CN106111377B - 一种基于高压水的双流体外混式喷嘴 - Google Patents

一种基于高压水的双流体外混式喷嘴 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于高压水的双流体外混式喷嘴，包括浆料管和若干高压水管，高压水管平行的设置在浆料管的外部，且高压水管沿浆料管的周向均匀分布，浆料管的末端开设有浆料喷嘴，高压水管的末端向浆料管的轴线方向倾斜，并开设有高压水喷嘴，且高压水喷嘴的延长线与浆料喷嘴的延长线相交。高压水管中的高压水流从高压水喷嘴斜着喷出后，与从浆料喷嘴中喷出的浆料在喷嘴外部发生碰撞，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。本发明提供的基于高压水的双流体外混式喷嘴特别适合超临界水气化炉技术，具有防堵性能优异、耐腐蚀、耐高温等优点。

Description

一种基于高压水的双流体外混式喷嘴
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外混式喷嘴。
背景技术
超临界水气化技术是近年来备受关注的清洁能源技术，是指水在临界点(Tc＝647K，Pc＝221bar)以上将煤或生物质等转化为氢气等清洁能源的技术。超临界水相较于常温水，其极性显著降低，可以溶解多数有机物和气体，同时还具有粘性小、运输能力强等优越性质，使得有机固体原料可以在超临界水环境中快速反应，生成氢气等清洁能源。
由于超临界水气化装置的操作压力高于221bar，已有的气液双流体喷嘴技术难以应用于超临界水高压环境中，同时产生高压气体需要大量压缩耗功，带来资源和能量的浪费，不利于该技术的工业化应用推广。
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外混式喷嘴，该喷嘴具有结构简单、防堵性能优异、适合高压和超高压环境、原料适用性强等优点。
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外混式喷嘴，包括浆料管和若干高压水管，高压水管平行的设置在浆料管的外部，且高压水管沿浆料管的周向均匀分布；浆料管的前端与浆料泵相连，浆料管的末端开设有浆料喷嘴；高压水管的前端与高压水泵相连，高压水管的末端向浆料管的轴线方向倾斜，并开设有高压水喷嘴，且高压水喷嘴的延长线与浆料喷嘴的延长线相交。
所述的高压水管为毛细管结构。
所述的高压水喷嘴设置为缩口结构。
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。
还包括设置在浆料管外部的用于通入冷却水对浆料管和高压水管进行冷却的冷却水管。
所述的冷却水管内设有用于防止冷却水发生短路的隔离管。
所述的隔离管同轴套装在浆料管的外部，冷却水管同轴套装在隔离管的外部，高压水管位于隔离管与冷却水管之间；隔离管与冷却水入口相连通，冷却水管与冷却水出口相连通；隔离管的前端密封固定在浆料管上，隔离管的末端为开口的自由端，隔离管的末端与冷却水管的末端之间留有能够允许冷却水流通的空隙；冷却水管的前端密封固定在隔离管上，冷却水管的末端密封固定在浆料管的末端，冷却水管的末端还开设有若干向浆料管的轴线方向倾斜的斜孔；高压水管末端的倾斜部分插入并密封固定在冷却水管末端的斜孔中，高压水管的前段密封固定在冷却水管的前端，且高压水管的前端位于冷却水管的外部。
所述的冷却水入口设置在靠近隔离管前端的位置，冷却水出口设置在靠近冷却水管前端的位置。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的基于高压水的双流体外混式喷嘴，包括浆料管和若干高压水管，高压水管平行的设置在浆料管的外部，且高压水管沿浆料管的周向均匀分布，浆料管的末端开设有浆料喷嘴，高压水管的末端向浆料管的轴线方向倾斜，并开设有高压水喷嘴，且高压水喷嘴的延长线与浆料喷嘴的延长线相交。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斜着喷出后，与从浆料喷嘴中喷出的浆料在喷嘴外部发生碰撞，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，并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。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，特别适合高压和超高压环境，如超临界水气化炉等，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外混式喷嘴，因高压水流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，本发明适用的操作压力更高，由于雾化介质为高压水，压缩功耗较小，又避免了引入其他杂质气体。
进一步的，本发明提供的基于高压水的双流体外混式喷嘴中，高压水管采用毛细管结构，以及高压水喷嘴采用缩口结构，均有利于保证高压水流出口速度。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。
进一步的，本发明提供的基于高压水的双流体外混式喷嘴中，还设置有冷却水管和隔离管。其中冷却水进口与隔离管相连通，冷却水出口与冷却水管相连通，冷却水从隔离管的前端进入隔离管后流动至隔离管的末端，然后进入冷却水管道的末端，再从冷却水管道的前端流出。因此冷却水能够直接冷却浆料管和浆料喷嘴以及高压水管和高压水喷嘴，有利于保护喷嘴结构，延长喷嘴的使用寿命。设置的隔离管能够防止冷却水发生短路，保证高压水喷嘴和浆料喷嘴的冷却效果，提高两个喷嘴的使用寿命。冷却水进口与隔离管之间以及冷却水出口与冷却水管道之间均为螺纹连接，安装维护方便。
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为本发明提供的基于高压水的双流体外混式喷嘴的结构示意图。
附图标记：1-浆料管，2-隔离管，3-高压水管，4-冷却水出口，5-冷却水管，6-高压水喷嘴，7-浆料喷嘴，8-冷却水入口。
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，本发明提供的基于高压水的双流体外混式喷嘴，包括浆料管1、若干高压水管3、隔离管2和冷却水管5，其中隔离管2同轴套装在浆料管1的外部，冷却水管5同轴套装在隔离管2的外部，高压水管3为毛细管结构，高压水管3位于隔离管2与冷却水管5之间，且高压水管3与浆料管1平行，高压水管3沿浆料管1的周向均匀分布。浆料管1的前端与浆料泵相连，浆料管1的末端开设有浆料喷嘴7。隔离管2的前端密封固定在浆料管1的前段上，隔离管2的末端为开口的自由端，隔离管2的末端与冷却水管5的末端之间留有能够允许冷却水流通的空隙。冷却水入口8设置在靠近隔离管2前端的位置并与隔离管2相连通，冷却水出口4设置在靠近冷却水管5前端的位置并与冷却水管5相连通。冷却水管5的前端密封固定在隔离管2的前段上，冷却水管5的末端密封固定在浆料管1的末端，冷却水管5的末端还开设有若干向浆料管1的轴线方向倾斜的斜孔，所有斜孔均匀的位于浆料管1周向方向的同一圆周上。高压水管3的末端向浆料管1的轴线方向倾斜并开设有高压水喷嘴6，高压水喷嘴6设置为缩口结构，高压水管3末端的倾斜部分插入并密封固定在冷却水管5末端的斜孔中，高压水管3的前段密封固定在冷却水管5的前端，且高压水管3的前端位于冷却水管5的外部，高压水管3的前端与高压水泵相连，且高压水管3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。冷却水管5末端的斜孔数量为1～8个，可依据不同的应用环境和使用效果优选斜孔数量，从而插入不同数量的高压水管3。高压水喷嘴6的延长线与浆料喷嘴7的延长线相交，所有高压水喷嘴6的延长线相交于浆料喷嘴7的延长线上。高压水管3、浆料管1、隔离管2和冷却水管5均采用耐高温、耐腐蚀的合金材质。
本发明提供的基于高压水的双流体外混式喷嘴，其工作原理如下：高压水管3与高压水泵相连接，采用优选的高压水喷射速度和喷射量，高压水经高压水管3进入高压水喷嘴6，由高压水喷嘴6高速喷出，浆料经浆料管1进入浆料喷嘴7，由浆料喷嘴7喷出，浆料和高压水在浆料喷嘴7的外部发生碰撞，浆料在高压水的撞击和剪切作用下破碎，形成更加细小的浆体液滴。同时冷却水对浆料管和浆料喷嘴进行冷却，防止浆料喷嘴受到高温破坏。
本发明提供的基于高压水的双流体外混式喷嘴，与传统的气体雾化喷嘴相比，不需要复杂的压缩装置，节省压缩耗功，流量调节范围更大，特别适合高压和超高压的气化炉。同时，本发明中冷却水和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。
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3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”应做广义理解，可以是可拆卸连接或一体地连接，也可以是电连接或机械连接等；术语“密封”亦应做广义理解，可以是螺纹连接密封、焊接密封和压力密封等等。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。
以上所述为本发明的优选实施例而已，只是为了具体说明本专利的技术特点和精神实质，并不能由此限定本专利的保护范围。凡在本专利的精神和原则之内，所做的任何同等替换或修改都应属于本发明的权利要求范围。

Claims (8)

1.一种基于高压水的双流体外混式喷嘴，其特征在于：包括浆料管(1)和若干高压水管(3)，高压水管(3)平行的设置在浆料管(1)的外部，且高压水管(3)沿浆料管(1)的周向均匀分布；浆料管(1)的前端与浆料泵相连，浆料管(1)的末端开设有浆料喷嘴(7)；高压水管(3)的前端与高压水泵相连，高压水管(3)的末端向浆料管(1)的轴线方向倾斜，并开设有高压水喷嘴(6)，且高压水喷嘴(6)的延长线与浆料喷嘴(7)的延长线相交。
2.根据权利要求1所述的基于高压水的双流体外混式喷嘴，其特征在于：所述的高压水管(3)为毛细管结构。
3.根据权利要求1所述的基于高压水的双流体外混式喷嘴，其特征在于：所述的高压水喷嘴(6)设置为缩口结构。
4.根据权利要求1所述的基于高压水的双流体外混式喷嘴，其特征在于：所述的高压水管(3)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。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于高压水的双流体外混式喷嘴，其特征在于：还包括设置在浆料管(1)外部的用于通入冷却水对浆料管(1)和高压水管(3)进行冷却的冷却水管(5)。
6.根据权利要求5所述的基于高压水的双流体外混式喷嘴，其特征在于：所述的冷却水管(5)内设有用于防止冷却水发生短路的隔离管(2)。
7.根据权利要求6所述的基于高压水的双流体外混式喷嘴，其特征在于：所述的隔离管(2)同轴套装在浆料管(1)的外部，冷却水管(5)同轴套装在隔离管(2)的外部，高压水管(3)位于隔离管(2)与冷却水管(5)之间；隔离管(2)与冷却水入口(8)相连通，冷却水管(5)与冷却水出口(4)相连通；隔离管(2)的前端密封固定在浆料管(1)上，隔离管(2)的末端为开口的自由端，隔离管(2)的末端与冷却水管(5)的末端之间留有能够允许冷却水流通的空隙；冷却水管(5)的前端密封固定在隔离管(2)上，冷却水管(5)的末端密封固定在浆料管(1)的末端，冷却水管(5)的末端还开设有若干向浆料管(1)的轴线方向倾斜的斜孔；高压水管(3)末端的倾斜部分插入并密封固定在冷却水管(5)末端的斜孔中，高压水管(3)的前段密封固定在冷却水管(5)的前端，且高压水管(3)的前端位于冷却水管(5)的外部。
8.根据权利要求7所述的基于高压水的双流体外混式喷嘴，其特征在于：所述的冷却水入口(8)设置在靠近隔离管(2)前端的位置，冷却水出口(4)设置在靠近冷却水管(5)前端的位置。
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