CN87102818A - 喷嘴 - Google Patents

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Abstract

一种用于雾化液—固浆液的双流体喷嘴,包括雾化气体流经的第一导管和设置在第一导管中的第二导管,待雾化的液—固浆液经第二导管。第一导管有一段缩小部分,它使流经此处的气体速度增加。该缩小部分终端接弥散腔室,从第二导管流出的液—固浆液也流入弥散腔室。高速气体与液—固浆液相交,产生弥散,引起浆液的雾化。弥散体通过第三导管喷出,该导管与第一导管成倾角,且流道的横截面积小于第一导管缩小部分和第二导管在其各自排出端的流道总横截面积。

Description

本发明涉及一种用于雾化液-固浆液的双流体喷嘴。
把由碳质材料例如煤的部分氧化所产生的合成煤气,送到立流式反应器中,进一步与雾化的碳质浆液反应,能提高它的热值。立流式反应器可以是向上流动型也可以是向下流动型的。最重要的反应发生在由碳质浆液所提供的固定碳和含在合成煤气中的CO2和水之间。这些反应产生CO和H2,使合成煤气的热值增加。这些反应是吸热的,而且是利用了含在合成煤气中的热量。这些煤气是在1090℃到1650℃的温度范围内,典型的是在1370℃时被送入的。
合成煤气通常是从一个输流燃气发生器直接外流时获得,并送到一个立流式反应器中。最一般的情况,碳质浆液由水和颗粒状的煤组成,而且一般含大约50%重的水。碳质浆液是在雾化状态下被送入立流式反应器中,最好直接进入合成煤气之中,以便实现碳质浆液和合成煤气均匀的弥散。
本发明的喷嘴特别适用于雾化送入立流式反应器中的水煤气。一般来说,供给浆液的煤应碾碎成最细的状态,以便全部达到ASTME11-70C筛子设计标准1.40mm(美国系列No.14),而且至少80%达到ASTME11-70C筛子设计标准425μm(美国系列NO.40)。送到嘴嘴的雾化气体最好是蒸汽,然而,其他气体例如氮气和合成煤气也可以使用。
本主题的双流体混合喷嘴包括一个能使气体流过喷嘴的细长的第一导管,气体被导入第一导管的上游末端,并从其下游最近端排出。该喷嘴还有一个至少其长度的一部分位于第一导管内的细长的第二导管,该第二导管能使液-固浆液流过喷嘴,且液-固浆液的流动是与在第一导管内的气体流动相平行。液-固浆液被导入第二导管的上游末端,并从其下游最近端排出。从第一导管最近端排出的气体和从第二导管最近端排出的液-固浆液均被排入一个弥散腔室。与弥散腔室成流体连通的是一个第三导管,在弥散腔室内形成的弥散物通过第三导管排出喷嘴。重要的是,第三导管与第一导管的纵向轴线是成斜倾关系的。
为了制造经济和结构简单,第二导管最好由细长的中心管的内壁构成,而第一导管由一个外管的内壁和中心管的外壁构成。如前所述的那样,第二导管至少有一部分是在第一导管之中,因此,中心管的外径要比外管的内径小使之中心管至少有一部分是在外管内的。
第二导管可以同轴地配置在第一导管内,或与第一导管的纵向轴线成角度配置。第二导管是选择同轴配置或是选择成角度配置取决于喷嘴顶部结构形状和后面会讨论的第三导管所需的纵向长度。
正如前面所述的那样,送入立流式反应器的气体是在反应器的端头导入,并沿与反应器纵向轴线基本平行的路径流动。送入反应器端头的气体要有利于导入从安装在反应器侧壁上的喷嘴出来的雾化过的液-固浆液。为了获得最好的反应结果,气体和雾化过的液-固浆液必须是彼此之间高度弥散。已经发现的是,获得高度弥散的良好的反应效率在于:导入反应器的雾化液-固浆液要与成定角度向上流动的气流方向相交,气体在反应器的底部或者成定角度向下流动导入的,气体在反应器顶部导入。本发明的双流体喷嘴是通过第三导管与第一导管成倾角关系使雾化液-固浆液成角度排出。由于具有如此定向的第三导管,本发明的双流体喷嘴可以传统方式安装在反应器的侧壁上,即喷嘴的纵向轴与反应器的纵向轴是成横向的。第三导管的纵向轴与第一导管的纵向轴之间引成的角度范围最好为100°~170°,其中更佳的范围为130°~140°之中的一个。
本发明的双流体喷嘴,在一种最佳的形式中,第一导管有一段缩小的部分,该部分的流道横截面积比近缩小部分上游的流道横截面积为小。因为第一导管是用于气体流动的,因此缩小部分具有较小的流道横截面积会导致通过其中的气流速度增加。该缩小部分是在弥散腔室处终止,第二导管流出的液-固浆液也入弥散腔室。高速的气流与液-固浆液相交,产生相同的弥散作用,起到使浆液雾化。如此形成的雾化液-固浆液和气体的弥散物接着通过如前所述的第三导管。第三导管的流道横截面积最好小于在其各自排出端处的第二导管和缩小部分的第一导管流道总的横截面积。具有这样结构尺寸的第三导管,会使其中的液-固浆液进一步雾化而获得最终要求的高的雾化程度。
本发明的这些和其它的特性通过下列的说明和附图会进一步的全面理解,其中各附图中示出的相同序号表示同一的部分。
图1为本发明一个实施例的横剖视图。
现在参照图1,从中能够看到以序号10表示的双流体喷嘴。喷嘴10包括一个具有内壁11的外管12。喷嘴10的喷嘴头14内有切削成型的孔15。在内壁11和孔15的界限内配置有中心管20。对附图中所示的实施例来说,液-固浆液经由中心管20的内壁23所限定的导管通道22流过喷雾10,气体经由以序号17表示的类似于环形的气体导管流过喷嘴。气体导管17由外管12的内壁11和孔15的内壁以及中心管20的外壁21所限定。气体经送进导管13送入气体导管17。
中心管20大多与孔15的纵向轴线同轴设置,而且利用三个隔离物保持这种关系。其中两个隔离物表示在图1之中,以序号24和24a表示。隔离物大约以120°间隔设置。如果需要,隔离物可以有更多个。靠近管子20和孔15的排出端是弥散腔室25,该弥散腔室25是由锥形壁26所限定。导管28与弥散腔室25呈气体连通,对附图所示的实施例来说,导管28的纵向轴线与外管12的纵向轴线有一个成135°的角度a。喷嘴头14的喷嘴面30的形状是锥形,由于喷嘴面30是锥形,且导管28具有理想的长度,因此,导管20与外管12的纵向轴线偏斜成一定的角度是很方便的。
如在附图中所能看到的,由于孔15使导管17形成了缩小部分,因此该部分的流道横截面积就比与孔15刚相接的气体导管17部分的流道横截面积小。流动横截面积的减小为气体提供了更高的速度以及水煤浆液流和气流之间在弥散腔室25中相遇时的合速度的显著差异。这种速度的差异使得两种流动相互间有良好的弥散和雾化。弥散体接着通过导管28,导管28的流道横截面积小于导管20和孔15组合的流道横截面积。流道横截面积的这一减小又进一步导致弥散体的雾化。
各个导管的大小确定和角度a的选择是取决于送入反应器中气态反应物的送进速率、液-固浆液组成和送进速率、雾化气体压力和送进速率,以及要求雾化的程度。由于确定导管大小和角度要涉及很多相互制约的因素,因此最好用实验方法确定。已经发现,下列给出的喷嘴10的有关结构参数是在这样的条件下取得的,即气态反应物是合成煤气,其送到反应器中的速率为380英尺3/小时(0.003m3/S);液-固浆液是含有50%重的水的水煤浆,其送进速率为42加仑/小时(0.04411/S);雾化气体是氮气,送到喷嘴10的速率为100磅/小时(45.36公斤/小时)。
上述条件下的喷嘴10的具体结构参数为:
外管12 1 1/2 英吋(38.1mm)直径.310 SS SCH.40
中心管20    1/8英吋(3.175mm)直径310    SS    SCH.40
孔15    3/4英吋(19.1mm)直径、
1 11/16 英吋(4.286mm)长。
导管28    7/32英吋(5.6mm)直径、
相对于外管12的纵向轴线成135°角度、
1.1英吋(27.9mm)长。
为了说明本发明的目的,在说明了典型的可确信的实施例和有关细节的同时,将要指出的是对于本技术领域的熟练的人而言,依据本发明的构思和范围显然能够做出各种变型和改进。

Claims (7)

1、一种双流体混合喷嘴,它包括:
(a)一个能使气流通过该喷嘴的细长的第一导管,气体被导入第一导管的末端且从第一导管的最近端排入弥散腔室,
(b)一个至少有一部分设置在第一导管内的细长的第二导管,该第二导管能使液-固浆液与气流平行流动流过喷嘴,液-固浆液被导入第二导管的末端且从第二导管最近端排入弥散腔室。
(c)一个与弥散腔室成流体连通的和弥散腔室内的弥散体经其排出喷嘴的第三导管,该第三导管的纵向轴成倾角关系。
2、如权利要求1所述的喷嘴,其中第三导管的纵向轴线与第一导管的纵向轴线形成一个在100°~170°范围内的角度。
3、如权利要求1或2所述的喷嘴,其中第三导管的纵向轴线与第一导管的纵向轴线形成一个在130°~140°范围内的角度。
4、如上述任意权利要求之一所述的喷嘴,其中第一导管具有一段缩小部分,该部分的流道横截面积小于其缩小部分上游部分的流道横截面积。
5、如上述任意权利要求之一所述的喷嘴,其中第三导管的流道横截面积小于第一导管和第二导管在其各自排出端的流道总的横截面积。
6、如上述任意权利要求之一所述的喷嘴,其中第一导管具有一段缩小部分,该部分的流道横截面积小于其缩小部分上游部分的流道横截面积。
7、如上述任意权利要求之一所述的喷嘴,其中第三导管的流道横截面积小于第一导管和第二导管在其各自排出端的流道总的横截面积。
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