一种气化烧嘴和气化炉制造技术

本发明专利技术公开了一种气化烧嘴和气化炉，该气化烧嘴包括烧嘴座(1)以及从外侧垂直地穿入烧嘴座内的中心喷管(2)和多根斜向喷管(3)，喷管导入的中心流与斜向流能够在烧嘴座内侧的交汇点(P)处对撞并燃烧气化，烧嘴座的内侧还形成有环绕交汇点设置以抑制斜向流冲击的周向防护层。所述中心喷管还可包括套设的外喷管(21)和内喷管(22)，内喷管的内端喷头回缩以使得内缩空间形成为预混区(C)；在预混区内，一次气化剂射流和燃料流混合成中心混合流，该中心混合流与由斜向喷管(3)导入的二次气化剂射流汇集于交汇点处。此气化烧嘴的结构相对简单，具备更优的混合效果，尤其是减少了对气化炉炉壁的损伤，提高了气化炉的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于煤气化领域，具体地，涉及一种气化炉及其气化烧嘴。
技术介绍
煤的清洁高效利用是目前煤炭科学研究最重要的课题，煤气化是煤清洁高效利用的最重要途径，也是一切煤化工项目的源头。其中，气化烧嘴是整个气化炉的关键设备之一，气化烧嘴技术的发展直接决定了气化技术的运行稳定性和可靠性。图1和图2展示了现有技术中常见的两种气化烧嘴结构。图1为CN 102583243 A中所示的同轴式射流气化喷嘴，包括内烧嘴、中烧嘴和外烧嘴，并且在烧嘴的部分壁面上设有涂层以提高使用寿命。但这种传统的同轴式射流气化喷嘴在使用时，“火焰”的喷射距离较长，使得气化炉内的耐火砖使用寿命较短。而且，这种喷嘴中的气化剂与燃料的混合效果一般，燃料与气化剂在气化炉内会形成较大的涡流返混，以增加燃料的停留时间，这使得所需的气化炉的反应器体积较大。图2为审定号为CN1015822的专利中所示的一种气化喷嘴，其中的气化剂射流和燃料流之间存在一定的夹角，但是二者的撞击点(即燃烧区)在烧嘴的前端，也称烧嘴面。此类气化喷嘴的缺点是因气化工艺中高热通量和潜在的腐蚀性环境极易在在烧嘴面造成损坏。为克服此缺陷，烧嘴结构就需要设计的较为复杂，甚至还需要在烧嘴前端外表面增设耐火衬或设置带内冷通道的空心壁件，使冷却流体在内冷通道中高速循环。现有研究已表明，当气化温度达到1400℃以上时，气化的总体反应速度是基本不受温度影响的，主要控制因素为气固之间的传质速率。因此，如何强化气固之间的传质是解决气化效率低的关键途径，从而也能降低停留时间，减少设备体积，降低设备投资等。对气流床气化炉而言，强化传质传热的关键是让固体颗粒均匀分散并快速混合到气相介质中，同时尽量减少返混。
技术实现思路
为克服上述缺陷，本专利技术提供了一种气化烧嘴及具有该气化烧嘴的气化炉，该气化烧嘴结构相对简单，具备更优的混合效果，尤其是大大减少了对气化炉炉壁的损伤，提
高气化炉的使用寿命。为实现上述目的，本专利技术提供了一种气化烧嘴，该气化烧嘴包括烧嘴座、中心喷管和多根斜向喷管，中心喷管从烧嘴座的外侧垂直地穿入该烧嘴座内，多根斜向喷管围绕中心喷管对称布置并从外侧倾斜地穿入烧嘴座内，由中心喷管导入的中心流与由斜向喷管导入的斜向流能够在烧嘴座内侧的交汇点处对撞并燃烧气化，烧嘴座的内侧还形成有环绕交汇点设置以抑制斜向流冲击的周向防护层。优选地，周向防护层为内设耐热材料的筒状防护罩，该防护罩的顶端连接于烧嘴座的内侧壁，防护罩的内环壁上嵌有沿该内环壁连续布置的冷却液盘管，该冷却液盘管外覆盖有冷却液管防护层。更优选地，在防护罩内，由内环壁围绕的内腔室包括顶端呈扩口状的上部圆锥台内腔室和底端呈扩口状的下部圆锥台内腔室，中心喷管和多根斜向喷管均连通至上部圆锥台内腔室，交汇点位于下部圆锥台内腔室内。更优选地，烧嘴座内设有环绕中心喷管的第一冷却腔室和环绕多根斜向喷管的第二冷却腔室，该第二冷却腔室与冷却液盘管连通。优选地，烧嘴座的内侧壁设置惰性气体喷管，以喷射出作为周向防护层的惰性气体防护层。更优选地，所述惰性气体喷管周向设置在靠近气化炉炉壁与烧嘴座的所述内侧的交汇处，以便更好地防止高速的斜向流对气化炉炉壁的冲击与腐蚀。同样更优选地，惰性气体防护层为CO2气体防护层。可选择地，由中心喷管导入的中心流为燃料流，由斜向喷管导入的斜向流为气化剂射流。优选地，中心喷管包括套设的外喷管和内喷管，外喷管的外端和内喷管的外端中的一者通入燃料，另一者通入气化剂形成一次气化剂射流，外喷管和内喷管的穿入烧嘴座的内端均设有喷头；内喷管的内端喷头相对于烧嘴座的内侧壁回缩至该烧嘴座内，使得内端喷头与内侧壁之间的内缩空间形成为预混区；其中，由斜向喷管导入的斜向流为二次气化剂射流，在预混区内，由外喷管或内喷管导入的一次气化剂射流和燃料流混合成中心混合流，该中心混合流与二次气化剂射流汇集于交汇点处。可选择地，外喷管的外端设有切向入口，通过该切向入口进入的流体能够在外喷管
与内喷管之间形成旋流。可选择地，内喷管的外壁面上设有沿轴向呈螺旋状延伸的导向叶片，以引导由外喷管进入的流体能够在外喷管与内喷管之间形成旋流。可选择地，内喷管的内端的外壁面上设有沿周向布置的多个螺旋桨叶，由外喷管进入的流体经由相邻的任意两个螺旋桨叶之间的间隙通道以旋流形式进入预混区。在上述基础上，本专利技术还提供了一种气化炉，该气化炉的炉壁上和/或顶部设有根据本专利技术上述的气化烧嘴。优选地，气化炉的顶部可间隔布置有多个上述气化烧嘴。根据上述技术方案，在本专利技术的气化烧嘴中，不同于传统的同轴式射流气化喷嘴，采用了围绕中心喷管设置的多根斜向喷管，两类喷管中喷出的中心流与斜向流在烧嘴座的内侧发生对撞并燃烧气化，从而避免了对烧嘴面或烧嘴本身造成损坏，对撞燃烧还能有效增强燃料颗粒的均匀分散效果以及与气化剂的快速混合，对撞后速率降低，也减小了返混以及燃烧火焰的长度，从而减小所需的气化炉体积，此外还特别设置了周向防护层以防止高速的斜向流对气化炉炉壁的冲击与腐蚀。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明图1和图2为现有技术中的两种气化烧嘴的结构示意图；图3为根据本专利技术的优选实施方式的气化烧嘴及其在气化炉上的安装结构的示意图；图4与图3类似，局部具体地显示了气化烧嘴的内部结构，尤其是展示了作为周向防护层的一种优选实施方式的筒状防护罩的具体结构以及冷却结构；图5为具有切向入口的外喷管的俯视图；图6为具有导向叶片的内喷管的立体视图；图7为喷嘴端设有沿周向布置的螺旋桨叶的内喷管的截面图；图8为根据本专利技术的气化烧嘴在气化炉炉壁上的安装结构示意图，立体地展示了四个斜向喷管围绕中心喷管均匀布置；图9为根据本专利技术的七个气化烧嘴在气化炉炉壁上的安装结构示意图，其中还展示了形成惰性气体的周向防护层的气管布置。附图标记说明1 烧嘴座 2 中心喷管3 斜向喷管 4 防护罩5 气化炉 6 连接法兰11 第一冷却腔室 12 第二冷却腔室13 内侧壁 21 外喷管22 内喷管 23 切向入口24 导向叶片 25 螺旋桨叶41 耐热材料 42 冷却液盘管43 冷却液管防护层 P 交汇点A 上部圆锥台内腔室 B 下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气化烧嘴，其特征在于，该气化烧嘴包括烧嘴座(1)、中心喷管(2)和多根斜向喷管(3)，所述中心喷管(2)从所述烧嘴座(1)的外侧垂直地穿入该烧嘴座(1)内，多根所述斜向喷管(3)围绕所述中心喷管(2)对称布置并从所述外侧倾斜地穿入所述烧嘴座(1)内，由所述中心喷管(2)导入的中心流与由所述斜向喷管(3)导入的斜向流能够在所述烧嘴座(1)内侧的交汇点(P)处对撞并燃烧气化，所述烧嘴座(1)的所述内侧还形成有环绕所述交汇点(P)设置以抑制所述斜向流冲击的周向防护层。

【技术特征摘要】
1.一种气化烧嘴，其特征在于，该气化烧嘴包括烧嘴座(1)、中心喷管(2)和多根斜向喷管(3)，所述中心喷管(2)从所述烧嘴座(1)的外侧垂直地穿入该烧嘴座(1)内，多根所述斜向喷管(3)围绕所述中心喷管(2)对称布置并从所述外侧倾斜地穿入所述烧嘴座(1)内，由所述中心喷管(2)导入的中心流与由所述斜向喷管(3)导入的斜向流能够在所述烧嘴座(1)内侧的交汇点(P)处对撞并燃烧气化，所述烧嘴座(1)的所述内侧还形成有环绕所述交汇点(P)设置以抑制所述斜向流冲击的周向防护层。2.根据权利要求1所述的气化烧嘴，其特征在于，所述周向防护层为内设耐热材料(41)的筒状防护罩(4)，该防护罩(4)的顶端连接于所述烧嘴座(1)的内侧壁(13)，所述防护罩(4)的内环壁上嵌有沿该内环壁连续布置的冷却液盘管(42)，该冷却液盘管(42)外覆盖有冷却液管防护层(43)。3.根据权利要求2所述的气化烧嘴，其特征在于，在所述防护罩(4)内，由所述内环壁围绕的内腔室包括顶端呈扩口状的上部圆锥台内腔室(A)和底端呈扩口状的下部圆锥台内腔室(B)，所述中心喷管(2)和多根斜向喷管(3)均连通至所述上部圆锥台内腔室(A)，所述交汇点(P)位于所述下部圆锥台内腔室(B)内。4.根据权利要求2所述的气化烧嘴，其特征在于，所述烧嘴座(1)内设有环绕所述中心喷管(2)的第一冷却腔室(11)和环绕多根所述斜向喷管(3)的第二冷却腔室(12)，该第二冷却腔室(12)与所述冷却液盘管(42)连通。5.根据权利要求1所述的气化烧嘴，其特征在于，所述烧嘴座(1)的内侧壁(13)设置惰性气体喷管，以喷射出作为所述周向防护层的惰性气体防护层。6.根据权利要求5所述的气化烧嘴，其特征在于，所述惰性气体防护层为CO2气体防护层。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的气化烧嘴，其特征在于，由所述中心喷管(2)导...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘臻，巩志坚，李君，冯子洋，彭宝仔，陈微，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11