CN105756653A - 喷嘴及具有该喷嘴的注气装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种喷嘴及具有该喷嘴的注气装置。喷嘴包括：相互套接的外管和内管、以及分流装置；外管和内管之间形成冷却水通道，内管内为气化剂通道；分流装置连接于外管的内壁且置于内管的第一侧，分流装置开设有第一通道和第二通道；第一通道的第一端与冷却水通道的进水端相连接，第二端用于与所述注气管内的进水通道的出水端相连接；所述第二通道的第一端与气化剂通道的进气端相连通，第二端用于与注气管内的进气通道的出气端相连接。本发明通过分流装置的转向作用，不需要注气管内的冷却水通道直接与喷嘴内的冷却水通道相对接，可以增大注气管内的冷却水通道的输送空间，进而减小输送冷却水所需要的压力，可以大大地节约能源。

Description

喷嘴及具有该喷嘴的注气装置

技术领域

本发明涉及地下气化技术领域，具体而言，涉及一种喷嘴及具有该喷嘴的气化装置。

背景技术

目前，煤炭地下气化就是将处于地下的煤直接进行有控制的燃烧，通过煤的热作用及化学作用而产生可燃气体的过程。该过程集建井、采煤、地面气化三大工艺为一体，变传统采煤为化学采煤，省去了庞大的煤炭开采、运输、洗选、气化等工艺的设备，因而具有安全性好、投资少、效益高、污染少等优点，深受世界各国的重视，被誉为第二代采煤方法。

在煤炭地下气化技术的实际应用中，作为地下气化炉气化剂（如氧气、空气等）注入设备的喷嘴具有广泛的使用范围和重要的作用。如在地下气化富氧工艺技术中，需使用喷嘴输配氧气等气化剂至目标煤层气化工作面处，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，使用过程中，喷嘴是和注气管相连接，注气管向喷嘴内注入气化剂气体。工作过程中，由于喷嘴位置离煤层燃烧区较近，容易受高温影响使喷嘴被烧毁，为了解决该问题，目前常用的方法是在喷嘴内设置冷却水通道，通过冷却水通道对喷嘴进行喷射冷却水，进而冷却降温。一般而言，喷嘴冷却水通道的结构是在喷嘴外管内设置一内管，外管和内管形成的环形空间为冷却水通道，内管内为气化剂通道。使用时，将喷嘴的气化剂通道与注气管内的注气通道相连通，将喷嘴的冷却水通道与注气管内的冷却水通道相连通。由于喷嘴的主要作用是要向煤层输入气化剂，所以进行喷嘴设计时，要尽可能减小冷却水通道的空间，基于该考虑，一般喷嘴的冷却水通道的外管和内管之间的距离为毫米数量级，比较常用的是在5mm到8mm之间，相应地，注气管通道内也要设置该尺寸的冷却水通道以与喷嘴内的冷却水通道相匹配对接，又由于煤层距离地面的距离一般为几百米，甚至上千米，如果注气管内的冷却水通道空间过小，其内的冷却水就会受到较大的阻力，这就需要对冷却水施加较大的输送压力，而这势必会增加成本，造成能源的浪费。此外，对冷却水输送的上述限制，也会影响到对喷嘴喷射的冷却水量，进而影响了对喷嘴的降温效果，增加了喷嘴烧毁的机率，减少了喷嘴的使用寿命，同时也缩短了生产的稳定时间。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种喷嘴，旨在解决现有喷嘴由于冷却水输送压力大而造成的浪费能源，进而使喷嘴降温效果不理想的问题。本发明还提出了一种具有该喷嘴的注气装置。

一个方面，本发明提出了一种喷嘴，用于注气管，该喷嘴包括：相互套接的外管和内管、以及分流装置；其中，所述外管（1）的长度大于所述内管（2）的长度；所述外管和所述内管之间形成冷却水通道，所述内管内为气化剂通道；所述分流装置连接于所述外管的内壁且置于所述内管的第一侧，所述分流装置开设有第一通道和第二通道；所述第一通道的第一端与所述冷却水通道的进水端相连接，第二端用于与所述注气管内的进水通道的出水端相连接；所述第二通道的第一端与所述气化剂通道的进气端相连通，第二端用于与所述注气管内的进气通道的出气端相连接。

进一步地，上述喷嘴中，所述分流装置包括：本体和连接管；其中，所述本体与所述外管的内壁相连接，所述第一通道和所述第二通道开设于所述本体；所述第二通道的第一端与所述连接管的第一端相连接，所述连接管的第二端与所述内管的第一端相连接。

进一步地，上述喷嘴中，所述连接管为扩散管，并且，所述第二通道的第一端与所述扩散管的小口径端相连接，所述扩散管的大口径端与所述内管的第一端相连接。

进一步地，上述喷嘴中，所述本体和扩散管为一体成型。

进一步地，上述喷嘴还包括：止回装置，设置于所述内管内，用于气化剂通道输入气化剂时自动打开，以及气化剂停止输入时自动关闭。

进一步地，上述喷嘴中，所述止回装置包括：第一开关门、第二开关门、连接销、两个扭转弹簧；其中，所述第一开关门凸设有第一连接部，所述第一连接部开设有第一连接孔；所述第二开关门凸设有第二连接部和第三连接部，所述第二连接部开设有第二连接孔，所述第三连接部开设有第三连接孔；所述连接销依次穿设于所述第二连接孔、第一连接孔和第三连接孔，并且，所述两个扭转弹簧均套设于所述连接销且分别置于所述第二连接部与第一连接部、第三连接部与第二连接部之间。

进一步地，上述喷嘴中，所述内管包括第一管段和第二管段；其中，所述第一管段的第一端与所述连接管的第二端相连接，所述第一管段的第二端与所述第二管段的第一端可拆卸连接，所述第二管段的第二端为气化剂输出端；所述第二管段的第一端的口径大于第二端的口径；所述止回装置设置于所述第二管段内。

进一步地，上述喷嘴还包括：热电偶，设置于所述所述外管和/或所述内管。

本发明中，通过分流装置可以将注气管中的进水通道和进气通道分别与喷嘴内的冷却水通道和气化剂通道相连通，由于分流装置的转向作用，所以不需要注气管内的冷却水通道直接与喷嘴内的冷却水通道相对接，也就是说，可以增大注气管内的冷却水通道的输送空间，即可以在注气管内设置一较大管径的输水管，通过该输水管输送冷却水，通过输水管和注气管之间的环形通道输送气化剂，较大管径的输水管会减小管道对水的阻力，进而减小输送冷却水所需要的压力，可以大大地节约能源。

另一方面，本发明还提出了一种注气装置，该装置包括注气管和上述任一种喷嘴；其中，所述喷嘴与所述注气管相连接。

进一步地，上述注气装置还包括：连接装置；其中，所述喷嘴通过所述连接装置与所述注气管相连接。

进一步地，上述注气装置，所述连接装置包括：连接外管、连接内管和顶压件；其中，所述连接外管的第一端与所述注气管相连接，第二端与所述喷嘴中的外管可拆卸连接；所述连接内管套接于所述注气管中的输水管的外部；所述连接外管的侧壁开设有第四连接孔，所述顶压件穿设于所述连接孔且抵压于所述连接内管的侧壁。

进一步地，上述注气装置，所述连接内管的外侧壁开设有凹槽，所述螺栓的端部置于所述凹槽内。

进一步地，上述注气装置，所述连接外管与所述外管之间为螺纹连接。

由于喷嘴具有上述效果，所以具有该喷嘴的注气装置也具有相应的技术效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的喷嘴安装于注气管的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的喷嘴中，分流装置的剖视图；

图3为图2的D-D剖视图；

图4为图1的C-C剖视图；

图5为本发明实施例提供的喷嘴中，止回装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的喷嘴中的止回装置中，第一开关门的正视图；

图7为本发明实施例提供的喷嘴中的止回装置中，第一开关门的侧视图；

图8为本发明实施例提供的喷嘴中的止回装置中，第二开关门的正视图

图9为本发明实施例提供的喷嘴中的止回装置中，第二开关门的侧视图；

图10为本发明实施例提供的喷嘴中的止回装置中，扭转弹簧的正视图；

图11为本发明实施例提供的喷嘴中的止回装置中，扭转弹簧的侧视图；

图12为图1的A-A剖视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

喷嘴实施例：

参见图1，图中示出了本实施例提供的喷嘴的优选结构。该喷嘴用于与注气管4相连接，注气管4用于向喷嘴输送冷却水和气化剂。如图所示，该喷嘴包括：相互套接的外管1和内管2、以及分流装置3。

其中，外管1和内管2之间形成冷却水通道A，内管2内为气化剂通道B。具体地，外管1和内管2均可以为圆管，并且，外管1的长度大于内管2的长度；，内管2靠近外管1的右端布置，冷却水通道A的右端为出水端，内管2的左端为气化剂通道B的进气端，内管2的右端为气化剂通道B的出气端。内管2的出气端可以设置为外扩形态，有利于气化剂向煤层的扩散。

分流装置3设置于外管1内，且与外管1的内壁相连接，分流装置3与外管1的内壁之间的具体连接方式可以为卡接等，在分流装置3与外管1的内壁之间可以设置有密封结构，分流装置3将外管1分成左右两部分空间。分流装置3置于内管2的第一侧（图1所示的左侧），即冷却水通道A置于分流装置3的右侧。分流装置3开设有第一通道31和第二通道32。其中，第一通道31为输送冷却水的通道，第二通道32为输送气化剂的通道。第一通道31的第一端（图1所示的右端）与冷却水通道A的进水端（图1所示的左端）相连接，第一通道31的第二端（图1所示的左端）用于与注气管4内的进水通道C的出水端（图1所示的右端）相连接，进水通道C的进水端在地面上与水源相连接。第二通道32的第一端（图1所示的右端）与气化剂通道B的进气端相连通，第二通道32的第二端（图1所示的左端）用于与注气管4内的进气通道D的出气端（图1所示的右端）相连接。

本领域技术人员应当理解，外管1还应开设有喷射孔，冷却水通过喷射孔喷射出以对喷嘴进行降温，同时，喷射出的水还可以喷射至燃空区参加反应。

需要说明的是，本实施例中的左右，均相对于图1所示位置而言。

本实施例中，通过分流装置3可以将注气管4中的进水通道C和进气通道D分别与喷嘴内的冷却水通道A和气化剂通道B相连通，由于分流装置3的转向作用，所以不需要注气管4内的冷却水通道直接与喷嘴内的冷却水通道相对接，也就是说，可以增大注气管内的冷却水通道的输送空间，即可以在注气管4内设置一较大管径的输水管41，通过该输水管41输送冷却水，通过输水管41和注气管4之间的环形通道输送气化剂，较大管径的输水管41会减小管道对水的阻力，进而减小输送冷却水所需要的压力，可以大大地节约能源。此外，由于本实施例中分流装置可以大大地降低了冷却水输送中的压力，所以使冷却水较容易输送入喷嘴处，进而对喷嘴进行有效的冷却，延长了喷嘴的使用寿命，减少了喷嘴损坏的机率，同时，也延长了生产稳定时间，提高了煤气品质。

参见图1至图4，图中示出了分流装置3的优选结构。如图所示，分流装置3可以包括：本体33和连接管34。其中，本体33可以为柱状结构，第一通道31和第二通道32沿该本体33的轴线方向贯穿于本体33。本体33与外管1的内壁相连接，并且，本体33与外管1的内壁之间可以设置密封结构。第一通道31的第一端（图1所示的左端）用于与注气管4内的进水通道C的出水端（图1所示的右端）相连接，第一通道31的第二端与冷却水通道A相连通。第二通道32的第一端（图1所示的右端）与连接管34的第一端（图1所示的左端）相连接，连接管34的第二端（图1所示的右端）与内管2的第一端（图1所示的左端）相连接，第二通道32的第二端（图1所示的左端）用于与注气管4内的进气通道D的出口端（图1所示的右端）相连接。

本实施例中，通过连接管34将分流装置3中的第二通道32与内管2内的气化剂管道B相连通，第一通道31与冷却水通道A相连通。可以看出，该分流装置34的结构较为简单，可以增大气流通道面积，降低气体阻力，并且易于加工。

为了增大气化剂的输送空间，可以选用内径较大的内管2，为了使分流装置3的第二通道32与内管2相连接，参见图2，可以将上述实施例中的连接管34选为扩散管。具体实施时，可以选择为渐变的扩散管，也可以选择阶梯变换的扩散管。第二通道32的第一端与扩散管的小口径端（图1所示的左端）相连接，扩散管的大口径端（图1所示的右端）与内管2的第一端（图1所示的左端）相连接。参见图1和图4，第一通道31内的冷却水通过本体33和扩散管之间的第三通道E流入冷却水通道A。

为了加强分流装置3的整体密封性能，可以将本体33和扩散管34加工为一体成型。

为了防止煤气倒流入注气管4内，还可以对上述实施例做进一步改进，增设止回装置5。其中，止回装置5设置于内管2内，用于向气化剂通道B输入气化剂时自动打开，以及停止向气化剂通道B中输入气化剂时自动关闭。该止回装置5具有单向开关的功能，在向燃煤区输送气化剂时，止回装置5会打开，在停止输送气化剂时，该止回装置5会关闭，以防止燃烧区的煤气进入到注气管4内。

参见图5至图11，图中示出了止回装置5的优选结构。如图所示，该止回装置5包括：第一开关门51、第二开关门52、连接销53和两个扭转弹簧54。其中，第一开关门51凸设有第一连接部511，第一连接部511开设有第一连接孔（图中未示出）；第二开关门52凸设有第二连接部521和第三连接部522，第二连接部521开设有第二连接孔（图中未示出），第三连接部522开设有第三连接孔（图中未示出）；连接销53依次穿设于所述第二连接孔、第一连接孔和第三连接孔，并且，两个扭转弹簧54均套设于连接销53且分别置于第二连接部与第一连接部、第三连接部与第二连接部之间。

第一开关门51和第二开关门52均可以为半圆形，处于关闭状态的第一开关门51和第二开关门52刚好与内管2的截面形状相吻合，进而可以防止煤气进入注气管4内。

该止回装置的工作原理（或过程）为：通过扭转弹簧54与第一开关门51、第二开关门52的配合，实现了止回装置单向打开的功能。具体的，无气体通过时，第一开关门51、第二开关门52均处于关闭状态。当气体在内管2内由左至右流动时，使第一开关门51及第二开关门52打开，使气体通过。气体在内管2内由右至左流动时，由于扭转弹簧54的扭矩作用力的阻碍作用，第一开关门51、第二开关门52保持关闭状态，使气体无法通过，起到止回的作用。

再参见图1，内管2可以包括第一管段21和第二管段22。其中，第一管段21的第一端（图1所示的左端）与连接管34的第二端（图1所示的右端）相连接，第一管段21的第二端（图1所示的右端）与第二管段22的第一端（图1所示的左端）可拆卸连接，第二管段22的第二端（图1所示的右端）为气化剂输出端。第二管段22的第一端的口径大于第二端的口径，止回装置5设置于第二管段22内。

安装时，先将该止回装置5从第二管段22口径较大的一端安装至第二管段22内，然后再将第二管段22与第一管段21相连接。拆卸时，先将第二管段22从第一管段21上拆卸下来，然后再从第二管段22口径较大的一端将该止回装置5取出。

可以看出，本实施例将内管2分成第一管段21和第二管段22两部分，以便于止回装置5的安装和拆卸。

为了能够实施监测喷嘴的温度变化，调节水量，上述各实施例中，还可以包括：热电偶，设置于外管1和/或内管2。本领域技术人员应当理解，热电偶应通过导线与地面上的显示装置相连接。具体实施时，至少设置一个测温点，若为一个测温点，该点位于内管2的出气端。若为多个测温点，一个位于内管2的出气端，剩余测温度点至少有一个位于冷却水通道段。

综上，本发明通过在喷嘴内设置分流装置，可以减小输送冷却水所需要的压力，节约了能源。

本发明实施例还提出了一种注气装置，该装置包括注气管4和上述任一种喷嘴，喷嘴与注气管相连接。其中，喷嘴的具体结构参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。由于喷嘴具有上述效果，所以具有该喷嘴的注气装置也具有相应的技术效果。

进一步地，上述实施例中，还可以包括连接装置；其中，喷嘴通过该连接装置与注气管4相连接。

参见图1和图12，该连接装置包括：连接外管61、连接内管62和顶压件63。其中，连接外管61的侧壁开设有第四连接孔（图中未标出），连接外管61的第一端（图1所示的左端）与注气管4相连接，连接外管61的第二端（图1所示的右端）与喷嘴中的外管1可拆卸连接；连接内管62套接于注气管4中的输水管41的外部；顶压件63穿设于连接外管61上开设的第四连接孔且抵压于连接内管62的侧壁。

具体实施时，连接外管61的外径略小于注入管4的内径，连接外管61的外壁可以开设有凹槽611，凹槽611可采用弧形设计，同时凹槽内可以设有密封胶圈。安装时，首先将连接外管61的内径小于注入管4部分插入注入管4内，然后再通过专用工具作用在注入管4上，对位于连接外管61凹槽部位施加压力，使注入管4变形，变形部位完全与凹槽部位吻合，起到连接、密封的作用。为了防止凹槽611不能完全密封，还可以在凹槽611内设置密封圈，密封圈可以采用平底设计，密封圈内可以添加填料，安装完成后，密封圈部位可以起到较好的密封作用，填料可以选择柔性石墨编织填料。连接外管61的第二端（图1所示的右端）可以与外管4螺纹连接。同时为防止顶压件63处漏气，在顶压件63与连接外管61之间还可以设有密封垫。顶压件63可以选用螺钉。

由于现有技术中，喷嘴一般与注入管4直接焊接，该种方式装卸较为不便，为了解决该问题，本实施例将喷嘴中的外管1与连接装置中的连接外管61之间设计为可拆卸连接，该种连接方式便于喷嘴的安装与拆卸。此外，本实施例中的连接装置还设置了连接内管62，在连接外管61上设置了顶压件63，通过顶压件63顶压在连接内管62上，其主要作用是可以固定位于注气管4内的输水管41，防止在注气管4前后移动过程中输水管41移动导致输水管41损坏。

进一步地，连接内管62的外侧壁开设有凹槽（图中未标出），顶压件63的端部顶压在该凹槽内，以使顶压件63可以更好地作用于输水管41。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种喷嘴，用于注气管（4），其特征在于，包括：相互套接的外管（1）和内管（2）、以及分流装置（3）；其中，

所述外管（1）的长度大于所述内管（2）的长度；所述外管（1）和所述内管（2）之间形成冷却水通道（A），所述内管（2）内为气化剂通道（B）；

所述分流装置（3）连接于所述外管（1）的内壁且置于所述内管（2）的第一侧，所述分流装置（3）开设有第一通道（31）和第二通道（32）；

所述第一通道（31）的第一端与所述冷却水通道（A）的进水端相连接，第二端用于与所述注气管（4）内的进水通道（C）的出水端相连接；

所述第二通道（32）的第一端与所述气化剂通道（B）的进气端相连通，第二端用于与所述注气管（4）内的进气通道（D）的出气端相连接。

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述分流装置（3）包括：本体（33）和连接管（34）；其中，

所述本体（33）与所述外管（1）的内壁相连接，所述第一通道（31）和所述第二通道（32）开设于所述本体（33）；

所述第二通道（32）的第一端与所述连接管（34）的第一端相连接，所述连接管（34）的第二端与所述内管（2）的第一端相连接。

3.根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述连接管（34）为扩散管，并且，所述第二通道（32）的第一端与所述扩散管的小口径端相连接，所述扩散管的大口径端与所述内管（2）的第一端相连接。

4.根据权利3所述的喷嘴，其特征在于，所述本体（33）和扩散管（34）为一体成型。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的喷嘴，其特征在于，还包括：

止回装置（5），设置于所述内管（2）内，用于气化剂通道（B）输入气化剂时自动打开，以及气化剂停止输入时自动关闭。

6.根据权利要求5所述的喷嘴，其特征在于，所述止回装置（5）包括：第一开关门（51）、第二开关门（52）、连接销（53）、两个扭转弹簧（54）；其中，

所述第一开关门（51）凸设有第一连接部（511），所述第一连接部（511）开设有第一连接孔；

所述第二开关门（52）凸设有第二连接部（521）和第三连接部（522），所述第二连接部（521）开设有第二连接孔，所述第三连接部（522）开设有第三连接孔；

所述连接销（53）依次穿设于所述第二连接孔、第一连接孔和第三连接孔，并且，所述两个扭转弹簧（54）均套设于所述连接销（53）且分别置于所述第二连接部与第一连接部、第三连接部与第二连接部之间。

7.根据权利要求5所述的喷嘴，其特征在于，所述内管（2）包括第一管段（21）和第二管段（22）；其中，

所述第一管段（21）的第一端与所述连接管（34）的第二端相连接，所述第一管段（21）的第二端与所述第二管段（22）的第一端可拆卸连接，所述第二管段（22）的第二端为气化剂输出端；所述第二管段（22）的第一端的口径大于第二端的口径；

所述止回装置（5）设置于所述第二管段（22）内。

8.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，还包括：热电偶，设置于所述外管（1）和/或所述内管（2）。

9.一种注气装置，其特征在于，包括注气管（4）和如权利要求1至8中任一项所述的喷嘴；其中，所述喷嘴与所述注气管相连接。

10.根据权利要求9所述的注气装置，其特征在于，还包括：连接装置；其中，所述喷嘴通过所述连接装置与所述注气管相连接。

11.根据权利要求10所述的注气装置，其特征在于，所述连接装置包括：连接外管（61）、连接内管（62）和顶压件（63）；其中，

所述连接外管（61）的第一端与所述注气管（4）相连接，第二端与所述喷嘴中的外管（1）可拆卸连接；

所述连接内管（62）套接于所述注气管（4）中的输水管（41）的外部；

所述连接外管（61）的侧壁开设有第四连接孔，所述顶压件（63）穿设于所述连接孔且抵压于所述连接内管（62）的侧壁。

12.根据权利要求11所述的注气装置，其特征在于，

所述连接内管（62）的外侧壁开设有凹槽，所述螺栓的端部置于所述凹槽内。

13.根据权利要求11或12所述的注气装置，其特征在于，所述连接外管（61）与所述外管（1）之间为螺纹连接。