CN203269880U - 一种新型的气化喷嘴 - Google Patents
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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),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,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
技术领域
本实用新型涉及一种气化喷嘴,尤其涉及一种用于气化各种气态、液体或固态的碳氢化合物,如水煤浆、粉煤、石油、渣油、天然气、焦炉气等及它们的混合物的气化喷嘴。
背景技术
煤炭是地球上蕴藏量最丰富,分布地域最广的化石燃料,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。
煤炭气化技术可以粗略分为固定床气化工艺、流化床气化工艺、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。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。
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。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***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。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。
实用新型内容
本实用新型要解决的问题是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,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。
为解决上述技术问题,本实用新型采用的技术方案是:一种新型的气化喷嘴,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的位置处呈渐缩式结构。
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。
所述外环向内喷射环形通道6在接近所述喷头5处逐渐收窄,从而加大物料的喷射速度。
所述内环向外喷射环形通道7在接近所述喷头5处逐渐收窄,从而加大物料的喷射速度。
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α为90°-180°之间,所述外环向内喷射环形通道6的内侧倾角β与外侧倾角α和小于180°;所述内环向外喷射环形通道7的内侧倾角γ为90°-180°之间,所述内环向外喷射环形通道7的外侧倾角θ与内侧倾角γ和小于180°。
优选的,所述外环向内喷射环形通道6的外侧倾角α为115°-165°、内侧倾角β为20°-70°;所述内环向外喷射环形通道7的内侧倾角γ为115°-165°、外侧倾角θ为20°-70°。
优选的,所述外环向内喷射环形通道(6)的外侧倾角(α)、内侧倾角(β)均为平滑的圆弧倾角。所述内环向外喷射环形通道(7)的内侧倾角(γ)、外侧倾角(θ)均为平滑的圆弧倾角。
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粉煤的高温气化,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。这样气化剂与气化剂之间,燃料与燃料之间,气化剂与燃料之间会发生相互碰撞。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结构剖视图
图2是图1的A-A向示意图
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,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。
外环向内喷射环形通道6在接近喷头5处逐渐收窄,从而加大物料的喷射速度。此通道既可以通气化剂又可以通燃料,优选通燃料。
内环向外喷射环形通道7在接近喷头5处逐渐收窄,从而加大物料的喷射速度。此通道既可以通气化剂又可以通燃料,优选通气化剂。
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α为90°-180°之间,外环向内喷射环形通道6的内侧倾角β与外侧倾角α和小于180°;内环向外喷射环形通道7的内侧倾角γ为90°-180°之间,内环向外喷射环形通道7的外侧倾角θ与内侧倾角γ和小于180°。
优选的,外环向内喷射环形通道6的外侧倾角α为115°-165°、内侧倾角β为20°-70°;内环向外喷射环形通道7的内侧倾角γ为115°-165°、外侧倾角θ为20°-70°。
进一步,外环向内喷射环形通道6的外侧倾角α、内侧倾角β、所述内环向外喷射环形通道7的内侧倾角γ、外侧倾角θ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。优选用于水煤浆和粉煤的高温气化。
应用例1
输送浓度为400Kg/m3的煤粉,由外环向内喷射的环形通道6通入气化炉。99.8%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4MPa,操作温度为1300℃。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。
应用例2
质量浓度为60%的水煤浆,由外环向内喷射的环形通道6通入气化炉。99.8%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5MPa,操作温度为1350℃。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。
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)
1.一种新型的气化喷嘴,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)的位置处呈渐缩式结构;
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:所述外环向内喷射环形通道(6)在接近所述喷头(5)处逐渐收窄,从而加大物料的喷射速度。
3.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)在接近所述喷头(5)处逐渐收窄,从而加大物料的喷射速度。
4.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。
5.根据权利要求2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(α)为90°-180°之间,所述外环向内喷射环形通道(6)的内侧倾角(β)与外侧倾角(α)和小于180°。
6.根据权利要求3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(γ)为90°-180°之间,所述内环向外喷射环形通道(7)的外侧倾角(θ)与内侧倾角(γ)和小于180°。
7.根据权利要求5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(α)为115°-165°、内侧倾角(β)为20°-70°。
8.根据权利要求6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(γ)为115°-165°、外侧倾角(θ)为20°-70°。
9.根据权利要求7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(α)、内侧倾角(β)均为平滑的圆弧倾角。
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(γ)、外侧倾角(θ)均为平滑的圆弧倾角。
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