[实用新型]一种水煤浆气泡雾化喷嘴

说明书

技术领域

本实用新型属于一种水煤浆气化设备，具体讲是一种水煤浆气泡雾化喷嘴。

背景技术

水煤浆气化喷嘴是水煤浆气化工艺中的关键设备，其雾化性能对气化效率、碳转化率等有很大影响，其使用寿命则直接关系到气化炉稳定运行的周期。因此，雾化性能及使用寿命是气化喷嘴的评价标准中最重要的两个方面。

目前最常用的水煤浆气化喷嘴是以德士古喷嘴为代表的三通道内外混气动雾化喷嘴，采用同轴套管结构，中心通道和外环通道流通氧气，内环通道流通水煤浆。中心通道相比内环通道有明显内缩，形成供中心氧和水煤浆混合的内混室，水煤浆被稀释和加速后从内混室出口喷出，发生初步雾化；外环氧在外环通道中加速后以很高的速度从外环通道出口喷出，在喷嘴外跟沿轴向喷出的水煤浆呈一定夹角发生冲击、碰撞，使水煤浆发生二次雾化。

借助高的气液相对速度差，气动雾化克服了水煤浆粘度高雾化难的问题，这种将内混和外混结合的三通道气动雾化喷嘴对水煤浆实现了不错的雾化效果，在煤化工行业取得了出色的应用业绩。但由于低速的水煤浆跟高速的中心氧混合后，水煤浆流速有了明显提高，水煤浆中高硬度的固体颗粒对水煤浆喷嘴内壁面的磨损加快，缩短了喷嘴的使用寿命。德士古喷嘴寿命较短，一般2-3个月就需要对喷嘴进行维修或更换，对气化炉长周期运行造成了很大影响，其中，水煤浆喷嘴的磨损是气化喷嘴损坏的重要原因。

为解决德士古三通道喷嘴磨损快寿命短的问题，研究人员尝试在现有喷嘴结构的基础上进行修改，但都难以解决喷嘴的磨损问题。

例如公开日为2010年10月6日，公开号为CN101850308A的中国专利文献公开了“一种带有镍-碳化钨涂层的水煤浆喷嘴及其制备方法”，通过在水煤浆喷嘴内壁制备一层镍-碳化钨涂层，以提高水煤浆喷嘴的耐冲蚀性能。但在喷嘴内壁制备耐磨涂层不仅加工难度大，加工质量难保证，而且涂层及喷嘴本体材料在不同温度下热膨胀性存在差异，在水煤浆长时间的冲刷作用下，耐磨涂层易剥落而失去保护作用。

再例如公开日为2011年11月23日，公开号为CN102250644A的中国专利文献公开了“一种水煤浆气化炉工艺烧嘴”，在中喷头上设置了与外喷头腔室相通的用于将外喷头腔室中的氧气导入中喷头腔室中的氧气导入部，将外喷头中的部分氧气导入内喷头腔室，期望在内喷头内壁形成一层氧气层，起到阻止流经中喷头的水煤浆与中喷头腔室内壁的直接接触，进而达到降低水煤浆对中喷头腔室内壁的磨损的作用。但在实际使用过程中，从氧气导入部过来的氧气大多直接与水煤浆发生了混合，难以形成可以阻挡水煤浆的氧气层，对中喷头腔室内壁保护效果不明显。

为解决现有水煤浆气化喷嘴存在的问题及设计出具有自主知识产权的煤气化喷嘴，国内研究人员设计了不同结构的气化喷嘴，但都存在一定问题。

例如公开日为2006年3月29日，公开号为CN1752521A的中国专利文献公开了“水煤浆气化喷嘴”，采用了三通道结构，中心氧、水煤浆和外环氧在混合室内混合，实现气动雾化，并通过撞击混合室内的圆台型撞击件加强雾化效果，气液混合物最终通过雾化头上的喷孔喷出。该喷嘴通过气动雾化及撞击，获得了较好的雾化效果，但由于水煤浆冲击撞击件的速度及气液混合物从喷孔喷出的速度都很高，水煤浆中高硬度的固体颗粒对撞击件及雾化头上的喷孔的磨损强度大，喷头部分易磨坏，喷嘴使用寿命较短。

再例如授权公告日为2008年12月31日，专利号为ZL200720306001.4的中国专利文献公开了“带有扩张段的直冷式水煤浆气化喷嘴”，采用两通道结构，中心管带有扩张段，用于流通水煤浆，气化剂走内环管，通过中心管的前半部分的两排或多排进气孔射流进入中心管，通过气化剂射流对中心管的水煤浆冲击混合实现雾化。该喷嘴的设计出发点是降低水煤浆对喷嘴的磨损程度，有利于提高喷嘴寿命，但仅依靠中心管上进气孔喷出的气体射流对水煤浆进行冲击混合，其雾化效果难以满足气化工艺的要求。

气泡雾化是除气动雾化以外的一种比较适合高粘度液体的雾化方式，是将高压气体（蒸汽）在流动的液体中产生气泡，用气泡作为雾化的动力，利用气泡的产生、运动、变形直到喷嘴出口爆破来产生非常细的液雾。气泡雾化对气体的速度要求不高，这一点跟气动雾化存在明显差异。气泡雾化喷嘴在燃用重、渣油工作炉上已经有一定的应用。