[实用新型]两相流雾化喷射冷却装置

说明书

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。采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，导致合成气中甲烷含量高，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1300℃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流雾化喷射冷却装置。

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口。

所述外层冷却水通道与内层冷却水通道连接处位于两相流液体/气体雾化器的喷嘴头部。

所述外层冷却水通道与内层冷却水通道连接处设有螺旋流道。

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，流速明显提高，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。