CN205035330U - 一种带旋流器的三通道内外混水煤浆多级气化喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于雾化燃烧技术领域，涉及一种带旋流器的三通道内外混水煤浆多级气化喷嘴，主要包括中心氧通道、内环水煤浆通道、外环氧通道、中心及外环旋流器、“Y”型孔和“T”型孔等。与传统的三通道气化喷嘴相比，本设计中“Y”型和“T”型两排气孔可使气化剂与水煤浆在内环通道内预先混合，实现初级雾化；气化剂通道中的旋流器使雾化角稳定可调节，并且缩短了火焰长度；三通道喷口处三股射流通过交叉撞击实现雾化，避免了传统结构中预混合室内气浆混合物对喷嘴的高速磨蚀，有效增加了喷嘴寿命。本设计的喷嘴存在雾化效果好，煤气化效率及有效气产率高，燃烧污染物排放少，喷嘴使用寿命长，气化炉装置运行成本低等优点。

Description

一种带旋流器的三通道内外混水煤浆多级气化喷嘴

技术领域

本实用新型属于雾化燃烧技术领域，涉及一种带旋流器的三通道内外混水煤浆多级气化喷嘴。

背景技术

煤炭作为我国第一大化石能源，长期以来其利用效率较低，多作为一次性能源直接焚烧，不仅利用效率低，造成大量的能源浪费，而且还导致了大气污染，水污染等一系列环境问题，因此加强煤炭资源的清洁高效利用是非常重要的课题。将煤炭这种“不清洁”能源加工成清洁的气体和液体燃料的探索使“洁净煤技术”应运而生。其中，煤气化便是“洁净煤技术”的典型代表。该技术是指煤炭在一定温度和压力下，在气化剂(氧气或水蒸气)作用下，经过一系列化学反应生成煤气(CO+H₂)的过程。煤气化技术能大大提高煤炭资源利用率，减少燃烧污染物的生成。在众多煤气化方法中，以水煤浆为原料的气化技术应用最为广泛。

水煤浆在气化剂的辅助下通过喷嘴得以雾化，其雾化效果能直接影响碳转化率和反应程度，喷雾形状还能够影响气炉内温度场和炉壁耐火砖的使用寿命，因此气化喷嘴是煤气化过程一个至关重要的设备。目前国内外已有各种水煤浆气化喷嘴中，Texaco公司的喷嘴占据了大壁江山，其专利产品包括双通道气流雾化喷嘴、三通道气流雾化喷嘴和五通道气流雾化喷嘴等。其中应用最为广泛的是三通道雾化喷嘴，该种喷嘴由三个同轴心环形通道组成，从内到外依次为中心氧通道、内环水煤浆通道以及外环氧通道。其工作原理是利用中心氧通道及外环氧通道气流流速远大于水煤浆流速的特点，通过气浆之间的混合射流剪切作用实现水煤浆的气化。中心氧喷口距内环水煤浆喷口之间存在一定距离，使水煤浆和中心氧形成一个预混合室，实现气浆的第一次混合。从预混合室出来的气浆混合物受外环氧喷口喷出的高速射流氧气冲击作用，实现雾化过程。

此种水煤浆气化喷嘴结构简单，应用范围广泛，但其存在以下缺点：

1.雾化性能欠佳。此种喷嘴气化剂与浆液仅存在两次接触，煤气化不够充分，碳转化率和有效产物(CO+H₂)产率不高。

2.中心氧与外环氧比例分配易不均。若中心氧量太小，达不到对煤浆的稀释和加速作用。若中心氧量太大，一方面使预混合室的混合物流速过大，造成预混合室磨损严重，降低喷嘴寿命，另一方面中心氧量过大造成火焰过长，燃烧不充分，引起气化效率的降低，并且影响炉底激冷循环的工作，减小气化炉寿命。

3.喷嘴寿命短。由于水煤浆是高粘度流体，且含有大量的颗粒悬浮物，因此预混合室内的气浆混合物会对喷嘴造成非常严重的高速磨蚀和侵蚀，因此造成此种喷嘴使用寿命短，一般只有两个月。

实用新型内容：

本实用新型旨在解决上述问题，提供了一种带旋流器的三通道内外混水煤浆多级气化喷嘴，它传统结构中预混合室内气浆混合物对喷嘴的高速磨蚀的缺点，具有雾化效果好，煤炭转化率高，有效气产率高，雾化锥角及喷射形状可调节，使用寿命长等优点。其采用的技术方案如下：

一种带旋流器的三通道内外混水煤浆多级气化喷嘴，包括外环氧通道、外环直管段、“Y”型孔、内环水煤浆通道、“T”型孔、内环直管、中心氧通道、中心直管段、外环旋流器、外环喷口、内环喷口、中心喷口、中心旋流器，所述的中心氧通道、内环水煤浆通道、外环氧通道三通道构成同心的环管状结构；所述的中心氧通道由中心直管段及中心喷口通过机械配合后再固接而成，中心喷口内安装中心旋流器；所述的内环水煤浆通道由内环直管段及内环喷口通过机械配合后再固接而成，内环直管段上沿周向依次均匀开设8个“Y”型槽和8个“T”型槽；所述的外环氧通道由外环直管段及外环喷口通过机械配合后再固接而成，外环喷口内安装外环旋流器；所述的中心旋流器的外径等于中心喷口的内径，两者通过机械作用紧密配合；所述的外环旋流器的外径等于外环喷口的内径，两者通过机械作用紧密配合。

所述的中心喷口、内环喷口以及外环喷口均呈锥形向内收缩成一定角度，中心喷口的收缩半角为与水平方向成15°，内环喷口的收缩半角为与水平方向成30°，外环喷口的收缩半角为与水平方向成60°。

在内环水煤浆通道壁面上沿周向先后均匀开设8个“Y”型孔和8个“T”型孔。外环氧气首先从“Y”型气孔进入内环水煤浆通道，气浆之间剧烈的动量交换将水煤浆撕裂成细丝或薄的液膜，气浆混合物在内环管内向前流动，外环氧气从第二排“T”型孔进入并冲击薄液膜，薄液膜再次破碎成细液丝或大液滴。所述的内环水煤浆通道壁面上开设气孔，一方面使外环氧气两次冲击水煤浆液膜，起到了初步雾化作用，提高了煤气化效率；另一方面，进入内环通道的各股气流的径向动能大小相等,而气孔成轴对称分布，因此各股气流方向相互抵消，大大减小了冲刷壁面的现象，有效控制了壁面磨损。在中心喷口及外环喷口内设置旋流器。旋流器的作用是通过提高气化剂的旋流速率，优化调节喷嘴的雾化角，从而提升雾化效果，提高煤气化产率。另外，通过旋流作用还可以改善气化剂轴向速度过大造成的火焰细长的问题，对炉膛的耐火砖起保护作用，延长了炉子的寿命。

不存在传统结构中的气浆预混合室。中心氧、内环水煤浆以及外氧管喷头近似在同一位置处，不存在传统三通道喷嘴的预混合室。三通道的喷口处设计成同轴交叉式，三股物料之间沿不同角度交叉射流，外环氧与中心氧射流速度很大，水煤浆在两者双重夹击下迅速高效雾化。该结构从根本上避免了预混合室内气浆混合物对喷嘴的磨蚀，是提高喷嘴使用寿命的关键。

气浆内外混兼备，三级雾化，雾化效果好。外环氧通道内的气化剂通过内环壁面上的开孔进入水煤浆通道，气浆在内环通道内混合，实现了水煤浆的一级和二级雾化。外环气化剂，内环气浆混合物，中心气化剂在喷口外混合，三股射流之间剧烈的对撞作用使浆液迅速雾化成细小颗粒。该喷嘴实现了气浆先内混后外混，共进行三级雾化，因此雾化效果好。

有益效果：喷嘴雾化效果好，增加了水煤浆气化效率和有效气产率，减少了燃烧污染物的排放；雾化角稳定且便于调节，火焰长度适中，对炉膛耐火砖起到保护作用，增加了气化炉寿命；喷嘴磨损减轻，提高了喷嘴寿命，大大节省了停工及维修更换喷嘴的费用。

附图说明：

图1：本实用新型的水煤浆喷嘴轴向剖视图；

图2：本实用新型的喷嘴端面处右视图。

符号说明

1.外环氧通道，2.外环直管段，3.“Y”型孔，4.内环水煤浆通道，5.“T”型孔，6.内环直管段，7.中心氧通道，8.中心直管段，9.外环旋流器，10.外环喷口，11.内环喷口，12.中心喷口，13.中心旋流器。

具体实施方式：

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明：

如图1-2所示：一种带旋流器的三通道内外混水煤浆多级气化喷嘴，包括外环氧通道1，外环直管段2，“Y”型孔3，内环水煤浆通道4，“T”型孔5，内环直管段6，中心氧通道7，中心直管段8，外环旋流器9，外环喷口10，内环喷口11，中心喷口12，中心旋流器13，所述的中心氧通道7、内环水煤浆通道4、外环氧通道1三通道构成同心的环管状结构；所述的中心氧通道7由中心直管段8及中心喷口12通过机械配合后再固接而成，中心喷口12内安装中心旋流器13；所述的内环水煤浆通道4由内环直管段6及内环喷口11通过机械配合后再固接而成，内环直管段6上沿周向依次均匀开设8个“Y”型槽和8个“T”型槽；所述的外环氧通道1由外环直管段2及外环喷口10通过机械配合后再固接而成，外环喷口内安装外环旋流器9；所述的中心旋流器13的外径等于中心喷口12的内径，两者通过机械作用紧密配合；所述的外环旋流器9的外径等于外环喷口10的内径，两者通过机械作用紧密配合。

上述的中心喷口12、内环喷口11以及外环喷口10均呈锥形向内收缩成一定角度，中心喷口12的收缩半角为与水平方向成15°，内环喷口11的收缩半角为与水平方向成30°，外环喷口10的收缩半角为与水平方向成60°。

具体工作方式：小部分(约8％-20％)的气化剂从中心氧通道7进入，在中心喷口12内的中心旋流器13作用下，气化剂产生了一定的旋流速率，并由于中心喷口向内缩颈被加速至在150m/s～180m/s。其余大部分气化剂进入外环氧通道1，其中部分气化剂先后通过内环管6壁面上开设的两排“Y”型孔和“T”型进入内环水煤浆通道4中，气浆在内环通道内混合，由于气浆之间存在很大速度差，剧烈的动量交换使水煤浆雾化成细丝状液膜或者大液滴，实现水煤浆的一级和二级雾化，初步雾化后的气浆混合物在内环喷口11处由于缩颈被加速至12-18m/s。外环氧通道1内剩余气化剂继续流至外环喷口10，在外环旋流器9的作用下产生了一定的旋流速率，同样由于缩颈作用被加速至160m/s～180m/s。中心氧通道7，内环管水煤浆通道4以及外环氧通道1喷口处的缩颈角度不同，因此形成三股不同角度的交叉射流，位于中间的水煤浆细液膜在内、外高速气化剂双重夹击对撞下产生强烈的雾化，被迅速雾化成非常细小的颗粒，至此整个三级雾化过程完成，雾化效果好。

以上以举例方式对本实用新型进行了说明，但本实用新型不限于上述具体实施例，凡基于本实用新型所做的任何改动或变型均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (2)

1.一种带旋流器的三通道内外混水煤浆多级气化喷嘴，其特征在于：包括外环氧通道(1)、外环直管段(2)、“Y”型孔(3)、内环水煤浆通道(4)、“T”型孔(5)、内环直管段(6)、中心氧通道(7)、中心直管段(8)、外环旋流器(9)、外环喷口(10)、内环喷口(11)、中心喷口(12)、中心旋流器(13)，所述的中心氧通道(7)、内环水煤浆通道(4)、外环氧通道(1)三通道构成同心的环管状结构；所述的中心氧通道(7)由中心直管段(8)及中心喷口(12)通过机械配合后再固接而成，中心喷口(12)内安装中心旋流器(13)；所述的内环水煤浆通道(4)由内环直管段(6)及内环喷口(11)通过机械配合后再固接而成，内环直管段(6)上沿周向依次均匀开设8个“Y”型槽和8个“T”型槽；所述的外环氧通道(1)由外环直管段(2)及外环喷口(10)通过机械配合后再固接而成，外环喷口内安装外环旋流器(9)；所述的中心旋流器(13)的外径等于中心喷口(12)的内径，两者通过机械作用紧密配合；所述的外环旋流器(9)的外径等于外环喷口(10)的内径，两者通过机械作用紧密配合。

2.根据权利要求1所述的一种带旋流器的三通道内外混水煤浆多级气化喷嘴，其特征在于：中心喷口(12)、内环喷口(11)以及外环喷口(10)均呈锥形向内收缩成一定角度，中心喷口(12)的收缩半角为与水平方向成15°，内环喷口(11)的收缩半角为与水平方向成30°，外环喷口(10)的收缩半角为与水平方向成60°。