CN203393115U - 一种设有内置挡板的气化喷嘴 - 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），通道（6）中安装挡板（8），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，燃料通道中内置挡板，弱化燃料内部的粘黏作用，使燃料形成独立的多个流股，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

一种设有内置挡板的气化喷嘴

技术领域

本实用新型涉及一种气化喷嘴，可用于气化各种气态、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。尤其适用于气化水煤浆、渣油等黏度较大的液态碳氢燃料的气化。

背景技术

煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。煤炭被誉为黑色的金子，工业的食粮，它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。

煤炭气化技术主要分为三大类：固定床气化工艺、流化床气化工艺和气流床气化工艺。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，但合成气中通常含有大量焦油，致使合成气的净化流程比较复杂。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。

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。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。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。

发明内容

本实用新型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。此外，该气化喷嘴的燃料通道中内置挡板，将碳氢燃料有效分隔开来，弱化碳氢燃料内部的粘黏作用，使碳氢燃料形成相对独立的多个流股，然后相互强烈碰撞。该气化喷嘴能有效的将气化剂和燃料均匀分布在整个气化炉内，合理的利用气化炉的整个空间。

本实用新型采用的技术方案是：一种设有内置挡板的气化喷嘴，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；

所述外环向内喷射环形通道6内沿喷射方向设有若干个挡板8，可使喷射燃料形成相对独立的多个流股；

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A为90°-180°之间；

所述内环向外喷射环形通道7的内侧倾角B为90°-180°之间。

所述外环向内喷射环形通道6的外侧倾角A为120°-160°；

所述挡板8的个数为2-8个，均匀分布在所述外环向内喷射环形通道6内。

优选的,所述挡板8的个数为3-6。

所述内环向外喷射环形通道7的内侧倾角B为120°-160°。

所述外环向内喷射环形通道6的外侧倾角A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B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渣油等高黏度的液态碳氢燃料的高温气化，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。气化喷嘴的燃料通道中内置挡板，弱化燃料内部的粘黏作用，使燃料形成独立的多个流股，然后相互猛烈撞击。气化剂与气化剂之间，燃料与燃料之间，气化剂与燃料之间发生相互碰撞。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俯视图

图2是图1的C-C向结构剖视图

图3是图1的D-D向结构剖视图

图中：

1、外圆环体              2、中圆环体   3、内圆环体

4、冷却室                5、喷头       6、外环向内喷射环形通道

7、内环向外喷射环形通道  8、挡板       A、外侧倾角

B、内侧倾角

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，通道6中装有挡板8，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。

碳氢燃料由外环向内喷射环形通道6进入气化炉，外环向内喷射环形通道6内沿喷射方向均匀分布有若干个挡板8，可使喷射燃料形成相对独立的多个流股；挡板8的数目可以为2-8个，优选3-6个，本实施例中为4个。

气化剂由内环向外喷射环形通道7进入气化炉。

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A为90°-180°之间；内环向外喷射环形通道7的内侧倾角B为90°-180°之间。

优选的，外环向内喷射环形通道6的外侧倾角A为120°-160°；内环向外喷射环形通道7的内侧倾角B为120°-160°。

进一步，外环向内喷射环形通道6的外侧倾角A、所述内环向外喷射环形通道7的内侧倾角B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。优选用于水煤浆和渣油等黏度较大的液态燃料高温气化。

应用例1

质量浓度为62%的水煤浆，由外环向内喷射的环形通道6通入气化炉。99%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4MPa，操作温度为1300℃。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。

应用例2

输送浓度为380Kg/m³的煤粉，由外环向内喷射的环形通道6通入气化炉。98%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3MPa，操作温度为1350℃。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。

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)

1.一种设有内置挡板的气化喷嘴，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）；

所述外环向内喷射环形通道（6）内沿喷射方向设有若干个挡板（8），可使喷射燃料形成相对独立的多个流股；

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：所述冷却室（4）有两个对称的接口，一端为进水口，一端为出水口。

3.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）的外侧倾角（A）为90°-180°之间；

4.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）的内侧倾角（B）为90°-180°之间。

5.根据权利要求3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（A）为120°-160°；

6.根据权利要求3所述的气化喷嘴，其特征在于：所述挡板（8）的个数为2-8个，均匀分布在所述外环向内喷射环形通道（6）内。

7.根据权利要求6所述的气化喷嘴，其特征在于：所述挡板（8）的个数为3-6。

8.根据权利要求4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（B）为120°-160°。

9.根据权利要求3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（A）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（B）为平滑的圆弧倾角。

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