专利名称：两相流雾化喷射冷却装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可在高温高压工况下激冷高温高压合成气 的激冷装置，具体的说是一种用于粉煤气化或水煤浆气化装置中合成 气激冷降温的两相流雾化喷射冷却装置。
背景技术：
目前，煤气化高温合成气的降温形式一般采用水冷激、两段进煤 激冷和返回的经冷却后的粗合成气激冷等方式。釆用水煤浆气化的水 激冷，渣和细灰混在一起，使得灰水系统黑水处理系统复杂，环保不 利，运行成本高。采用两段进料气化反应温度低，气化不完全，导致 合成气中曱烷含量高，气体中夹带的煤粉会增加，对合成气的生产和 煤粉的回收不利。干煤粉气化采用返回的经冷却后的粗合成气对高温 合成气激冷，需要设置高温高压陶瓷过滤器除尘和循环气压缩机，投 资高，能耗大，运行成本高。事实上，引入蒸汽代替上述返回冷却后 的合成气激冷高温合成气是一种环保且有效的方法，但是由于蒸汽价 格高，用量大，会导致最终运行成本大幅上升，难以工业化应用。因 此， 一直没有找到一种合适的机构/装置能安全、稳定、环保、低廉 的对高温高压合成气进行激冷。
正因为存在上述诸多技术问题，设计人经过反复研究认为可以通
过水汽混合后雾化对合成气进行冷却。中国专利号为ZL96207032中 公开了 一种两相流高效液体雾化器，利用压缩空气或蒸汽作为雾化介 质，将需要雾化的液体掺混形成两相流高速喷出，经过膨胀、多次撞 击剪切进行高效雾化，雾滴粒度小，尺寸分布均匀，能明显增强雾化 效果，且雾化介质消耗量小。但该雾化器仅适用于普通加热窑炉的燃 烧器上，或者冷态喷雾播洒及消防上，而不能用于高温高压和合成气 强腐蚀环境下冷却合成气。在高温下(如130(TC以上)，雾化器的外壳、特别是喷嘴前端部分极易过烧和被高温合成气磨蚀及腐蚀。合成 气中还含有高温的灰渣，极易粘附在喷嘴头部造成侵蚀，导致无法长
期使用。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构紧 凑、经济耐用、雾化冷却效率高、能耗低、负荷变化适应性强的两相
、、云
雾化喷射冷却装置,
技术方案包括由外壳、与进水管连通的混合室、外部环形气体通 道、以及包括气体通道喷口和混合室喷口的喷嘴所构成的两相流液体 /气体雾化器，其中，所述外壳上还设有冷却水夹套，所述冷却水夹
套包括依次连通的水进口、外层冷却水通道、内层冷却水通道和水出
1々1b液体/ 气体雾化器的喷嘴头部。
所述螺旋流道为单螺旋和/或双螺旋流道。
所述气体通道的喷口喷射角为25~45度，优选为30度，扩张角 与喷射角之和为90~120度。
通过在两相流液体/气体雾化器的外壳上加设冷却水夹套，保护 外壳和使两相流液体/气体雾化器喷嘴前端不被高温烧损。所述冷却 水夹套为双层结构，冷却水由水进口进入外层冷却水通道，再经内层 冷却水通道由水出口排出，并带走热量，保护外壳。为了进一步强化 喷嘴头部外壳的冷却效果，在外层冷却水通道和喷嘴头部设置有螺旋 流道，所述螺旋流道为单螺旋和/或双螺旋流道。水流经该处时，形 成旋流，流速明显^是高，能带走更多热量，有效降低喷嘴头部及其与 高温气体接触区域的金属壁温，从而能有效的保护喷嘴头部。
所述喷嘴包括气体通道喷口和混合室喷口 。所述气体通道喷口的
4喷射角为25 45度，优选为30度。气体通道喷口的扩张角与喷射角 之和为90 120度，能使气体经气体通道喷口射出时， 一方面能很好 的与混合室喷口喷出的两相流液雾再次发生撞击、剪切雾化；另一方 面能避免高温合成气在喷嘴区域回流而与喷嘴端部直接接触，从而避 免合成气对喷嘴的磨蚀和腐蚀以及合成气中的高温灰渣对喷嘴的侵 蚀。所述气体通道内引入的气体可为合成气、蒸汽、二氧化碳、氮气 中的至少一种。
设计人在现有普通两相流液体/气体雾化器的基础上，进行数值 模拟分析及大量实-睑，使其应用领域扩展到对高温高压合成气的激冷 降温方面。其优异的特点具体表现在1、由进水管进入的水和气体 高速混合形成两相流，经过多次膨胀，压缩，高速喷出再与气体、合 成气发生撞击，实现高效雾化。经过上述多级雾化的过程，雾液颗粒 会特别细小，能与气化炉内的合成气均匀混合，改善高温合成气与水 之间的传热和传质效果，实现高效冷激。2、由于采用与水混合多级 雾化，雾化介质即气体的用量较少且符合环保和节能要求。3、在气 化炉内安装本实用新型，采用气体和水多级雾化方式激冷合成气，与 采用冷却后返回的粗合成气激冷方式相比，无需设置昂贵的高温高压 陶瓷过滤器和循环气压缩机，大幅降低了生产成本。4、解决了普通 雾化器在高温高压工况和合成气强腐蚀环境下运行的难题，能有效保 护外壳及喷嘴不受高温高压及其它恶劣条件的影响，能长期稳定运 行。本实用新型能将高温高压合成气由1350 ~ 170(TC降至400 - 450 °C ，除起到对高温合成气进行激冷降温和使液态的灰渣固化作用外， 还能除去一定量的灰和渣。
本实用新型具有结构紧凑、经济耐用、雾化冷却效率高、便于安 装和维护等特点，具有节约高品位的高压或中压蒸汽、起到激剧降温 的作用，同时伴有除灰、渣的效果、技术新颖、负荷变化适应性强和 节能的优点，还可以根据需要应用于各种高温工况下需对各种高温含尘气体激冷降温的技术中。
图1为本实用新型结构示意图。
其中1-进水管、1.1-进水管喉管、2-混合室、2. 1-混合室喷口、 2.2-混合室壁、3-气体通道、3. 1-进气管、3. 2-气体通道喷口、 4-旋流板、5-外壳、6-气体主进口、 7-气体次进口、 8. 1-水进口、 8.2-外层冷却水通道、8. 3-内层冷却水通道、8. 4-水出口 、 8. 5-螺旋流道， A为喷射角、B为扩张角。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步解释说明 参照图l，进水管l前端的进水管喉管l. l与混合室2后端连通。 混合室2前端设有混合室喷口2. 1，所述混合室2与外壳5之间设有带有 进气管3. l的气体通道3，气体通道喷口3. 2位于混合室喷口2. l外部， 与混合室喷口2. l共同构成喷嘴，所述气体通道喷口3. 2的喷射角A为 25~45度，扩张角与喷射角之和为90 - 120度。所述气体通道3通过混 合室壁2. 2上开设多个气体主进口6和气体次进口7与混合室2连通。所 述气体主进口 6位于混合室壁2. 2中段，气体次进口 7位于混合室壁2. 2 后段，气体通道3内的部分气体可由气体主进口6和气体次进口7沿混 合室壁2. 2径向和切向高速进入混合室2内。气体通道3内还设置具有 改变气流方向和加快流速作用的旋流板4。所述外壳5外还设置有冷却 水夹套，所述冷却水夹套由依次连通的进水口8. 1、外层冷却水通道 8. 2、内层冷却水通道8. 3和出水口8. 4组成。外层冷却水通道8. 2套在 内层冷却水通道8. 3之外，内、外层冷却水通道8. 3、 8. 2连接处位于 喷嘴头部，该处设有增加局部流速的螺旋流道8. 5,所述螺旋流道8. 5 可以是单螺旋流道和/或双螺旋流道。螺旋流道8. 5可以通过安装螺旋 板形成。本实用新型可水平或垂直与气化炉配套安装，如多个多层水 平环形布置在气化炉壁上，单个或多个在气化炉顶垂直安装或者它们的组合等等。喷嘴方向应与气化炉高温气流旋流方向相反。喷嘴宜采 用耐磨蚀和耐高温材料制造，如镍基合金材料，喷嘴端面可以采用镍 基合金锻件机加工而成。
作用原理
高压水由进水管1进入，经进水管喉管1. 1向混合室2内喷出； 气体由进气管3. l进入，其中一部分由气体主进口 6、气体次进口 7 沿混合室壁2. 2切向和径向进入混合室2,对混合室2内的液体进行 高速剪切、雾化，使气液界面发生剪切，气液相互作用形成两相流， 产生第一次雾化。由于气体是以高速旋流状态进入混合室2,使得雾 化颗粒随环境压力的波动变化不明显；混合室2内的两相流经过混合 室喷口 2. 1向外高速喷射膨胀、雾化，形成液雾，产生第二次雾化； 同时，气体通道3内的另一部分气体继续前行，经旋流板4时形成高 速气体旋流，从气体通道喷口 3. 2高速喷出，与混合室喷口 2. 1喷出 的液雾再次发生高速剪切、撞击，形成细小液雾，产生第三次雾化。 由于事先精心设计了气体通道喷口 3. 2的喷射角A和扩张角B,气体 通道喷口 3.2喷出的气体能很好的使高温高压合成气的流动方向远 离喷嘴，不会与喷嘴端面接触，避免合成气对喷嘴端面的磨蚀和腐蚀 以及高温灰渣对喷嘴头部的侵蚀；细小的液雾射入高温高压合成气 时，会与合成气撞击、掺混，产生第四次雾化，均匀混合、充分激冷。 在喷嘴不喷水时，还可以通过气体通道喷口 3. 2采用气体进行吹扫， 保护喷嘴不被高温合成气过烧损坏，使喷嘴在不同工况下均能在高温 高压和合成气强腐蚀环境下长期稳定运行。外壳5上的冷却水夹套起 到了保护外壳5及其内件不被高温合成气过烧损坏，具体为冷却水 由水进口 8. 1进入外层冷却水通道8. 2,经内、外层冷却水通道8. 3、 8. 2连接处的螺旋流道8. 5形成旋流，使位于喷嘴头部液体的流速加 快，强化传热后进入内层冷却水通道8. 3,再由水出口8.4排出，同 时带走喷嘴头部的更多热量。螺旋流道8. 5即内、外层冷却水通道8.3、 8.2连接处设置在喷嘴头部，使得局部冷却水流速度高，降温
效果佳，特别是能保护喷嘴及其头部不受合成气高温的侵害。本领域 技术人员可根据气化炉的运行经验和负荷、煤种的变化调整水/气质
量流量比，气体流量可在20t/h~80t/h范围内调节，激冷雾化水流 量可在10t/h 40t/h调节，可在操作压力1. 0~8. OMPa,温度450 ~ 170(TC的环境下正常工作。
权利要求1、一种两相流雾化喷射冷却装置，包括由外壳、与进水管连通的混合室、外部环形气体通道、以及包括气体通道喷口和混合室喷口的喷嘴所构成的两相流液体/气体雾化器，其特征是，所述外壳上设置冷却水夹套，所述冷却水夹套包括依次连通的水进口、外层冷却水通道、内层冷却水通道和水出口。
2、 如权利要求1所述的两相流雾化喷射冷却装置，其特征是，雾化器的喷嘴头部。
3、 如权利要求2所述的两相流雾化喷射冷却装置，其特征是，
4、 如权利要求3所述的两相流雾化喷射冷却装置，其特征是， 所述螺旋流道为单螺旋和/或双螺旋流道。
5、 如权利要求1 ~4中任一项所述的两相流雾化喷射冷却装置， 其特征是，所述气体通道喷口的喷射角为25~45度。
6、 如权利要求5所述的两相流雾化喷射冷却装置，其特征是， 所述气体通道喷口的扩张角与喷射角之和为90 ~ 120度。
专利摘要本实用新型公开了一种两相流雾化喷射冷却装置，用于粉煤气化或水煤浆气化装置对合成气激冷降温。技术方案包括由外壳、与进水管连通的混合室、外部环形气体通道、以及包括气体通道喷口和混合室喷口的喷嘴所构成的两相流液体/气体雾化器，其中，所述外壳上设置冷却水夹套，所述冷却水夹套包括依次连通的水进口、外层冷却水通道、内层冷却水通道和水出口。本实用新型结构紧凑、经济耐用、雾化冷却效率高、能耗低、负荷变化适应性强。
文档编号F28C3/06GK201251375SQ20082006750
公开日2009年6月3日 申请日期2008年5月30日 优先权日2008年5月30日
发明者吕庆元, 飚 周, 宁建平, 张志华, 徐才福, 易利玲, 杨铁桦, 殷为玉 申请人:五环科技股份有限公司