CN105289420B - 雾化喷嘴及固定床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雾化喷嘴及固定床。所述雾化喷嘴包括旋流器、内喷嘴和外喷嘴，所述内喷嘴穿设于所述外喷嘴中，所述旋流器穿设于所述内喷嘴中；所述外喷嘴的内壁与所述内喷嘴的外壁界定出一个环形的气相通道，所述旋流器的外壁与所述内喷嘴的内壁界定出一个环形的气液混合通道，所述气液混合通道与外部的液相通道相通；所述内喷嘴的侧壁开设有多个气流孔，所述气液混合通道通过所述气流孔与所述气相通道连通。所述固定床包括上述雾化喷嘴。本发明的雾化喷嘴及固定床雾化均匀性好、防堵塞、耐磨损。

Description

雾化喷嘴及固定床

技术领域

本发明涉及一种雾化喷嘴及包括该雾化喷嘴的固定床。

背景技术

丙烯是重要的基本有机原料。长期以来，丙烯的来源主要来自炼油厂催化裂化和烃类蒸汽裂解等，面对我国多煤少油缺气的能源格局以及日益增长的丙烯需求，迫切需要开发以丙烯为目标产物的新工艺。以煤或天然气为原料生产甲醇制备丙烯(MTP)的生产路线越来越受到人们的关注，也是我国煤化工产业发展的重点领域。

目前，在MTP反应工艺过程中，要保证每个床层催化剂区间内温度调节精确，在给定负荷条件下就要求雾化粒径很细而且分布均匀，为此所需要布置的喷嘴数量较多的情况下，每个喷嘴的流量较小，出口孔径较小且精度要求严格。由于管路系统中存在杂质，导致喷嘴经常性堵塞或者磨损，造成催化剂床层温度调节不准，影响转化效率，增加了喷嘴的更换次数和工作量。此外，对于用于固定床的雾化喷嘴，国内的厂家目前基本都依赖国外产品，其供货周期长，维护不方便，不利于MTP工艺的长周期稳定运行。这些问题一直限制着MTP工艺产品的生产效率和经济效益。

图1是一种传统的用于固定床的雾化喷嘴。如图1所示，传统的雾化喷嘴主要包括液相喷嘴1、旋流器2和气相喷嘴3，其中，整体结构以旋流器2为中心，旋流器2与液相喷嘴1依靠螺纹结构进行连接，气相喷嘴3与液相喷嘴1相互配合定位连接。这种传统的雾化喷嘴为气液外混合的形式，具体地，高速流动的气体在气相通道内呈射流状喷出，相对气体而言，液体通过喷口低速流出，最终气体通过快速地膨胀实现液体的剪切、液滴的破碎，进而实现雾化过程。在工作过程中，气体流入两个喷嘴之间的环隙通道，经液相喷嘴外壁上的旋流槽实现旋转，从喷口高速喷出；液体经旋流器2旋转喷出后在外部与高速旋转的气体混合，最终形成气液混合均匀的锥形喷雾场。

但是，图1中所示出的雾化喷嘴存在以下缺陷：首先，传统的雾化喷嘴的气相通道是由液相喷嘴与气相喷嘴之间的环隙所形成的，这种结构中气相流对液相流的挤压作用非常明显，其雾化角度甚至不到15°，液相分布呈现中间高两边低的状态，从而使床层表面形成的雾化范围非常有限，甚至不足要求覆盖范围的1/3，雾化均匀性差。此外，由于MTP反应系统中液相管路存在尺寸不均的固体杂质，非常易于产生堵塞与磨损问题。

因此，非常有必要设计一种雾化均匀性好、防堵塞、耐磨损的雾化喷嘴及固定床。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种雾化均匀性好、防堵塞、耐磨损的雾化喷嘴及固定床，旨在克服现有技术中所存在的缺陷。

本发明提供了一种雾化喷嘴，所述雾化喷嘴包括旋流器、内喷嘴和外喷嘴，所述内喷嘴穿设于所述外喷嘴中，所述旋流器穿设于所述内喷嘴中；所述外喷嘴的内壁与所述内喷嘴的外壁界定出一个环形的气相通道，所述旋流器的外壁与所述内喷嘴的内壁界定出一个环形的气液混合通道，所述气液混合通道与外部的液相通道相通；所述内喷嘴的侧壁开设有多个气流孔，所述气液混合通道通过所述气流孔与所述气相通道连通；所述旋流器的头部设置有一个或多个第一旋流槽，所述内喷嘴的端部开设有喷雾出口，所述外喷嘴的端部开设有一个或多个旋流孔，所述气液混合通道经所述第一旋流槽、所述喷雾出口和所述旋流孔与外部相通；所述内喷嘴上开设有一个或多个第二旋流槽，所述气相通道通过所述第二旋流槽和所述旋流孔与外部相通。

优选地，所述雾化喷嘴还包括：安装端座，沿所述安装端座的轴向设置有第一通孔，所述安装端座上绕所述第一通孔设置有环形的第二通孔；连接件，沿所述连接件的轴向设置有第三通孔，所述连接件的第一端与所述安装端座的端部连接，并且所述第三通孔与所述第一通孔对齐，所述第一通孔和所述第三通孔共同形成所述液相通道。

优选地，所述内喷嘴上设置有容纳槽，所述容纳槽的槽口位于所述内喷嘴的第一端的端面，所述内喷嘴的第一端与所述连接件的第二端连接，并且所述容纳槽的槽口与所述第三通孔对齐；所述旋流器固定在所述容纳槽中，并且所述旋流器的头部朝向所述容纳槽的槽底；所述容纳槽的槽面与所述旋流器的外轴面界定出环形的所述气液混合通道。

优选地，所述外喷嘴是一端开口的槽型结构，所述外喷嘴套设在所述内喷嘴的外部，并且所述外喷嘴的槽口朝向所述安装端座设置，所述外喷嘴上槽口所在的端部与所述安装端座连接，所述容纳槽上的喷雾出口位于所述外喷嘴的槽底；所述气相通道与所述第二通孔对齐。

优选地，所述连接件与所述内喷嘴之间设置有环形的垫片。

优选地，所述垫片是紫铜垫片。

优选地，所述旋流器、所述内喷嘴、所述连接件和所述外喷嘴共轴设置。

优选地，所述气流孔沿着所述容纳槽的横截面的切向设置。

优选地，所述连接件与所述安装端座螺纹连接。

优选地，所述内喷嘴与所述外喷嘴过盈配合连接。

本发明还提供了一种固定床，所述固定床包括如上所述的任意一种雾化喷嘴。

采用本发明所提供的雾化喷嘴及固定床，可以有效地解决MTP喷嘴的堵塞，磨损，螺纹咬死以及雾化均匀性差等问题，从而可以提高催化剂床层的寿命和产品收率。

附图说明

下面将通过附图详细描述本发明中优选实施例，将有助于理解本发明的目的和优点，其中:

图1是一种传统的用于固定床的雾化喷嘴。

图2是本发明的雾化喷嘴的一种优选实施例。

图3是图2中A-A向的剖面图。

图4是图2中旋流器的结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

图2是本发明的雾化喷嘴的一种优选实施例；图3是图2中A-A向的剖面图；图4是图2中旋流器1的结构图。结合图2、图3和图4所示，本发明所提供的雾化喷嘴包括旋流器1、内喷嘴2、外喷嘴4、安装端座9和连接件3。所述旋流器1、所述内喷嘴2和所述外喷嘴4形成一个整体，并通过所述连接件3连接在安装端座9上。优选地，本发明所提供的雾化喷嘴可以用于固定床上。

所述旋流器1、所述内喷嘴2和所述外喷嘴4由内到外层层套设，具体地，所述内喷嘴2穿设于所述外喷嘴4中，所述旋流器1穿设于所述内喷嘴2中。所述外喷嘴4的内壁与所述内喷嘴2的外壁界定出一个环形的气相通道6，所述气相通道6中通有喷雾过程中所用的气体。所述旋流器1的外壁与所述内喷嘴2的内壁界定出一个环形的气液混合通道8，所述气液混合通道8与外部的液相通道7相通。在具体实施过程中，所述气相通道6中的气体和液相通道7中的液体最后在所述气液混合通道8中进行混合，以产生喷雾。

所述内喷嘴2的侧壁开设有多个气流孔21，所述气液混合通道8通过所述气流孔21与所述气相通道6连通；所述旋流器1的头部设置有一个或多个第一旋流槽11，所述内喷嘴2的端部开设有喷雾出口22，所述外喷嘴4的端部开设有一个或多个旋流孔41，所述气液混合通道8经所述第一旋流槽11、所述喷雾出口22和所述旋流孔41与外部相通；所述内喷嘴2上开设有一个或多个第二旋流槽23，所述气相通道6通过所述第二旋流槽23和所述旋流孔41与外部相通。

一方面，液相通道7中的液体和气相通道6中的一部分气体进入气液混合通道8中进行混合形成喷雾，另一方面气相通道6中的另一部分气体通过第二旋流槽23与旋流孔41旋转喷出，以扩大喷雾范围。

在图2-4中所示的优选实施例中，液相通道7和气相通道6是通过以下方式实现：沿所述安装端座9的轴向设置有第一通孔91，所述安装端座9上绕所述第一通孔91设置有环形的第二通孔92；沿所述连接件3的轴向设置有第三通孔31，所述连接件3的第一端与所述安装端座9的端部连接，并且所述第三通孔31与所述第一通孔91对齐，所述第一通孔91和所述第三通孔31共同形成所述液相通道7。

在优选实施例中，所述旋流器1、所述内喷嘴2、所述连接件3和所述外喷嘴4共轴设置。如图2-4所示，所述内喷嘴2上设置有容纳槽，所述容纳槽的槽口位于所述内喷嘴2的第一端的端面，所述内喷嘴2的第一端与所述连接件3的第二端连接，并且所述容纳槽的槽口与所述第三通孔31对齐；所述旋流器1固定在所述容纳槽中，并且所述旋流器1的头部朝向所述容纳槽的槽底；所述容纳槽的槽面与所述旋流器1的外轴面界定出环形的所述气液混合通道8。所述外喷嘴4是一端开口的槽型结构，所述外喷嘴4套设在所述内喷嘴2的外部，并且所述外喷嘴4的槽口朝向所述安装端座9设置，所述外喷嘴4上槽口所在的端部与所述安装端座9连接，所述容纳槽上的喷雾出口22位于所述外喷嘴4的槽底；所述气相通道6与所述第二通孔92对齐。

在实际应用过程中，对于传统的设计而言，旋流器1的旋流槽非常小，而且由于液相进料温度为35℃左右，气相进料温度为280℃左右，床层局部最高温度可达600℃以上，喷嘴内外温差变化较大，在喷嘴的连接处，螺纹受到热应力的作用易发生变形和咬死现象。针对这种情况，本发明优选地在所述连接件3与所述内喷嘴2之间设置有环形的垫片5，例如紫铜垫片；所述连接件3与所述安装端座9通过螺纹连接。这种设计中，紫铜垫片既可以实现密封，又可以吸收螺纹的热变形量，使外喷嘴4与安装端坐的连接螺纹不易发生咬死。

更优选地，所述内喷嘴2与所述外喷嘴4过盈配合连接。外喷嘴4与内喷嘴2过盈配合为一体之后，一方面通过螺纹与安装端座连接，另一方面通过紫铜垫片与连接件3实现密封，由于紫铜垫片良好的的热膨胀性及密封性能，同时可以满足这两方面的作用。

在一个具体的实施例中，本发明所提供的雾化喷嘴主要包括旋流器1、内喷嘴2、连接件3和外喷嘴4、铜垫片5。旋流器1在锥面上开有较大尺寸的旋流槽，使流体产生旋转。旋流器1通过螺纹与内喷嘴2相应的锥面紧配合。连接件3与安装端座9通过螺纹连接，连接件3通过紫铜垫片5与内喷嘴2连接并密封。外喷嘴4与内喷嘴2的环隙构成气相通道6，出口处开有旋流孔41。其中，外喷嘴4与内喷嘴2通过过盈端面连接，二者装配成为一体。在内喷嘴2的气相旋流槽之前开有切向的气流孔21(如图3)，小股气流切向进入液相通道7，与液相混合后经旋流器1(如图4)旋转喷出。大部分气相经内喷嘴2上的旋流槽后由外喷嘴4的旋流孔41旋转喷出，进一步雾化和增大雾化范围。与传统的设计相比，液相喷嘴分离为内喷嘴2与内连接件3，依靠内连接件3与端座连接，内喷嘴2与内连接件3之间依靠经固溶处理的紫铜垫片5密封。同时，内喷嘴2和外喷嘴4通过过盈配合装配成一体，通过外喷嘴4的螺纹与端座连接，并且紫铜垫片5可吸收其螺纹的热变形量，这样的结构特点保证了喷嘴与端座间不易发生螺纹咬死难拆卸的问题。其原因是：紫铜垫片热膨胀性能良好，具有很好的韧性和抗压性；并且紫铜垫片吸收了螺纹的热变形量，使螺牙没有变形和损坏，可以顺利拆下。

对于本发明的设计，液相通道不再只是依靠压力雾化，气流的混入推动液相向前，配合更大的液相出口孔径，解决了液相喷嘴容易堵塞的问题。液相喷嘴的螺纹连接部分与主喷嘴分离解决了内喷嘴的易咬死的问题。气相喷嘴与液相喷嘴使用过盈配合连为一体，通过铜垫片密封和吸收外喷嘴与端座螺纹的热变形量，同样可以解决外喷嘴的螺纹咬死问题。采用耐磨材料，保证喷嘴不易磨损。大股气流在外围旋转撞击雾化气流，可以进一步雾化和增大雾化范围。

此外，本发明还提供了一种固定床，所述固定床包括如上所述的任意一种雾化喷嘴。

采用本发明所提供的雾化喷嘴及固定床，可以有效地解决MTP喷嘴的堵塞，磨损，螺纹咬死以及雾化均匀性差等问题，从而可以提高催化剂床层的寿命和产品收率。

进一步，本发明具有以下有益技术效果。

第一，本发明的设计结构简单，旋流槽以及液相出口孔径增大，同时开有气流切向孔，旋流器采用耐磨材料加工。因较大尺寸的旋流槽以及液相出口孔，再加上气相的吹扫作用，使得液相的杂质更加流畅的通过喷嘴，不易堵塞。使用耐磨材料，磨损问题也得到解决，使喷嘴不易发生堵塞以及磨损。

第二，内连接件单独与安装端坐螺纹连接，外喷嘴与内喷嘴过盈配合为一体与安装端座连接，这种设计中安装端座内侧的螺纹不会影响到喷嘴的安装，从而在更换喷嘴时可以不必拆下连接件，减少了因螺纹咬死出现的安装问题。

第三，外喷嘴的气相出口为旋流孔，进口喷嘴气相出口为环隙。通过切向孔的旋转，出口气流具有了水平方向的速度分量，气液两相流向周边扩散，使得雾化角度和均匀性增大。使气流旋转喷出，增大气液两相的雾化角度和混合范围，从而增大雾化范围及均匀性。

第四，连接件与内喷嘴之间加装紫铜垫片。外喷嘴与内喷嘴过盈配合为一体后，一方面通过螺纹与端座连接，另一方面通过紫铜垫片与连接件密封，由于紫铜垫片良好的的热膨胀性及密封性能，同时可以满足这两方面的作用。铜垫既可以密封，又可以吸收螺纹的热变形量，使外喷嘴与端座的连接螺纹不易发生咬死。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种雾化喷嘴，其特征在于，所述雾化喷嘴包括旋流器、内喷嘴和外喷嘴，所述内喷嘴穿设于所述外喷嘴中，所述旋流器穿设于所述内喷嘴中；

所述外喷嘴的内壁与所述内喷嘴的外壁界定出一个环形的气相通道，所述旋流器的外壁与所述内喷嘴的内壁界定出一个环形的气液混合通道，所述气液混合通道与外部的液相通道相通；

所述内喷嘴的侧壁开设有多个气流孔，所述气液混合通道通过所述气流孔与所述气相通道连通；

所述旋流器的头部设置有一个或多个第一旋流槽，所述内喷嘴的端部开设有喷雾出口，所述外喷嘴的端部开设有一个或多个旋流孔，所述气液混合通道经所述第一旋流槽、所述喷雾出口和所述旋流孔与外部相通；

所述内喷嘴上开设有一个或多个第二旋流槽，所述气相通道通过所述第二旋流槽和所述旋流孔与外部相通。

2.根据权利要求1所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述雾化喷嘴还包括：

安装端座，沿所述安装端座的轴向设置有第一通孔，所述安装端座上绕所述第一通孔设置有环形的第二通孔；

连接件，沿所述连接件的轴向设置有第三通孔，所述连接件的第一端与所述安装端座的端部连接，并且所述第三通孔与所述第一通孔对齐，所述第一通孔和所述第三通孔共同形成所述液相通道。

3.根据权利要求2所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述内喷嘴上设置有容纳槽，所述容纳槽的槽口位于所述内喷嘴的第一端的端面，所述内喷嘴的第一端与所述连接件的第二端连接，并且所述容纳槽的槽口与所述第三通孔对齐；

所述旋流器固定在所述容纳槽中，并且所述旋流器的头部朝向所述容纳槽的槽底；所述容纳槽的槽面与所述旋流器的外轴面界定出环形的所述气液混合通道。

4.根据权利要求3所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述外喷嘴是一端开口的槽型结构，所述外喷嘴套设在所述内喷嘴的外部，并且所述外喷嘴的槽口朝向所述安装端座设置，所述外喷嘴上槽口所在的端部与所述安装端座连接，所述容纳槽上的喷雾出口位于所述外喷嘴的槽底；所述气相通道与所述第二通孔对齐。

5.根据权利要求4所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述连接件与所述内喷嘴之间设置有环形的垫片。

6.根据权利要求5所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述垫片是紫铜垫片。

7.根据权利要求2所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述旋流器、所述内喷嘴、所述连接件和所述外喷嘴共轴设置。

8.根据权利要求3所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述气流孔沿着所述容纳槽的横截面的切向设置。

9.根据权利要求2所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述连接件与所述安装端座螺纹连接。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述内喷嘴与所述外喷嘴过盈配合连接。

11.一种固定床，其特征在于，所述固定床包括根据权利要求1-10中任意一项所述的雾化喷嘴。