CN114262629B - 加氢气化喷嘴、组合式喷嘴以及煤气化炉 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种加氢气化喷嘴、组合式喷嘴以及煤气化炉。加氢气化喷嘴包括喷嘴壳和内芯，喷嘴壳内具有贯通孔，内芯插设在贯通孔中，内芯的径向外表面与贯通孔的内壁限定出第一气体喷射通道，内芯内还设有沿贯通孔的孔深方向延伸的第二气体喷射通道；第一气体喷射通道包括螺旋段，螺旋段距离第一气体喷射通道的喷气端具有间距，螺旋段绕内芯的中心轴线螺旋布置，以使从第一气体喷射通道喷出的气体具有周向速度，从第一气体喷射通道中喷射出的气体在离心力的作用下沿径向散开的过程中，还与喷射出的煤粉产生碰撞，而提高了煤粉和气体的混合速率，由此提高了轻质油品的产率。

Description

加氢气化喷嘴、组合式喷嘴以及煤气化炉

技术领域

本公开涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种加氢气化喷嘴、组合式喷嘴以及煤气化炉。

背景技术

煤加氢气化技术是现有煤梯级利用研发的主流方向之一。粉煤在高温氢气环境中快速混合升温，实现加氢气化反应。

由于煤粉在混合升温过程中会有大量的挥发分升温相变裂解，组成煤粉挥发分的分子基团间的键发生断裂，生成大量的以基团结构为主的自由基。挥发分产生的自由基既可以自由组合生成重质油品，也可以与氢自由基结合生成轻质油品。然而，现有技术中，氢气和煤粉的混合速度较慢，使挥发份自由基间组合即重质化反应比重较大，这导致轻质油品含量较低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开提供了一种加氢气化喷嘴、组合式喷嘴以及煤气化炉。

第一方面，本公开提供了一种加氢气化喷嘴，包括喷嘴壳和内芯，喷嘴壳内具有贯通孔，内芯插设在贯通孔中，内芯的径向外表面与贯通孔的内壁限定出第一气体喷射通道，内芯内还设有沿贯通孔的孔深方向延伸的第二气体喷射通道，第一气体喷射通道的喷气端与第二气体喷射通道的喷气端相邻设置，以使第一气体喷射通道喷出的气体和第二气体喷射通道喷出的气体相混合；

第一气体喷射通道包括螺旋段，螺旋段距离第一气体喷射通道的喷气端具有间距，螺旋段绕内芯的中心轴线螺旋布置，以使从第一气体喷射通道喷出的气体具有周向速度。

可选的，内芯包括第一芯段，第一芯段的径向外表面形成有外螺纹，外螺纹的牙顶与贯通孔的内壁贴合，外螺纹上的螺纹槽与贯通孔的内壁之间限定出螺旋段。

可选的，外螺纹为多线螺纹，且多线螺纹中每条螺纹均具有靠近第一气体喷射通道的进气端的第一端部，多线螺纹中各条螺纹的第一端部在内芯的中心轴线方向上齐平布置。

可选的，内芯具有与第二气体喷射通道的进气端对应的第一端部，喷嘴壳具有与第一气体喷射通道的进气端对应的第一端部；内芯的第一端部在内芯的中心轴线的方向上凸出于喷嘴壳的第一端部。

可选的，内芯具有与第二气体喷射通道的喷气端对应的第二端部，喷嘴壳具有与第一气体喷射通道的喷气端对应的第二端部；

喷嘴壳的第二端部在内芯的中心轴线的方向上凸出于内芯的第二端部。

可选的，螺旋段沿内芯的轴向横截面的面积S1与螺旋段沿内芯的径向横截面积S2满足：S1＝(0.3-0.5)S2。

第二方面，本公开提供了一种组合式喷嘴，包括喷嘴座、煤粉喷嘴以及上述的加氢气化喷嘴；

喷嘴座中具有与第一气体的供给源连通的第一气体容置腔，煤粉喷嘴和加氢气化喷嘴均设置在第一气体容置腔的腔壁上，加氢气化喷嘴的第一气体喷射通道的进气端与第一气体容置腔连通，加氢气化喷嘴的第二气体喷射通道的进气端与第二气体的供给源连通；

且第一气体喷射通道的喷气端、第二气体喷射通道的喷气端、以及煤粉喷嘴的喷出端均位于喷嘴座的相同侧。

可选的，加氢气化喷嘴的数量为多个，且多个加氢气化喷嘴围绕煤粉喷嘴的周向布置。

可选的，在煤粉喷嘴的周向上相邻的加氢气化喷嘴中的螺旋段的螺旋方向相反。

可选的，多个加氢气化喷嘴位于以煤粉喷嘴的中心为圆心的同一个圆周上，圆周的直径D与加氢气化喷嘴中第一气体喷射通道的喷气端内径F满足：D＝(2～10)F。

第三方面，本公开提供了一种煤气化炉，包括炉体以及上述的组合式喷嘴，组合式喷嘴设置在炉体上。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开提供的加氢气化喷嘴中，具有第一气体喷射通道和第二气体喷射通道，不同种类的气体可以分别从第一气体喷射通道的喷气端和第二气体喷射通道的喷气端喷出而混合，通过在第一气体喷射通道中设置螺旋段，气体在经过第一气体喷射通道的过程中受到螺旋段的引导，发生螺旋状的旋转，因而从第一气体喷射通道的喷气端喷出的气体中会产生沿周向的速度，会在离心力的作用下迅速向四周扩散，这使第一气体喷射通道中喷射出的气体的喷射范围更广；并且在第一气体喷射通道中喷射出的气体沿径向散开的过程中，还与径向内侧的从第二气体喷射通道中喷射出的气体充分混合，在第一气体喷射通道和第二气体喷射通道分别喷射燃料气体和助燃气体的情况下，由于强化了燃料气体和助燃气体的混合，因此可以提高可燃气体喷出后的燃烧速度，缩短火焰长度。将其应用在煤加氢气化反应中时，由于第一气体喷射通道中喷射出的气体沿径向散开的过程中，还与喷射出的煤粉产生碰撞，而提高了煤粉和气体的混合速率，由此提高了轻质油品的产率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述的加氢气化喷嘴的纵剖结构示意图；

图2为本公开实施例所述的加氢气化喷嘴的横剖结构示意图；

图3为本公开实施例所述的加氢气化喷嘴中内芯的结构示意图；

图4为本公开实施例所述的加氢气化喷嘴中表示气体流动的示意图；

图5为本公开实施例所述的加氢气化喷嘴中表示气体流动的另一种示意图；

图6为本公开实施例所述的组合式喷嘴的纵剖结构示意图；

图7为本公开实施例所述的组合式喷嘴的俯视图；

图8为本公开实施例所述的组合式喷嘴中内芯和喷嘴座的连接结构的示意图。

其中，100、加氢气化喷嘴；10、喷嘴壳；11、贯通孔；20、内芯；21、第一芯段；22、外螺纹；23、螺纹槽；101、201、第一端部；102、202、第二端部；31、第一气体喷射通道；311、螺旋段；32、第二气体喷射通道；41、第一区域；42、第二区域；

200、组合式喷嘴；210、喷嘴座；211、底座；2111、第二安装部；212、顶盖；2121、第一安装部；220、煤粉喷嘴；230、第一气体容置腔室；250、进气口；260、隔离套管。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例

图1为本公开实施例所述的加氢气化喷嘴的纵剖结构示意图，图2为本公开实施例所述的加氢气化喷嘴的横剖结构示意图，图3为本公开实施例所述的加氢气化喷嘴中内芯的结构示意图。

参照图1、图2和图3所示，本实施例提供一种加氢气化加氢气化喷嘴100，包括喷嘴壳10和内芯20，喷嘴壳10内具有贯通孔11，内芯20插设在贯通孔11中，内芯20的径向外表面与贯通孔11的内孔壁限定出第一气体喷射通道31，内芯20内还设有沿贯通孔11的孔深方向延伸的第二气体喷射通道32，第一气体喷射通道31的喷气端与第二气体喷射通道32的喷气端相邻设置，以使第一气体喷射通道31喷出的气体和第二气体喷射通道32喷出的气体相混合；

第一气体喷射通道31包括螺旋段311，螺旋段311距离第一气体喷射通道31的喷气端具有间距，螺旋段311绕内芯20的中心轴线螺旋布置，以使从第一气体喷射通道31喷出的气体具有周向速度。

在上述方案中，加氢气化喷嘴100中具有第一气体喷射通道31和第二气体喷射通道32，不同种类的气体可以分别从第一气体喷射通道31的喷气端和第二气体喷射通道32的喷气端喷出而混合，通过在第一气体喷射通道31中设置螺旋段311，气体在经过第一气体喷射通道31的过程中受到螺旋段311的引导，发生螺旋状的旋转，因而从第一气体喷射通道31的喷气端喷出的气体中会产生沿周向的速度，并会在离心力的作用下迅速向四周扩散，这使第一气体喷射通道31中喷射出的气体的喷射范围更广；并且在第一气体喷射通道31中喷射出的气体沿径向散开的过程中，还与径向内侧的从第二气体喷射通道32中喷射出的气体充分混合，在第一气体喷射通道31和第二气体喷射通道32分别喷射燃料气体和助燃气体的情况下，由于强化了燃料气体和助燃气体的混合，因此可以提高燃料气体喷出后的燃烧速度，缩短火焰长度。将其应用在煤加氢气化反应中时，由于第一气体喷射通道31中喷射出的气体沿径向散开的过程中，还与喷射出的煤粉产生碰撞，而提高了煤粉和气体的混合速率，由此提高了轻质油品的产率。

其中，加氢气化喷嘴100中包括喷嘴壳10和内芯20，需要注意的是，喷嘴壳10可以是单独的壳体，这样当加氢气化喷嘴100应用到组合式喷嘴200中时，可以将喷嘴壳10安装在组合式喷嘴200的喷嘴座210上实现加氢气化喷嘴100的安装；或者在有些示例中，加氢气化喷嘴100应用到煤气化炉中时，可以将喷嘴壳10安装在煤气化炉中的炉体上以实现加氢气化喷嘴100的安装。

在另一些示例中，喷嘴壳10可以是外部部件的一部分，例如当加氢气化喷嘴100应用到组合式喷嘴200中时，喷嘴壳10是喷嘴座210的一部分，即贯通孔11是开设在喷嘴座210上的通孔，将内芯20安装在该通孔中即完成加氢气化喷嘴100的安装。加氢气化喷嘴100应用到煤气化炉中时，喷嘴壳10是炉体的一部分，即贯通孔11是开设在炉体上的通孔，将内芯20安装在该通孔中即完成加氢气化喷嘴100的安装。

本实施例中以喷嘴壳10是组合式喷嘴200中的喷嘴座210的一部分为例进行说明，但本实施例对喷嘴壳10的实现形式不加以限定，以上均可。对于喷嘴壳10的其它实现形式，与应用在组合式喷嘴200的情况类似，以下不再赘述。

而第二气体喷射通道32沿贯通孔11的孔深方向延伸，具体是指，第二气体喷射通道32可以沿着贯通孔11的轴线方向延伸。示例性的，第二气体喷射通道32的中心轴线和贯通孔11的轴线重合，即内芯20和喷嘴壳10同轴设置，这样利于第一气体喷射通道31中的气体在第二气体喷射通道32中的气体的周向均匀分布，利于二者更好地混合。

另外，本实施例中，第一气体喷射通道31中喷射的气体可以是燃料气体，第二气体喷射通道32中喷出的气体可以是助燃气体，应用在煤加氢气化系统中时，燃料气体可以是氢气，助燃气体可以是氧气，当然，本公开对此不作限定，也可以是其它种类的气体。

其中，第一气体喷射通道31和第二气体喷射通道32中气体的流向可以相同，并且第一气体喷射通道31的喷气端与第二气体喷射通道32的喷气端相邻设置，这样第一气体喷射通道31喷出的气体和第二气体喷射通道32喷出的气体可以在第一气体喷射通道31的喷气端和第二气体喷射通道32的喷气端附近位置相混合。

本实施例中，为了便于说明，进行如下定义：内芯20具有与第二气体喷射通道32的进气端对应的第一端部201，内芯20还具有与第二气体喷射通道32的喷气端对应的第二端部202；喷嘴壳10具有与第一气体喷射通道31的进气端对应的第一端部101；喷嘴壳10还具有与第一气体喷射通道31的喷气端对应的第二端部102。

图4为本公开实施例所述的加氢气化喷嘴中表示气体流动的示意图，图5为本公开实施例所述的加氢气化喷嘴中表示气体流动的另一种示意图。

如前所述，第一气体喷射通道31包括螺旋段311，螺旋段311距离第一气体喷射通道31的喷气端具有间距。换言之，在第一气体喷射通道31中，在气体经过螺旋段311进行了螺旋旋转后，还要经过一段沿内芯20中心轴线方向的直筒通道才能喷出第一气体喷射通道31。这样可以使气体喷出时更为稳定，也使燃烧火焰较为稳定。

参照图4，螺旋段311可以绕内芯20的中心轴线O螺旋布置，以使从第一气体喷射通道31喷出的气体具有周向速度分量T，并且从第一气体喷射通道31喷射出的气体也具有轴向速度分量Z。可以理解的是，气体的周向速度分量T可以分解为沿轴向的速度分量Z和沿径向的速度分量J，而气体沿径向的速度分量J大大加快了气体向周围扩散的速度。不仅加快了和第二气体喷射通道32喷射出的气体的混合速度，还提高了和煤粉的混合速度。

参照图5，当燃料气体喷出后，燃料气体在离心力的作用下，会迅速向四周扩散，在第二气体喷射通道32的喷气口形成低压区。由于低压区的存在，会在内芯20的第二端部202的外侧的第一区域41中形成小涡流，小涡流会加速燃料气体与助燃气体的混合。由于小涡流不仅存在轴向流动，同时存在周向流动，燃料气体受到轴向剪切和周向剪切，这会加速燃料气体的燃烧。

针对于喷射出的燃料气体，其在燃烧扩散的过程中，由于燃料气体具有较大的轴向速度分量Z，这会在第一气体喷射通道31的喷气端外围的第二区域42中形成较大的回流区，此回流区的存在可以加速燃料气体和助燃气体的快速混合。

而对于粉煤加氢气化的过程，需要煤粉在高温氢气条件下快速混合升温，实现煤粉的分级转化联产芳烃、甲烷和清洁半焦。本实施例中通过使燃料气体具有周向速度，可以加快与煤粉的混合，提高了轻质油品的产率。

本实施例中，继续参照图2、图3，内芯20包括第一芯段21，第一芯段21的径向外表面形成有外螺纹22，外螺纹22的牙顶与贯通孔11的内壁贴合，外螺纹22上的螺纹槽23与贯通孔11的内壁之间限定出螺旋段311。

另外，为了使螺旋段311中经过的燃料气体喷出时更为稳定，使火焰更为稳定，可以考虑将螺旋段311中包括的螺旋通道设为多股。示例性的，外螺纹22为多线螺纹，且多线螺纹中每条螺纹均具有靠近第一气体喷射通道31的进气端的第一端部，多线螺纹中各条螺纹的第一端部在内芯20的中心轴线方向上齐平布置。图2的示例中，外螺纹22为三线螺纹，即，螺旋段311包括三股彼此独立的螺旋通道，这三个螺旋通道均沿着内芯20中心轴线的方向螺旋。

参照图1，需要注意的是，螺旋段311沿内芯20中心轴线O方向的高度h需要满足使燃料气体在第一气体喷射通道31中旋转0.3～1圈，过少造成旋流强度低，过多造成燃料气体的阻力大并增大能耗。

螺旋段311旋转一周的高度直接决定燃料气体的旋流速度，燃料气体喷出时的周向速度＝燃料气体的气量÷3*螺旋段沿内芯的轴向横截面的面积S1。燃料气体喷出时的轴向速度＝燃料气体的气量÷3*螺旋段沿内芯的径向横截面积S2。周向速度可以设置为轴向速度的0.3～0.5倍。

换言之，螺旋段311沿内芯20的轴向横截面的面积S1与螺旋段311沿内芯20的径向横截面积S2满足：S1＝(0.3-0.5)S2。

另外，具有周向速度的燃料气体从螺旋段311进入第一气体喷射通道31的直筒段，进入后周向速度开始衰减。因此，螺旋段311距离第一气体喷射通道31的喷气端的长度不宜过长，以防止燃料气体的周向速度大幅度降低。

另外，本实施例中，对于内芯20和贯通孔11的沿内芯20中心轴线方向的相对位置，示例性的，参照图1，内芯20插设在贯通孔11中，内芯20的长度可以大于或者等于贯通孔11的孔深方向的长度。

为了便于不同的气体分别进入第一气体喷射通道31以及第二气体喷射通道32，可以使第一气体喷射通道31的进气端和第二气体喷射通道32的进气端在内芯20的中心轴线O方向上具有不同的位置。示例性的，可以使内芯20的第一端部201在内芯20的中心轴线O的方向上凸出于喷嘴壳10的第一端部101。

在一些示例中，喷嘴壳10的第二端部102在内芯20的中心轴线O的方向上凸出于内芯20的第二端部202，即内芯20向贯通孔11内部发生内缩。这样可以提高火焰的稳定性。

需要注意的是，喷嘴壳10的第二端部102凸出于内芯20的第二端部202的尺寸需要小于或者等于第二气体喷射通道32的内径。

在另一些示例中，喷嘴壳10的第二端部102在内芯20的中心轴线O的方向上还可以与内芯20的第二端部202相齐平。

另外，参照图1，在内芯20的第二端部202外侧还设有倒角结构，倒角结构的外侧面与内芯20的中心轴线O的夹角为θ，该倒角结构的设置可以有效降低第二气体喷射通道32的喷气端处的回流，防止内芯20的第二端部202处形成火焰烧蚀内芯20的第二端部202。

另外，内芯20向贯通孔11内部发生内缩，结合在内芯20的第二端部202外侧还设有倒角结构，可以具有提高喷嘴寿命的效果。

具体的，为避免加氢气化喷嘴100的喷气端处的高温影响加氢气化喷嘴100寿命，需要降低加氢气化喷嘴100的喷气端的混合涡流或者使混合涡流脱离喷气端。以燃料气体是氢气，助燃气体是氧气为例说明时，可以通过降低内芯20的喷气端(第二气体喷射通道32的喷气端)沿内芯20轴向的长度和在内芯20的第二端部202处增加倒角来实现。

由于氢气喷出后从内芯20内的受限空间流动向较大的空间，且在燃烧过程中升温的促进作用下，氢气处于向四周发散流动的状态，本实施例中在氢气中增加旋流(周向速度)后氢气的发散流动会被强化，因而内芯20的第二端部202处倒角的设置可以降低涡流的形成，并且内芯20的第二端部202内缩、也即氧气喷气端内缩可有效地降低氧气喷气端位置处由氢气向外扩散造成的中心负压，即使形成涡流，也会将将涡流向外推，从而使混合涡流易于脱离喷嘴的喷气端，由此提高了喷嘴的寿命。

图6为本公开实施例所述的组合式喷嘴的纵剖结构示意图，图7为本公开实施例所述的组合式喷嘴的俯视图，图8为本公开实施例所述的组合式喷嘴中内芯和喷嘴座的连接结构的示意图。

参照图6、图7，在上述的加氢气化喷嘴100的基础上，本实施例还提供一种组合式喷嘴200，包括喷嘴座210、煤粉喷嘴220以及上述的加氢气化喷嘴100，需要注意的是，加氢气化喷嘴100的结构、功能等已经在上面进行过详细描述，此处不再赘述。

喷嘴座210中具有与第一气体的供给源(未图示)连通的第一气体容置腔室230，煤粉喷嘴220和加氢气化喷嘴100均设置在第一气体容置腔室230的腔壁上，加氢气化喷嘴100的第一气体喷射通道31的进气端与第一气体容置腔室230连通，加氢气化喷嘴100的第二气体喷射通道32的进气端与第二气体的供给源(未图示)连通。

且第一气体喷射通道31的喷气端、第二气体喷射通道32的喷气端、以及煤粉喷嘴220的喷出端均位于喷嘴座210的相同侧。

在上述方案中，第一气体容置腔室230可以与燃料气体供给源连通，燃料气体进入第一气体容置腔室230中后，经过第一气体喷射通道31中的螺旋段311发生螺旋，并产生了沿内芯20周向和轴向的速度。燃料气体和助燃气体在内芯20的第二端部202处形成周向和轴向剪切混合燃烧的刚性火焰，具有周向和轴向的动量。高速喷射燃烧的燃料气体与煤粉喷嘴220喷出的煤粉进行撞击混合，激发加氢气化反应。

在燃料气体的周向速度的作用下，燃料气体的燃烧速度更快，火焰更短，更快的实现燃料气体和煤粉的升温。具体的，从煤粉喷嘴220喷出的煤粉，在具有周向流速和轴向流速的高温燃料气体剪切下，快速的分散升温，实现粉煤加氢气化反应。而燃料气体和煤粉同时快速升温混合，可以提高煤粉升温过程中产生的自由基与燃料气体自由基、例如氢自由基接触的几率，降低挥发分产生自由基间重组反应，提高轻质油品的产率。

另外，喷嘴座210包括底座211和顶盖212，底座211和顶盖212共同围合出上述的第一气体容置腔室230。顶盖212上设有进气口250，进气口250与第一气体的供给源连通，第一气体可以经过该进气口250而进入到第一气体容置腔室230内。

如前所述，煤粉喷嘴220设置在喷嘴座210上，具体实现时，在喷嘴座210上贯穿设置隔离套管260，隔离套管260从喷嘴座210的顶盖212一直贯穿到底座211，需要注意的是，隔离套管260与喷嘴座210是密封接触，即使隔离套管260贯穿了第一气体容置腔室230，第一气体容置腔室230中的气体也不会通过隔离套管260泄露。

在隔离套管260中插入有煤粉管作为煤粉喷嘴220，煤粉喷嘴220一端与煤粉供给源连通，另一端与煤气化炉的炉体内连通，并用于使煤粉喷射到煤气化炉的炉体中。煤粉喷嘴220与隔离套管260需要活动连接，且需要保证热胀后可以彼此相对滑动。

另外，如前所述，加氢气化喷嘴100安装在第一气体容置腔室230的腔壁上。示例性的，在顶盖212和底座211的相对应位置设有通孔，内芯20的第一端部201密封插设在顶盖212的通孔中，内芯20的第一芯段21插设在底座211的通孔中，可以理解的是，加氢气化喷嘴100的贯通孔11形成在底座211上，底座211上设置的通孔即加氢气化喷嘴100的贯通孔11。底座211形成加氢气化喷嘴100的喷嘴壳10。

具体实现时，可以参照图8，使内芯20的第一端部201焊接在顶盖212上。

在一些示例中，参照图6，还可以使加氢气化喷嘴100的中心轴线O与煤粉喷嘴220的中心轴线P相交，并使加氢气化喷嘴100的中心轴线O与煤粉喷嘴220的中心轴线P具有夹角α，使高速喷射的燃料气体与煤粉成一定角度α进行撞击混合，可以激发煤粉和氢气的加氢气化反应。

具体实现时，在顶盖212上设有第一安装部2121，在底座211上与第一安装部2121对应的位置处设有第二安装部2111，第一安装部2121的背离第一气体容置腔室230的外表面与煤粉喷嘴220中心轴线P的夹角为90-α，并且第二安装部2111的背离第一气体容置腔室230的外表面与煤粉喷嘴220中心轴线P的夹角也为90-α，这样从加氢气化喷嘴100中喷出的燃料气体和助燃气体不会受到底座211的外表面的干涉，能够自由扩散。

继续参照图7，加氢气化喷嘴100的数量可以大于或等于3个，且这些加氢气化喷嘴100还围绕煤粉喷嘴220的周向布置。这些加氢气化喷嘴100可以绕着煤粉喷嘴220的周向均布，而均布的加氢气化喷嘴100可以使燃烧气体喷出时具有强大的轴向和周向动量，与中间位置煤粉的混合更为均匀。

另外，示例性的，多个加氢气化喷嘴100位于以煤粉喷嘴220的中心为圆心的同一个圆周Q上，圆周Q的直径D与加氢气化喷嘴100中第一气体喷射通道31的喷气端内径F满足：D＝(2～10)F。

在一些示例中，在煤粉喷嘴220的周向上相邻的加氢气化喷嘴100中的螺旋段311的螺旋方向相反。这样可以使相邻加氢气化喷嘴100中喷出的燃料气体彼此的扰动过程更加明显。

在另一些示例中，第一气体容置腔室230中的进气口250可以位于加氢气化喷嘴100的径向内侧，并且相对于煤粉喷嘴220的中心轴线P对称布置。

在上述组合式喷嘴200的基础上，本实施例还提供一种煤加氢气化炉，包括炉体以及如上述的组合式喷嘴200，组合式喷嘴200设置在炉体上。

可以理解的是，组合式喷嘴的结构和功能原理已经在前述进行过详细说明，此处不再赘述。

本公开实施例中，通过增加燃料气体的周向导向流动，一方面可以降低燃料气体的喷出速度，降低系统能耗。另一方面，由于燃料气体中周向速度的存在，可以强化加氢气化喷嘴100的喷出端燃料气体和助燃气体的混合，缩短火焰长度，提高燃料气体喷出后燃烧速度，并且还增强了加氢气化喷嘴100的喷出端流场的湍动，大大降低了加氢气化喷嘴100碰撞后的惯性动量。

另外，利用该加氢气化喷嘴100可以避免高温氢气与内芯金属的直接接触(火焰脱离加氢气化喷嘴100，混合后温度低于900℃，内芯金属可以承受)，无需对喷嘴壳10和内芯20进行额外的降温措施。大大提高了加氢气化喷嘴100的寿命，同时简化加氢气化喷嘴100结构，降低加氢气化喷嘴100维修等维护费用。

本公开实施例的组合式喷嘴就是利用前述的喷嘴和煤粉喷嘴的合理的设计与组合，形成结构简单、混合效率更高、检修及寿命周期长的组合式喷嘴。利用该组合式喷嘴进行加氢气化反应，利用氢气周向速度剪切与碰撞混合，强化煤粉和高温氢气的混合速率，降低重质油品产率，提高轻质油品产率，提高经济效益。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种加氢气化喷嘴，其特征在于，包括喷嘴壳(10)和内芯(20)，所述喷嘴壳(10)内具有贯通孔(11)，所述内芯(20)插设在所述贯通孔(11)中，所述内芯(20)的径向外表面与所述贯通孔(11)的内壁限定出第一气体喷射通道(31)，所述内芯(20)内还设有沿所述贯通孔(11)的孔深方向延伸的第二气体喷射通道(32)，所述第一气体喷射通道(31)的喷气端与所述第二气体喷射通道(32)的喷气端相邻设置，以使所述第一气体喷射通道(31)喷出的气体和所述第二气体喷射通道(32)喷出的气体相混合；

所述第一气体喷射通道(31)包括螺旋段(311)，所述螺旋段(311)距离所述第一气体喷射通道(31)的喷气端具有间距，且位于所述螺旋段(311)和所述喷气端之间的部分所述第一气体喷射通道(31)形成为直筒段，所述螺旋段(311)绕所述内芯(20)的中心轴线螺旋布置，以使从所述第一气体喷射通道(31)喷出的气体具有周向速度；

所述螺旋段(311)沿所述内芯(20)的轴向横截面的面积S1与所述螺旋段(311)沿所述内芯(20)的径向横截面的面积S2满足：

S1＝(0.3-0.5)S2。

2.根据权利要求1所述的加氢气化喷嘴，其特征在于，所述内芯(20)包括第一芯段(21)，所述第一芯段(21)的径向外表面形成有外螺纹(22)，所述外螺纹(22)的牙顶与所述贯通孔(11)的内壁贴合，所述外螺纹(22)上的螺纹槽(23)与所述贯通孔(11)的内壁之间限定出所述螺旋段(311)。

3.根据权利要求2所述的加氢气化喷嘴，其特征在于，所述外螺纹(22)为多线螺纹，且所述多线螺纹中每条螺纹均具有靠近所述第一气体喷射通道(31)的进气端的第一端部，所述多线螺纹中各条所述螺纹的第一端部在所述内芯(20)的中心轴线方向上齐平布置。

4.根据权利要求2所述的加氢气化喷嘴，其特征在于，所述内芯(20)具有与所述第二气体喷射通道(32)的进气端对应的第一端部(201)，所述喷嘴壳(10)具有与所述第一气体喷射通道(31)的进气端对应的第一端部(101)；所述内芯(20)的第一端部(201)在所述内芯(20)的中心轴线的方向上凸出于所述喷嘴壳(10)的第一端部(101)。

5.根据权利要求1至4任一项所述的加氢气化喷嘴，其特征在于，所述内芯(20)具有与所述第二气体喷射通道(32)的喷气端对应的第二端部(202)，所述喷嘴壳(10)具有与所述第一气体喷射通道(31)的喷气端对应的第二端部(102)；

所述喷嘴壳(10)的第二端部(102)在所述内芯(20)的中心轴线的方向上凸出于所述内芯(20)的第二端部(202)。

6.一种组合式喷嘴，其特征在于，包括喷嘴座(210)、煤粉喷嘴(220)以及如权利要求1至5任一项所述的加氢气化喷嘴(100)；

所述喷嘴座(210)中具有与第一气体的供给源连通的第一气体容置腔室(230)，所述煤粉喷嘴(220)和所述加氢气化喷嘴(100)均设置在所述第一气体容置腔室(230)的腔壁上，所述加氢气化喷嘴(100)的第一气体喷射通道(31)的进气端与所述第一气体容置腔室(230)连通，所述加氢气化喷嘴(100)的第二气体喷射通道(32)的进气端与第二气体的供给源连通；

且所述第一气体喷射通道(31)的喷气端、所述第二气体喷射通道(32)的喷气端、以及所述煤粉喷嘴(220)的喷出端均位于所述喷嘴座(210)的相同侧。

7.根据权利要求6所述的组合式喷嘴，其特征在于，所述加氢气化喷嘴(100)的数量为多个，且多个所述加氢气化喷嘴(100)围绕所述煤粉喷嘴(220)的周向布置。

8.根据权利要求7所述的组合式喷嘴，其特征在于，在所述煤粉喷嘴(220)的周向上相邻的所述加氢气化喷嘴(100)中的螺旋段(311)的螺旋方向相反。

9.根据权利要求7所述的组合式喷嘴，其特征在于，多个所述加氢气化喷嘴(100)位于以所述煤粉喷嘴(220)的中心为圆心的同一个圆周上，所述圆周的直径D与所述加氢气化喷嘴(100)中所述第一气体喷射通道(31)的喷气端内径F满足：D＝(2～10)F。

10.一种煤气化炉，其特征在于，包括炉体以及如权利要求6至9任一项所述的组合式喷嘴(200)，所述组合式喷嘴(200)设置在所述炉体上。

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