專利名稱：兩相流霧化噴射冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)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，具體的說是一種用于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(shù)：
目前，煤氣化高溫合成氣的降溫形式一般采用水冷激、兩段進(jìn)煤 激冷和返回的經(jīng)冷卻后的粗合成氣激冷等方式。釆用水煤漿氣化的水 激冷，渣和細(xì)灰混在一起，使得灰水系統(tǒng)黑水處理系統(tǒng)復(fù)雜，環(huán)保不 利，運(yùn)行成本高。采用兩段進(jìn)料氣化反應(yīng)溫度低，氣化不完全，導(dǎo)致 合成氣中曱烷含量高，氣體中夾帶的煤粉會(huì)增加，對(duì)合成氣的生產(chǎn)和 煤粉的回收不利。干煤粉氣化采用返回的經(jīng)冷卻后的粗合成氣對(duì)高溫 合成氣激冷，需要設(shè)置高溫高壓陶瓷過濾器除塵和循環(huán)氣壓縮機(jī)，投 資高，能耗大，運(yùn)行成本高。事實(shí)上，引入蒸汽代替上述返回冷卻后 的合成氣激冷高溫合成氣是一種環(huán)保且有效的方法，但是由于蒸汽價(jià) 格高，用量大，會(huì)導(dǎo)致最終運(yùn)行成本大幅上升，難以工業(yè)化應(yīng)用。因 此， 一直沒有找到一種合適的機(jī)構(gòu)/裝置能安全、穩(wěn)定、環(huán)保、低廉 的對(duì)高溫高壓合成氣進(jìn)行激冷。
正因?yàn)榇嬖谏鲜鲋T多技術(shù)問題，設(shè)計(jì)人經(jīng)過反復(fù)研究認(rèn)為可以通
過水汽混合后霧化對(duì)合成氣進(jìn)行冷卻。中國(guó)專利號(hào)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(zhì)，將需要霧化的液體摻混形成兩相流高速噴出，經(jīng)過膨脹、多次撞 擊剪切進(jìn)行高效霧化，霧滴粒度小，尺寸分布均勻，能明顯增強(qiáng)霧化 效果，且霧化介質(zhì)消耗量小。但該霧化器僅適用于普通加熱窯爐的燃 燒器上，或者冷態(tài)噴霧播灑及消防上，而不能用于高溫高壓和合成氣 強(qiáng)腐蝕環(huán)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(dǎo)致無法長(zhǎng)
期使用。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種結(jié)構(gòu)緊 湊、經(jīng)濟(jì)耐用、霧化冷卻效率高、能耗低、負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)的兩相
、、云
霧化噴射冷卻裝置,
技術(shù)方案包括由外殼、與進(jìn)水管連通的混合室、外部環(huán)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(gòu)成的兩相流液體 /氣體霧化器，其中，所述外殼上還設(shè)有冷卻水夾套，所述冷卻水夾
套包括依次連通的水進(jìn)口、外層冷卻水通道、內(nèi)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(yōu)選為30度，擴(kuò)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(shè)冷卻水夾套，保護(hù) 外殼和使兩相流液體/氣體霧化器噴嘴前端不被高溫?zé)龘p。所述冷卻 水夾套為雙層結(jié)構(gòu)，冷卻水由水進(jìn)口進(jìn)入外層冷卻水通道，再經(jīng)內(nèi)層 冷卻水通道由水出口排出，并帶走熱量，保護(hù)外殼。為了進(jìn)一步強(qiáng)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(shè)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(jīng)該處時(shí)，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(qū)域的金屬壁溫，從而能有效的保護(hù)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(yōu)選為30度。氣體通道噴口的擴(kuò)張角與噴射角 之和為90 120度，能使氣體經(jīng)氣體通道噴口射出時(shí)， 一方面能很好 的與混合室噴口噴出的兩相流液霧再次發(fā)生撞擊、剪切霧化；另一方 面能避免高溫合成氣在噴嘴區(qū)域回流而與噴嘴端部直接接觸，從而避 免合成氣對(duì)噴嘴的磨蝕和腐蝕以及合成氣中的高溫灰渣對(duì)噴嘴的侵 蝕。所述氣體通道內(nèi)引入的氣體可為合成氣、蒸汽、二氧化碳、氮?dú)?中的至少一種。
設(shè)計(jì)人在現(xiàn)有普通兩相流液體/氣體霧化器的基礎(chǔ)上，進(jìn)行數(shù)值 模擬分析及大量實(shí)-瞼，使其應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到對(duì)高溫高壓合成氣的激冷 降溫方面。其優(yōu)異的特點(diǎn)具體表現(xiàn)在1、由進(jìn)水管進(jìn)入的水和氣體 高速混合形成兩相流，經(jīng)過多次膨脹，壓縮，高速噴出再與氣體、合 成氣發(fā)生撞擊，實(shí)現(xiàn)高效霧化。經(jīng)過上述多級(jí)霧化的過程，霧液顆粒 會(huì)特別細(xì)小，能與氣化爐內(nèi)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(zhì)效果，實(shí)現(xiàn)高效冷激。2、由于采用與水混合多級(jí) 霧化，霧化介質(zhì)即氣體的用量較少且符合環(huán)保和節(jié)能要求。3、在氣 化爐內(nèi)安裝本實(shí)用新型，采用氣體和水多級(jí)霧化方式激冷合成氣，與 采用冷卻后返回的粗合成氣激冷方式相比，無需設(shè)置昂貴的高溫高壓 陶瓷過濾器和循環(huán)氣壓縮機(jī)，大幅降低了生產(chǎn)成本。4、解決了普通 霧化器在高溫高壓工況和合成氣強(qiáng)腐蝕環(huán)境下運(yùn)行的難題，能有效保 護(hù)外殼及噴嘴不受高溫高壓及其它惡劣條件的影響，能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn) 行。本實(shí)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(duì)高溫合成氣進(jìn)行激冷降溫和使液態(tài)的灰渣固化作用外， 還能除去一定量的灰和渣。
本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟(jì)耐用、霧化冷卻效率高、便于安 裝和維護(hù)等特點(diǎn)，具有節(jié)約高品位的高壓或中壓蒸汽、起到激劇降溫 的作用，同時(shí)伴有除灰、渣的效果、技術(shù)新穎、負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)和 節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，還可以根據(jù)需要應(yīng)用于各種高溫工況下需對(duì)各種高溫含塵氣體激冷降溫的技術(shù)中。

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1-進(jìn)水管、1.1-進(jìn)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(jìn)氣管、3. 2-氣體通道噴口、 4-旋流板、5-外殼、6-氣體主進(jìn)口、 7-氣體次進(jìn)口、 8. 1-水進(jìn)口、 8.2-外層冷卻水通道、8. 3-內(nèi)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(kuò)張角。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步解釋說明 參照?qǐng)Dl，進(jìn)水管l前端的進(jìn)水管喉管l. l與混合室2后端連通。 混合室2前端設(shè)有混合室噴口2. 1，所述混合室2與外殼5之間設(shè)有帶有 進(jìn)氣管3. l的氣體通道3，氣體通道噴口3. 2位于混合室噴口2. l外部， 與混合室噴口2. l共同構(gòu)成噴嘴，所述氣體通道噴口3. 2的噴射角A為 25~45度，擴(kuò)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(shè)多個(gè)氣體主進(jìn)口6和氣體次進(jìn)口7與混合室2連通。所 述氣體主進(jìn)口 6位于混合室壁2. 2中段，氣體次進(jìn)口 7位于混合室壁2. 2 后段，氣體通道3內(nèi)的部分氣體可由氣體主進(jìn)口6和氣體次進(jìn)口7沿混 合室壁2. 2徑向和切向高速進(jìn)入混合室2內(nèi)。氣體通道3內(nèi)還設(shè)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(shè)置有冷卻 水夾套，所述冷卻水夾套由依次連通的進(jìn)水口8. 1、外層冷卻水通道 8. 2、內(nèi)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(nèi)層冷卻水通道8. 3之外，內(nèi)、外層冷卻水通道8. 3、 8. 2連接處位于 噴嘴頭部，該處設(shè)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(shí)用新型可水平或垂直與氣化爐配套安裝，如多個(gè)多層水 平環(huán)形布置在氣化爐壁上，單個(gè)或多個(gè)在氣化爐頂垂直安裝或者它們的組合等等。噴嘴方向應(yīng)與氣化爐高溫氣流旋流方向相反。噴嘴宜采 用耐磨蝕和耐高溫材料制造，如鎳基合金材料，噴嘴端面可以采用鎳 基合金鍛件機(jī)加工而成。
作用原理
高壓水由進(jìn)水管1進(jìn)入，經(jīng)進(jìn)水管喉管1. 1向混合室2內(nèi)噴出； 氣體由進(jìn)氣管3. l進(jìn)入，其中一部分由氣體主進(jìn)口 6、氣體次進(jìn)口 7 沿混合室壁2. 2切向和徑向進(jìn)入混合室2,對(duì)混合室2內(nèi)的液體進(jìn)行 高速剪切、霧化，使氣液界面發(fā)生剪切，氣液相互作用形成兩相流， 產(chǎn)生第一次霧化。由于氣體是以高速旋流狀態(tài)進(jìn)入混合室2,使得霧 化顆粒隨環(huán)境壓力的波動(dòng)變化不明顯；混合室2內(nèi)的兩相流經(jīng)過混合 室噴口 2. 1向外高速噴射膨脹、霧化，形成液霧，產(chǎn)生第二次霧化； 同時(shí)，氣體通道3內(nèi)的另一部分氣體繼續(xù)前行，經(jīng)旋流板4時(shí)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(fā)生高速剪切、撞擊，形成細(xì)小液霧，產(chǎn)生第三次霧化。 由于事先精心設(shè)計(jì)了氣體通道噴口 3. 2的噴射角A和擴(kuò)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(dòng)方向遠(yuǎn) 離噴嘴，不會(huì)與噴嘴端面接觸，避免合成氣對(duì)噴嘴端面的磨蝕和腐蝕 以及高溫灰渣對(duì)噴嘴頭部的侵蝕；細(xì)小的液霧射入高溫高壓合成氣 時(shí)，會(huì)與合成氣撞擊、摻混，產(chǎn)生第四次霧化，均勻混合、充分激冷。 在噴嘴不噴水時(shí)，還可以通過氣體通道噴口 3. 2采用氣體進(jìn)行吹掃， 保護(hù)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(qiáng)腐蝕環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。外殼5上的冷卻水夾套起 到了保護(hù)外殼5及其內(nèi)件不被高溫合成氣過燒損壞，具體為冷卻水 由水進(jìn)口 8. 1進(jìn)入外層冷卻水通道8. 2,經(jīng)內(nèi)、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，使位于噴嘴頭部液體的流速加 快，強(qiáng)化傳熱后進(jìn)入內(nèi)層冷卻水通道8. 3,再由水出口8.4排出，同 時(shí)帶走噴嘴頭部的更多熱量。螺旋流道8. 5即內(nèi)、外層冷卻水通道8.3、 8.2連接處設(shè)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(hù)噴嘴及其頭部不受合成氣高溫的侵害。本領(lǐng)域 技術(shù)人員可根據(jù)氣化爐的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和負(fù)荷、煤種的變化調(diào)整水/氣質(zhì)
量流量比，氣體流量可在20t/h~80t/h范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，激冷霧化水流 量可在10t/h 40t/h調(diào)節(jié)，可在操作壓力1. 0~8. OMPa,溫度450 ~ 170(TC的環(huán)境下正常工作。
權(quán)利要求1、一種兩相流霧化噴射冷卻裝置，包括由外殼、與進(jìn)水管連通的混合室、外部環(huán)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(gòu)成的兩相流液體/氣體霧化器，其特征是，所述外殼上設(shè)置冷卻水夾套，所述冷卻水夾套包括依次連通的水進(jìn)口、外層冷卻水通道、內(nèi)層冷卻水通道和水出口。
2、 如權(quán)利要求1所述的兩相流霧化噴射冷卻裝置，其特征是，霧化器的噴嘴頭部。
3、 如權(quán)利要求2所述的兩相流霧化噴射冷卻裝置，其特征是，
4、 如權(quán)利要求3所述的兩相流霧化噴射冷卻裝置，其特征是， 所述螺旋流道為單螺旋和/或雙螺旋流道。
5、 如權(quán)利要求1 ~4中任一項(xiàng)所述的兩相流霧化噴射冷卻裝置， 其特征是，所述氣體通道噴口的噴射角為25~45度。
6、 如權(quán)利要求5所述的兩相流霧化噴射冷卻裝置，其特征是， 所述氣體通道噴口的擴(kuò)張角與噴射角之和為90 ~ 120度。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種兩相流霧化噴射冷卻裝置，用于粉煤氣化或水煤漿氣化裝置對(duì)合成氣激冷降溫。技術(shù)方案包括由外殼、與進(jìn)水管連通的混合室、外部環(huán)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(gòu)成的兩相流液體/氣體霧化器，其中，所述外殼上設(shè)置冷卻水夾套，所述冷卻水夾套包括依次連通的水進(jìn)口、外層冷卻水通道、內(nèi)層冷卻水通道和水出口。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟(jì)耐用、霧化冷卻效率高、能耗低、負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)。
文檔編號(hào)F28C3/06GK201251375SQ20082006750
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者呂慶元, 飚 周, 寧建平, 張志華, 徐才福, 易利玲, 楊鐵樺, 殷為玉 申請(qǐng)人:五環(huán)科技股份有限公司