CN216427216U - 一种前端涡流薄壁换热的蒸氧喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于碎煤熔渣气化炉的蒸氧喷嘴技术领域，提供了一种前端涡流薄壁换热的蒸氧喷嘴。所述蒸氧喷嘴包括气化剂输送组件、防护组件、连接组件和冷却组件。所述气化剂输送组件用于将氧气和蒸汽混合成的气化剂输送到气化炉；所述防护组件套设在气化剂输送组件外围，用于保护气化剂输送组件；所述连接组件与气化剂输送组件连接，用于将气化剂输送组件与气化炉连接；所述冷却组件设在防护组件内，用于为防护组件降温。通过设置冷却组件能够为防护组件在使用的过程中起到良好的换热效果，从而起到保护作用，降低热应力在高温下造成的设备损坏，进而提高设备的使用寿命。解决现有技术公开的喷嘴前端因为换热效果不足从而造成损坏的问题。

Description

一种前端涡流薄壁换热的蒸氧喷嘴

技术领域

本实用新型属于碎煤熔渣气化炉的蒸氧喷嘴技术领域，尤其涉及一种前端涡流薄壁换热的蒸氧喷嘴。

背景技术

液态排渣的碎煤熔渣加压气化炉是一种高温高压的煤气化设备，是煤炭清洁转化利用的关键技术。蒸氧喷嘴作为该设备中的关键部件，直接影响到气化炉的整体使用工况及开工寿命。

使用方式：6-50mm的煤块从气化炉顶部间隔式加入气化炉内，使整个气化炉内充满煤块。气化技术采用氧气和水蒸气混合成为气化剂，沿气化炉下部圆周安装了一组带有角度的蒸氧喷嘴。蒸氧喷嘴前端直接插入到煤层中，将混合氧气、水蒸气的气化剂高压喷入炉内，高速射流的气化剂与炉内的煤块形成高温反应，形成炉内局部高温(约2000度)气化反应区。

使用环境：正常工作时，蒸氧喷嘴前端高速喷射出的气化剂遇到质量较大的煤块和已经被高温融化的渣浆，形成难以准确判断的复杂环境。可以确认蒸氧喷嘴前端约有1200-1500℃左右的工况温度条件。高温火焰、渣浆和煤炭颗粒等在气化剂的高速流动下带动介质运动，同时由于煤块和熔浆的质量较大，而气化剂质量较小，极易形成气化剂不能够直接穿透煤层的阻流、回火等内部气体不规则流动现象。而不规则的高速气体流动同时带动了熔浆、煤块和高温火焰形成某种运动方式，伸入煤层反应区内的蒸氧喷嘴前端在气体流动形成的磨损作用和气化剂与煤炭形成的高温聚集作用等复杂条件下损坏并最终导致蒸氧喷嘴损坏和失效。同时设备内部的主要介质是煤炭，煤炭的成分非常复杂，在高温高压的条件下，蒸氧喷嘴所处的环境具有强烈的气化反应并伴有其他复杂的化学反应。

现有技术公开的喷嘴前端因为换热效果不足从而造成损坏，进而降低喷嘴整体的使用寿命，在长期高温下或工况不稳定产生恶劣环境时保护层所采用的镍基材料性能下降并失效，最终导致烧损、磨穿冷却水管而损坏。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种前端涡流薄壁换热的蒸氧喷嘴，旨在解决现有技术公开的喷嘴前端因为换热效果不足从而造成损坏，进而降低喷嘴整体的使用寿命的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种前端涡流薄壁换热的蒸氧喷嘴，所述蒸氧喷嘴包括：

气化剂输送组件，用于将氧气和蒸汽混合成的气化剂输送到气化炉；

防护组件，套设在气化剂输送组件外围，用于保护气化剂输送组件；

连接组件，与气化剂输送组件连接，用于将气化剂输送组件与气化炉连接；以及

冷却组件，设在防护组件内，用于为防护组件降温。

优选地，所述气化剂输送组件包括：

增速射流管，进气端管径大于出气端管径，用于加速输送气化剂；以及

等径三通，与增速射流管的进气端连接，所述等径三通的另外两个接口还分别通过带颈对焊法兰与氧气管道和蒸汽管道连接，用于混合形成气化剂。

优选地，所述增速射流管包括多个沿气化剂输送方向依次设置的管件，多个所述管件内径依次减小。

优选地，多个所述管件包括内径依次减小的第三管件、第二管件和第一管件；

所述第一管件与第二管件之间通过第一变径连接管连接；

所述第二管件与第三管件之间通过第二变径连接管连接。

优选地，所述冷却组件包括：

进水盘管，通过连接件与冷却器的进水口连接；以及

回水盘管，一端通过连接件与冷却器的出水口连接，另一端通过冷却水腔与进水盘管连接；

所述进水盘管和回水盘管绕设在气化剂输送组件外围。

优选地，所述冷却组件还包括两个无缝钢管；

两个所述无缝钢管的一端分别通过带颈平焊法兰与冷却器的进水口和出水口连接，另一端分别与进水盘管和回水盘管连接。

优选地，所述冷却水腔包括：

外壳，为空腔结构套设在气化剂输送组件外围，所述外壳的内腔还与回水盘管连接；

内壳，设置在外壳中，所述内壳为空腔结构且套设在气化剂输送组件外围，所述内壳尖端设置有涡扇型出水孔，内壳与外壳间形成的薄壁间隙。

优选地，所述防护组件包括套设在气化剂输送组件外围的保护壳。

优选地，所述连接组件包括与增速射流管连接的法兰盘。

优选地，还包括套设在外壳端部的多个依次套设的陶瓷套，多个所述陶瓷套内径依次减小。

本实用新型实施例提供的一种前端涡流薄壁换热的蒸氧喷嘴，通过设置冷却组件能够为防护组件在使用的过程中起到良好的换热效果，从而起到保护作用，降低热应力在高温下造成的设备损坏，进而提高设备的使用寿命。解决现有技术公开的喷嘴前端因为换热效果不足从而造成损坏，进而降低喷嘴整体的使用寿命的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种前端涡流薄壁换热的蒸氧喷嘴的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的增速射流管的正视图；

图3为本实用新型实施例提供的冷却水腔的正视图。

附图中：冷却水腔1、保护层2、回水盘管3、进水盘管4、保护壳5、增速射流管6、连接件7、膨胀盘管8、法兰盘9、等径三通10、带颈对焊法兰11、带颈平焊法兰12、无缝钢管13、陶瓷套14、第一管件15、第一变径连接管16、第二管件17、第二变径连接管18、第三管件19、内壳20、第一盖板21、第二盖板22、外壳23。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

以下结合具体实施例对本实用新型的具体实现进行详细描述。

如图1所示，为本实用新型的一个实施例提供的一种前端涡流薄壁换热的蒸氧喷嘴的结构图，包括：

气化剂输送组件，用于将氧气和蒸汽混合成的气化剂输送到气化炉；

防护组件，套设在气化剂输送组件外围，用于保护气化剂输送组件；

连接组件，与气化剂输送组件连接，用于将气化剂输送组件与气化炉连接；以及

冷却组件，设在防护组件内，用于为防护组件降温。

在本实用新型的一个实施例中，通过设置冷却组件能够为防护组件在使用的过程中起到良好的换热效果，从而起到保护作用，降低热应力在高温下造成的设备损坏，进而提高设备的使用寿命。

如图1-3所示，作为本实用新型的一种优选实施例，所述气化剂输送组件包括：

增速射流管6，进气端管径大于出气端管径，用于加速输送气化剂；以及

等径三通10，与增速射流管6的进气端连接，所述等径三通10的另外两个接口还分别通过带颈对焊法兰11与氧气管道和蒸汽管道连接，用于混合形成气化剂。

在本实施例的一种情况中，所述增速射流管6包括多个沿气化剂输送方向依次设置的管件，多个所述管件内径依次减小。

在本实施例的另一种情况中，多个所述管件包括内径依次减小第三管件19、第二管件17和第一管件15；

所述第一管件15与第二管件17之间通过第一变径连接管16连接；

所述第二管件17与第三管件19之间通过第二变径连接管18连接。

在本实施中，等径三通10分别与外部的氧气管道和蒸汽管道相连，氧气和蒸汽通过带颈对焊法兰11进入系统，其中氧气通过可以设置同心异径管降流速后进入等径三通10中，蒸汽通过无缝钢管短节进入等径三通10，此时的等径三通10中的蒸汽和氧气在此进行混合。蒸汽与氧气按照一定比例在等径三通10中混合成为气化剂后进入增速射流管6中。第三管件19自中心穿过法兰盘9并与其焊接固定。气化剂在第三管件19中进行稳压输送至第二变径连接管18进行一级增流速、增流速，然后经过第二管件17短暂稳定后进入第一变径连接管16进行二级增流速、增流速，最后气化剂通过第一管件15射流到气化炉内实现蒸氧喷嘴向气化炉内射流输送气化剂的核心功能。

如图1-3所示，作为本实用新型的一种优选实施例，所述冷却组件包括：

进水盘管4，通过连接件7与冷却器的进水口连接；以及

回水盘管3，一端通过另一个连接件7与冷却器的出水口连接，另一端通过冷却水腔1与进水盘管4连接；

所述进水盘管4和回水盘管3绕设在气化剂输送组件外围。

在本实施例的一种情况中，所述冷却组件还包括两个无缝钢管13；

两个所述无缝钢管13的一端分别通过带颈平焊法兰12与冷却器的进水口和出水口连接，另一端分别与进水盘管4和回水盘管3连接。

在本实施例中，所述无缝钢管13还通过膨胀水管8分别与进水盘管4和回水盘管3连接。

在本实施例的另一种情况中，所述冷却水腔1包括：

外壳23，为空腔结构套设在气化剂输送组件外围，所述外壳23的内腔还与回水盘管3连接；

内壳20，设置在外壳23中，所述内壳20为空腔结构且套设在气化剂输送组件外围，所述内壳的内腔还与进水盘管4连接。

在本实施例中，所述内壳20上的第一盖板21与进水盘管4连接，所述外壳23上的第二盖板22与回水盘管3连接。

在本实施例中，冷却水通过无缝钢管13进入到进水盘管4，再进入到内壳20中，从内壳20尖端设置涡扇型出水孔形成涡流状态进入外壳23中与内壳20间形成的薄壁间隙，加速流入外壳23中第一盖板21和第二盖板22的稳压腔体后，经由回水盘管3流出，在这个过程中起到冷却的作用。

还包括套设在外壳23端部的多个依次套设的陶瓷套14，多个所述陶瓷套14内径依次减小。

在本实施例中，陶瓷套14设有三个，3种陶瓷套通过螺纹连接在第一管件15裸露在铸铜外部的外圆上，并形成内部穿插结构，外部形成台阶状。第一管件15裸露在铸铜外部失去了铸铜的保护后直接置入高温区域，通过陶瓷套进行隔温、耐磨的保护，通过第一管件15进入气化炉内的气化剂在受到质量较大的煤块和熔浆进行反应时会在第一管件15前端形成超过1300摄氏度的高温区域，陶瓷套可以有效隔绝高温。当第一管件15出现大块煤炭等不能有效穿透的物体时，所形成的的回火状态通过保护套组件外圆的台阶形成的阻流结构保护铸铜本体不受损伤。

如图1所示，作为本实用新型的一种优选实施例，所述防护组件包括套设在气化剂输送组件外围的保护壳5和保护层2。

在本实施例的一种情况中，所述连接组件包括与增速射流管6连接的法兰盘9。

在本实施例的另一种情况中，所述保护壳5的材质为铸铜，是通过真空铸造工艺在增速射流管6外的铸造无氧纯铜，铸铜的前端设置有保护层2，是通过堆焊实现的3-5mm厚的镍基复合陶瓷保护层。由于增速射流管6大部分范围处于炉内高温区，通过铸铜组件单元实现阻挡炉内环境对增速射流管6的高温、冲刷和腐蚀作用。纯铜具有高效的导热能力，设置的冷却组件，通过冷却组件为保护壳5和保护层2换热，使保护壳5和保护层2温度整体下降，有效避免保护壳5和保护层2的高温应力问题发生并保证铸铜外的镍基陶瓷保护层的性能稳定，从而保护增速射流管6，延长使用寿命。

在本实施例中，法兰盘9是用于连接气化炉的连接单元，也是隔绝气化炉内外环境的零件。气化剂输送组件和冷却组件分别穿过法兰盘9并与其焊接连接。法兰盘9炉内端面堆焊镍基合金防腐。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种前端涡流薄壁换热的蒸氧喷嘴，其特征在于，所述蒸氧喷嘴包括：

气化剂输送组件，用于将氧气和蒸汽混合成的气化剂输送到气化炉；

防护组件，套设在气化剂输送组件外围，用于保护气化剂输送组件；

连接组件，与防护组件连接，用于将防护组件与气化炉连接；以及

冷却组件，设在防护组件内，用于为气化剂输送组件降温；

所述冷却组件包括：

进水盘管，通过连接件与冷却器的进水口连接；以及

回水盘管，一端通过连接件与冷却器的出水口连接，另一端通过冷却水腔与进水盘管连接；

所述进水盘管和回水盘管绕设在气化剂输送组件外围；

所述冷却水腔包括：

外壳，为空腔结构套设在气化剂输送组件外围，所述外壳的内腔还与回水盘管连接；

内壳，设置在外壳中，所述内壳为空腔结构且套设在气化剂输送组件外围，所述内壳的内腔还与进水盘管连接；

还包括套设在外壳端部的多个依次套设的陶瓷套，多个所述陶瓷套内径依次减小。

2.根据权利要求1所述的一种前端涡流薄壁换热的蒸氧喷嘴，其特征在于，所述气化剂输送组件包括：

增速射流管，进水端管径大于出水端管径，用于加速输送气化剂；以及

等径三通，与增速射流管的进水端连接，所述等径三通的另外两个接口还分别通过带颈对焊法兰与氧气管道和蒸汽管道连接。

3.根据权利要求2所述的一种前端涡流薄壁换热的蒸氧喷嘴，其特征在于，所述增速射流管包括多个沿气化剂输送方向依次设置的管件，多个所述管件内径依次减小。

4.根据权利要求3所述的一种前端涡流薄壁换热的蒸氧喷嘴，其特征在于，多个所述管件包括内径依次减小第一管件、第二管件和第三管件；

所述第一管件与第二管件之间通过第二变径连接管连接；

所述第二管件与第三管件之间通过第一变径连接管连接。

5.根据权利要求1所述的一种前端涡流薄壁换热的蒸氧喷嘴，其特征在于，所述冷却组件还包括两个无缝钢管；

两个所述无缝钢管的一端分别通过带颈平焊法兰与冷却器的进水口和出水口连接，另一端分别与进水盘管和回水盘管连接。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种前端涡流薄壁换热的蒸氧喷嘴，其特征在于，所述防护组件包括套设在气化剂输送组件外围的外壳。

7.根据权利要求6所述的一种前端涡流薄壁换热的蒸氧喷嘴，其特征在于，所述连接组件包括与外壳连接的法兰盘。

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