CN105112104B - 一种用于多元料浆气化反应器的多通道喷嘴及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于多元料浆气化反应器的多通道喷嘴及其用途。本发明多通道喷嘴包括以纵轴重叠方式由内而外依次配置的I级废液管路12、II级废液管路9、I级给氧管路6、料浆管路3、II级给氧管路1与冷却系统。本发明的多通道喷嘴不但可用于水煤浆气化制水煤气CO+H2，还可将难以处理的工业有机废液、废水通过气化反应实现高效利用。使用本发明多通道喷嘴不仅能够有效避免有机废液对环境的污染，同时还能够节省大量水资源，因此，具有非常明显的经济效益与社会效益。
Description
【技术领域】
本发明属于煤气化技术领域。更具体地，本发明涉及一种用于多元料浆气化反应器的多通道喷嘴，还涉及所述多通道喷嘴的用途。
【背景技术】
有机废水因含有多种有机污染物(如醇、酚、醛类等)，通常都具有有毒有害、气味难闻、色度高、难以生物降解等特点，目前有机废水的处理主要采用物理法，化学法，物理+化学法或者生化法等，但这些方法或多或少存在着处理速度慢，周期长，能耗大，处理成本高，可能存在二次污染等缺点，一直是国内外水处理领域的一大难题。
如果把有机废水与碳氢化合物、氧气分别通入气化喷嘴，在气化炉内高温燃烧(温度高于1300～1400℃)，可使有机物高温融熔或裂解，生成水煤气，不仅可避免有机废水对环境的污染，同时还能节约水资源，此项技术能够在合成氨、合成甲醇工业、发电(IGCC)、煤制油等领域得到广泛的应用，从而实现有机废水的高效利用。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的目的是提供一种用于多元料浆气化反应器的多通道喷嘴。
本发明的另一个目的是提供所述多通道喷嘴的用途。
[技术方案]
本发明是通过下述技术方案实现的。
本发明涉及一种用于多元料浆气化反应器的多通道喷嘴。
该多元料浆气化反应器多通道喷嘴包括以纵轴重叠方式由内而外依次配置的I级废液管路12、II级废液管路9、I级给氧管路6、料浆管路3、II级给氧管路1与冷却系统；
所述的I级废液管路12由位于多通道喷嘴顶部的I级废液入口13、位于多通道喷嘴底部的I级废液喷头16与将它们连接起来的直管组成；
所述的II级废液管路9由位于多通道喷嘴顶部与I级给氧入口管道7之间的II级废液入口11和II级废液入口管道10、位于多通道喷嘴下部的II级废液喷头17以及将所述管道与喷头连接起来的直管组成；
所述的I级给氧管路6由位于II级废液入口管道10与料浆入口管道4之间的I级给氧入口8和I级给氧入口管道7、位于多通道喷嘴下部的I级给氧喷头18以及将所述管道与喷头连接起来的直管组成；
所述的料浆管路3由位于I级给氧入口管道7与II级给氧入口管道14之间的料浆入口5和料浆入口管道4、位于多通道喷嘴下部的料浆喷头19以及将所述管道与喷头连接起来的直管组成；
所述的II级给氧管路1由位于料浆入口管道4与多通道喷嘴底部之间的II级给氧入口15和II级给氧入口管道14、位于多通道喷嘴下部的II级给氧喷头20以及将所述管道与喷头连接起来的直管组成；
所述的冷却系统处于在II级给氧入口管道14与多通道喷嘴底部之间的多通道喷嘴外表面上。
在所述的多通道喷嘴下部外侧设置固定法兰2，以便将其多通道喷嘴牢固地固定在气化反应器顶部。
根据本发明的一种优选实施方式，所述的II级废液管路9通过位于该管路直管顶端的法兰以同轴方式固定在I级废液管路12上；
所述的I级给氧管路6通过位于该管路直管顶端的法兰以同轴方式固定在II级废液管路9上；
所述的料浆管路3通过位于该管路直管顶端的法兰以同轴方式固定在I级给氧管路6上；
所述的II级给氧管路1通过位于该管路直管顶端的法兰以同轴方式固定在料浆管路3上。
根据本发明的另一种优选实施方式，在II级废液入口管道10与I级给氧入口管道7之间，按照与所述II级废液管路9相同的结构与安装方式在II级废液管路9外侧顺序地同轴安装N级废液管路，其中N是大于1的正整数。
在本发明中，设置N级废液管路的目的在于保证各种不同的有机废水相互独立地通过不同的废液通道，便于利用和处理。
根据本发明的另一种优选实施方式，所述的N级废液管路是3-10级废液管路。根据实际生产需要确定废液管路级数对于本技术领域的普通技术人员而言是不存在任何困难的，是易于实现的。
根据本发明的另一种优选实施方式，I级废液喷头16、II级废液喷头17、I级给氧喷头18、料浆喷头19与II级给氧喷头20是一种锥形结构喷头，其锥角为30°≤α≤90°。
如果I级废液喷头16、II级废液喷头17、I级给氧喷头18、料浆喷头19与II级给氧喷头20的锥角小于30°，则会导致各个喷头喷出的射流混合不充分，影响其雾化效果，同时还可能会导致部分反应物料由于流速太高未参与气化反应，影响合成气气化指标；如果它们的锥角大于90°，则会导致各个喷头喷出射流的燃烧火焰太短，从而导致喷头部易被烧毁；因此，所述各个喷头的锥角为30°≤α≤90°是合理的；优选地是45°≤α≤75°。
根据本发明的另一种优选实施方式，由I级废液喷头16、II级废液喷头17、I级给氧喷头18、料浆喷头19与II级给氧喷头20构成预混区22，与预混区22相邻的是喷嘴出口23，这些喷头相邻之间都安装定位块21。
在本发明中，安装定位块21的目的在于保证各个喷头具有良好的稳定的同心度。
根据本发明的另一种优选实施方式，所述的冷却系统是一种具有常规水夹套结构或盘管结构的冷却系统。
在本发明中，安装冷却系统的目的在于保证喷头在使用过程中结构稳定，从而保证气化反应器运行稳定，还能够保证这些喷头不易损坏。
根据本发明的另一种优选实施方式，由II级给氧管路1与料浆管路3形成的空间构成II级给氧通道；由料浆管路3与I级给氧管路6形成的空间构成料浆通道；由I级给氧管路6与II级废液管路9形成的空间构成I级给氧通道；由II级废液管路9与I级废液管道12形成的空间构成废液通道。
在本发明中，所述的给氧通道是用于输送氧化剂的通道。所述的氧化剂例如是以氧气为主气化介质，水、二氧化碳或者它们的混合物为辅助气化介质。
所述的废液通道是用于输送废液的通道，所述的废液例如是含有碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素的废液。
所述的料浆通道是用于输送料浆的通道，所述的料浆例如是含有煤粉、石油焦、焦粉、半焦、煤液化残渣及其混合物的浆体。
根据本发明的另一种优选实施方式，由相邻N级废液管路之间形成的空间都构成废液通道。
本发明还涉及所述多元料浆气化反应器多通道喷嘴在生产合成气中的用途。在生产合成气时使用的料浆是由煤粉、石油焦、焦粉、半焦、煤液化残渣或其混合物制成的浆体，使用的废液是含有一种或多种选自碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素的有机物溶液。
本发明的多通道喷嘴实施过程如下：首先将一种或多种选自浆体、含碳氢化合物的的浆体通过料浆入口送到料浆管路，将有机废水通过废液入口送到废液管路，将所述氧化剂同时通过I级给氧入口和II级给氧入口分别送到I级给氧管路和II级给氧管路，料浆、有机废液与来自I级给氧管路的氧化剂在预混区22充分混合并且雾化，雾化物再与来自II级给氧管路的氧化剂进行二次雾化，接着从多通道喷嘴喷出，然后进入气化炉内，在温度1100℃-1650℃与压力为0.1-20MPa的条件下进行部分氧化反应，生成以CO、CO2和H2为主要成分的合成气。
本发明多通道喷嘴的特点如下：
本发明多通道喷嘴可以同时处理多种含碳氢化合物的浆体和多种废液，特别是危险性有机废液。在现有合成气反应器中安装使用本发明多通道喷嘴，不仅能够高效地处理各种有机废液，还能够获得高品质的合成气，从而有效避免有机废液对环境的污染，同时还能够节省大量水资源，因此，具有非常明显的经济效益与社会效益。
[有益效果]
本发明可用于多种料浆和废液气化的多通道喷嘴，不但可用于水煤浆气化制水煤气CO+H2，还可将难以处理的工业有机废液、废水通过气化反应实现高效利用。在现有合成气反应器中安装使用本发明多通道喷嘴，不仅能够高效地处理各种有机废液，还能够获得高品质的合成气，从而有效避免有机废液对环境的污染，同时还能够节省大量水资源，因此，具有非常明显的经济效益与社会效益。
【附图说明】
图1是本发明用于多元料浆气化反应器的多通道喷嘴结构示意图；
图2是本发明多通道喷嘴头部结构示意图；
图3是本发明多通道喷嘴俯视图；
图4是本发明多通道喷嘴头部沿A-A的剖视图；
图中：
1-II级给氧管路；2-固定法兰；3-料浆管路；4-料浆入口管道；5-料浆入口；6-I级给氧管路；7-I级给氧入口管道；8-I级给氧入口；9-II级废液管路；10-II级废液入口管道；11-II级废液入口；12-I级废液管路；13-I级废液入口；14-II级给氧入口管道；15-II级给氧入口；16-I级废液喷头；17-II级废液喷头；18-I级给氧喷头；19-料浆喷头；20-II级给氧喷头；21-定位块；22-预混区；23-喷嘴出口。
【具体实施方式】
通过下述实施例将能够更好地理解本发明。
实施例1：本发明的多通道喷嘴
该多通道喷嘴包括以纵轴重叠方式由内而外依次配置的I级废液管路12、II级废液管路9、I级给氧管路6、料浆管路3、II级给氧管路1与冷却系统；
所述的I级废液管路12由位于多通道喷嘴顶部的I级废液入口13、位于多通道喷嘴底部的I级废液喷头16与将它们连接起来的直管组成；
所述的II级废液管路9由位于多通道喷嘴顶部与I级给氧入口管道7之间的II级废液入口11和II级废液入口管道10、位于多通道喷嘴下部的II级废液喷头17以及将所述管道与喷头连接起来的直管组成；所述的II级废液管路9通过位于该管路直管顶端的法兰以同轴方式固定在I级废液管路12上；
所述的I级给氧管路6由位于II级废液入口管道10与料浆入口管道4之间的I级给氧入口8和I级给氧入口管道7、位于多通道喷嘴下部的I级给氧喷头18以及将所述管道与喷头连接起来的直管组成；所述的I级给氧管路6通过位于该管路直管顶端的法兰以同轴方式固定在II级废液管路9上；
所述的料浆管路3由位于I级给氧入口管道7与II级给氧入口管道14之间的料浆入口5和料浆入口管道4、位于多通道喷嘴下部的料浆喷头19以及将所述管道与喷头连接起来的直管组成；所述的料浆管路3通过位于该管路直管顶端的法兰以同轴方式固定在I级给氧管路6上；
所述的II级给氧管路1由位于料浆入口管道4与多通道喷嘴底部之间的II级给氧入口15和II级给氧入口管道14、位于多通道喷嘴下部的II级给氧喷头20以及将所述管道与喷头连接起来的直管组成；所述的II级给氧管路1通过位于该管路直管顶端的法兰以同轴方式固定在料浆管路3上；
I级废液喷头16、II级废液喷头17、I级给氧喷头18、料浆喷头19与II级给氧喷头20是一种锥形结构喷头，其锥角为30°。
由I级废液喷头16、II级废液喷头17、I级给氧喷头18、料浆喷头19与II级给氧喷头20构成预混区22，与预混区22相邻的是喷嘴出口23，这些喷头相邻之间都安装定位块21。
所述的冷却系统置于II级给氧入口管道14与多通道喷嘴底部之间的多通道喷嘴外表面上；所述的冷却系统是一种具有常规水夹套结构或盘管结构的冷却系统。
在所述的多通道喷嘴下部外侧设置固定法兰2。
实施例2：本发明的多通道喷嘴
该实施例的实施方式与实施例1的相同，只是在II级废液入口管道10与I级给氧入口管道7之间，按照与实施例1所述II级废液管路9相同的结构与安装方式在II级废液管路9外侧顺序地同轴安装2级废液管路。
I级废液喷头16、II级废液喷头17、I级给氧喷头18、料浆喷头19与II级给氧喷头20的锥角是60°。
实施例3：本发明的多通道喷嘴
该实施例的实施方式与实施例1的相同，只是在II级废液入口管道10与I级给氧入口管道7之间，按照与实施例1所述II级废液管路9相同的结构与安装方式在II级废液管路9外侧顺序地同轴安装10级废液管路。
I级废液喷头16、II级废液喷头17、I级给氧喷头18、料浆喷头19与II级给氧喷头20的锥角是90°。
实施例4：本发明的多通道喷嘴
该实施例的实施方式与实施例1的相同，只是在II级废液入口管道10与I级给氧入口管道7之间，按照与实施例1所述II级废液管路9相同的结构与安装方式在II级废液管路9外侧顺序地同轴安装5级废液管路。
I级废液喷头16、II级废液喷头17、I级给氧喷头18、料浆喷头19与II级给氧喷头20的锥角是45°。
实施例5：本发明的多通道喷嘴
该实施例的实施方式与实施例1的相同，只是在II级废液入口管道10与I级给氧入口管道7之间，按照与实施例1所述II级废液管路9相同的结构与安装方式在II级废液管路9外侧顺序地同轴安装4级废液管路。
I级废液喷头16、II级废液喷头17、I级给氧喷头18、料浆喷头19与II级给氧喷头20的锥角是68°。
实施例6：本发明的多通道喷嘴
该实施例的实施方式与实施例1的相同，只是在II级废液入口管道10与I级给氧入口管道7之间，按照与实施例1所述II级废液管路9相同的结构与安装方式在II级废液管路9外侧顺序地同轴安装8级废液管路。
I级废液喷头16、II级废液喷头17、I级给氧喷头18、料浆喷头19与II级给氧喷头20的锥角是75°。
Claims (10)
1.一种用于多元料浆气化反应器的多通道喷嘴，其特征在于该多通道喷嘴包括以纵轴重叠方式由内而外依次配置的I级废液管路(12)、II级废液管路(9)、I级给氧管路(6)、料浆管路(3)、II级给氧管路(1)与冷却系统；
所述的I级废液管路(12)由位于多通道喷嘴顶部的I级废液入口(13)、位于多通道喷嘴底部的I级废液喷头(16)与将它们连接起来的直管组成；
所述的II级废液管路(9)由位于多通道喷嘴顶部与I级给氧入口管道(7)之间的II级废液入口(11)和II级废液入口管道(10)、位于多通道喷嘴下部的II级废液喷头(17)以及将所述管道与喷头连接起来的直管组成；
所述的I级给氧管路(6)由位于II级废液入口管道(10)与料浆入口管道(4)之间的I级给氧入口(8)和I级给氧入口管道(7)、位于多通道喷嘴下部的I级给氧喷头(18)以及将所述管道与喷头连接起来的直管组成；
所述的料浆管路(3)由位于I级给氧入口管道(7)与II级给氧入口管道(14)之间的料浆入口(5)和料浆入口管道(4)、位于多通道喷嘴下部的料浆喷头(19)以及将所述管道与喷头连接起来的直管组成；
所述的II级给氧管路(1)由位于料浆入口管道(4)与多通道喷嘴底部之间的II级给氧入口(15)和II级给氧入口管道(14)、位于多通道喷嘴下部的II级给氧喷头(20)以及将所述管道与喷头连接起来的直管组成；
所述的冷却系统置于II级给氧入口管道(14)与多通道喷嘴底部之间的多通道喷嘴外表面上；
在所述的多通道喷嘴下部外侧设置固定法兰(2)。
2.根据权利要求1所述的多通道喷嘴，其特征在于所述的II级废液管路(9)通过位于该管路直管顶端的法兰以同轴方式固定在I级废液管路(12)上；
所述的I级给氧管路(6)通过位于该管路直管顶端的法兰以同轴方式固定在II级废液管路(9)上；
所述的料浆管路(3)通过位于该管路直管顶端的法兰以同轴方式固定在I级给氧管路(6)上；
所述的II级给氧管路(1)通过位于该管路直管顶端的法兰以同轴方式固定在料浆管路(3)上。
3.根据权利要求1或2所述的多通道喷嘴，其特征在于在II级废液入口管道(10)与I级给氧入口管道(7)之间，按照与所述II级废液管路(9)相同的结构与安装方式在II级废液管路(9)外侧顺序地同轴安装N级废液管路，其中N是大于1的正整数。
4.根据权利要求3所述的多通道喷嘴，其特征在于所述的N级废液管路是3-10级废液管路。
5.根据权利要求1所述的多通道喷嘴，其特征在于I级废液喷头(16)、II级废液喷头(17)、I级给氧喷头(18)、料浆喷头(19)与II级给氧喷头(20)是一种锥形结构喷头，其锥角为30°≤α≤90°。
6.根据权利要求5所述的多通道喷嘴，其特征在于由I级废液喷头(16)、II级废液喷头(17)、I级给氧喷头(18)、料浆喷头(19)与II级给氧喷头(20)构成预混区(22)，与预混区(22)相邻的是喷嘴出口(23)，这些喷头相邻之间都安装定位块(21)。
7.根据权利要求1所述的多通道喷嘴，其特征在于所述的冷却系统是一种具有常规水夹套结构或盘管结构的冷却系统。
8.根据权利要求1所述的多通道喷嘴，其特征在于由II级给氧管路(1)与料浆管路(3)形成的空间构成II级给氧通道；由料浆管路(3)与I级给氧管路(6)形成的空间构成料浆通道；由I级给氧管路(6)与II级废液管路(9)形成的空间构成I级给氧通道；由II级废液管路(9)与I级废液管道(12)形成的空间构成废液通道。
9.根据权利要求3所述的多通道喷嘴，其特征在于由相邻N级废液管路之间形成的空间都构成废液通道。
10.根据权利要求1-9中任一项权利要求所述的多通道喷嘴在生产合成气中的用途，其特征在于在生产合成气时使用的料浆是由煤粉、石油焦、焦粉、半焦、煤液化残渣或其混合物制成的浆体，使用的废液是含有一种或多种选自碳水化合物、脂肪、蛋白质的有机物溶液。
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