專利名稱：一種三通道漿體燃料氣化燒嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及漿體燃料霧化裝置，尤其是一種三通道漿體燃料氣化燒嘴。
背景技術(shù)：
煤等含碳燃料的清潔高效利用已逐漸成為當(dāng)今能源利用的重要課題。燃料氣化制合成氣可為現(xiàn)代化工生產(chǎn)、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(簡稱IGCC發(fā)電)、煤間接液化以及煤制氫等系統(tǒng)提供龍頭技術(shù)。目前，煤等含碳燃料的氣化制合成氣技術(shù)通常分為兩類，一類是漿體氣化技術(shù)，另一種是干粉固體氣化技術(shù)，現(xiàn)有國內(nèi)外應(yīng)用最廣的是漿體氣化技術(shù)。作為氣化的關(guān)鍵部件之一，燒嘴技術(shù)的發(fā)展直接決定了漿體氣化技術(shù)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，燒嘴技術(shù)的落后嚴(yán)重制約了生產(chǎn)效率的提高。由于氣化爐內(nèi)反應(yīng)溫度高達(dá)1400 0C，燒嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)，將會(huì)燒蝕其頭部，燒蝕氣化爐內(nèi)壁，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。當(dāng)燒嘴對(duì)漿體燃料的霧化不夠充分時(shí)，將影響燃料的碳轉(zhuǎn)化率， 降低合成氣有效氣體組分含量。當(dāng)燒嘴頭部設(shè)計(jì)不合理時(shí)可能引起燒嘴頭部壁面材料的磨蝕，影響其使用壽命。已有的專利技術(shù)如美國專利4736693、4858538、44432觀和中國專利89104265等均采用中心噴管為直管式結(jié)構(gòu)的燒嘴，共同的缺點(diǎn)是物料在噴入反應(yīng)器之前缺少加速過程，離開燒嘴的速度低，霧化效果欠佳，且易于燒蝕燒嘴。美國專利3743606、 3705108,4443230等采用中心管前端縮口的結(jié)構(gòu)來提高物流速度，中心噴管出口物流速度提高，使燒嘴霧化效果增強(qiáng)，但速度提高后將使燒嘴頭部磨蝕加速，影響了噴嘴的使用壽命。且對(duì)于單噴嘴頂置式氣化爐，頂部噴嘴出口物料流速過大將直接影響物料在氣化爐內(nèi)的停留時(shí)間，從而影響整體碳轉(zhuǎn)化率。美國專利62282M采用四通道燒嘴結(jié)構(gòu)，以提高燒嘴的霧化效果，但如此將使燒嘴結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，加工維護(hù)難度增加。另外，以上提及的專利在燒嘴斷面大都未采用耐高溫防磨涂層保護(hù)燒嘴端面材料，由于燒嘴噴孔附近溫度高達(dá) 1400°C及以上，雖然采用了端面冷卻水冷卻，但難以避免噴嘴頭部的燒蝕和磨損等惡劣工況的出現(xiàn)。綜上所述，解決漿體燃料的高效霧化、燒嘴頭部防磨損和燒嘴頭部冷卻等問題，是提高目前燒嘴使用性能的關(guān)鍵所在。因此，開發(fā)先進(jìn)的長壽命高效霧化氣化燒嘴是提高我國漿體燃料氣化技術(shù)可靠性的關(guān)鍵技術(shù)途徑之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種不以增加燒嘴中心通道和外環(huán)通道氣化劑流速為代價(jià)，就可達(dá)到氣化劑與燃料著火前預(yù)混的效果的三通道漿體燃料氣化燒嘴。本發(fā)明的構(gòu)思是采用三通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)中心通道噴管頭部進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其燃料霧化性能的提高建立在噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，而不是純粹的提高噴管內(nèi)或噴管出口物料流速。如此可避免物料流速的提高而對(duì)燒嘴管壁材料的磨蝕增加。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種三通道漿體燃料氣化燒嘴，包括同軸的外環(huán)通道噴管，中環(huán)通道噴管、中心通道噴管、外環(huán)噴頭、中環(huán)噴頭和中心噴頭，外環(huán)噴頭、中環(huán)噴頭和中心噴頭分別為一個(gè)截頭的錐管，中環(huán)噴頭套在中心噴頭外面，外環(huán)噴頭又套在中環(huán)噴頭外面；外環(huán)噴頭的大端與噴嘴外環(huán)通道噴管相連，中環(huán)噴頭的大端與噴嘴的中環(huán)通道噴管相連接，中心噴頭的大端與噴嘴的中心通道噴管相連接；中環(huán)噴頭與外環(huán)噴頭之間設(shè)有間隙，構(gòu)成燒嘴的外環(huán)通道，中環(huán)噴頭與中心噴頭之間設(shè)有間隙，構(gòu)成燒嘴的中環(huán)通道，中心噴頭和中心通道噴管構(gòu)成中心通道；漿體燃料從中環(huán)通道進(jìn)入氣化爐，氣化劑分兩部分從中心通道和外環(huán)通道進(jìn)入氣化爐；中心噴頭側(cè)面上布置有側(cè)面氣化劑噴孔， 氣化劑可沿側(cè)面氣化劑噴孔從中心通道進(jìn)入中環(huán)通道，中心噴頭的端面上布置有端面氣化劑噴孔。本發(fā)明的三通道漿體燃料氣化燒嘴，可使氣化劑分兩部分進(jìn)入燒嘴，一部分從中心通道進(jìn)入，另一部分通過外環(huán)通道進(jìn)入。燃料從中環(huán)通道進(jìn)入燒嘴。中心通道的氣化劑在中心噴頭處被分成多股物流，分別從中心噴頭的側(cè)面氣化劑噴孔和端面氣化劑噴孔噴出， 中心噴頭的側(cè)面氣化劑噴孔噴出的氣化劑在燒嘴頭部內(nèi)側(cè)即與中環(huán)通道的漿體燃料充分接觸，預(yù)混的漿體燃料然后在燒嘴頭部出口區(qū)域繼續(xù)與中心通道端面的氣化劑、外環(huán)通道的氣化劑一起混合，在中心通道多股氣化劑射流預(yù)混的作用下，加之外環(huán)通道氣化劑流股的剪切作用，結(jié)合了預(yù)混破碎和預(yù)膜霧化兩種機(jī)理，漿體燃料達(dá)到了尚佳的霧化效果。在外環(huán)噴頭外側(cè)設(shè)有冷卻水夾套，冷卻水夾套由燒嘴出口端面包圍外環(huán)噴頭構(gòu)成。冷卻水夾套連接有冷卻盤管，冷卻盤管盤繞在外環(huán)通道噴管的外壁上。在外環(huán)噴頭外部設(shè)置的冷卻水夾套用于冷卻外環(huán)噴頭，冷卻盤管用于冷卻外環(huán)通道噴管，冷卻水夾套和冷卻盤管構(gòu)成燒嘴的冷卻系統(tǒng)。燒嘴出口端面上設(shè)有一耐高溫防磨涂層，耐高溫防磨涂層采用“T”字形抓釘連接覆蓋于燒嘴出口端面上。燒嘴出口端面的耐高溫防磨涂層可使端面熱傳導(dǎo)性能降低，降低燒嘴端面金屬壁面的溫度，減少熱應(yīng)力，也避免了灰渣顆粒直接對(duì)燒嘴端面金屬壁的沖蝕作用，延長了燒嘴的使用壽命。本發(fā)明所述的氣化燒嘴相比于現(xiàn)有技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)在于
1)本發(fā)明所述的氣化燒嘴采用三通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盤管式水冷卻系統(tǒng)，燒嘴總體結(jié)構(gòu)簡單，制作維護(hù)方便。可用于水煤漿、油焦?jié){、渣油、生物質(zhì)類與煤共成漿等漿體燃料的氣化制合成氣工藝，用途廣泛；
2)本發(fā)明所述的氣化燒嘴在中心噴頭端面和側(cè)面設(shè)置了多個(gè)氣化劑出口，可達(dá)到氣化劑與燃料著火前預(yù)混的效果，且不以增加燒嘴中心通道和外環(huán)通道氣化劑流速為代價(jià)， 避開了高速流動(dòng)固體顆粒對(duì)燒嘴壁面造成磨損的缺點(diǎn)；
3)本發(fā)明所述的氣化燒嘴結(jié)合了預(yù)膜式燒嘴和預(yù)混式燒嘴的特點(diǎn)，對(duì)漿體燃料的霧化更加充分，有助于提高氣化系統(tǒng)的碳轉(zhuǎn)化率，從而提高整體氣化效率；
4)本發(fā)明所述燒嘴在燒嘴出口端面設(shè)置耐高溫防磨涂層，有助于避開冷卻水夾套端面與高溫火焰的直接接觸，降低了燒嘴出口處冷卻水夾套的金屬壁的溫度，降低了燒嘴冷卻水系統(tǒng)溫度，避免高速運(yùn)動(dòng)灰渣顆粒對(duì)燒嘴出口端面的直接沖刷，延長了燒嘴的使用壽命。


圖1是本燒嘴的軸截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本燒嘴的中心噴頭側(cè)面開孔布置截面示意圖(共一層4個(gè)噴孔)； 圖3是本燒嘴的中心噴頭端面開孔布置示意圖(共13個(gè)噴孔)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明不局限于以下的實(shí)施例。圖廣3是本發(fā)明三通道漿體燃料氣化燒嘴的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。所述的燒嘴包括外環(huán)通道噴管1，中環(huán)通道噴管2，中心通道噴管3，外環(huán)噴頭4，中環(huán)噴頭5，中心噴頭6，外環(huán)通道7，中環(huán)通道8，中心通道9，中心噴頭的端面氣化劑噴孔10，中心噴頭的側(cè)面氣化劑噴孔11，中心噴頭端面12，冷卻水系統(tǒng)入口管13，冷卻盤管(也稱蛇形管)14，外環(huán)通道噴管與中環(huán)通道噴管間的固定凸緣15，中心通道噴管3與中環(huán)通道噴管2間的固定凸緣16，燒嘴出口端面17，燒嘴出口頭部冷卻水夾套18，燒嘴出口頭部冷卻水夾套出口 19，燒嘴出口頭部冷卻水夾套入口 20，燒嘴出口頭部冷卻水夾套外側(cè)壁21，燒嘴出口 22，燒嘴出口端面耐高溫防磨涂層23，耐高溫防磨涂層“T”字形抓釘M。本發(fā)明所述的氣化燒嘴為了保護(hù)燒嘴，在外環(huán)噴頭4外側(cè)設(shè)有冷卻水夾套18和與冷卻室相連通的冷卻盤管14，冷卻液由入口管13流入冷卻水夾套18，由冷卻水夾套出口 19 排出進(jìn)入冷卻盤管14，盤繞燒嘴外噴管外壁1。本發(fā)明所述的氣化燒嘴外環(huán)噴頭、中環(huán)噴頭和中心噴頭分別為一個(gè)截頭的錐管， 錐管設(shè)計(jì)的目的是讓物料在噴口處得到提速，增強(qiáng)混合，提高霧化效果，因此每個(gè)物料噴口通道都設(shè)計(jì)了一合適的角度范圍，以達(dá)到較佳的霧化效果和理想的射流流場。本發(fā)明所述的氣化燒嘴中心噴頭6的內(nèi)收縮半角θ為15飛0°，其外側(cè)傾角δ為3(Γ75°，側(cè)面氣化劑噴孔11的方向與水平面的夾角τ為45、0°，側(cè)面氣化劑噴孔11沿中心噴頭6側(cè)面圓弧均勻布置，可設(shè)廣3層，每層2、個(gè)噴孔，開孔直徑為廣40mm ；中心噴頭6出口端面開有廣5個(gè)孔，在端面均勻布置，開孔直徑為廣40mm;中環(huán)噴頭5的內(nèi)收縮半角ο為0 70°，其外側(cè)傾角α為2(Γ90° ；外環(huán)噴頭4的內(nèi)收縮半角ε為2(Γ75°。本發(fā)明所述的氣化燒嘴的中心噴頭6與中環(huán)噴頭5的出口端面距離為(T40mm。所述的中環(huán)噴頭5與外環(huán)噴頭4的出口端面距離為(T50mm。實(shí)施例1
若以某2000t/d單噴嘴頂置式水煤漿氣化爐為例，本發(fā)明所述的氣化燒嘴中心噴頭6 的內(nèi)收縮半角θ為30°，其外側(cè)傾角δ為60°，中心噴頭6的側(cè)面氣化劑噴孔11為1層， 共6個(gè)孔，噴孔方向與水平面夾角τ為75°，噴孔直徑5mm;出口端面12開孔7個(gè)，噴孔直徑 5mm ο氣化燒嘴中環(huán)噴頭5的內(nèi)收縮半角ο為30°，其外側(cè)傾角α為60°。外環(huán)噴頭 4的內(nèi)收縮半角ε為45°。氣化燒嘴的中心噴頭6與中環(huán)噴頭5的出口端面距離為25mm。中環(huán)噴頭5與外環(huán)噴頭4的出口端面距離為10mm。將以固含量為61%(wt%)的水煤漿為燃料，以99. 8%的氧氣為氣化劑。氣化劑分別通過中心通道9和外環(huán)通道7進(jìn)入燒嘴，水煤漿通過中環(huán)通道8經(jīng)中環(huán)噴頭5增速的同時(shí)與中心噴頭6的側(cè)面氣化劑噴孔11的氧氣預(yù)混合，然后在燒嘴的出口處22與中心噴頭6前端氧氣以及外環(huán)噴頭4的氧氣進(jìn)行混合霧化后進(jìn)入氣化爐，并在燒嘴出口處22進(jìn)行部分氧化燃燒反應(yīng)。氣化后的產(chǎn)物經(jīng)測定，其碳轉(zhuǎn)化率達(dá)98.5%，合成氣中有效氣組分(C0+H2) 含量約為84%(Vol%)。 本發(fā)明所述的氣化燒嘴結(jié)合了預(yù)膜式燒嘴和預(yù)混式燒嘴的優(yōu)點(diǎn)，又改進(jìn)了兩種燒嘴的缺點(diǎn)，即延長了燒嘴的使用壽命，增強(qiáng)了霧化效果和氣化反應(yīng)效率，提高了碳轉(zhuǎn)化率， 降低了燃料和氣化劑的消耗，是一種先進(jìn)的新型、高效氣化燒嘴。
權(quán)利要求
1.一種三通道漿體燃料氣化燒嘴，包括同軸的外環(huán)通道噴管(1)，中環(huán)通道噴管(2)、 中心通道噴管(3)、外環(huán)噴頭(4)、中環(huán)噴頭(5)和中心噴頭(6)，所述外環(huán)噴頭(4)、中環(huán)噴頭(5)和中心噴頭(6)分別為一個(gè)截頭的錐管，中環(huán)噴頭(5)套在中心噴頭(6)外面，外環(huán)噴頭(4)又套在中環(huán)噴頭(5)外面；外環(huán)噴頭(4)的大端與外環(huán)通道噴管(1)相連，中環(huán)噴頭(5)的大端與噴嘴的中環(huán)通道噴管(2)相連接，中心噴頭(6)的大端與中心通道噴管(3) 相連接；中環(huán)噴頭(5)與外環(huán)噴頭(4)之間設(shè)有間隙，構(gòu)成燒嘴的外環(huán)通道(7)，中環(huán)噴頭(5)與中心噴頭(6)之間設(shè)有間隙，構(gòu)成燒嘴的中環(huán)通道(8)，中心噴頭(6)和中心通道噴管(3)構(gòu)成中心通道(9)；漿體燃料從中環(huán)通道(8)進(jìn)入氣化爐，氣化劑分兩部分從中心通道(9)和外環(huán)通道(7)進(jìn)入氣化爐，其特征在于，中心噴頭(6)側(cè)面上布置有側(cè)面氣化劑噴孔(11)，氣化劑可沿側(cè)面氣化劑噴孔(11)從中心通道(9)進(jìn)入中環(huán)通道(8)，所述中心噴頭(6)的端面(12)上布置有端面氣化劑噴孔(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三通道漿體燃料氣化燒嘴，其特征在于，在外環(huán)噴頭(4)外側(cè)設(shè)有冷卻水夾套(18)，所述冷卻水夾套(18)由燒嘴出口端面(17)包圍外環(huán)噴頭(4)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三通道漿體燃料氣化燒嘴，其特征在于，所述冷卻水夾套 (18)連接有冷卻盤管(14)，所述冷卻盤管(14)盤繞在外環(huán)通道噴管(1)的外壁上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三通道漿體燃料氣化燒嘴，其特征在于，所述燒嘴出口端面 (17)上設(shè)有一耐高溫防磨涂層(23)，所述耐高溫防磨涂層(23)采用“T”字形抓釘(24)連接覆蓋于燒嘴出口端面(17)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三通道漿體燃料氣化燒嘴，其特征在于，所述中心噴頭(6)為一個(gè)具有內(nèi)縮半角θ和外側(cè)傾角S的錐管，所述中環(huán)噴頭(5)為一個(gè)具有內(nèi)縮半角σ和外側(cè)傾角α的錐管，所述外環(huán)噴頭(4)為一個(gè)具有內(nèi)縮半角ε的錐管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三通道漿體燃料氣化燒嘴，其特征在于，所述中心噴頭(6)的內(nèi)收縮半角θ為15 60°，其外側(cè)傾角δ為30 75°。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三通道漿體燃料氣化燒嘴，其特征在于，所述中環(huán)噴頭(5)的內(nèi)收縮半角σ為(Γ70°，其外側(cè)傾角α為20 90°。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三通道漿體燃料氣化燒嘴，其特征在于，所述外環(huán)噴頭(4)的內(nèi)收縮半角ε為2(Γ75°。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三通道漿體燃料氣化燒嘴，其特征在于，所述側(cè)面氣化劑噴孔(11)的方向與水平面的夾角τ為45、0°，側(cè)面氣化劑噴孔(11)沿中心噴頭(6)側(cè)面圓弧均勻布置，可設(shè)廣3層，每層2、個(gè)噴孔，開孔直徑為廣40mm ；所述端面氣化劑噴孔(10) 在中心噴頭(6)出口端面上均勻布置廣5個(gè)，開孔直徑為廣40mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三通道漿體燃料氣化燒嘴，其特征在于，所述中心噴頭(6) 與中環(huán)噴頭(5)的出口端面距離為(T40mm;所述中環(huán)噴頭(5)與外環(huán)噴頭(4)的出口端面距離為(T50mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三通道漿體燃料氣化燒嘴，包括同軸的外環(huán)通道噴管，中環(huán)通道噴管、中心通道噴管、外環(huán)噴頭、中環(huán)噴頭和中心噴頭，漿體燃料從中環(huán)通道進(jìn)入氣化爐，氣化劑分兩部分從中心通道和外環(huán)通道進(jìn)入氣化爐，中心噴頭側(cè)面上布置有側(cè)面氣化劑噴孔，氣化劑可沿側(cè)面氣化劑噴孔從中心通道進(jìn)入中環(huán)通道，中心噴頭的端面上布置有端面氣化劑噴孔。氣化劑在中心噴頭處被分成多股物流，分別從中心噴頭的側(cè)面氣化劑噴孔和端面氣化劑噴孔噴出，從側(cè)面氣化劑噴孔噴出的氣化劑在燒嘴頭部內(nèi)側(cè)即與中環(huán)通道的漿體燃料接觸，漿體燃料在燒嘴出口區(qū)域又與中心通道、外環(huán)通道的氣化劑一起混合，達(dá)到了尚佳的霧化效果。
文檔編號(hào)C10J3/50GK102492479SQ20111044760
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者烏曉江, 倪建軍, 李月華, 熊杰 申請(qǐng)人:上海鍋爐廠有限公司