CN106082122B - 一种基于高压水的双流体内混式喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于高压水的双流体内混式喷嘴，包括高压水管和连接件，高压水管的末端开设有高压水喷嘴，连接件的前端与高压水管的末端相连，连接件的末端开设有射流喷嘴，连接件内还开设有内混腔和若干浆料通道，其中浆料通道的轴线与高压水喷嘴的轴线垂直相交，浆料通道的内端为浆料喷嘴，浆料喷嘴和高压水喷嘴与内混腔相连通，内混腔与射流喷嘴相连通。高压水管中的高压水流从高压水喷嘴喷出后，与从浆料喷嘴中喷出的浆料在内混腔中发生碰撞，浆料在高压水流的撞击和剪切作用下破碎、雾化成细小的浆滴，然后从射流喷嘴中喷出。本发明设计结构简单、流量调节范围大、特别适合高压和超高压环境。

Description

一种基于高压水的双流体内混式喷嘴
技术领域
本发明属于超临界水气化技术领域，特别涉及一种基于高压水的双流体内混式喷嘴。
背景技术
超临界水气化技术是近年来备受关注的一种清洁能源技术，是利用水在临界点(Tc＝647K，Pc＝221bar)以上具有的优良的物理化学性质将各种有机固体原料和有机废水等转化为氢气等清洁能源的技术。超临界水具有扩散系数高、粘度低，对各种有机物都是良好溶剂等优点，可使各种有机固体原料和有机废水在超临界水环境中快速反应，生成氢气等清洁能源。
但是超临界水气化炉操作压力高于水的临界压力，压缩气化介质需要大量的压缩耗功，不利于降低成本，已有的传统气化炉的进料喷嘴难以适用在超临界水气化环境中，因此目前的超临界水气化或氧化技术中采用的喷嘴结构几乎都是简单的进料管路结构，由于在高压环境下，物料的进料速率难以提高，影响了物料与超临界水的高效混合，难以产生更好的气化效果，同时带来进料口或喷嘴局部温度过高，不仅容易堵塞进料装置，还会缩短进料装置的寿命，严重影响气化炉连续稳定运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于高压水的双流体内混式喷嘴，该喷嘴能够解决传统超临界水气化技术中进料装置存在的问题，具有结构简单、防堵性能优异、耐高温耐腐蚀等优点。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于高压水的双流体内混式喷嘴，包括高压水管和连接件，高压水管的前端与高压水泵相连，高压水管的末端开设有高压水喷嘴，连接件的前端与高压水管的末端相连，连接件的末端开设有射流喷嘴，连接件内还开设有内混腔和若干浆料通道，其中浆料通道的轴线与高压水喷嘴的轴线垂直相交，浆料通道的外端与供应浆料的浆料管相连，浆料通道的内端为浆料喷嘴，浆料喷嘴和高压水喷嘴与内混腔相连通，内混腔与射流喷嘴相连通。
所述的内混腔为圆柱体形，射流喷嘴为从内到外渐扩的圆锥体形，且内混腔和射流喷嘴与高压水喷嘴同轴设置。
所述的浆料通道沿内混腔的周向均匀设置。
所述的高压水管为变内径结构，高压水管内腔的前段为圆柱体，末段为毛细管结构的高压水喷嘴，前段与末段之间通过圆锥体形的中段相连。
所述的高压水管的前端与高压水泵之间设置有用于实现高压水间歇喷射的水流控制装置。
所述的高压水管与连接件之间设有密封垫圈。
所述的连接件的前端与高压水管的末端设有相互配合的螺纹。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供的基于高压水的双流体内混式喷嘴，包括高压水管和连接件，高压水管的末端开设有高压水喷嘴，连接件的前端与高压水管的末端相连，连接件的末端开设有射流喷嘴，连接件内还开设有内混腔和若干浆料通道，其中浆料通道的轴线与高压水喷嘴的轴线垂直相交，浆料通道的内端为浆料喷嘴，浆料喷嘴和高压水喷嘴与内混腔相连通，内混腔与射流喷嘴相连通。本发明在使用过程中，高压水管中的高压水流从高压水喷嘴喷出后，与从浆料喷嘴中喷出的浆料在内混腔中发生碰撞，浆料在高压水流的撞击和剪切作用下破碎、雾化成细小的浆滴，然后从射流喷嘴中喷出，进入到超临界水环境中。细小的浆滴可在超临界水环境中迅速升温反应。同时高压水管道中的高压水流可以对高压水喷嘴进行冷却，防止高压水喷嘴被高温破坏。本发明具有结构简单、流量调节范围大、高压环境雾化质量高、液体介质适用性好、浆体原料适用性强、防堵性能优异、耐高温耐腐蚀、操作压力高等优点，能够解决传统超临界水气化技术中进料装置局部温度过高、进料口堵塞等问题。相较于现有的超临界水气化炉的进料装置，本发明提供的基于高压水的双流体内混式喷嘴，因高压水流密度较大以及对浆料的撞击和剪切作用，可使浆滴与超临界水环境混合更加充分，升温和反应更加迅速，避免了喷嘴堵塞和进料口局部高温等现象；相较于传统的高压气化炉雾化喷嘴，本发明中由于雾化介质为高压水，压缩性很小，因此本发明的双流体内混式喷嘴不需要复杂的压缩系统，压缩耗功很低，同时也容易与其他工艺配合使用，减少能源与资源的浪费，适合操作压力更高的气化炉，特别是超临界水气化炉。
进一步的，本发明提供的基于高压水的内流体外混式喷嘴中，高压水管采用变管径结构，以及高压水喷嘴采用毛细管结构，均有利于保证高压水流出口速度。浆料通道沿内混腔的周向均匀设置，以及内混腔和射流喷嘴与高压水喷嘴同轴设置，均有利于高压水流对浆料的破碎、雾化。高压水管的前端可连接水流控制装置，以实现高压水的间歇喷射。
附图说明
为了更清楚详细地说明本发明，下面将对本发明的附图作简要说明。
图1为本发明的基于高压水的双流体内混式喷嘴的立体结构示意图。
图2为本发明的基于高压水的双流体内混式喷嘴从浆料通道处剖开的整体结构剖面图。
图3为本发明的基于高压水的双流体内混式喷嘴从非浆料通道处剖开的整体结构剖面图。
图4为本发明的基于高压水的双流体内混式喷嘴的浆料通道处的剖面图。
附图标记：1-高压水管，2-密封垫圈，3-连接件，4-浆料通道，5-射流喷嘴，6-内混腔，7-浆料喷嘴，8-高压水喷嘴，9-螺纹。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。
参照图1至图4，本发明提供的基于高压水的双流体内混式喷嘴，包括高压水管1和连接件3，高压水管1和连接件3均采用耐高温、耐腐蚀的合金材质。高压水管1的前端与高压水泵相连，高压水管1的末端开设有高压水喷嘴8；高压水管1的前端与高压水泵之间设置有用于实现高压水间歇喷射的水流控制装置；高压水管1为变内径结构，高压水管1内腔的前段为较粗的圆柱体，末段为毛细管结构的高压水喷嘴8，前段与末段之间通过渐缩的圆锥体形的中段相连，可根据优选直径确定高压水喷嘴的内腔直径。连接件3的前端与高压水管1的末端设有相互配合的螺纹9，连接件3的前端与高压水管1的末端通过螺纹9相连，且连接件3与高压水管1之间设有密封垫圈2。连接件3的末端开设有从内到外渐扩的圆锥体形的射流喷嘴5，连接件3内还开设有圆柱体形的内混腔6和1～6个浆料通道4，其中浆料通道4的轴线与高压水喷嘴8的轴线垂直相交，浆料通道4的外端与供应浆料的浆料管相连，浆料通道4的内端为浆料喷嘴7，浆料喷嘴7和高压水喷嘴8与内混腔6相连通，内混腔6与射流喷嘴5相连通，内混腔6和射流喷嘴5与高压水喷嘴8同轴设置，浆料通道4沿内混腔6的周向均匀设置。
本发明提供的基于高压水的双流体内混式喷嘴，其工作原理如下：高压水管1的前端连接高压水输送系统，依据优选的高压水喷射速率和喷射量，高压水进入高压水管1中。高压水流经变管径结构的高压水管1，在其锥形内腔部分被加速，从高压水喷嘴8中喷出。浆料通道4的外端与浆料高压管路相连，浆料由浆料通道4进入内混腔6后，与来流的高速高压水发生碰撞，浆料被破碎、分散成细小浆滴，再经射流喷嘴5喷出，进入高压气化炉环境。
相较于传统的高压气化炉雾化喷嘴，本发明提供的基于高压水的双流体内混式喷嘴中，由于雾化介质为高压水，压缩性很小，因此本发明的基于高压水的双流体内混式喷嘴不需要复杂的压缩系统，压缩耗功很低，同时也容易与其他工艺配合使用，减少能源与资源的浪费。同时，本发明中高压水管内的高压水可对喷嘴起到冷却作用，提高喷嘴的抗热冲击性能，高压水管中的高压水流对浆料喷嘴中浆料出料的冲刷作用可防止浆体堵塞喷嘴，提高喷嘴的防堵性能和寿命。同时，本发明中冷却水和高压水管道内的高压水可对喷嘴起到冷却作用，提高喷嘴的抗热冲击性能，高压水管道中的高压水流对浆料喷嘴中浆料的冲刷作用可防止浆体堵塞喷嘴，提高喷嘴的防堵性能和寿命。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“高压水流”既可以是连续式高压水流，也可以是间歇式的高压水流，通过设置在高压水管1前端与高压水源之间的水流控制装置，即可实现并控制高压水的间歇喷射，并能够实现高压水连续喷射与间歇喷射的切换；术语“相连”、“连接”须做广义理解，可以是可拆卸连接或一体式连接等机械连接方式。对于本领域的技术人员而言，可以依据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
以上具体实施例只是为了更加清楚明白的说明本专利的目的、技术特点和有益效果，应当理解，以上实施例并不限定本专利的应用范围。凡在本专利的精神和原则范围之内，所做的任何同等替换和修改都应包含在本专利的权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种适用于超临界水气化炉的基于高压水的双流体内混式喷嘴，其特征在于：包括高压水管(1)和连接件(3)，高压水管(1)的前端与高压水泵相连，高压水管(1)的末端开设有高压水喷嘴(8)，所述的连接件(3)的前端与高压水管(1)的末端设有相互配合的螺纹(9)，连接件(3)的末端开设有射流喷嘴(5)，连接件(3)内还开设有内混腔(6)和若干浆料通道(4)，所述的浆料通道(4)沿内混腔(6)的周向均匀设置，其中浆料通道(4)的轴线与高压水喷嘴(8)的轴线垂直相交，浆料通道(4)的外端与供应浆料的浆料管相连，浆料通道(4)的内端为浆料喷嘴(7)，浆料喷嘴(7)和高压水喷嘴(8)与内混腔(6)相连通，所述高压水喷嘴(8)的直径小于内混腔(6)的直径，内混腔(6)与射流喷嘴(5)相连通；
所述的高压水管(1)为变内径结构，高压水管(1)内腔的前段为圆柱体，末段为毛细管结构的高压水喷嘴(8)，前段与末段之间通过圆锥体形的中段相连；所述的内混腔(6)为圆柱体形，射流喷嘴(5)为从内到外渐扩的圆锥体形，且内混腔(6)和射流喷嘴(5)与高压水喷嘴(8)同轴设置；
高压水管(1)的前端连接高压水输送系统，依据优选的高压水喷射速率和喷射量，高压水进入高压水管(1)中，高压水流经变管径结构的高压水管(1)，在其锥形内腔部分被加速，从高压水喷嘴(8)中喷出，浆料通道(4)的外端与浆料高压管路相连，浆料由浆料通道(4)进入内混腔(6)后，与来流的高速高压水发生碰撞，浆料被破碎、分散成细小浆滴，再经射流喷嘴(5)喷出，进入高压气化炉环境。
2.根据权利要求1所述的基于高压水的双流体内混式喷嘴，其特征在于：所述的高压水管(1)的前端与高压水泵之间设置有用于实现高压水间歇喷射的水流控制装置。
3.根据权利要求1所述的基于高压水的双流体内混式喷嘴，其特征在于：所述的高压水管(1)与连接件(3)之间设有密封垫圈(2)。
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