CN2248187Y - 双通道内旋组合式喷嘴 - Google Patents
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Abstract
一种双通道内旋组合式喷嘴，它能使气化剂经旋流器而产生旋转流动，从而具有良好的雾化和混合效果，促进了气化剂与燃料之间的快速混合，并在气化炉内形成稳定的内部与外部回流区。该喷嘴主要用于以渣油为原料生产合成气、燃料气和还原气的过程，尤其是合成气的生产。
Description
本发明涉及一种液体雾化分散装置。
众所周知，合成气是加氢反应，合成氨，甲醇及其它碳氢化合物和含氧有机化合物的重要原料，具有极高的经济价值。合成气生产技术作为发展碳一化工的龙头，在未来的化工生产中占有举足轻重的地位。
本发明所涉及的喷嘴就用于合成气，燃料气和还原气的生产过程，特别是合成气的生产。该过程以烃类(天然气，轻烃，渣油等)或水煤浆为原料，以富氧空气或纯氧为主要气化剂，以水蒸气，水或CO2作为气化剂和温度调节剂，通过部分氧化反应来实现。
部分氧化法生产合成气技术问世于50年代初，该技术因生产强度高，原料适用范围广而引起人们的普遍重视。经过近四十年来技术方面的不断改进，已得到了广泛的应用，尤其在合成气生产领域。其中最为典型的是美国德士古公司开发的双通道气流雾化喷嘴，相关的文献有：US2928460，US3445960，US4113445，该喷嘴的特点在于结构简单，维修方便。但在工业生产中却存在以下问题：
1.耐火砖寿命短。气化炉锥部耐火砖严重烧蚀，国内砖寿命仅为十个月，工厂检修周期势必为耐火砖寿命所左右。
2.有效气(CO＋H2)成分低，通常在90％左右波动。CO2含量则偏高，有时甚至高达10％，仅此一项每个厂家每年少生产合成氨约5000吨。
3.结渣。每两个月左右就得停炉清渣一次，每次停车十余小时，严重影响正常生产。
4.气化炉出口气中合成氨含量偏高，引起下游工段管道堵塞，影响整个系统正常运转。
凡此种种均与喷嘴结构密切相关。部分氧化反应一般在高温(1250-1450℃)下进行，化学反应速度极快，整个过程为混合控制。该过程得以进行的浓度、温度分布全依赖于喷嘴与炉体匹配形成的流场，这是喷嘴的一个重要功能。喷嘴的另一个重要功能在于使液体燃料雾化，并促进燃料和气化剂之间迅速有效的混合，避免局部过氧或贫氧，过氧往往产生过多的CO2，使局部温度过高，为耐火砖烧蚀和结渣创造了客观条件；贫氧则使碳黑生成量极剧上升。两者都会造成有效气含量下降。
本发明的目的就在于提供一种新型双通道内旋组合式喷嘴，改善原喷嘴的混合和雾化效果，使喷嘴与现有炉体相匹配，形成适宜流场，从而延长耐火砖寿命，提高有效气成分，抑制结渣，降低气化炉出口气中微量氨含量。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种双通道内旋组合式喷嘴，该喷嘴包括两个同心的喷管(22，23)，中心喷管(22)通过第一管形构件(12)与气化剂进口(7)通道相连，通道中安装一个旋流器(13)。外环隙喷管(23)通过第二管形构件(11)与燃料和温度调节剂混合物的进口(8)通道相连；所述的中心喷管(22)和环隙喷管(23)其出口端通常呈圆形；第一管形构件(12)和第二管形构件(11)通过法兰(9，10)相连接，喷嘴主体通过一凸法兰(6)与气化炉反应室相连；喷嘴头部外侧有一冷却室(17)，冷却水通过进入管(3)由泵送入冷却室，再经出口蛇管(4)送出。
前述的旋流产生器(13)可以是螺旋槽式的，也可以是轴向叶片式的，视中心通道所走的反应介质而定。
本发明的喷嘴具有以下的效果：
采用本发明的喷嘴时，反应物料由中心通道进入旋流器，从而产生旋转流动，雾化角增加，加速了中心与环隙物料间的混合，并提高了液体燃料雾化效果，同时在下方形成了一个稳定的中心回流区，该回流区具有以下优点：
1.加速了燃料与气化剂之间的混合，使火焰长度缩短，保护了气化炉下部耐火砖。
2.稳定火焰，提高燃烧强度，使燃烧区的范围缩小，从而增加了二次反应区的反应空间，有利于降低碳黑生成量，提高气化炉出口有效气含量，同时降低出口气中微量氨含量。
3.有利于在气化炉内形成比较均匀的温度和浓度场，避免了局部高温区的出现，消除了耐火砖烧蚀和结渣的客观条件，使耐火砖始终处在比较温和的环境中，有利于从整体上提高耐火砖寿命。
本发明主要用于合成气的生产，也可用于燃料气和还原气的生产；在用于合成气的生产时，其原料可以为烃类，也可以为水煤浆，其中烃类可包括天燃气，油田气、石脑油、柴油、重油、常减压渣油、沥青和岩页油。
以下举出实例进一步说明本发明的效果：
以渣油为原料，98％的氧气为气化剂，水蒸气为温度调节剂，将渣油预热到200℃后与320℃，100Kg/cm3的水蒸气混合，经环隙喷嘴进入气化炉，氧气在常温下进入气化炉，其压力为97Kg/cm3。油品组成及性质如下：
比重(100/4℃) 0.9176
(150/4℃) 00.8866
运动粘度(CST)
100℃ 1690.3
150℃ 151.2
200℃ 34.5
闪点(℃) 320.0
流动点(℃) 63.0
残碳(WT％) 14.06
元素组成(WT％)
C 86.51
H 12.20
O 0.38
N 0.60
S 0.24
ASH 0.07
热值(低) 9940Kcal/Kg
操作条件：
气化压力： 87Kg/cm3
氧油比： 0.8Nm3/Kg
蒸气油比 0.5Kg/Kg
气化炉出口组成(vol％，干基)如下表所示：
现有喷嘴 本发明喷嘴
H2 46-48 47-49
CO 41-43 43-45
CO2 7-8 5.5-6.5
COS 0.002 0.002
H2S 0.05 0.05
CH4 0.571 0.463
N2 0.147 0.174
Ar 0.094 0.11
NH3 0.068 0.041
从表可见，有效气成分提高2-4％，CO2含量降低。
总之使用本发明的喷嘴后耐火砖寿命明显延长，有效气成分将有显著改善，结渣得到了抑制，出口气中氨含量也将有大幅度下降。
附图1为喷嘴的平视图
附图2为附图1沿A-A面剖切的纵向剖面图
附图3为附图2中沿B-B面剖取的横断面图
以下结合附图对本发明做进一步的详述：
如图1所示，喷嘴2与通道1相联接，通过气化炉上部一个延伸的通道进入气化炉的反应室中，由凸形法兰6与气化炉相连。而冷却管3则将冷却介质连续输入到喷嘴冷却室17中。
进口7引导气化剂(气化剂通常包括空气，氧气量大于21％的富氧空气和含量大于95％的纯氧)经中心管口，通过旋流器13使气化剂产生旋转流动，并在中心喷口22处使其加速。进口8引导蒸气(或其它温度调节剂)与燃料(渣油或其它燃料)的混合物，使之通过外环隙通道11进入到外喷嘴16而加速。两股物料在喷嘴下方混合，并使油雾化为极小的均匀液滴。
中心喷嘴15焊接在图2所示的中心导管12上，位于其下方，并通过调节凸缘14与外喷嘴相分开，调节凸缘14确保中心喷嘴与环隙喷嘴之间的同心度。环隙喷嘴16与中心喷嘴15的外表面构成一个环形通道23，燃料与温度调节剂的混合物通过该环形通道23进入气化炉中，温度调节剂一般为水蒸气，也可以用水和CO2。
附图2中中心喷嘴22上方有一收缩口25，其表面与轴线夹角α一般为15°-60°，其外侧倾角β通常在30°-80°之间，环隙喷嘴内侧面与轴线夹角γ一般在20°-75°之间，其与冷却室凸18所构成的扩张口24内侧表面与轴线夹角τ在30°-60°之间。
旋流器13的外径与中心通道12的内径相同，其内径可视具体情况而定，内外径之比一般在0.1-0.8之间，旋流器13自由放置在中心通道内。该旋流器可以是螺旋槽式的，也可以是轴向叶片式的，视其中所走的介质而定。例如，中心走液体燃料时可采用前一种形式，而中心走气化剂或其它气体物料时则以轴向叶片式旋流器为优，螺旋槽或叶片与轴线夹角可以在15°-75°之间变化。
如图2所示，喷嘴外侧有一冷却室17，由内表面19所限定，19形成了环隙喷嘴的外边界，并与冷却室尾端凸形壁18形成一个扩张口24，冷却管3将冷却剂提供给冷却室17。
Claims (4)
1.一种双通道内旋组合式喷嘴，其特征在于包括一个中心喷管(22)，另一个与中心喷管(22)同心的环隙喷管(23)，第一管形构件(12)和另一个与(12)完全相同的第二管形构件(11)，还包括一个旋流产生器(13)和喷嘴冷却室(17)；其中
a 中心喷管(22)出口通常呈圆形，在第一管形构件下方并与之相联接，第一管形构件(12)又与气化剂进口(7)相通；
b 旋流产生器(13)位于第一管形构件(12)与中心喷管(22)相连所形成的通道内；
c 环隙喷管(23)出口呈圆形，在第二管形构件(12)下方并与之相连接，环隙喷管(23)外侧有一冷却室(17)，冷却室(17)与冷却水进口管(3)和蛇管(4)相连，冷却室(17)与环隙喷管出口(16)形成一个扩张口(24)，第二管形构件(11)与燃料和温度调节剂混合物的进口(8)相连；
d 第一管形构件(12)和第二管形构件(11)通过法兰(9，10)相连接，
e 整个喷嘴(1)通过凸法兰(6)与气化炉炉体相连接。
2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于中心喷管(22)内收缩角α为15°-60°，其外侧倾角β在30°-80°之间。
3.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于旋流器(13)是螺旋槽式的，或者是轴向叶片式的，其外径与第一管形构件(12)内径相等，内外半径经为0.1-0.8间，螺旋槽或轴向叶片与轴线的夹角为15°-75°。
4.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于环隙喷嘴(23)内侧表面与轴间夹角γ为20°-75°，其与冷却室(17)形成的扩张口(24)与轴线夹角τ为30°-60°。
Priority Applications (1)
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| CN 94214422 CN2248187Y (zh) | 1994-06-15 | 1994-06-15 | 双通道内旋组合式喷嘴 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102399593A (zh) * | 2011-10-13 | 2012-04-04 | 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 | 一种用于气化炉的烧嘴 |
| CN111219278A (zh) * | 2018-11-27 | 2020-06-02 | 保时捷股份公司 | 用于内燃机的燃料喷射系统的混合装置 |
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1994
- 1994-06-15 CN CN 94214422 patent/CN2248187Y/zh not_active Expired - Lifetime
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| CN102399593B (zh) * | 2011-10-13 | 2014-04-02 | 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 | 一种用于气化炉的烧嘴 |
| CN111219278A (zh) * | 2018-11-27 | 2020-06-02 | 保时捷股份公司 | 用于内燃机的燃料喷射系统的混合装置 |
| CN111219278B (zh) * | 2018-11-27 | 2021-11-12 | 保时捷股份公司 | 用于内燃机的燃料喷射系统的混合装置 |
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