冷却式喷嘴以及反应器
技术领域
本发明涉及气化技术领域，尤其涉及一种喷嘴以及具有该喷嘴的反应器。
背景技术
煤炭气化技术是洁净煤技术的重要组成部分，是高效、洁净利用煤炭的主要途径之一，已成为众多现代能源和化工系统的核心技术。气流床煤气化工艺反应温度高、可以采用液态排渣，气化强度高、生产能力大、碳转化率高，是现在煤气化技术的主要发展方向。但现有的气流床气化工艺存在入炉煤粉粒径小、制备成本高、对煤种限制大等问题。预热式气化工艺通过将煤的预热和气化相结合，实现对煤气化反应过程的梯级控制，在有效降低系统对原料煤粒径的要求的同时，以富氧/纯氧或空气加水蒸气为气化剂，实现高效气化。
预热气化工艺中，预热单元生成的热燃料(包括半焦和煤气)需要通过喷嘴和气化剂一起进入气化单元，利用热燃料的高温，使其在与气化剂接触的瞬间产生高温区，强化气化反应的进行。现有的气流床气化喷嘴，多为多通道喷嘴，输送的物料主要是水煤浆+气化剂(纯氧)或煤粉(由N2或CO2气力输送)+气化剂(纯氧)，为防止气化炉内高温对喷嘴造成过热损坏，需要对温度进行控制，例如控制气化剂的温度，例如采用冷却方式。喷嘴冷却方式主要包括内冷式和外冷式(例如在喷嘴外侧设置冷却盘管，在喷嘴头部设置水夹套)。
对于现有的气流床反应器，其反应物主要是常温燃料和气化剂，需要采用独立的气化喷嘴输送燃料和气化剂，同时组织燃料和气化剂的射流方式，以达到稳燃和充分反应的目的。不同于常规气流床气化，预热气化工艺中，进入气化单元的物料为800-1000℃的热燃料+气化剂(纯氧)。由于燃料温度高于着火温度，气化剂和热燃料一旦接触，即可发生充分反应，不存在稳燃的问题，对燃料和气化剂射流的组织方式的要求降低。如果预热气化工艺的气化单元采用现有的气流床炉膛配内冷式喷嘴的方式，热燃料在喷嘴沿程被冷却，热燃料温度降低，严重影响气化工艺性能；如果采用现有的气流床炉膛配外冷式喷嘴的方式，纯氧通道与热燃料通道仅隔金属壁面，氧气被加热，严重影响系统运行安全性，且不符合氧气管路规范(管道外壁温不超过70℃)。即便在管道内增加隔热涂层，在增加成本的同时，效果也不佳。因此，需要针对预热气化工艺，开发适用于热燃料和气化剂反应的反应器及适用于该反应器的可输送热燃料和气化剂的气化喷嘴。
发明内容
本发明的目的在于至少部分地克服现有技术的缺陷，提供一种新型的喷嘴及反应器。
本发明的目的还在于提供一种喷嘴以及具有该喷嘴的反应器，适用于热燃料和气化剂的输送和反应，尤其适用于预热气化工艺中热燃料和高氧浓度(50％以上富氧或纯氧)气化剂的输送和反应。
本发明的目的还在于提供一种喷嘴以及具有该喷嘴的反应器，在确保预热后的热燃料和高氧浓度气化剂合理组织进入气化单元的同时，使热燃料的温度损失最少。
本发明的目的还在于提供一种喷嘴以及具有该喷嘴的反应器，保证气化剂温度在安全范围内。
为达到上述目的或目的之一，本发明的技术解决方案如下：
一种喷嘴，包括喷嘴主体，所述喷嘴还包括：
燃料通道，所述燃料通道设置在喷嘴主体中；
气化剂通道，所述气化剂通道设置在喷嘴主体中；以及
冷却通道，所述冷却通道设置在喷嘴主体中，并且环绕所述气化剂通道，
其中，所述喷嘴主体包括耐火保温材料，并且所述冷却通道被配置为与燃料通道隔开，使得耐火保温材料设置在冷却通道与燃料通道之间。
根据本发明的一个优选实施例，所述气化剂通道为多个，并且多个气化剂通道围绕所述燃料通道。
根据本发明的一个优选实施例，所述气化剂通道包括气化剂进口通道和与气化剂进口通道不同的气化剂出口通道。
根据本发明的一个优选实施例，气化剂出口通道的截面的当量直径小于气化剂进口通道的截面的当量直径。
根据本发明的一个优选实施例，气化剂出口通道的数量大于或等于气化剂进口通道的数量。
根据本发明的一个优选实施例，每个气化剂通道包括直线段和相对于直线段弯折的弯折段，多个气化剂通道的多个弯折段的中心线相交于一点，并且该点位于燃料通道的中心线上。
根据本发明的一个优选实施例，所述冷却通道为螺旋式盘绕在气化剂通道外侧的冷却盘管，或者
所述冷却通道为与气化剂通道同轴的冷却套管。
根据本发明的一个优选实施例，在所述冷却通道为冷却套管时，所述冷却通道包括冷却通道隔板，所述冷却通道隔板沿气化剂通道的纵向设置在冷却通道和气化剂通道之间的间隙内，并且冷却通道隔板的长度小于冷却通道的长度，使得冷却通道隔板的一侧作为冷却介质的进口侧，另一侧作为冷却介质的出口侧。
根据本发明的一个优选实施例，所述气化剂通道相对于燃料通道倾斜，多个气化剂通道的中心线相交于一点，并且该点位于燃料通道的中心线上。
根据本发明的一个优选实施例，所述气化剂通道包括一个气化剂进口通道和两个气化剂出口通道，所述两个气化剂出口通道在所述一个气化剂进口通道的同一侧与该气化剂进口通道连通。
根据本发明的一个优选实施例，所述气化剂通道包括一个气化剂进口通道和两个气化剂出口通道，所述两个气化剂出口通道中的一个气化剂出口通道的中心线与燃料通道中心线的夹角与另一个气化剂出口通道的中心线与燃料通道中心线的夹角不同。
根据本发明的一个优选实施例，气化剂出口通道的中心线与燃料通道的中心线的夹角为10°-90°。
根据本发明的一个优选实施例，所述冷却通道包括进口和出口，所述进口和出口均设置在喷嘴主体的同一侧。
根据本发明的一个优选实施例，一个冷却通道环绕多个气化剂通道。
根据本发明的一个优选实施例，多个气化剂通道和一个冷却通道组成一个气化剂-冷却通道组，并且所述喷嘴包括多个气化剂-冷却通道组。
根据本发明的一个优选实施例，所述喷嘴还包括附加气化剂通道，所述附加气化剂通道设置在燃料通道的中心，与燃料通道同轴。
根据本发明的一个优选实施例，所述喷嘴还包括附加冷却通道，所述附加冷却通道环绕所述附加气化剂通道。
根据本发明的一个优选实施例，所述附加冷却通道包括附加冷却通道隔板，所述附加冷却通道隔板沿附加气化剂通道的纵向设置在附加冷却通道和附加气化剂通道之间的间隙内，并且附加冷却通道隔板的长度小于附加冷却通道的长度，使得附加冷却通道隔板的一侧作为冷却介质的进口侧，另一侧作为冷却介质的出口侧。
根据本发明的一个优选实施例，所述喷嘴还包括附加气化剂通道，所述附加气化剂通道流体连接两个或多个气化剂通道。
根据本发明的一个优选实施例，所述附加气化剂通道流体连接彼此相邻的气化剂通道，或者所述附加气化剂通道流体连接彼此相对的气化剂通道。
根据本发明的一个优选实施例，所述喷嘴还包括附加冷却通道，所述附加冷却通道环绕所述附加气化剂通道，并且与所述冷却通道流体连通。
根据本发明的一个优选实施例，经由附加冷却通道相互连接的两个冷却通道中的一个作为进口通道，另一个作为出口通道。
根据本发明的一个优选实施例，所述附加气化剂通道为一个，或者
所述附加气化剂通道为多个，并且多个附加气化剂通道呈X形、十字形或米字形分布。
根据本发明的一个优选实施例，所述附加冷却通道为一个，或者
所述附加冷却通道为多个，并且多个附加冷却通道呈X形、十字形或米字形分布。
根据本发明的一个优选实施例，所述附加气化剂通道和/或所述附加冷却通道为拱形结构。
根据本发明的一个优选实施例，所述附加气化剂通道包括一个或多个气化剂出口。
根据本发明的一个优选实施例，所述气化剂出口的喷射方向与燃料通道的中心线平行。
根据本发明的一个优选实施例，燃料通道的壁面为金属材质或耐火保温材料；气化剂进口通道、冷却通道的壁面和冷却通道隔板为金属材质；气化剂出口通道为金属材质或耐火保温材料。
根据本发明的一个优选实施例，气化剂进口通道外的冷却通道与燃料通道之间的耐火保温材料的最小厚度为耐火保温材料的导热系数、燃料温度、流量以及冷却介质温度、流量的函数。
根据本发明的一个优选实施例，附加气化剂通道为中心气化剂进口通道，中心气化剂进口通道的出口端与燃料通道的出口端之间的距离大于0。
根据本发明的一个优选实施例，附加气化剂通道为中心气化剂通道，中心气化剂通道的中心线的中点与中心气化剂通道的中心线与气化剂进口通道的交点的连线与水平面的夹角为0°-45°。
根据本发明的另一个方面，提供了一种反应器，所述反应器包括前述实施例中任一项所述的喷嘴。
根据本发明的一个优选实施例，所述反应器还包括：
炉膛，所述喷嘴的燃料通道的出口端与气化剂通道的出口端分别与炉膛连接；
出口通道，与所述炉膛相连通，用于将反应的生成物送出炉膛；
排渣口，用于将反应产出的底渣排出炉膛；以及
耐火保温层，所述耐火保温层包覆在炉膛外，并且出口通道和排渣口嵌于包覆在炉膛外的耐火保温层中。
根据本发明的一个优选实施例，包覆在炉膛外的耐火保温层与喷嘴的喷嘴主体的耐火保温材料一体，并且所述喷嘴的气化剂通道、冷却通道和/或燃料通道嵌于包覆在炉膛外的耐火保温层中。
根据本发明的一个优选实施例，所述反应器还包括激冷介质通道，所述激冷介质通道与炉膛相连通，用于将激冷介质送入炉膛以冷却熔渣。
根据本发明的喷嘴以及具有该喷嘴的反应器，利用耐火保温材料将燃料通道与冷却通道隔离，有效减少了冷却通道中的冷却介质对热燃料温度的影响，保证了热燃料进入气化炉的温度，因此，在确保预热后的热燃料和高氧浓度气化剂合理组织进入气化单元的同时，使热燃料的温度损失最少；同时，气化剂通道与燃料通道之间相隔耐火保温材料和冷却通道，有效减少了热燃料对气化剂温度的影响，保证气化剂温度在安全范围内。
因此，根据本发明的喷嘴以及具有该喷嘴的反应器适用于热燃料和气化剂的输送和反应，尤其适用于预热气化工艺中热燃料和高氧浓度(50％以上富氧或纯氧)气化剂的输送和反应。
附图说明
图1为根据本发明的实施例一的喷嘴的截面示意图；
图2为根据本发明的实施例一的喷嘴的俯视图；
图3为根据本发明的实施例二的喷嘴的截面示意图；
图4为根据本发明的实施例二的喷嘴的俯视图；
图5为根据本发明的实施例三的喷嘴的截面示意图；
图6为根据本发明的实施例三的喷嘴的沿图5中的A-A截面的截面示意图；
图7为根据本发明的实施例三的喷嘴的俯视图；
图8为根据本发明的实施例四的喷嘴的截面示意图；
图9为根据本发明的实施例四的喷嘴的沿图8中的A-A截面的截面示意图；
图10为根据本发明的实施例四的喷嘴的俯视图；
图11为根据本发明的实施例五的喷嘴的截面示意图；
图12为根据本发明的实施例五的喷嘴的沿图11中的A-A截面的截面示意图；
图13为根据本发明的实施例六的反应器的截面示意图；以及
图14为根据本发明的实施例七的反应器的截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的示例性的实施例，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
根据本发明的总体构思，提供了一种喷嘴，包括喷嘴主体，所述喷嘴还包括：燃料通道，所述燃料通道设置在喷嘴主体中；气化剂通道，所述气化剂通道设置在喷嘴主体中；以及冷却通道，所述冷却通道设置在喷嘴主体中，并且环绕所述气化剂通道，其中，所述喷嘴主体包括耐火保温材料，并且所述冷却通道被配置为与燃料通道隔开，使得耐火保温材料设置在冷却通道与燃料通道之间。
实施例一：
如图1和图2所示，喷嘴包括喷嘴主体、热燃料通道11、气化剂进口通道12、气化剂出口通道13、冷却通道14、冷却通道隔板16和耐火保温层15。其中，喷嘴主体被构造为呈圆柱形，如图中画阴影线部分所示；热燃料通道11设置在喷嘴主体的中心，用于将热燃料送入气化炉；气化剂进口通道12和气化剂出口通道13共同构成气化剂通道，它们相互连通并且设置在喷嘴主体中，气化剂进口通道12均布于热燃料通道11周围，其进口端与气化剂来源相连通；气化剂出口通道13进口端与气化剂进口通道12的出口端相连通，出口端与气化炉相连通；冷却通道14也设置在喷嘴主体中，并且环绕所述气化剂通道，具体地，冷却通道14设置在气化剂进口通道12外面；冷却通道14内布置有冷却通道隔板16，将冷却通道14分割为进口侧和出口侧，具体地，冷却通道隔板16沿气化剂通道或气化剂进口通道12的纵向设置在冷却通道和气化剂通道或气化剂进口通道12之间的间隙内，并且冷却通道隔板16的长度小于冷却通道的长度，使得冷却通道隔板16的一侧作为冷却介质(例如水)的进口侧，另一侧作为冷却介质的出口侧；耐火保温层15外壁面为与热燃料通道11同轴的筒体，热燃料通道11、气化剂进口通道12、气化剂出口通道13、冷却通道14均镶嵌于耐火保温层15内。在本实施例中，喷嘴主体被构造为由耐火保温层15构成；替代地，喷嘴主体可以包括耐火保温材料。其中，所述冷却通道14被配置为与热燃料通道11隔开，使得耐火保温材料设置在冷却通道14与热燃料通道11之间。
其中，热燃料通道11壁面为金属材质或耐火保温材料；气化剂进口通道12、冷却通道14壁面和冷却通道隔板16为金属材质；气化剂出口通道13为金属材质或耐火保温材料。
所述气化剂通道为多个，并且多个气化剂通道围绕所述热燃料通道11，如图2所示，气化剂通道为6个，它们均匀分布在热燃料通道11的外周，构成与热燃料通道11同轴的圆形。气化剂通道所包括的气化剂进口通道12与气化剂出口通道13不同，例如在尺寸和形状方面，如图1所示，气化剂出口通道13的截面的当量直径小于气化剂进口通道12的截面的当量直径。这里，一个气化剂进口通道12对应于一个气化剂出口通道13，对应于一个冷却通道14。
气化剂进口通道12和气化剂出口通道13所形成的气化剂通道包括直线段和相对于直线段弯折的弯折段，多个气化剂通道的多个弯折段的中心线相交于一点，并且该点位于热燃料通道11的中心线上。
其中，气化剂进口通道12外的冷却通道14与热燃料通道11之间的耐火保温层15的最小厚度h为耐火保温层15的导热系数、热燃料温度、流量以及冷却介质温度、流量的函数，在尽量减少冷却通道14内的冷却介质对热燃料温度的影响的同时，减少热燃料对气化剂出口通道13内气化剂温度的影响。
其中，气化剂出口通道13中心线与热燃料通道11中心线的夹角β为10°-90°，夹角大小根据对气化炉内高温区位置的需求确定，通过调整夹角大小，保证气化剂与热燃料的快速、充分混合。
其中，气化剂进口通道12和冷却通道14可以有多种组合形式，如，多个气化剂进口通道12和多个冷却通道14组成多个气化剂-冷却通道组，每个气化剂进口通道12与一个冷却通道14同轴布置，冷却通道14外壁面相互靠近；或者，多个气化剂进口通道12和一个冷却通道14组成一个气化剂-冷却通道组，气化剂进口通道12在冷却通道14内均布，气化剂进口通道12中心线与冷却通道14中心线平行布置(如图4所示)。
优选地，气化剂出口通道13的数量大于或等于气化剂进口通道12的数量。
其中，冷却通道14可以为冷却夹套(冷却套管)或冷却盘管。冷却通道14为冷却盘管时，金属盘管螺旋式盘绕在所需冷却的气化剂通道外壁。冷却通道14为冷却夹套(冷却套管)时，冷却通道与气化剂通道同轴。在本实施例中，冷却通道14为冷却套管。
其中，冷却通道14的进口和出口可以有多种方式，例如，通过隔板将冷却通道14隔离为进口侧和出口侧(如图2所示)，或，冷却通道14作为进口端，与单独设置的冷却介质出口通道19相连通(如图4所示)。
本发明通过热燃料通道11将热燃料送入气化炉，通过气化剂进口通道12和气化剂出口通道13将气化剂送入气化炉；利用冷却通道14保证气化剂进口通道12壁面温度处于安全温度范围内；利用耐火保温层15减少热燃料的散热，同时减少热燃料与气化剂之间的传热量。
利用耐火保温材料将热燃料通道11与冷却通道14隔离，有效减少了冷却通道14中的冷却介质对热燃料温度的影响，保证了热燃料进入气化炉的温度；同时，气化剂通道与热燃料通道11之间相隔耐火保温材料和冷却通道14，有效减少了热燃料对气化剂温度的影响，保证气化剂温度在安全范围内。气化剂出口通道13的角度、气化剂出口速度与热燃料出口速度相互配合，可有效控制气化炉内热燃料与气化剂的掺混和高温区位置，在保护气化炉内壁耐火保温材料的同时，保证炉内的气化强度。由于热燃料通道11与气化剂通道之间需要利用耐火保温材料进行隔离，使得气化剂出口与热燃料出口之间存在一定的径向距离，从而推迟了热燃料与气化剂的掺混，但由于热燃料的温度高于着火点，热燃料与气化剂掺混的推迟不影响气化过程的组织和整体的气化性能。
实施例二：
该实施例与实施例一的主要区别在于将气化剂进口通道分为周向气化剂进口通道17和中心气化剂进口通道18；周向气化剂进口通道17进口端与气化剂来源相连通，多个周向气化剂进口通道17和一个冷却通道14组成一个气化剂-冷却通道组，气化剂-冷却通道组均布于热燃料通道11周围；气化剂出口通道13的个数大于周向气化剂进口通道17的个数；周向气化剂进口通道17外的冷却通道14进口端与冷却介质来源相连通，出口端与冷却介质出口通道19相连通，冷却介质从冷却通道14进口端进入，通过冷却介质出口通道19离开喷嘴。通过上述结构，强化气化剂的冷却以及气化剂与热燃料的混合。
如图3和图4所示，喷嘴包括热燃料通道11、周向气化剂进口通道17、中心气化剂进口通道18、气化剂出口通道13、冷却通道14、冷却介质出口通道19、冷却通道隔板16和耐火保温层15。其中，热燃料通道11用于将热燃料送入气化炉；周向气化剂进口通道17进口端与气化剂来源相连通，多个周向气化剂进口通道17和一个冷却通道14组成一个气化剂-冷却通道组，气化剂-冷却通道组均布于热燃料通道11周围；气化剂出口通道13进口端与周向气化剂进口通道17相连通，出口端与气化炉相连通；中心气化剂进口通道18进口端与气化剂来源相连通，出口端与热燃料通道11相连通，且其与热燃料通道11同轴布置；冷却通道14和中心冷却通道20分别设置在周向气化剂进口通道17及中心气化剂进口通道18外面，冷却通道14中心线与其所对应的周向气化剂进口通道17的中心线平行，中心气化剂进口通道18和中心冷却通道20同轴布置；周向气化剂进口通道17外的冷却通道14进口端与冷却介质来源相连通，出口端与冷却介质出口通道19相连通，冷却介质从冷却通道14进口端进入，通过冷却介质出口通道19离开喷嘴；中心气化剂进口通道18外的中心冷却通道20内布置有中心冷却通道隔板21，将中心冷却通道20分割为进口侧和出口侧，其进口侧与冷却介质来源相连通，冷却介质从进口侧进入，通过出口侧离开喷嘴；耐火保温层15外壁面为与热燃料通道11同轴的筒体，热燃料通道11、周向气化剂进口通道17、气化剂出口通道13、和周向气化剂进口通道17对应的冷却通道14、冷却介质出口通道19均镶嵌于耐火保温层15内。
其中，周向气化剂进口通道17外的冷却通道14与热燃料通道11之间的耐火保温层15的最小厚度h为耐火保温层15的导热系数、热燃料温度、流量以及冷却介质温度、流量的函数，在尽量减少冷却通道14内的冷却介质对热燃料温度的影响的同时，减少热燃料对气化剂出口通道13内气化剂温度的影响。
其中，周向气化剂进口通道17和冷却通道14可以有多种组合形式，如，多个周向气化剂进口通道17和多个冷却通道14组成多个气化剂-冷却通道组，每个周向气化剂进口通道17与一个冷却通道14同轴布置，冷却通道14外壁面相互靠近；或者，多个周向气化剂进口通道17和一个冷却通道14组成一个气化剂-冷却通道组，周向气化剂进口通道17在冷却通道14内均布，周向气化剂进口通道17中心线与冷却通道14中心线平行布置(如图4所示)。
其中，气化剂出口通道13有多种布置形式，如，多个气化剂出口通道13组成一个气化剂出口通道组，各气化剂出口通道13相互靠近且各气化剂出口通道13中心线与热燃料通道11中心线的夹角的大小和方向各异(如图3所示)。在本实施例中，一个周向气化剂通道包括三个周向气化剂进口通道17和四个气化剂出口通道13，即气化剂出口通道17的数量大于周向气化剂进口通道13的数量，在减少气化剂进口通道外冷却通道受热面积从而减少热燃料的散热量的同时，增加进入炉膛的气化剂的分布均匀性，所述四个气化剂出口通道13在所述一个周向气化剂进口通道17的同一侧与该周向气化剂进口通道17连通。所述四个气化剂出口通道13中的一个气化剂出口通道13的中心线与热燃料通道11中心线的夹角α与另一个气化剂出口通道13的中心线与热燃料通道11中心线的夹角β不同，例如夹角α大于夹角β。
其中，气化剂出口通道13中心线与热燃料通道11中心线的夹角α、β为10°-90°，该夹角根据对气化炉内高温区位置的需求确定，通过调整夹角大小，保证气化剂与热燃料的快速、充分混合。
优选地，中心气化剂进口通道18出口端与热燃料通道11出口端之间的距离b大于0，使得气化剂与热燃料在进入气化炉之前开始反应，从而进一步提高进入气化炉的热燃料的温度。
在本实施例中，冷却通道14为冷却套管，冷却通道14作为进口端，与单独设置的冷却介质出口通道19相连通(如图4所示)。
实施例三：
该实施例与实施例一的主要区别在于增加了中心气化剂通道22作为附加气化剂通道，且中心气化剂通道22进出口两端分别与两个气化剂进口通道12相连通，且横穿过热燃料通道11，中心气化剂通道22横穿热燃料通道11的部分布置有中心气化剂出口23，该出口与热燃料通道11相连通。通过上述结构，强化气化剂与热燃料的混合。
如图5-图7所示，喷嘴包括热燃料通道11、气化剂进口通道12、中心气化剂通道22、气化剂出口通道13、冷却通道14和耐火保温层15。其中，热燃料通道11用于将热燃料送入气化炉；气化剂进口通道12均布于热燃料通道11周围，其进口端与气化剂来源相连通；中心气化剂通道22进出口两端分别与两个气化剂进口通道12相连通，且横穿过热燃料通道11，中心气化剂通道22横穿热燃料通道11的部分布置有中心气化剂出口23，该出口与热燃料通道11相连通；气化剂出口通道13进口端与气化剂进口通道12相连通，出口端与气化炉相连通；冷却通道14和中心冷却通道20分别设置在气化剂进口通道12及中心气化剂通道22外面；通过中心气化剂通道22相连通的两个气化剂进口通道12外的冷却通道14可分别作为冷却介质进口管及冷却介质出口管；无中心气化剂通道22相连通的气化剂进口通道12外的冷却通道14内布置有冷却通道隔板16，将冷却通道14分割为进口侧和出口侧，其进口侧与冷却介质来源相连通，冷却介质从进口侧进入，通过出口侧离开喷嘴；耐火保温层15外壁面为与热燃料通道11同轴的筒体，热燃料通道11、气化剂进口通道12、气化剂出口通道13及气化剂进口通道12对应的冷却通道14均镶嵌于耐火保温层15内。
其中，气化剂进口通道12外的冷却通道14与热燃料通道11之间的耐火保温层15的最小厚度h为耐火保温层15的导热系数、热燃料温度、流量以及冷却介质温度、流量的函数，在尽量减少冷却通道14内的冷却介质对热燃料温度的影响的同时，减少热燃料对气化剂出口通道13内气化剂温度的影响。
其中，气化剂出口通道13中心线与热燃料通道11中心线的夹角β为10°-90°，夹角大小根据对气化炉内高温区位置的需求确定，通过调整夹角大小，保证气化剂与热燃料的快速、充分混合。
其中，气化剂进口通道12和冷却通道14可以有多种组合形式，如，多个气化剂进口通道12和多个冷却通道14组成多个气化剂-冷却通道组，每个气化剂进口通道12与一个冷却通道14同轴布置，冷却通道14外壁面相互靠近；或者，多个气化剂进口通道12和一个冷却通道14组成一个气化剂-冷却通道组，气化剂进口通道12在冷却通道14内均布，气化剂进口通道12中心线与冷却通道14中心线平行布置。在本实施例中，冷却通道14和中心冷却通道22为冷却套管。
优选地，中心气化剂通道22中心线的中点a与中心气化剂通道22中心线与气化剂进口通道12的交点e的连线与水平面的夹角δ为0°-45°。通过设置夹角，有利于增加中心气化剂通道22的强度，同时，使得中心气化剂通道22内的气化剂与热燃料在进入气化炉之前开始反应，从而进一步提高进入气化炉的热燃料的温度。
优选地，中心气化剂通道22为拱形结构，拱形结构有利于增加中心气化剂通道22的强度，尤其是在气化炉高温条件下，减小中心气化剂通道的塌陷变形。
优选地，中心气化剂通道22上可布置多个中心气化剂出口23。
其中，冷却通道14的进口和出口可以有多种方式，例如，通过隔板将冷却通道14隔离为进口侧和出口侧，或，冷却通道14作为进口端，与单独设置的冷却介质出口通道相连通，或，将通过中心气化剂通道22相连通的两个气化剂进口通道12外的冷却通道14分别作为冷却介质进口管及冷却介质出口管。
在本实施例中，中心冷却通道20环绕中心气化剂通道22，并且中心冷却通道20的两端分别连接一个冷却通道14，由此，冷却剂通过一个冷却通道14进入，流过中心冷却通道20，然后从另一个冷却通道14离开。
实施例四：
图8-图10为实施例四的示意图。实施例四与实施例三基本相同，区别在于：中心气化剂通道22为2条，成X形交叉穿过热燃料通道11，且在每条中心气化剂通道22上布置有多个中心气化剂出口23，有利于强化气化剂与热燃料的掺混。
由实施例二、实施例三和实施例四可以看出，本发明的喷嘴可以包括附加气化剂通道，所述附加气化剂通道可以设置在热燃料通道11的中心，与热燃料通道11同轴。进一步地，所述喷嘴还可以包括附加冷却通道，所述附加冷却通道环绕所述附加气化剂通道；所述附加冷却通道可以包括附加冷却通道隔板，所述附加冷却通道隔板沿附加气化剂通道的纵向设置在附加冷却通道和附加气化剂通道之间的间隙内，并且附加冷却通道隔板的长度小于附加冷却通道的长度，使得附加冷却通道隔板的一侧作为冷却介质的进口侧，另一侧作为冷却介质的出口侧。
替代地，所述喷嘴可以包括附加气化剂通道，所述附加气化剂通道流体连接两个或多个气化剂通道。所述附加气化剂通道流体连接彼此相邻的气化剂通道，或者所述附加气化剂通道流体连接彼此相对的气化剂通道。所述喷嘴还可以包括附加冷却通道，所述附加冷却通道环绕所述附加气化剂通道，并且与所述冷却通道流体连通。优选地，经由附加冷却通道相互连接的两个冷却通道中的一个作为进口通道，另一个作为出口通道。这里，所述附加气化剂通道可以为一个，或者所述附加气化剂通道可以为多个，并且多个附加气化剂通道呈类似X形、十字形或米字形等分布；所述附加冷却通道可以为一个，或者所述附加冷却通道可以为多个，并且多个附加冷却通道呈类似X形、十字形或米字形等分布。
优选地，所述附加气化剂通道和/或所述附加冷却通道为拱形结构；所述附加气化剂通道包括一个或多个气化剂出口，所述气化剂出口的喷射方向与热燃料通道11的中心线平行。
实施例五：
图11和图12为实施例五的示意图。实施例五与实施例一基本相同，区别在于，冷却通道14为冷却盘管形式；气化剂进口通道12和气化剂出口通道13均相对于热燃料通道11倾斜，多个气化剂进口通道12的中心线相交于一点，并且该点位于热燃料通道11的中心线上，多个气化剂出口通道13的中心线相交于一点，并且该点位于热燃料通道11的中心线上。
根据本发明的另一个方面，提供了一种反应器，所述反应器包括前述实施例中任一项所述的喷嘴。具体地，所述反应器还包括：炉膛，所述喷嘴的热燃料通道的出口端与气化剂通道的出口端分别与炉膛连接；出口通道，与所述炉膛相连通，用于将反应的生成物送出炉膛；排渣口，用于将反应产出的底渣排出炉膛；以及耐火保温层，所述耐火保温层包覆在炉膛外，并且出口通道和排渣口嵌于包覆在炉膛外的耐火保温层中。
根据本发明的一个优选实施例，包覆在炉膛外的耐火保温层与喷嘴的喷嘴主体的耐火保温材料一体，并且所述喷嘴的气化剂通道、冷却通道和/或热燃料通道嵌于包覆在炉膛外的耐火保温层中。
根据本发明的一个优选实施例，所述反应器还包括激冷介质通道，所述激冷介质通道与炉膛相连通，用于将激冷介质送入炉膛以冷却熔渣。
实施例六：
反应器包括：以上任意实施例所述的喷嘴；炉膛24，其入口与喷嘴的热燃料通道11出口端及气化剂出口通道13出口端相连；煤气出口通道25，与炉膛24相连通，将生成的煤气送出炉膛24；排渣口26，与炉膛24下部相连通，将反应产出的底渣排出炉膛24；耐火保温层15，包覆于炉膛24外。
如图13，热燃料通道11出口端与炉膛24相连通；气化剂出口通道13出口端与炉膛24相连通；煤气出口通道25与炉膛24相连通；炉膛24下部设置有排渣口26；炉膛24及煤气出口通道25均镶嵌于耐火保温层15内。
其中，反应器还可以包括激冷介质通道27，激冷介质通道27与炉膛24相连通，用于将激冷介质送入炉膛24冷却熔渣。
实施例七：
如图14，气化剂进口通道12、气化剂出口通道13及相应的冷却通道14镶嵌于包覆在炉膛24外的耐火保温层15中。
其中，气化剂进口通道12外的冷却通道14与炉膛24之间的耐火保温层15的最小厚度h为耐火保温层15的导热系数、热燃料温度、流量以及冷却水温度、流量的函数，在尽量减少冷却通道14内的冷却剂对热燃料温度的影响的同时，减少炉膛24对气化剂出口通道13内气化剂温度的影响。
其中，气化剂出口通道13中心线与热燃料通道11中心线的夹角β为10°-90°，夹角大小根据对炉膛24内高温区位置的需求确定，通过调整夹角大小，保证气化剂与热燃料的快速、充分混合。
其中，气化剂出口通道13中心线与热燃料出口之间的距离f根据对炉膛24内高温区位置的需求确定，通过调整距离大小，保证气化剂与热燃料的快速、充分混合。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提出的喷嘴及反应器可用于输送和反应800-1000℃的热燃料和气化剂，通过将气化剂通道镶嵌在耐火保温材料内，可保证气化剂管道温度在安全范围内。
(2)本发明提出的喷嘴可在确保热燃料和气化剂合理组织进入气化炉的同时，使热燃料的温度损失最小化。
(3)进入反应器的热燃料温度在着火温度以上，有利于其中大颗粒在瞬间与气化剂完成反应，缩短反应时间，提高整体反应性能的同时，可以降低反应器的高度，节约成本。
(4)本发明提出的反应器及喷嘴的热燃料通道及气化剂通道均置于耐火保温材料内，喷嘴的金属材料与反应器的高温区基本不接触，可以大幅提高喷嘴使用寿命，节约运行成本。
(5)本发明提出的新型喷嘴及反应器同时也适用于燃烧过程中热燃料和氧化剂的输送和反应。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化。本发明的适用范围由所附权利要求及其等同物限定。
附图标记列表：
11 热燃料通道
12 气化剂进口通道
13 气化剂出口通道
14 冷却通道
15 耐火保温层
16 冷却通道隔板
17 周向气化剂进口通道
18 中心气化剂进口通道
19 冷却介质出口通道
20 中心冷却通道
21 中心冷却通道隔板
22 中心气化剂通道
23 中心气化剂出口
24 炉膛
25 煤气出口通道
26 排渣口
27 激冷介质通道。
