一種帶旋流器的三通道內(nèi)外混水煤漿多級(jí)氣化噴嘴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于霧化燃燒技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種帶旋流器的三通道內(nèi)外混水煤漿多級(jí)氣化噴嘴。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭作為我國(guó)第一大化石能源,長(zhǎng)期以來其利用效率較低,多作為一次性能源直接焚燒,不僅利用效率低,造成大量的能源浪費(fèi),而且還導(dǎo)致了大氣污染,水污染等一系列環(huán)境問題,因此加強(qiáng)煤炭資源的清潔高效利用是非常重要的課題。將煤炭這種“不清潔”能源加工成清潔的氣體和液體燃料的探索使“潔凈煤技術(shù)”應(yīng)運(yùn)而生。其中,煤氣化便是“潔凈煤技術(shù)”的典型代表。該技術(shù)是指煤炭在一定溫度和壓力下,在氣化劑(氧氣或水蒸氣)作用下,經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)生成煤氣(co+h2)的過程。煤氣化技術(shù)能大大提高煤炭資源利用率,減少燃燒污染物的生成。在眾多煤氣化方法中,以水煤漿為原料的氣化技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。
[0003]水煤漿在氣化劑的輔助下通過噴嘴得以霧化,其霧化效果能直接影響碳轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)程度,噴霧形狀還能夠影響氣爐內(nèi)溫度場(chǎng)和爐壁耐火磚的使用壽命,因此氣化噴嘴是煤氣化過程一個(gè)至關(guān)重要的設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)外已有各種水煤漿氣化噴嘴中,Texaco公司的噴嘴占據(jù)了大壁江山,其專利產(chǎn)品包括雙通道氣流霧化噴嘴、三通道氣流霧化噴嘴和五通道氣流霧化噴嘴等。其中應(yīng)用最為廣泛的是三通道霧化噴嘴,該種噴嘴由三個(gè)同軸心環(huán)形通道組成,從內(nèi)到外依次為中心氧通道、內(nèi)環(huán)水煤漿通道以及外環(huán)氧通道。其工作原理是利用中心氧通道及外環(huán)氧通道氣流流速遠(yuǎn)大于水煤漿流速的特點(diǎn),通過氣漿之間的混合射流剪切作用實(shí)現(xiàn)水煤漿的氣化。中心氧噴口距內(nèi)環(huán)水煤漿噴口之間存在一定距離,使水煤漿和中心氧形成一個(gè)預(yù)混合室,實(shí)現(xiàn)氣漿的第一次混合。從預(yù)混合室出來的氣漿混合物受外環(huán)氧噴口噴出的高速射流氧氣沖擊作用,實(shí)現(xiàn)霧化過程。
[0004]此種水煤漿氣化噴嘴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,應(yīng)用范圍廣泛,但其存在以下缺點(diǎn):
[0005]1.霧化性能欠佳。此種噴嘴氣化劑與漿液僅存在兩次接觸,煤氣化不夠充分,碳轉(zhuǎn)化率和有效產(chǎn)物(C0+H2)產(chǎn)率不高。
[0006]2.中心氧與外環(huán)氧比例分配易不均。若中心氧量太小,達(dá)不到對(duì)煤漿的稀釋和加速作用。若中心氧量太大,一方面使預(yù)混合室的混合物流速過大,造成預(yù)混合室磨損嚴(yán)重,降低噴嘴壽命,另一方面中心氧量過大造成火焰過長(zhǎng),燃燒不充分,引起氣化效率的降低,并且影響爐底激冷循環(huán)的工作,減小氣化爐壽命。
[0007]3.噴嘴壽命短。由于水煤漿是高粘度流體,且含有大量的顆粒懸浮物,因此預(yù)混合室內(nèi)的氣漿混合物會(huì)對(duì)噴嘴造成非常嚴(yán)重的高速磨蝕和侵蝕,因此造成此種噴嘴使用壽命短,一般只有兩個(gè)月。
【實(shí)用新型內(nèi)容】:
[0008]本實(shí)用新型旨在解決上述問題,提供了一種帶旋流器的三通道內(nèi)外混水煤漿多級(jí)氣化噴嘴,它傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中預(yù)混合室內(nèi)氣漿混合物對(duì)噴嘴的高速磨蝕的缺點(diǎn),具有霧化效果好,煤炭轉(zhuǎn)化率高,有效氣產(chǎn)率高,霧化錐角及噴射形狀可調(diào)節(jié),使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。其采用的技術(shù)方案如下:
[0009]—種帶旋流器的三通道內(nèi)外混水煤漿多級(jí)氣化噴嘴,包括外環(huán)氧通道、外環(huán)直管段、“Y”型孔、內(nèi)環(huán)水煤漿通道、“T”型孔、內(nèi)環(huán)直管、中心氧通道、中心直管段、外環(huán)旋流器、外環(huán)噴口、內(nèi)環(huán)噴口、中心噴口、中心旋流器,所述的中心氧通道、內(nèi)環(huán)水煤漿通道、外環(huán)氧通道三通道構(gòu)成同心的環(huán)管狀結(jié)構(gòu);所述的中心氧通道由中心直管段及中心噴口通過機(jī)械配合后再固接而成,中心噴口內(nèi)安裝中心旋流器;所述的內(nèi)環(huán)水煤漿通道由內(nèi)環(huán)直管段及內(nèi)環(huán)噴口通過機(jī)械配合后再固接而成,內(nèi)環(huán)直管段上沿周向依次均勻開設(shè)8個(gè)“Y”型槽和8個(gè)“T”型槽;所述的外環(huán)氧通道由外環(huán)直管段及外環(huán)噴口通過機(jī)械配合后再固接而成,夕卜環(huán)噴口內(nèi)安裝外環(huán)旋流器;所述的中心旋流器的外徑等于中心噴口的內(nèi)徑,兩者通過機(jī)械作用緊密配合;所述的外環(huán)旋流器的外徑等于外環(huán)噴口的內(nèi)徑,兩者通過機(jī)械作用緊密配入口 ο
[0010]所述的中心噴口、內(nèi)環(huán)噴口以及外環(huán)噴口均呈錐形向內(nèi)收縮成一定角度,中心噴口的收縮半角為與水平方向成15°,內(nèi)環(huán)噴口的收縮半角為與水平方向成30°,外環(huán)噴口的收縮半角為與水平方向成60°。
[0011]在內(nèi)環(huán)水煤漿通道壁面上沿周向先后均勻開設(shè)8個(gè)“Υ”型孔和8個(gè)“Τ”型孔。夕卜環(huán)氧氣首先從“Υ”型氣孔進(jìn)入內(nèi)環(huán)水煤漿通道,氣漿之間劇烈的動(dòng)量交換將水煤漿撕裂成細(xì)絲或薄的液膜,氣漿混合物在內(nèi)環(huán)管內(nèi)向前流動(dòng),外環(huán)氧氣從第二排“Τ”型孔進(jìn)入并沖擊薄液膜,薄液膜再次破碎成細(xì)液絲或大液滴。所述的內(nèi)環(huán)水煤漿通道壁面上開設(shè)氣孔,一方面使外環(huán)氧氣兩次沖擊水煤漿液膜,起到了初步霧化作用,提高了煤氣化效率;另一方面,進(jìn)入內(nèi)環(huán)通道的各股氣流的徑向動(dòng)能大小相等,而氣孔成軸對(duì)稱分布,因此各股氣流方向相互抵消,大大減小了沖刷壁面的現(xiàn)象,有效控制了壁面磨損。在中心噴口及外環(huán)噴口內(nèi)設(shè)置旋流器。旋流器的作用是通過提高氣化劑的旋流速率,優(yōu)化調(diào)節(jié)噴嘴的霧化角,從而提升霧化效果,提高煤氣化產(chǎn)率。另外,通過旋流作用還可以改善氣化劑軸向速度過大造成的火焰細(xì)長(zhǎng)的問題,對(duì)爐膛的耐火磚起保護(hù)作用,延長(zhǎng)了爐子的壽命。
[0012]不存在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的氣漿預(yù)混合室。中心氧、內(nèi)環(huán)水煤漿以及外氧管噴頭近似在同一位置處,不存在傳統(tǒng)三通道噴嘴的預(yù)混合室。三通道的噴口處設(shè)計(jì)成同軸交叉式,三股物料之間沿不同角度交叉射流,外環(huán)氧與中心氧射流速度很大,水煤漿在兩者雙重夾擊下迅速高效霧化。該結(jié)構(gòu)從根本上避免了預(yù)混合室內(nèi)氣漿混合物對(duì)噴嘴的磨蝕,是提高噴嘴使用壽命的關(guān)鍵。
[0013]氣漿內(nèi)外混兼?zhèn)?,三?jí)霧化,霧化效果好。外環(huán)氧通道內(nèi)的氣化劑通過內(nèi)環(huán)壁面上的開孔進(jìn)入水煤漿通道,氣漿在內(nèi)環(huán)通道內(nèi)混合,實(shí)現(xiàn)了水煤漿的一級(jí)和二級(jí)霧化。外環(huán)氣化劑,內(nèi)環(huán)氣漿混合物,中心氣化劑在噴口外混合,三股射流之間劇烈的對(duì)撞作用使?jié){液迅速霧化成細(xì)小顆粒。該噴嘴實(shí)現(xiàn)了氣漿先內(nèi)混后外混,共進(jìn)行三級(jí)霧化,因此霧化效果好。
[0014]有益效果:噴嘴霧化效果好,增加了水煤漿氣化效率和有效氣產(chǎn)率,減少了燃燒污染物的排放;霧化角穩(wěn)定且便