CN104632182B - 一种喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种喷嘴，包括本体及所述本体内部的气化通道，所述喷嘴还包括设置在所述本体处的盘管，所述盘管上开设若干出水孔，并与沿所述喷嘴轴向设置的输水管道连通，所述输水管道将冷却水输送入所述盘管中并通过所述出水孔喷出，对所述喷嘴进行冷却。避免了喷嘴过热甚至被烧毁而给气化炉的稳定和连续生产带来的影响。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭气化技术领域，尤其涉及一种喷嘴。
背景技术
煤炭地下气化技术集建井、采煤及地面气化三大工艺为一体，其直接将处于地下的煤进行有控制的燃烧，从而获得可燃气体。煤炭地下气化技术将传统采煤转变为化学采煤，省去了庞大的煤炭开采、运输、洗选、气化等工艺过程及设备，具有安全性好、投资少、效益高、污染少等优点。
煤炭地下气化在地下气化炉中进行。且在煤炭地下气化技术的实际应用中，作为地下气化炉氧气、空气等气化剂注入设备的喷嘴，具有广泛的使用范围和重要的作用。而现有工业喷嘴一般输送固体物料居多，输送液体和气体物料情况下，环境温度一般为室温，多数喷嘴不能适合高温环境下运行。而且由于气化炉操作温度较高，导致喷嘴需要在高温的环境中工作，所以通常需要对喷嘴头部进行冷却以保证其使用寿命。
而且在地下气化采煤过程中不但需要喷嘴能在高温情况下正常运行并且也需要喷嘴在输送气体的同时也可输送物料水，因此现有技术中的喷嘴并不能满足要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种喷嘴，以避免气化燃烧的高温导致喷嘴损坏。
为解决上述问题，本发明提供一种喷嘴，包括本体及所述本体内部的气化通道，所述喷嘴还包括设置在所述本体处的盘管，所述盘管上开设若干出水孔，并与沿所述喷嘴轴向设置的输水管道连通，所述输水管道将冷却水输送入所述盘管中并通过所述出水孔喷出，对所述喷嘴进行冷却。
作为上述技术方案的一种改进，其中，所述盘管环绕设置在所述本体外侧和/或所述本体内侧。
作为上述技术方案的一种改进，其中，所述盘管包括相互之间逆向盘旋的多个盘管。
作为上述技术方案的一种改进，其中，所述盘管上开设的出水孔，向喷嘴内部和/或喷嘴外部喷水对所述喷嘴进行冷却。
作为上述技术方案的一种改进，其中，所述本体的管壁上开设与所述盘管设置的所述出水孔连通的通孔，使所述盘管通过所述出水孔及通孔分别朝向所述喷嘴内部和/或喷嘴外部喷水对所述喷嘴进行冷却。
作为上述技术方案的一种改进，其中，所述输水管道悬设在所述喷嘴的内部。
作为上述技术方案的一种改进，其中，所述盘管通过连接管道或者直接与所述输水管道连接。
作为上述技术方案的一种改进，其中，所述连接管道通过设置多个分支与所述盘管相连通。
作为上述技术方案的一种改进，其中，所述盘管上开设的所述出水孔的开孔率为：0～50％。
作为上述技术方案的一种改进，其中，，所述喷嘴内部还包括测温装置。
通过将本发明与现有技术进行对比，可知本发明通过在喷嘴的本体处设置用于冷却的盘管，并通过将盘管与输水管道相连接，以通过输水管道将冷却水源源不断的输送进盘管，冷却水再经由盘管的出水孔喷出对喷嘴本体进行降温，避免了喷嘴过热甚至被烧毁而给气化炉的稳定和连续生产带来的影响。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例提供的第一种喷嘴的剖面结构示意图；
图2为本发明实施例提供的第二种喷嘴的剖面结构示意图；
图3为本发明实施例提供的第三种喷嘴的剖面结构示意图；
图4为本发明实施例提供的第四种喷嘴的剖面结构示意图；
图5为本发明实施例提供的第五种喷嘴的剖面结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种输水管道与盘管连接形式示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种输水管道与盘管连接形式示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种喷嘴用于在煤炭气化过程中，为气化区域提供气化剂，请参见图1，本发明提供的第一种喷嘴，包括金属材质的主体1，该主体1 内部设置有可供气化剂流通的气化通道11，气化通道11通过输气管道2与气源相连通，使所述气化剂可通过输气管道2进入气化通道11中进而被喷放到气化工作区域。在本体1处还设置有用于对喷嘴进行冷却的盘管3，该盘管3与沿喷嘴轴向设置的输水管道4连通，输水管道4将冷却水输送入盘管3中，以对喷嘴的本体1进行冷却(以下可简称对喷嘴冷却)，避免了因气化炉燃烧温度过高，导致喷嘴过热甚至被烧毁而给气化炉的稳定和连续生产带来影响。
具体地，主体1的长度及外径尺寸需根据地下气化炉钻井内径和工艺需求确定，本发明实施例中，主体1长度不小于1000mm，外径不小于50mm，并且喷嘴主体的壁厚一般为3-5mm，其可耐受气压一般不低于2.0MPa。主体1在对煤层进行气化时朝向气化区域设置，其可通过接头8与输气管道2连接，当然也可以直接与输气管道2连接。输气管道2作为运输通道，将气化剂输送到气化通道11中，气化通道11作为向气化工作区域提供气化剂的气体运输通道，优选可将气化通道11的直径设置为小于输气管道2，使主体1相对于输气管道2的前端形成缩口状，连接件8处则形成气化通道1气化剂的出口，因此通过缩小喷嘴内腔的气化剂出口处的内径进而提高气化剂输送时的流速，以增强地下气化反应强度，提高煤层燃烧效果和改善煤气品质。本实施例中，出口处的直径一般不大于25mm。
根据工艺需要，气化剂可以选择为氧气。在本实施例中，气化通道11通过气化剂流量不低于1500Nm3/h及可耐受气体压力不低于2.0MPa，且为保证气化剂的流速处于标准要求范围内，气化通道11的内径一般不小于35mm。
图示，本发明实施例提供的第一种喷嘴的盘管3为螺旋管状结构，其中空管部用于容纳冷却水，以对主体1进行冷却降温，盘管3具体环绕盘设在主体1 的外侧，可以与主体1外壁之间零间隙设置，也可以间隔设置，并且盘管3与主体1的外壁之间可直接焊接或者通过支撑件焊接的方式进行固定。为达到较佳的冷却效果，盘管3沿主体1的长度方向延伸，可以将盘管3布设于整个主体 1外侧，也可以只布设于主体1受热比较严重的前段，并且盘管3的环绕式和密度可以根据喷嘴所需的冷却程度而适应性设定，以满足喷嘴的冷却要求。
上述盘管3与输水管道4连接，用于将冷却水从外部输送到盘管3中，输水管道4沿喷嘴的轴向设置，为中空管体，在本实施例中为了节省空间优化喷嘴结构，输水管道4悬设在喷嘴的内部，其与主体1的内壁之间可以采用直接焊接或者采用支撑件焊接的方式进行固定或者也可以炫设在输气管道2中，以保障输水管道4在输送冷却水的过程中不发生移动，当然在其他实施例中输水管道4也可以不设置在喷嘴内部，沿轴向与喷嘴并行设置或者设置在喷嘴外侧附近位置也可。输水管道4前端可直接与盘管3连接，也可以通过其他结构与盘管3连接，示例性地，本实施例中输水管道4通过连接管道5进一步与盘管3连接，即方便管路的制作，同时便于在不同结构的情况中进行连接布置。连接管道5同样为中空管体，其贯穿主体1的管壁设置，一端与输水管道4连通，另一端与盘管3连通，连接管道5与输水管道4以及盘管3之间可通过直接焊接的方式固定连接，也可以通过其他连接方式连接，例如法兰盘。当然输水管道4 与连接管道5也可以为一体式结构设置，而且盘管3也可以直接与水源相连接，以达到冷却水更好的循环的效果。
输水管道4的后端可通过水管连接地面冷却水源和水泵，由此冷却水被送入输水管道4中，进而进入盘管3中，对喷嘴进行水冷却。本实施例中，输水管道4可耐受水压一般不低于2.0MPa，壁厚一般为2-3mm，内径一般不小于 10mm。
在本实施例中，盘管3的管壁上朝向远离主体1方向设置有若干个出水孔 31，以实现冷却水的流出或喷射。出水孔31的数量可以根据出水量和对出水的雾化要求确定，出水孔31的数量一般不少于4个。当出水需要雾化时，出水孔31的直径一般为2～5mm，并根据工艺需要，可以在出水孔31处安装出水雾化喷嘴，以实现冷却水的雾化喷射。当出水不需要雾化时，出水孔31的直径无特殊要求，满足出水需求即可。当输水管道4将冷却水输送到盘管3中，流经盘管3中的冷却水从出水孔31处朝向喷嘴外侧喷出，给喷嘴降温的同时也到达气化工作区域，起到改善煤层燃烧状况和煤气品质的作用。示例性地，出水孔31的开孔率为0-50％，直径为5-15mm，开孔率的计算方法，例如选取盘管 90°角的范围，在盘管3的一周上开4个孔，孔径为5mm，开孔轴线间距1cm，这种开孔方法折算成开孔率即为0.6％。
在制作喷嘴时，应根据实际的连接结构布设焊接方法，例如对于本发明的第一种喷嘴，在将主体1与输水管道4以及盘管3连接时，需先在主体1的管壁上开设用于固定连接管道5的贯穿孔，并将连接管道5穿过贯穿孔首先焊接在主体1上；其次分别将输水管道4和盘管3与连接管道5两端焊接；再次再将盘管3与主体1的外壁进行焊接，以防止其脱落；最后将主体1与输气管道2进行焊接，当然制作方法并不限于此，在其他实施例中还可以通过其他的连接方式，并且还可以根据其他实施例中的不同结构对制作方法以及制作步骤进行相应调整。
在喷嘴使用过程中，应根据主体1的温度的变化情况，及时调节该盘管3 中的冷却水量及冷却水流动速度，使主体1的温度保持在300℃以下。盘管3中的冷却水量根据喷嘴温度及冷却降温需求确定，一般不低于2m3/h。
请参见图2，本发明实施例提供的第二种喷嘴，该实施例中喷嘴的盘管在上述第一种喷嘴的基础上增加为多盘管设置(图中仅示出双盘管形式)，盘管32和盘管33相互之间逆向并行盘旋设置，并且输水管道4通过连接管道5分别与盘管32和盘管33相连通，并且本实施例中盘管32、33的固定方式、输水管道4的固定方式以及连接管道5与输水管道4和盘管之间的连接方式均与上述实施例相同。该结构在增加主体1外侧的盘管密度的同时，相当于通过两个冷却通道同时对喷嘴进行冷却，进一步提升了冷却效果，并且当其中一个管路出现问题时，并不会延误对喷嘴的冷却，增加盘管冷却的可靠性，确保喷嘴可以为气化炉正常工作。本实施例中的喷嘴同上述第一种喷嘴的工作原理相同，也是朝向喷嘴外侧喷水，给喷嘴降温的同时将水送达气化工作区域，从而起到改善煤层燃烧状况和煤气品质的作用。
请参见3，本发明提供的第三种喷嘴，该实施例中喷嘴的盘管7与上述喷嘴的盘管不同之处在于，其设置在主体1内部。图示，盘管7以回旋形式设置于气化通道11中内部，并通过设置于喷嘴内部的连接管道5与输水管道4相连接，本实施例中输水管道4的设固定方式以及连接管道5与输水管道4和盘管7 之间的连接方式均与上述实施例相同，盘管7与气化通道11之间也可直接焊接或者通过支撑件焊接的方式进行固定。在该盘管7的管壁上同样开设有出水孔 71，这样当冷却水被输送进盘管7中后，即从出水口71处喷出，由出水孔71喷出的冷却水在对主体1的内部管壁进行降温的同时可与气化通道11内部的气化剂实现内部混合后由气化通道11的喷口处喷出，达到气化反应工作面，在内部将水和气化剂同时混合的方式可以使气化剂更好地发挥气化作用，进一步起到改善煤层燃烧状况和煤气品质的作用。
请参见图4，本发明提供的第四种喷嘴，该喷嘴的为在主体1的外侧和内侧同时设置的盘管72和盘管73，盘管73环绕主体1外侧设置，而盘管72则回旋设置在气化通道11中，输水管道4通过设置在喷嘴内部的部分连接管道5与盘管72连通，而通过贯穿主体1管壁的另一部分连接管道5与盘管73连通，同时实现对内外两个盘管72、73输送冷却水，并在盘管72、73上同时开设有出水孔71，以对喷嘴的外侧和气化通道11同时喷水达到降温效果，并且本实施例中盘管72、73的固定方式、输水管道4的固定方式以及连接管道5与输水管道4 和盘管7之间的连接方式均与上述实施例相同。由此通过设置内外两个盘管的方式，起到对喷嘴内外同时降温的作用，使喷嘴在进行气化工作时可以达到更好的降温效果，保证喷嘴可以持续地进行工作，提高气化效率，并且同时在喷嘴内部将气化剂和水混合的方式也可进一步起到改善煤层燃烧状况和煤气品质的作用。
请参见图5,本发明提供的第五种喷嘴，该喷嘴的盘管与上述第二种盘管的结构相似，同样为相互之间逆向并行盘旋设置在主体1外侧的盘管32和盘管 33，并且输水管道4通过连接管道5分别与盘管32和盘管33相连通，并且本实施例中盘管32、33的固定方式、输水管道4的固定方式以及连接管道5与输水管道4和盘管32、33之间的连接方式均与上述实施例相同。不同之处在于，盘管33的管壁的出水孔31为朝内(即朝向喷嘴一侧)设置，并且在主体1的管壁上对应盘管33的出水孔31相应地开设有通孔12，使该通孔12与盘管33的出水孔31相连通，当冷却水通过输水管道4被送入盘管32和盘管33中时，盘管32即朝向喷嘴外侧喷水，而喷嘴33通过通孔12将冷却水喷进喷气化通道11中，以对喷嘴的外侧和内部同时喷水达到降温效果，实现了通过设置在喷嘴外侧的盘管对喷嘴的内外侧同时降温，并且同时在喷嘴内部将气化剂和水混合的方式也可进一步起到改善煤层燃烧状况和煤气品质的作用，而且本实施例中的盘管皆设在喷嘴的外侧，结构简单连接方便。
当然上述对喷嘴的外侧和内侧同时降温的形式也可以通过在气化通道11 中回旋设置盘管实现，即在紧贴于气化通道11内壁设置的盘管上朝向内侧和外侧同时开设出水孔，并在主体1对应其朝外开设的出水孔设置通孔，以使该盘管中的冷却水可同时向喷嘴内部和外部喷水进行冷却。
请参见图6和图7，本发明提供的输水管道4与设置在喷嘴外部或者内部的盘管的连接方式，皆是通过连接管道5进行连通，当盘管设置在喷嘴外侧时，需要分别预留出输水管道与盘管的连接接头51。并且输水管道与盘管之间可以通过多个分支管路形式的连接管道5进行连通，即形成多条输水连通通道 (图中只示出三个分支的形式)，以保证当其中一个分支管路损坏时还有其他的多个分支管路可继续供冷却水流经，并且多个分支设置的连接管道5可与盘管的不同周圈同时联通，可将冷却水直接同时输送到盘管的各个位置处，以使对喷嘴的降温更及时，确保其正常工作。
当然本发明的喷嘴的盘管并不限于只是回旋的盘管结构，在其他实施例中盘管还可以为套筒状盘管结构或者由多根管体围成的环状结构，只要能围绕主体1外侧和/或内部设置，并通过可在内部流经冷却水即可同样达到本发明的效果。而且上述盘管还可以设置为可循环的冷却方式，即将盘管的前端开口设置，并与回水口相连接，而将盘管后端通过输水管道与循环水泵的出水口相连接，循环泵可为冷却水循环提供动力，并且循环泵的流量优选是可调节的，这样可以调整对喷嘴的冷却效果，保证喷嘴可以稳定工作，示例性地，冷却水采用离心泵输送至输水管道4，水泵扬程一般不低于500米，水泵流量一般不低于5m3/h，但不限于此。
进一步地，图1至图5所示，在喷嘴的内部还设置有测温装置8，测温装置 8沿喷嘴轴向设置于其内部，具体的，测温装置8贯通设置于气化通道11和输气管道2中，用于对气化工作中喷嘴的温度进行监测。测温装置8可设置热电偶测温头，并且测温装置8的位置布置以工艺需求为准，其可以对喷嘴温度及喷嘴回火情况进行有效监测，并可根据温度监测结果推断喷嘴处温度场分布情况。
本发明喷嘴在使用时伸入至地下气化炉，其中，主体1位于地下气化炉的气化反应工作面处。输气管道2连接进气管(图未示)以通过气化通道11向气化反应工作面输入气化剂。输水管道4连接于地面供给水源和水泵，将冷却水输入至盘管中，通过水的冷却作用达到给喷嘴降温冷却的目的。喷嘴的温度通过设置的热测温装置8测得，并可通过补偿导线输送至地面的热电偶控制柜，从而获得喷嘴温度，并可通过控制盘管中的水流速进而控制喷嘴的温度，保证喷嘴的正常工作，提高其使用寿命同时也提高煤气品质。
综上所述，本发明的喷嘴至少具有以下的优点:
1.在本发明的喷嘴中，水源和水泵向盘管中源源不断的输送冷却水，冷却水经由盘管上开设的出水孔喷出对喷嘴进行降温，避免了喷嘴过热甚至被烧毁而给气化炉的稳定和连续生产带来的影响。
2.在本发明的喷嘴中，盘管设有朝向喷嘴外侧和/或喷嘴内部的出水孔，可将盘管中流出的全部或者部分冷却水喷入喷嘴外侧/或喷嘴内部，与气化剂实现在喷嘴内混合后由气化通道的出口喷出，在冷却喷嘴的同时，起到改善煤层燃烧状况和煤气品质的作用。
3.在本发明的喷嘴中，喷嘴内设置有测温装置，可以对喷嘴的温度进行有效监测，并可根据温度监测结果控制盘管中的水流速进而控制喷嘴的温度，保证喷嘴的正常工作。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (8)
1.一种喷嘴，包括本体及所述本体内部的气化通道，其特征在于，所述喷嘴还包括设置在所述本体处的盘管，所述盘管上开设若干出水孔，并与沿所述喷嘴轴向设置的输水管道连通，所述输水管道将冷却水输送入所述盘管中并通过所述出水孔喷出，对所述喷嘴进行冷却；
所述盘管环绕设置在所述本体外侧和/或所述本体内侧；
所述盘管上开设的出水孔，向喷嘴内部和/或喷嘴外部喷水对所述喷嘴进行冷却并改善煤层燃烧状况和煤气品质。
2.根据权利要求1所述的一种喷嘴，其特征在于，所述盘管包括相互之间逆向盘旋的多个盘管。
3.根据权利要求1所述的一种喷嘴，其特征在于，所述本体的管壁上开设与所述盘管设置的所述出水孔连通的通孔，使所述盘管通过所述出水孔及通孔分别朝向所述喷嘴内部和/或喷嘴外部喷水对所述喷嘴进行冷却。
4.根据权利要求1所述的一种喷嘴，其特征在于，所述输水管道悬设在所述喷嘴的内部。
5.根据权利要求1所述的一种喷嘴，其特征在于，所述盘管通过连接管道或者直接与所述输水管道连接。
6.根据权利要求5所述的一种喷嘴，其特征在于，所述连接管道通过设置多个分支与所述盘管相连通。
7.根据权利要求1所述的一种喷嘴，其特征在于，所述盘管上开设的所述出水孔的开孔率为：0～50％。
8.根据权利要求1所述的一种喷嘴，其特征在于，所述喷嘴内部还包括测温装置。
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