兩相流霧化噴射冷卻裝置的製作方法

2023-12-04 16:22:01 2

專利名稱：兩相流霧化噴射冷卻裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可在高溫高壓工況下激冷高溫高壓合成氣 的激冷裝置，具體的說是一種用於粉煤氣化或水煤漿氣化裝置中合成 氣激冷降溫的兩相流霧化噴射冷卻裝置。
背景技術：
目前，煤氣化高溫合成氣的降溫形式一般採用水冷激、兩段進煤 激冷和返回的經冷卻後的粗合成氣激冷等方式。釆用水煤漿氣化的水 激冷，渣和細灰混在一起，使得灰水系統黑水處理系統複雜，環保不 利，運行成本高。採用兩段進料氣化反應溫度低，氣化不完全，導致 合成氣中曱烷含量高，氣體中夾帶的煤粉會增加，對合成氣的生產和 煤粉的回收不利。幹煤粉氣化採用返回的經冷卻後的粗合成氣對高溫 合成氣激冷，需要設置高溫高壓陶瓷過濾器除塵和循環氣壓縮機，投 資高，能耗大，運行成本高。事實上，引入蒸汽代替上述返回冷卻後 的合成氣激冷高溫合成氣是一種環保且有效的方法，但是由於蒸汽價 格高，用量大，會導致最終運行成本大幅上升，難以工業化應用。因 此， 一直沒有找到一種合適的機構/裝置能安全、穩定、環保、低廉 的對高溫高壓合成氣進行激冷。
正因為存在上述諸多技術問題，設計人經過反覆研究認為可以通
過水汽混合後霧化對合成氣進行冷卻。中國專利號為ZL96207032中 公開了 一種兩相流高效液體霧化器，利用壓縮空氣或蒸汽作為霧化介 質，將需要霧化的液體摻混形成兩相流高速噴出，經過膨脹、多次撞 擊剪切進行高效霧化，霧滴粒度小，尺寸分布均勻，能明顯增強霧化 效果，且霧化介質消耗量小。但該霧化器僅適用於普通加熱窯爐的燃 燒器上，或者冷態噴霧播灑及消防上，而不能用於高溫高壓和合成氣 強腐蝕環境下冷卻合成氣。在高溫下(如130(TC以上)，霧化器的外殼、特別是噴嘴前端部分極易過燒和被高溫合成氣磨蝕及腐蝕。合成 氣中還含有高溫的灰渣，極易粘附在噴嘴頭部造成侵蝕，導致無法長
期使用。
發明內容
本實用新型的目的是為了解決上述技術問題，提供一種結構緊 湊、經濟耐用、霧化冷卻效率高、能耗低、負荷變化適應性強的兩相
、、雲
霧化噴射冷卻裝置,
技術方案包括由外殼、與進水管連通的混合室、外部環形氣體通 道、以及包括氣體通道噴口和混合室噴口的噴嘴所構成的兩相流液體 /氣體霧化器，其中，所述外殼上還設有冷卻水夾套，所述冷卻水夾
套包括依次連通的水進口、外層冷卻水通道、內層冷卻水通道和水出
1々1b液體/ 氣體霧化器的噴嘴頭部。
所述螺旋流道為單螺旋和/或雙螺旋流道。
所述氣體通道的噴口噴射角為25~45度，優選為30度，擴張角 與噴射角之和為90~120度。
通過在兩相流液體/氣體霧化器的外殼上加設冷卻水夾套，保護 外殼和使兩相流液體/氣體霧化器噴嘴前端不被高溫燒損。所述冷卻 水夾套為雙層結構，冷卻水由水進口進入外層冷卻水通道，再經內層 冷卻水通道由水出口排出，並帶走熱量，保護外殼。為了進一步強化 噴嘴頭部外殼的冷卻效果，在外層冷卻水通道和噴嘴頭部設置有螺旋 流道，所述螺旋流道為單螺旋和/或雙螺旋流道。水流經該處時，形 成旋流，流速明顯^是高，能帶走更多熱量，有效降低噴嘴頭部及其與 高溫氣體接觸區域的金屬壁溫，從而能有效的保護噴嘴頭部。
所述噴嘴包括氣體通道噴口和混合室噴口 。所述氣體通道噴口的
4噴射角為25 45度，優選為30度。氣體通道噴口的擴張角與噴射角 之和為90 120度，能使氣體經氣體通道噴口射出時， 一方面能很好 的與混合室噴口噴出的兩相流液霧再次發生撞擊、剪切霧化；另一方 面能避免高溫合成氣在噴嘴區域回流而與噴嘴端部直接接觸，從而避 免合成氣對噴嘴的磨蝕和腐蝕以及合成氣中的高溫灰渣對噴嘴的侵 蝕。所述氣體通道內引入的氣體可為合成氣、蒸汽、二氧化碳、氮氣 中的至少一種。
設計人在現有普通兩相流液體/氣體霧化器的基礎上，進行數值 模擬分析及大量實-瞼，使其應用領域擴展到對高溫高壓合成氣的激冷 降溫方面。其優異的特點具體表現在1、由進水管進入的水和氣體 高速混合形成兩相流，經過多次膨脹，壓縮，高速噴出再與氣體、合 成氣發生撞擊，實現高效霧化。經過上述多級霧化的過程，霧液顆粒 會特別細小，能與氣化爐內的合成氣均勻混合，改善高溫合成氣與水 之間的傳熱和傳質效果，實現高效冷激。2、由於採用與水混合多級 霧化，霧化介質即氣體的用量較少且符合環保和節能要求。3、在氣 化爐內安裝本實用新型，採用氣體和水多級霧化方式激冷合成氣，與 採用冷卻後返回的粗合成氣激冷方式相比，無需設置昂貴的高溫高壓 陶瓷過濾器和循環氣壓縮機，大幅降低了生產成本。4、解決了普通 霧化器在高溫高壓工況和合成氣強腐蝕環境下運行的難題，能有效保 護外殼及噴嘴不受高溫高壓及其它惡劣條件的影響，能長期穩定運 行。本實用新型能將高溫高壓合成氣由1350 ~ 170(TC降至400 - 450 °C ，除起到對高溫合成氣進行激冷降溫和使液態的灰渣固化作用外， 還能除去一定量的灰和渣。
本實用新型具有結構緊湊、經濟耐用、霧化冷卻效率高、便於安 裝和維護等特點，具有節約高品位的高壓或中壓蒸汽、起到激劇降溫 的作用，同時伴有除灰、渣的效果、技術新穎、負荷變化適應性強和 節能的優點，還可以根據需要應用於各種高溫工況下需對各種高溫含塵氣體激冷降溫的技術中。

圖1為本實用新型結構示意圖。
其中1-進水管、1.1-進水管喉管、2-混合室、2. 1-混合室噴口、 2.2-混合室壁、3-氣體通道、3. 1-進氣管、3. 2-氣體通道噴口、 4-旋流板、5-外殼、6-氣體主進口、 7-氣體次進口、 8. 1-水進口、 8.2-外層冷卻水通道、8. 3-內層冷卻水通道、8. 4-水出口 、 8. 5-螺旋流道， A為噴射角、B為擴張角。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步解釋說明 參照圖l，進水管l前端的進水管喉管l. l與混合室2後端連通。 混合室2前端設有混合室噴口2. 1，所述混合室2與外殼5之間設有帶有 進氣管3. l的氣體通道3，氣體通道噴口3. 2位於混合室噴口2. l外部， 與混合室噴口2. l共同構成噴嘴，所述氣體通道噴口3. 2的噴射角A為 25~45度，擴張角與噴射角之和為90 - 120度。所述氣體通道3通過混 合室壁2. 2上開設多個氣體主進口6和氣體次進口7與混合室2連通。所 述氣體主進口 6位於混合室壁2. 2中段，氣體次進口 7位於混合室壁2. 2 後段，氣體通道3內的部分氣體可由氣體主進口6和氣體次進口7沿混 合室壁2. 2徑向和切向高速進入混合室2內。氣體通道3內還設置具有 改變氣流方向和加快流速作用的旋流板4。所述外殼5外還設置有冷卻 水夾套，所述冷卻水夾套由依次連通的進水口8. 1、外層冷卻水通道 8. 2、內層冷卻水通道8. 3和出水口8. 4組成。外層冷卻水通道8. 2套在 內層冷卻水通道8. 3之外，內、外層冷卻水通道8. 3、 8. 2連接處位於 噴嘴頭部，該處設有增加局部流速的螺旋流道8. 5,所述螺旋流道8. 5 可以是單螺旋流道和/或雙螺旋流道。螺旋流道8. 5可以通過安裝螺旋 板形成。本實用新型可水平或垂直與氣化爐配套安裝，如多個多層水 平環形布置在氣化爐壁上，單個或多個在氣化爐頂垂直安裝或者它們的組合等等。噴嘴方向應與氣化爐高溫氣流旋流方向相反。噴嘴宜採 用耐磨蝕和耐高溫材料製造，如鎳基合金材料，噴嘴端面可以採用鎳 基合金鍛件機加工而成。
作用原理
高壓水由進水管1進入，經進水管喉管1. 1向混合室2內噴出； 氣體由進氣管3. l進入，其中一部分由氣體主進口 6、氣體次進口 7 沿混合室壁2. 2切向和徑向進入混合室2,對混合室2內的液體進行 高速剪切、霧化，使氣液界面發生剪切，氣液相互作用形成兩相流， 產生第一次霧化。由於氣體是以高速旋流狀態進入混合室2,使得霧 化顆粒隨環境壓力的波動變化不明顯；混合室2內的兩相流經過混合 室噴口 2. 1向外高速噴射膨脹、霧化，形成液霧，產生第二次霧化； 同時，氣體通道3內的另一部分氣體繼續前行，經旋流板4時形成高 速氣體旋流，從氣體通道噴口 3. 2高速噴出，與混合室噴口 2. 1噴出 的液霧再次發生高速剪切、撞擊，形成細小液霧，產生第三次霧化。 由於事先精心設計了氣體通道噴口 3. 2的噴射角A和擴張角B,氣體 通道噴口 3.2噴出的氣體能很好的使高溫高壓合成氣的流動方向遠 離噴嘴，不會與噴嘴端面接觸，避免合成氣對噴嘴端面的磨蝕和腐蝕 以及高溫灰渣對噴嘴頭部的侵蝕；細小的液霧射入高溫高壓合成氣 時，會與合成氣撞擊、摻混，產生第四次霧化，均勻混合、充分激冷。 在噴嘴不噴水時，還可以通過氣體通道噴口 3. 2採用氣體進行吹掃， 保護噴嘴不被高溫合成氣過燒損壞，使噴嘴在不同工況下均能在高溫 高壓和合成氣強腐蝕環境下長期穩定運行。外殼5上的冷卻水夾套起 到了保護外殼5及其內件不被高溫合成氣過燒損壞，具體為冷卻水 由水進口 8. 1進入外層冷卻水通道8. 2,經內、外層冷卻水通道8. 3、 8. 2連接處的螺旋流道8. 5形成旋流，使位於噴嘴頭部液體的流速加 快，強化傳熱後進入內層冷卻水通道8. 3,再由水出口8.4排出，同 時帶走噴嘴頭部的更多熱量。螺旋流道8. 5即內、外層冷卻水通道8.3、 8.2連接處設置在噴嘴頭部，使得局部冷卻水流速度高，降溫
效果佳，特別是能保護噴嘴及其頭部不受合成氣高溫的侵害。本領域 技術人員可根據氣化爐的運行經驗和負荷、煤種的變化調整水/氣質
量流量比，氣體流量可在20t/h~80t/h範圍內調節，激冷霧化水流 量可在10t/h 40t/h調節，可在操作壓力1. 0~8. OMPa,溫度450 ~ 170(TC的環境下正常工作。
權利要求1、一種兩相流霧化噴射冷卻裝置，包括由外殼、與進水管連通的混合室、外部環形氣體通道、以及包括氣體通道噴口和混合室噴口的噴嘴所構成的兩相流液體/氣體霧化器，其特徵是，所述外殼上設置冷卻水夾套，所述冷卻水夾套包括依次連通的水進口、外層冷卻水通道、內層冷卻水通道和水出口。
2、 如權利要求1所述的兩相流霧化噴射冷卻裝置，其特徵是，霧化器的噴嘴頭部。
3、 如權利要求2所述的兩相流霧化噴射冷卻裝置，其特徵是，
4、 如權利要求3所述的兩相流霧化噴射冷卻裝置，其特徵是， 所述螺旋流道為單螺旋和/或雙螺旋流道。
5、 如權利要求1 ~4中任一項所述的兩相流霧化噴射冷卻裝置， 其特徵是，所述氣體通道噴口的噴射角為25~45度。
6、 如權利要求5所述的兩相流霧化噴射冷卻裝置，其特徵是， 所述氣體通道噴口的擴張角與噴射角之和為90 ~ 120度。
專利摘要本實用新型公開了一種兩相流霧化噴射冷卻裝置，用於粉煤氣化或水煤漿氣化裝置對合成氣激冷降溫。技術方案包括由外殼、與進水管連通的混合室、外部環形氣體通道、以及包括氣體通道噴口和混合室噴口的噴嘴所構成的兩相流液體/氣體霧化器，其中，所述外殼上設置冷卻水夾套，所述冷卻水夾套包括依次連通的水進口、外層冷卻水通道、內層冷卻水通道和水出口。本實用新型結構緊湊、經濟耐用、霧化冷卻效率高、能耗低、負荷變化適應性強。
文檔編號F28C3/06GK201251375SQ20082006750
公開日2009年6月3日 申請日期2008年5月30日 優先權日2008年5月30日
發明者呂慶元, 飈 周, 寧建平, 張志華, 徐才福, 易利玲, 楊鐵樺, 殷為玉 申請人:五環科技股份有限公司