CN203269880U - 一种新型的气化喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种新型的气化喷嘴，包括外圆环体（1）、中圆环体（2）、内圆环体（3）、冷却室（4）和喷头（5），外圆环体（1）、中圆环体（2）和内圆环体（3）组成截面为同心圆的环管状结构，喷头（5）位于环管状结构的下端；外圆环体（1）与中圆环体（2）之间设有外环向内喷射环形通道（6），中圆环体（2）和内圆环体（3）之间设有内环向外喷射环形通道（7）；冷却室（4）成环形，设置在外圆环体（1）靠近喷头（5）的一端。该喷嘴结构的气化剂和燃料可以向不同方向喷射并发生撞击，更有利于气化剂和燃料在整个气化炉内的均匀分布，合理的利用气化炉的整个空间。

Description

一种新型的气化喷嘴

技术领域

本实用新型涉及一种气化喷嘴，尤其涉及一种用于气化各种气态、液体或固态的碳氢化合物，如水煤浆、粉煤、石油、渣油、天然气、焦炉气等及它们的混合物的气化喷嘴。

背景技术

煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料，是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。与石油、天然气相比，煤炭是一种较难于清洁利用的化石原料。煤炭气化过程可以将难以加工处理的煤中的C、H元素转化为清洁合成气或燃料气：CO和氢气，是煤炭高效清洁利用的重要途径。

煤炭气化技术可以粗略分为固定床气化工艺、流化床气化工艺、气流床气化工艺。在固定床气化工艺中，一般以一定大小的块煤或成型煤为原料，气化剂与煤料逆流接触。反应灰渣和生成气的显热分别预热新鲜的气化剂和煤料。固定床气化炉一般热效率较高。流化床气化工艺是指煤粒在流态化情况下与气化剂反应。在流化态情况下气-固之间的传热和传质都更加充分，床层中气固两相的混合接近于理想混合反应器，煤粒分布和温度分布都比较均一。在气流床气化工艺中，煤浆或煤粉颗粒与气化介质通过喷嘴高速喷入气化炉内，引起卷吸并高度湍流，气化炉内的充分混合，有利于气化反应的完全进行。气流床气化技术是在高温高压下反应，气化炉内混合较好，这些特点使其在单位时间和单位体积内有很高的生产能力。目前比较成熟的气流床气化工艺有Shell、GSP、Texaco和多喷嘴对置气化炉等。

2004年，华东理工大学的专利CN2756637Y公开了一种粉煤部分氧化制备合成气烧嘴。该烧嘴包括外环喷头、内环喷头、烧嘴中心导管和烧嘴外导管。内环喷头和外环喷头分别为一个截头的锥管。在煤粉气化的过程中，煤粉和气化剂一起向烧嘴中线喷射。2006年，专利CN100441945C公开了一种集束型气化或燃烧喷嘴及其工业应用。该集束型气化结构包括壳体和设置在壳体中的多个喷嘴。喷嘴结构又包括有外套管和设置在外套管内的内套管、下管板、上管板和冷却室。在燃料的气化过程中，燃料和气化剂都垂直于喷嘴向下喷出。该集束型喷嘴具有火焰相对较短，趋于矩形的特点，有利于保护气化炉中下部耐火砖，延长耐火砖的使用寿命。1995年，专利CN1054080C公开了一种带有旋流器的三通道组合式水煤浆气化喷嘴。该喷嘴主要由中心喷管、内环喷管、外环喷管、旋流器以及冷却系统诸零部件组合安装而成。在气化过程中，燃料和气化剂通过环形通道一起向喷嘴中轴线方向喷射。在旋流器的作用下，气化剂的雾化角被提高，促进了气化剂与燃料之间的快速混合，有利于提高燃料的转化率及气相中有效组分的含量。另外火焰的燃烧长度也被缩短，能够从整体上延长气化炉的使用寿命。在以上专利中，燃料和气化剂通过喷嘴的通道或一起向喷嘴的锥头喷射，或一起垂直于喷头向下喷射。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是提供一种新型的气化喷嘴，该喷嘴结构的气化剂和燃料可以向不同方向喷射并发生撞击，更有利于气化剂和燃料在整个气化炉内的均匀分布，合理的利用气化炉的整个空间。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种新型的气化喷嘴，其特征在于：包括外圆环体1、中圆环体2、内圆环体3、冷却室4和喷头5，所述外圆环体1、中圆环体2和内圆环体3组成截面为同心圆的环管状结构，所述喷头5位于所述环管状结构的下端；所述外圆环体1与中圆环体2之间设有外环向内喷射环形通道6，所述中圆环体2和内圆环体3之间设有内环向外喷射环形通道7；所述冷却室4成环形，设置在外圆环体1靠近喷头5的一端。

所述外圆环体1的内径在接近所述喷头5的位置处呈渐缩式结构。

所述中圆环体2的内径在接近所述喷头5的位置处呈渐扩式结构，外径在接近所述喷头5的位置处呈渐缩式结构。

所述内圆环体3在接近所述喷头5的位置处呈一个直径逐渐扩大的圆台。

所述外环向内喷射环形通道6在接近所述喷头5处逐渐收窄，从而加大物料的喷射速度。

所述内环向外喷射环形通道7在接近所述喷头5处逐渐收窄，从而加大物料的喷射速度。

所述冷却室4有两个对称的接口，一端为进水口，一端为出水口。

所述外环向内喷射环形通道6的外侧倾角α为90°-180°之间，所述外环向内喷射环形通道6的内侧倾角β与外侧倾角α和小于180°；所述内环向外喷射环形通道7的内侧倾角γ为90°-180°之间，所述内环向外喷射环形通道7的外侧倾角θ与内侧倾角γ和小于180°。

优选的，所述外环向内喷射环形通道6的外侧倾角α为115°-165°、内侧倾角β为20°-70°；所述内环向外喷射环形通道7的内侧倾角γ为115°-165°、外侧倾角θ为20°-70°。

优选的，所述外环向内喷射环形通道（6）的外侧倾角（α）、内侧倾角（β）均为平滑的圆弧倾角。所述内环向外喷射环形通道（7）的内侧倾角（γ）、外侧倾角（θ）均为平滑的圆弧倾角。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

（1）结构简单，适宜于安装在气化炉的中央顶部。可用于气化各种碳氢化合物。碳氢化合物可以是气态、液态或固态，如水煤浆、粉煤、石油、渣油、天然气、焦炉气等及混合物。气化剂可以是氧气、空气、水蒸气及混合物。尤其适宜于水煤浆和粉煤的高温气化，生产富含CO和H₂的合成气。生成的合成气可用作化工原料气、燃料气、制氢、合成液体燃料、发电等，用途非常广泛。

（2）在该喷嘴结构中，气化剂和燃料可以向不同方向喷射并发生撞击。外环向内喷射环形通道和内环向外喷射环形通道在喷头处逐渐收窄，能够加大物料的喷射速度。这样气化剂与气化剂之间，燃料与燃料之间，气化剂与燃料之间会发生相互碰撞。这种碰撞有力的提高了燃料及气化剂在整个气化炉内的分散，使燃料更容易离变为细小的微体，增加了其与气化剂的接触面积，有利于燃料的充分反应燃烧，能有效提高碳转化率达到97%～99%。

（3）由于气化剂和燃料需要向不同的方向喷射，促使喷嘴的外环通道更加的远离喷嘴的中轴线，这样就能更加充分有效的利用气化炉的整个空间。

附图说明

图1是本实用新型的一个实施例的结构剖视图

图2是图1的A-A向示意图

具体实施方式

实施例1

如图1、2所示，一种新型的气化喷嘴，包括外圆环体1、中圆环体2、内圆环体3、冷却室4和喷头5，外圆环体1、中圆环体2和内圆环体3组成截面为同心圆的环管状结构，喷头5位于环管状结构的下端；外圆环体1与中圆环体2之间设有外环向内喷射环形通道6，中圆环体2和内圆环体3之间设有内环向外喷射环形通道7；冷却室4成环形，设置在外圆环1体靠近喷头5的一端。

外圆环体1的内径在接近喷头5的位置处呈渐缩式结构。

中圆环体2的内径在接近喷头5的位置处呈渐扩式结构，外径在接近喷头5的位置处呈渐缩式结构。

内圆环体3在接近喷头5的位置处呈一个直径逐渐扩大的圆台。

外环向内喷射环形通道6在接近喷头5处逐渐收窄，从而加大物料的喷射速度。此通道既可以通气化剂又可以通燃料，优选通燃料。

内环向外喷射环形通道7在接近喷头5处逐渐收窄，从而加大物料的喷射速度。此通道既可以通气化剂又可以通燃料，优选通气化剂。

冷却室4有两个对称的接口，一端为进水口，一端为出水口，可用于降低气化喷嘴底部的温度。

外环向内喷射环形通道6的外侧倾角α为90°-180°之间，外环向内喷射环形通道6的内侧倾角β与外侧倾角α和小于180°；内环向外喷射环形通道7的内侧倾角γ为90°-180°之间，内环向外喷射环形通道7的外侧倾角θ与内侧倾角γ和小于180°。

优选的，外环向内喷射环形通道6的外侧倾角α为115°-165°、内侧倾角β为20°-70°；内环向外喷射环形通道7的内侧倾角γ为115°-165°、外侧倾角θ为20°-70°。

进一步，外环向内喷射环形通道6的外侧倾角α、内侧倾角β、所述内环向外喷射环形通道7的内侧倾角γ、外侧倾角θ均为平滑的圆弧倾角。

该气化喷嘴适宜安装在气化炉顶部中央，这样更有利于有效利用气化炉的整个空间。该气化喷嘴可用于气化各种碳氢化合物。碳氢化合物可以是气态、液态或固态，如水煤浆、粉煤、石油、渣油、天然气、焦炉气等及混合物。气化剂可以是氧气、空气、水蒸气及混合物。优选用于水煤浆和粉煤的高温气化。

应用例1

输送浓度为400Kg/m3的煤粉，由外环向内喷射的环形通道6通入气化炉。99.8%的氧气为气化剂由内环向外喷射环形通道7通入气化炉。400℃的过热水蒸气也由内环向外喷射环形通道7进入气化炉。气化炉的操作压力为4MPa，操作温度为1300℃。煤粉在气化炉内充分燃烧气化。有效气组分CO+H₂的含量为85%。碳转化率达到99%。该合成气可用于生产化肥、甲醇、制氢、液体燃料和燃料气等。

应用例2

质量浓度为60%的水煤浆，由外环向内喷射的环形通道6通入气化炉。99.8%的氧气为气化剂由内环向外喷射环形通道7通入气化炉。气化炉的操作压力为5MPa，操作温度为1350℃。燃料在气化炉内充分燃烧气化。有效气组分CO+H₂的含量为83%。碳转化率达到99%。该合成气可用于生产化肥、甲醇、制氢、液体燃料和燃料气等。

以上仅对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种新型的气化喷嘴，其特征在于：包括外圆环体（1）、中圆环体（2）、内圆环体（3）、冷却室（4）和喷头（5），所述外圆环体（1）、中圆环体（2）和内圆环体（3）组成截面为同心圆的环管状结构，所述喷头（5）位于所述环管状结构的下端；所述外圆环体（1）与中圆环体（2）之间设有外环向内喷射环形通道（6），所述中圆环体（2）和内圆环体（3）之间设有内环向外喷射环形通道（7）；所述冷却室（4）成环形，设置在外圆环体（1）靠近喷头（5）的一端;

所述外圆环体（1）的内径在接近所述喷头（5）的位置处呈渐缩式结构;

所述中圆环体（2）的内径在接近所述喷头（5）的位置处呈渐扩式结构，外径在接近所述喷头（5）的位置处呈渐缩式结构;

所述内圆环体（3）在接近所述喷头（5）的位置处呈一个直径逐渐扩大的圆台。

2.根据权利要求1所述的气化喷嘴，其特征在于：所述外环向内喷射环形通道（6）在接近所述喷头（5）处逐渐收窄，从而加大物料的喷射速度。

3.根据权利要求1所述的气化喷嘴，其特征在于：所述内环向外喷射环形通道（7）在接近所述喷头（5）处逐渐收窄，从而加大物料的喷射速度。

4.根据权利要求1所述的气化喷嘴，其特征在于：所述冷却室（4）有两个对称的接口，一端为进水口，一端为出水口。

5.根据权利要求2所述的气化喷嘴，其特征在于：所述外环向内喷射环形通道（6）的外侧倾角（α）为90°-180°之间，所述外环向内喷射环形通道（6）的内侧倾角（β）与外侧倾角（α）和小于180°。

6.根据权利要求3所述的气化喷嘴，其特征在于：所述内环向外喷射环形通道（7）的内侧倾角（γ）为90°-180°之间，所述内环向外喷射环形通道（7）的外侧倾角（θ）与内侧倾角（γ）和小于180°。

7.根据权利要求5所述的气化喷嘴，其特征在于：所述外环向内喷射环形通道（6）的外侧倾角（α）为115°-165°、内侧倾角（β）为20°-70°。

8.根据权利要求6所述的气化喷嘴，其特征在于：所述内环向外喷射环形通道（7）的内侧倾角（γ）为115°-165°、外侧倾角（θ）为20°-70°。

9.根据权利要求7所述的气化喷嘴，其特征在于：所述外环向内喷射环形通道（6）的外侧倾角（α）、内侧倾角（β）均为平滑的圆弧倾角。

10.根据权利要求8所述的气化喷嘴，其特征在于：所述内环向外喷射环形通道（7）的内侧倾角（γ）、外侧倾角（θ）均为平滑的圆弧倾角。

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