可知：

A、进口喷嘴均匀性指数N在1.09—1.18之间，国产喷嘴均匀性指数N在1.09—1.21之间变动，不论是进口喷嘴还是国产喷嘴，均匀性指数N跳动小。

B、均匀性指数N几乎不受水流量和气压的影响。

C、在气压较低情况下，进口喷嘴的雾化较好，其变动量也较小，国产喷嘴在整个试验范围内其雾化效果已与进口喷嘴非常接近。

7 结论

（1）喷嘴的气体与水状态参数彼此无影响。

（2）进口喷嘴及国产喷嘴的流量与水压P0.5成正比；但进口喷嘴的流导大，流动阻力较小，因此进口喷嘴的流量特性比国产喷嘴稍好。

（3）雾化角受气体参数与水参数交叉影响，在水压一定的情况下， 雾化角随气压增加而减少；在气压一定的情况下， 雾化角随水压增加而增加；进口喷嘴轮廓角跳动量比国产喷嘴的小。

（4）无论国产喷嘴还是进口喷嘴，均匀性指数N在1.09—1.21之间变动，均匀性指数N几乎不受水流量和气压的影响。国产喷嘴在整个试验范围内其雾化效果已与进口喷嘴非常接近，说明其设计和加工水平已与进口喷嘴相当。实际使用证明国产喷嘴满足生产要求。

参考资料：

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