CN107091080A - 喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种喷嘴，该喷嘴包括：内部设有气化剂输送通道的本体和从本体外部绕设至本体内部的盘管；其中，盘管远离本体侧壁和/或位于气化剂输送通道中的管壁上开设有出水孔，盘管的进口端用于与输水管道相连通并通过出水孔将输水管道中的冷却水输出，对本体进行冷却。本发明中,盘管为一体成型结构，安装方便，通过盘管上的出水孔，可将盘管中输送的全部或部分冷却水输出至喷嘴外部或内部，使得冷却水直接喷出至气化区或与气化剂在喷嘴内混合后喷出至气化区，在冷却喷嘴的同时，可以向气化剂补水，进而向气化区补水，充分促进了煤炭的地下气化反应，有效提高了煤气的品质。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭地下气化技术领域，具体而言，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的情况下，环境温度一般为室温，这些喷嘴往往不能在高温环境下稳定运行，由于气化炉操作温度较高，所以通常需要对喷嘴头部进行冷却以保证其使用寿命，此外，在地下气化采煤运行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可以向气化工作区域输送物料水，因此现有技术中的喷嘴并不能满足实际气化工艺的要求。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种喷嘴，旨在解决现有喷嘴难以在高温下稳定运行并且不能同时向气化工作区输送物料水的问题。
一个方面，本发明提出了一种喷嘴，该喷嘴包括：内部设有气化剂输送通道的本体和从所述本体外部绕设至所述本体内部的盘管；其中，所述盘管远离所述本体侧壁和/或位于所述气化剂输送通道中的管壁上开设有出水孔，并且，所述盘管的进口端用于与沿本体轴向设置的输水管道相连通并通过所述出水孔将所述输水管道中的冷却水输出，对本体进行冷却。
进一步地，上述喷嘴中，所述盘管位于所述本体出口端的管壁上开设有出水孔。
进一步地，上述喷嘴中，所述盘管包括：外管段和内管段；其中，所述外管段与所述内管段相连通，并且，所述外管段沿所述本体的轴向由所述本体外部靠近进口端的位置向出口端绕设，所述内管段由所述本体内部的出口端向靠近进口端的位置绕设。
进一步地，上述喷嘴中，所述出水孔设置于所述外管段和/或所述内管段，用于向所述本体外部的气化区和/或所述本体内部的气化剂输送通道输出冷却水。
进一步地，上述喷嘴中，所述外管段的开孔率低于所述内管段的开孔率。
进一步地，上述喷嘴中，所述内管段具有预设长度。
进一步地，上述喷嘴中，所述盘管通过连接管道与所述输水管道相连通。
进一步地，上述喷嘴中，所述连接管道包括至少两个分支管，且各所述分支管均与所述盘管相连通。
进一步地，上述喷嘴中，还包括：回水管道；其中，所述回水管道沿所述本体轴向设置于所述本体内部并与所述内管段相连通。
进一步地，上述喷嘴中，还包括：测温装置；其中，所述测温装置沿所述本体的轴向设置于所述气化剂输送通道中。
本发明中，盘管为一体成型结构，安装方便，通过盘管上的出水孔，可将盘管中输送的全部或部分冷却水输出至喷嘴外部或内部，使得冷却水直接喷出至气化区或与气化剂在喷嘴内混合后喷出至气化区，在冷却喷嘴的同时，可以向气化剂补水，进而向气化区补水，充分促进了煤炭的地下气化反应，有效提高了煤气的品质。
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的剖面结构示意图；
图2为本发明实施例提供的喷嘴的又一剖面结构示意图；
图3为本发明实施例提供的喷嘴的又一剖面结构示意图；
图4为本发明实施例提供的喷嘴的又一剖面结构示意图；
图5为本发明实施例提供的喷嘴的又一剖面结构示意图。
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。
实施例一：
参见图1，图中示出了本发明实施例提供的一种喷嘴的优选结构。如图所示，该喷嘴包括：内部设有气化剂输送通道11的本体1和从本体外部绕设至本体1内部的盘管2。
具体地，本体1可以为两端开口的筒状结构，本体1的尺寸可以根据煤炭地下气化工艺的实际要求进行确定，本实施例对其不作任何限定。本体1可以通过接头8与输气管道相连通，气化剂输送通道11通过输气管道与气源相连通，气化剂经气化剂输送通道11从本体1的出口端被喷放到气化工作区。盘管2可以为螺旋管状结构，并沿本体1的轴向从本体1外部绕设至本体1内部，其与本体1的外壁面可以直接接触连接，也可以间隔设置。盘管2与本体1的外壁可以焊接连接，也可以通过连接件进行焊接连接。具体实施时，盘管2的绕设方式和沿本体1的分布密度及绕设长度可以根据喷嘴所需的冷却面积和冷却效果等进行确定。
盘管2远离本体1侧壁和/或位于气化剂输送通道11中的管壁上开设有出水孔3，并且，盘管2的进口端用于与输水管道4相连通并通过出水孔3将输水管道4中的冷却水输出，对本体1进行冷却。
具体地，盘管2可以包括相连通的外管段21和内管段22，其中，外管段21沿本体1的轴向由本体1外部靠近进口端(图1中所示的左端)的位置向出口端(图1中所示的右端)绕设，内管段22由本体1内部的出口端向靠近进口端的位置绕设。也就是说，外管段21和内管段22可以为一体成型结构，以便于盘管的制作，且结构简单，易于实现。具体实施时，内管段22具有预设长度。由于冷却水经外管段21被预热后温度会升高，当冷却水从外管段21流入内管段22后，再经内管段22的出水孔输出时，温度会有一定程度的提高，当该温度的冷却水喷入到气化剂输送通道11中与气化剂混合后一起输出至气化区会与气化区的煤进行氧化还原反应。因此，当从内管段22输出的冷却水被预热至有利于促进煤气化反应的温度(例如80℃)时，相应的内管段22的长度即可认为是预设的长度。需要说明的是，预设长度可以根据煤炭地下气化的实际要求进行确定，本实施例对其不作任何限定。
外管段21上远离本体1的位置开设有出水孔3，内管段22上也开设有出水孔3；或者，仅在外管段21上远离本体1的位置开设有出水孔3，在外管段21和内管段22上开设出水孔3，以实现冷却水的流出或喷射。出水孔3的数量可以根据出水量和对出水的雾化要求确定，例如外管段21和内管段22上出水孔3的数量总和可以不少于4个。当输出的冷却水需要雾化时，出水孔3的直径一般为2～5mm，并根据工艺需要，可以在出水孔3处安装出水雾化喷嘴，以实现冷却水的雾化喷射。当输出的冷却水不需要雾化时，出水孔3的直径能满足出水需求即可。出水孔3的开孔率可以根据实际情况进行核算，例如开孔率可以为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2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％。本实施例中，外管段21的开孔率低于内管段22的开孔率。通过内管段22上的出水孔3输出的冷却水能直接对喷嘴内壁进行降温，并且，从内管段22上的出水孔3输出的冷却水能与气化剂混合后输送至气化区，有利于充分发挥气化剂的作用。
输水管道4可以沿本体1的轴向悬设于本体1的内部，也可以沿本体1的轴向并列设置于本体1外部，其与本体1的内壁之间可以采用焊接连接的方式，输水管道4的进口端可以通过水管和水泵连接至地面上的冷却水源。输水管道4可以通过连接管道5与盘管2相连通，连接管道5可以贯穿本体1的壁面设置，一端与输水管道4连通，另一端与盘管2连通，连接管道5与输水管道4以及盘管2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。盘管2与输水管道4相连通，输水管道4将冷却水输送入盘管2中，并通过盘管2上的出水孔3输出以对本体1进行冷却。
制作喷嘴时，应根据实际的连接结构布设焊接方法，例如对于本实施例提供的喷嘴，在将本体1与输水管道4以及盘管2连接时，需先在本体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本体1上；其次分别将输水管道4和盘管2与连接管道5两端焊接；再将外管段21与本体1的外壁进行焊接，内管段22与本体1的内壁进行焊接，以防止盘管2脱落；最后将本体1与输气管道进行焊接，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，应根据本体1的温度变化情况，及时调节盘管2中的冷却水量及冷却水的流动速度，使本体1的温度保持在能正常运行的范围内。盘管2中的冷却水量根据喷嘴温度及冷却降温需求确定，本实施例对其不做任何限定。
可以看出，当输水管道4将冷却水输送到盘管2中，流经外管段21中的冷却水一方面从出水孔3处朝向本体外侧喷出，给喷嘴降温的同时也到达气化区，为煤炭地下气化反应提供物料水，能有效改善煤层燃烧状况和煤气品质；另一方面，由于气化区反应放出的热量也会传递给本体1外侧的外管段21，从而对冷却水进行预热，有效利用了反应热，减少了能耗，当冷却水从外管段21流入内管段22后会达到一定的温度，然后喷射至气化剂输送通道11中与气化剂(如O2)混合后作为气化剂的一部分与气化区的煤进行氧化还原反应，进一步促进了气化反应的进行，并提高了煤气的品质。
实施例二：
参见图2，图中示出了本发明实施例提供的第二种喷嘴的结构。该实施例中，输水管道4的固定方式，连接管道5与输水管道4和盘管2之间的连接方式均与实施例一相同。该结构中，仅在内管段22上开设出水孔3，外管段21上不再开设出水孔，冷却水只能通过内管段22进入气化剂输送通道11中与气化剂混合后进入气化区。
可以看出，本实施例中提供的喷嘴向本体1内部喷水，使得水以一定温度与气化剂混合后进入气化区参与煤气化反应，适合用于对补水要求比较严格的气化环境中。
实施例三：
参见图3，图中示出了本发明实施例提供的第三种喷嘴的结构。该实施例中，输水管道4的固定方式，连接管道5与输水管道4和盘管2之间的连接方式均与上述各实施例相同。该结构中，在外管段21绕设至本体1出口端的管壁上开设多个出水孔3，出水孔3的出水方向朝向气化区。同时，内管段22上也开设多个出水孔3。
可以看出，在靠近喷嘴出口端的外管段21的管壁上开设水孔，冷却水可以以环圈形式喷入气化区，能直接给气化区补充物料水；同时，内管段21上的出水孔3中喷出的冷却水可以对本体内壁进行降温的同时可以与气化剂实现内部混合，能够使气化剂更好地发挥气化作用。
实施例四:
参见图4，图中示出了本发明实施例提供的第四种喷嘴的结构。该实施例中，输水管道4的固定方式，连接管道5与输水管道4和盘管2之间的连接方式均与上述各实施例相同。该结构中，本体1内部沿轴向设置有回水管道6，该回水管道6与内管段22相连通，冷却水从内管段22流出后可以直接进入回水管道6中，然后冷却水又进入输水通道4中，如此循环。
可以看出，回水管道6中的回水量能够控制冷却水进入气化区的量，在气化剂需要较小水量时也能提供较好的换热效果，从而能充分地对喷嘴进行冷却降温。
参见图5，上述各实施例中，输水管道4可以包括至少两个分支管，且各分支管均与盘管2相连通。具体地，输水管道4的各分支管可以分别直接与置于本体1外部两侧的外管段21相连通，也可以通过连接管道5与外管段21相连通。设置多个分支管，一方面，当分支管中的一条损坏时，还有其余分支管可以继续使用，不影响对喷嘴的冷却；另一方面，增加了冷却水的流通量，进一步增强了对喷嘴的冷却效果，增强了喷嘴的抗高温能力；同时也进一步为气化区提供了充足的反应物料水，有利于进一步改善煤层燃烧状况和煤气的品质。
参见图1至图5，上述各实施例中，还可以包括：测温装置7。具体地，测温装置7可以为热电偶。热电偶沿本体1的轴向设置于述气化剂输送通道11中，用于对喷嘴的温度进行实时监测。优选地，热电偶的测温点靠近本体1的进口端，补偿导线位于本体1的中部，这样冷却水的喷洒不会影响热电偶的工作。具体实施时，热电偶可以伸出本体1出口端2-5cm。
本发明喷嘴在使用时伸入至地下气化炉，其中，本体1位于地下气化炉的气化反应工作面处。输气管道连接进气管(图中未示出)以通过气化剂输送通道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，将冷却水输入至盘管2中，通过水的冷却作用达到给喷嘴降温冷却的目的，喷嘴的温度通过测温装置7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2中的水流速进而控制喷嘴的温度，保证喷嘴的正常工作，延长了喷嘴的使用寿命。此外，冷却水通过出水孔3可以给气化剂输送通道11中的气化剂补水，也可给气化工作区补水，从而促进了气化反应的充分进行，进而提高了煤气的品质。
综上所述，本实施例中，外管段21和内管段22为一体成型结构，通过外管段21和内管段22上的出水孔3，可将盘管2中输送的全部或部分冷却水输出至喷嘴外部或内部，使得冷却水直接喷出至气化区或与气化剂在喷嘴内混合后喷出至气化区，在冷却喷嘴的同时，可以向气化剂补水，进而向气化区补水，充分促进了煤炭的地下气化反应，有效提高了煤气的品质；外管段在本体出口端设置出水孔，可以直接向气化区补充物料水；此外，还可以通过热电偶实时监测喷嘴的温度，根据温度反馈结果调节冷却水量，保证喷嘴的正常工作。
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。
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 (10)
1.一种喷嘴，其特征在于，包括：内部设有气化剂输送通道(11)的本体(1)和从所述本体(1)外部绕设至所述本体(1)内部的盘管(2)；其中，
所述盘管(2)远离所述本体侧壁(1)和/或位于所述气化剂输送通道(11)中的管壁上开设有出水孔(3)，并且，所述盘管(2)的进口端用于与沿本体轴向设置的输水管道(4)相连通并通过所述出水孔(3)将所述输水管道(4)中的冷却水输出，对本体(1)进行冷却。
2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述盘管(2)位于所述本体(1)出口端的管壁上开设有出水孔(3)。
3.根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述盘管(2)包括：外管段(21)和内管段(22)；其中，
所述外管段(21)与所述内管段(22)相连通，并且，所述外管段(21)沿所述本体(1)的轴向由所述本体(1)外部靠近进口端的位置向出口端绕设，所述内管段(22)由所述本体(1)内部的出口端向靠近进口端的位置绕设。
4.根据权利要求3所述的喷嘴，其特征在于，所述出水孔(3)设置于所述外管段(21)和/或所述内管段(22)，用于向所述本体(1)外部的气化区和/或所述本体(1)内部的气化剂输送通道(11)输出冷却水。
5.根据权利要求4所述的喷嘴，其特征在于，所述外管段(21)的开孔率低于所述内管段(22)的开孔率。
6.根据权利要求5所述的喷嘴，其特征在于，所述内管段(22)具有预设长度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的喷嘴，其特征在于，所述盘管(2)通过连接管道(5)与所述输水管道(4)相连通。
8.根据权利要求7所述的喷嘴，其特征在于，所述连接管道(5)包括至少两个分支管，且各所述分支管均与所述盘管(2)相连通。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的喷嘴，其特征在于，还包括：回水管道(6)；其中，
所述回水管道(6)沿所述本体(1)轴向设置于所述本体(1)内部并与所述内管段(22)相连通。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的喷嘴，其特征在于，还包括：测温装置(7)；其中，
所述测温装置(7)沿所述本体(1)的轴向设置于所述气化剂输送通道(11)中。
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