[發明專利]一種氣化劑與水混合霧化噴嘴及其霧化方法

在審

• 申請號: 202010199019.9
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111515041A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 徐斌;張博聞;張樹川;徐軍
• 申請（專利權）人: 北京國利衡清潔能源科技（集團）有限公司
• 主分類號: B05B7/04
• 分類號: B05B7/04;E21B43/295
• 代理公司: 北京智橋聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11560
• 代理人: 洪余節

本發明公開了一種氣化劑與水混合霧化噴嘴及其霧化方法，噴嘴包括具有中心通孔的噴嘴本體，中心噴管設置在中心通孔內，中心噴管末端收縮成圓錐形噴口，環隙通道設置在所述噴嘴本體和中心噴管之間并環繞在該中心噴管外，導套與環隙通道的末端連接，混合室與導套末端連接。本發明所提供的氣化劑與水混合霧化噴嘴及其霧化方法，通過強化水霧化效果，增大液滴比表面積，提高了與煤炭傳熱、傳質的相界面面積，提高燃燒、氣化反應效率；由于氣化劑與霧化水同時噴入煤層燃燒、氣化反應工作面，實現了與氣化工作面的直接接觸反應，減少了注水量，提高了熱效率。

技術領域

本發明涉及煤炭地下氣化技術領域，具體涉及一種氣化劑與水混合霧化噴嘴及其霧化方法。

背景技術

煤炭地下氣化就是直接將氣化劑注入地下煤層中進行燃燒、氣化反應生產合成氣(或燃料氣)的過程，其煤氣品質主要受氣化劑的分布方式、氧氣濃度和氣化劑成分的影響。從反應過程來看，煤炭地下氣化類似于地面固定床氣化，如魯奇爐。但不同于地面魯奇爐，其一般采用純氧-水蒸汽氣化工藝，通過控制水蒸汽含量調節爐內溫度，控制灰分熔融狀態，以保證固態排渣。煤炭地下氣化過程一般難以直接向地下輸送水蒸汽，因蒸汽易于凝結和相態轉換導致的較大熱損失等，使得輸送蒸汽不具備技術經濟性。雖然可以用水替代水蒸汽，但是如果直接將水注入地下煤層中，往往不如蒸汽與煤炭直接反應的傳質、傳熱效果好，這是因為水參與到氣化反應過程中需要先吸熱蒸發成蒸汽，蒸發過程的好壞，決定整個氣化過程的熱效率；另外，氣化反應耗掉的水量僅占實際送入水量的一小部分，絕大多數水是過量的，如何將水能直接作用到反應(燃燒、氣化)工作面上，是決定煤氣的品質(調整H₂、CO含量)重要因素。因而精確控制反應工作面上的水量和供水方式，將直接決定氣化效果的好壞。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，而提出的將水與氣化劑進行混合霧化的噴嘴及其霧化方法，通過噴嘴及設置在噴嘴上的旋流裝置分別將水、氣化劑加速至強湍流狀態，其中水流在強剪切力的作用下，在噴頭處撕裂、破碎成細液滴，之后并將高速湍流狀態的水滴，直接噴入亦被加速至高速湍流狀態的氣化劑中，液滴與氣化劑撞擊進一步霧化為細水霧，懸浮在氣化劑中，從而在噴嘴內完成水與氣化劑的均勻混合與霧化，通過強化水霧化效果，增大液滴比表面積，提高了與煤炭傳熱、傳質的相界面面積，提高燃燒、氣化反應效率；由于氣化劑與霧化水同時噴入煤層燃燒、氣化反應工作面，實現了與氣化工作面的直接接觸反應，減少了注水量，提高了熱效率。設有防回火引導套筒，能夠阻止高速湍流的氣化劑回流，導致噴嘴過早燒蝕破壞。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種氣化劑與水混合霧化噴嘴，其包括：

噴嘴本體，其具有中心通孔且該中心通孔的末端為噴嘴出口；

中心噴管，其設置在所述噴嘴本體的中心通孔內并與該噴嘴本體同軸；中心噴管末端收縮成圓錐形且朝向所述噴嘴出口的噴口，在噴口處中心噴管內外管壁厚度接近，形成較尖銳的邊緣；

環隙通道，其設置在所述噴嘴本體和中心噴管之間并環繞在該中心噴管外；環隙通道的末端向噴嘴軸線方向傾斜，且環隙通道的外壁相對中心噴管的噴口前移一段距離；環隙通道外壁向流動方向軸線傾斜；

導套，其與環隙通道的末端連接；該導套的外壁與噴嘴軸線平行；

混合室，其與導套末端連接；混合室由導套外壁末端向遠離噴嘴軸線方向傾斜延伸后構成，混合室內徑沿流動方向逐漸擴大至噴嘴出口。

作為優選，分別在中心噴管和環隙通道內設有旋流部件，兩個旋流部件均設置在中心噴管上噴口的后側，所述旋流部件具有若干開口通道分布在其周圍，并且開口通道向流體流動方向的切向傾斜。

作為優選，所述中心噴管內的旋流部件具有中心孔。

作為優選，所述旋流部件與中心噴管上噴口處的距離為0.1～10倍的中心噴管的外徑。