CN218262389U - 一种熔铁浴气化用超音速吊吹复合喷枪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种熔铁浴气化用超音速吊吹复合喷枪，包括枪体，所述枪体中设有喷枪中央管道、轴向燃料管、固废颗粒喷吹管、主氧气管，所述喷枪中央管道沿其轴向依次设有燃烧室、渐缩管、喉口管、扩张管、稳流管，燃烧室中设有点火装置；主氧气管的一端和轴向燃料管的一端与燃烧室相连，固废颗粒喷吹管的一端与扩张管相连；枪体上还设有伴随氧气通道，伴随氧气通道呈环形并位于喷枪中央管道的外围。本实用新型在使用时，喷枪的下端无需浸没到熔铁液中，能将含有固废颗粒和氧气的复合射流以超音速射流的的方式喷向熔铁液，使得固废颗粒和氧气能够深达熔铁液内部，喷枪的使用寿命大大提高，且省去了水冷结构，降低了使用时的安全隐患。

Description

一种熔铁浴气化用超音速吊吹复合喷枪

技术领域

本实用新型涉及能源领域,特别涉及一种熔铁浴气化用超音速吊吹复合喷枪。

背景技术

在有机垃圾固废、生物质废弃物能源化利用方面，与传统工艺相比，熔铁浴气化是一种更为先进的将有害废弃物转变为低碳能源的工艺。熔铁浴气化是将有机固废颗粒高速喷吹进入熔融铁液中，并鼓入气化剂如纯氧气，进行彻底的处理和转化，将碳氢元素转化成洁净合成气(一氧化碳和氢气)，既可作为燃气，也可用于化工合成，如甲烷化制取天然气、费托合成制取汽油柴油等，而无机物则大部分留在浮于表面的熔渣中，实现减量化、无害化和资源化处理。

利用熔池式气化炉处理有机固废，生成合成气或者进一步制氢是目前新兴的能源技术。其通过在气化炉内预先盛放熔铁液，再把有机固废通过各种方式送到熔铁液内部，同时通入氧气，有机固废裂解-气化过程始终在浸没在1500度左右的液态环境中完成且相当迅速，高温快速裂解-气化，不产生二噁英，重金属及其氧化物(被还原)进入铁液或者沉到铁液下层而回收，整个有机固废处置过程只需要通入氧气(碳氧不完全燃烧为放热反应)，无需额外再加热，低成本、低碳排制取富氢能源。

在进行处理时，需要通过喷枪将固废颗粒与氧气的混合气流导入到熔铁液内部，使得固废颗粒和氧气在熔铁液的催化下发生反应。为了实现上述效果，一般采用浸没式喷枪，即喷枪下端的喷口是浸没在熔铁液中的，这样含有固废颗粒的氧气复合射流从喷枪的喷口喷出后直接进入到熔铁液中并进行反应。

但是这种浸没式喷枪存在以下问题：由于喷枪的下端长期浸没在高温的熔铁液中，温度高达1500摄氏度以上，且由于熔铁液的流动性，会对喷枪产生剧烈的机械冲刷和强制对流换热，使得喷枪浸没在熔铁液中的部分承受巨大的热应力和热熔作用，这对喷枪的材料或喷枪上的冷却结构提出了很高的要求。

传统的浸没式喷枪一般以优质耐材或者水冷结构来抵御熔铁液的高温和铁液冲刷。由于耐材长期浸没在高温的熔铁液中，寿命有限，且需要经常更换耐材；而水冷结构造价高，安全隐患大，一旦冷却水发生泄露并与高温的熔铁液接触，会瞬间产生大量蒸气，使得炉内压力上升，存在爆炸的风险。

发明内容

本实用新型的目的是解决现有技术中的不足之处，提供一种熔铁浴气化用超音速吊吹复合喷枪，在使用时，喷枪的下端无需浸没到熔铁液中，能将含有固废颗粒的氧气复合射流以超音速射流的的方式喷向熔铁液，使得固废颗粒和氧气能够深达熔铁液内部，提高喷枪的使用寿命，并降低了使用时的安全隐患。

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：一种熔铁浴气化用超音速吊吹复合喷枪，包括枪体，所述枪体中设有喷枪中央管道、轴向燃料管、固废颗粒喷吹管、主氧气管，所述喷枪中央管道沿其轴向依次设有燃烧室、渐缩管、喉口管、扩张管、稳流管，燃烧室中设有点火装置；主氧气管的一端和轴向燃料管的一端与燃烧室相连，固废颗粒喷吹管的一端与扩张管相连；枪体上还设有伴随氧气通道，伴随氧气通道呈环形并位于喷枪中央管道的外围。

作为优选，所述枪体的外侧设有耐火层。

作为优选，所述枪体的外壁上设有附着体，附着体嵌入耐火层中。

作为优选，所述点火装置为电火花塞。

作为优选，所述燃烧室和渐缩管的内侧均设有隔热层。

作为优选，喉口管、扩张管、稳流管的内侧均设有耐磨层。

作为优选，所述扩张管位于喉口管和稳流管之间；在喉口管至稳流管的方向上，扩张管的直径逐渐增大。

作为优选，所述轴向燃料管和主氧气管的气体压力大于1.0MPa，所述伴随氧气管和固废颗粒喷吹管的气体压力大于0.6MPa。

本实用新型的有益效果是：本实用新型在使用时，喷枪的下端无需浸没到熔铁液中，能将含有固废颗粒和氧气的复合射流以超音速射流的的方式喷向熔铁液，使得固废颗粒和氧气能够深达熔铁液内部，相比传统的浸没式喷枪，喷枪的使用寿命大大提高，且省去了水冷结构，降低了使用时的安全隐患。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型向熔铁浴气化炉中喷吹物料时的示意图。

图中：101、轴向燃料管，102、主氧气管，103、固废颗粒喷吹管，104、伴随氧气通道，201、枪体，202、耐火层，203、附着体，301、燃烧室，302、渐缩管，303、喉口管，304、扩张管，305、稳流管，401、电火花塞，501、复合射流，502、伴随氧射流，601、炉体，602、气化炉盖，603、熔铁液，604、熔渣液，605、合成气外输管道，701、冲击范围。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

如图1-2所示，一种熔铁浴气化用超音速吊吹复合喷枪，包括枪体201，枪体中设有喷枪中央管道、轴向燃料管101、固废颗粒喷吹管103、主氧气管102。枪体201由钢材制成，枪体201的外侧设有耐火层202。耐火层202由优质耐火材料打结而成，耐火层202内含不锈钢纤维，用以增加强度。为了提高耐火层202与枪体201之间的附着力，在枪体201的外壁上设有附着体203，附着体203由不锈钢制成，焊接于枪体201上，并凸出于枪体201的外表面，附着体203嵌入耐火层202中。

喷枪中央管道设置在喷枪201的中间位置，喷枪中央管道沿其轴向依次设有燃烧室301、渐缩管302、喉口管303、扩张管304、稳流管305。燃烧室301、渐缩管302均由耐热钢制成，燃烧室301、渐缩管302的内侧设有隔热层。喉口管303、扩张管304和稳流管305均由合金钢制成，喉口管303、扩张管304和稳流管305的内侧均设有耐磨层。渐缩管302、喉口管303、扩张管304和稳流管305依次连通并形成拉瓦尔超音速喷管结构。其中，渐缩管302沿着远离燃烧室301的方向上，其直径逐渐缩小；喉口管303位于渐缩管302和扩张管304之间；扩张管304位于喉口管303和稳流管305之间；在喉口管303至稳流管305的方向上，扩张管304的直径逐渐增大。

燃烧室301中设有点火装置。本申请中，点火装置为电火花塞401。电火花塞401设置在燃烧室301内的两侧。主氧气管102的一端和轴向燃料管101的一端与燃烧室301相连。固废颗粒喷吹管103的一端与扩张管304相连。固废颗粒喷吹管103与扩张管304之间倾斜连接，固废颗粒喷吹管103中的气流倾斜吹入扩张管304中。

枪体201上还设有伴随氧气通道104，伴随氧气通道104呈环形并位于喷枪中央管道的外围。

如图2所示，本实用新型安装在熔池式气化炉炉体601上端的气化炉盖602上，炉体601中装有熔铁液603，熔铁液603上方形成一层熔渣液604。本实用新型的下端位于熔铁液603的上方，不浸入熔铁液中，通过本实用新型向熔铁液中喷吹含有固废颗粒的氧气复合射流。

本实用新型在使用时，分别通过轴向燃料管101和主氧气管102向燃烧室301中通入燃料和氧气；其中，燃料可以选用以下三种中的一种：1、压缩天然气、石油液化气、压缩合成气等气体燃料；2、带压力的柴油、重油、燃料油等液体燃料；3、氮气、CO2、压缩合成气、压缩天然气为载气喷吹的固体燃料细粉，固体燃料细粉可以选用煤粉、焦炭粉、热解残碳粉、有机固废精磨粉，固体燃料细粉粒度小于100目以下。燃料和氧气在燃烧室内混合并被电火花塞401点燃；燃烧室301中的燃烧温度为900-1200摄氏度；轴向燃料管101中燃料的流量为主氧气管102中氧气流量的5-10％，轴向燃料管101和主氧气管102的气体压力大于1.0MPa，燃烧室301中经过燃烧后产生燃气，燃气中含有大量未被消耗的氧气，燃气依次通过渐缩管302、喉口管303、扩张管304，最终从稳流管305喷出，在拉瓦尔超音速喷管结构的作用下，燃气获得超音速动能，同时燃气气体压强和温度降低。

在向燃烧室通入燃料和氧气的同时，通过固废颗粒喷吹管103向扩张管304中通入含有固废颗粒的气流，固废颗粒喷吹管103的气体压力大于0.6MPa，含有固废颗粒的气流在扩张管304中与超音速的燃气混合，获得含有固废颗粒和氧气的复合射流501，复合射流501随之也获得超音速动能；于此同时，向伴随氧气通道104中通入伴随氧气，伴随氧气管中的气体压力大于0.6MPa，伴随氧气从伴随氧气通道104中喷出后形成环形的伴随氧射流502，伴随氧射流502位于复合射流501外围，并随着复合射流501一同喷向熔铁液603；伴随氧射流502在复合射流501外形成一个气流保护层，保护中心的复合射流501不被周围气体所阻滞而造成动能衰减。

由于复合射流501具备超音速动能，流速高，因此复合射流501能够较为轻易地穿过熔渣液604和熔铁液603，并直达熔铁液603，复合射流501的冲击范围701如附图2所示；复合气流501中的固废颗粒和氧气在熔铁液的催化下发生裂解反应，得到以氢气和一氧化碳为主要成分的合成气，合成气最终从气化炉盖602上的合成气外输管道605排出。

本实用新型在使用时，喷枪的下端无需浸没到熔铁液中，能将含有固废颗粒和氧气的复合射流以超音速射流的的方式喷向熔铁液，使得固废颗粒和氧气能够深达熔铁液内部，相比传统的浸没式喷枪，喷枪的使用寿命大大提高，且省去了水冷结构，降低了使用时的安全隐患。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种熔铁浴气化用超音速吊吹复合喷枪，包括枪体，其特征在于，所述枪体中设有喷枪中央管道、轴向燃料管、固废颗粒喷吹管、主氧气管，所述喷枪中央管道沿其轴向依次设有燃烧室、渐缩管、喉口管、扩张管、稳流管，燃烧室中设有点火装置；主氧气管的一端和轴向燃料管的一端与燃烧室相连，固废颗粒喷吹管的一端与扩张管相连；枪体上还设有伴随氧气通道，伴随氧气通道呈环形并位于喷枪中央管道的外围。

2.根据权利要求1所述的一种熔铁浴气化用超音速吊吹复合喷枪，其特征在于，所述枪体的外侧设有耐火层。

3.根据权利要求2所述的一种熔铁浴气化用超音速吊吹复合喷枪，其特征在于，所述枪体的外壁上设有附着体，附着体嵌入耐火层中。

4.根据权利要求1所述的一种熔铁浴气化用超音速吊吹复合喷枪，其特征在于，所述点火装置为电火花塞。

5.根据权利要求1所述的一种熔铁浴气化用超音速吊吹复合喷枪，其特征在于，所述燃烧室和渐缩管的内侧均设有隔热层。

6.根据权利要求1所述的一种熔铁浴气化用超音速吊吹复合喷枪，其特征在于，喉口管、扩张管、稳流管的内侧均设有耐磨层。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种熔铁浴气化用超音速吊吹复合喷枪，其特征在于，所述扩张管位于喉口管和稳流管之间；在喉口管至稳流管的方向上，扩张管的直径逐渐增大。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的一种熔铁浴气化用超音速吊吹复合喷枪，其特征在于，所述轴向燃料管和主氧气管的气体压力大于1.0MPa，所述伴随氧气管和固废颗粒喷吹管的气体压力大于0.6MPa。

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