用于浆体燃料气化制合成气的气化烧嘴制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于浆体燃料气化制合成气的气化烧嘴，其包括一三通道主体和一冷却系统，其中，所述三通道主体由内向外依次包括一由一中心喷管形成的中心通道、一由一中环喷管形成的中环通道，以及一由外环喷管形成的外环通道，所述中心通道内设有一使得气化剂形成旋转射流的旋流器，浆体燃料从所述中环通道进入所述气化烧嘴，气化剂分成两路，一路从所述中心通道经过所述旋流器进入所述气化烧嘴，另一路从所述外环通道进入所述气化烧嘴。本实用新型专利技术所述的气化烧嘴采用内旋式三通道结构设计和组合式冷却系统。气化烧嘴的总体结构简单，制作维护方便，并且可用于浆体燃料的气化制合成气工艺，用途广泛。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种制合成气的气化烧嘴，特别是涉及一种用于浆体燃料气化制合成气的气化烧嘴。
技术介绍
煤等含碳燃料的清洁高效利用已逐渐成为当今能源利用的重要课题。燃料气化制合成气可为现代化工生产、联合循环发电(简称IGCC发电)以及制氢等系统提供龙头技术。目前，煤等含碳燃料的气化制合成气技术通常分为两类，一类是浆体燃料气化技术，另 一种是干粉固体燃料气化技术，现有国内外应用最广的是浆体燃料气化技术。而且，作为气化系统的关键设备之一，气化烧嘴技术的发展直接决定了浆体气化技术的运行稳定性和可靠性，气化烧嘴技术的落后严重制约了生产效率的提高。由于气化炉内反应温度高达1400°C，烧嘴射流火焰的温度甚至超过2000°C。因此，气化烧嘴的结构设计不当，将会烧蚀其头部，烧蚀反应器内壁，产生严重后果。当气化烧嘴对浆体燃料的雾化不够充分时将会影响燃料的碳转化率，并降低合成气有效气体组分的含量。当气化烧嘴头部的设计不合理时，可能引起气化烧嘴头部壁面材料的磨蚀，影响其使用寿命。在现有专利中，如美国专利US 4736693、US 4858538、US 4443228和中国专利CN89104265等，均采用中心喷管为单一直管式结构设计。其共同的缺点是物料在喷入气化炉之前缺少了加速过程，离开烧嘴的速度低，直流雾化的效果差。美国专利US 3743606、US3705108,US 4443230等采用了在中心管前端缩口的结构来提高物流速度，可以提高中心喷管出口的物流速度，增强烧嘴的雾化效果。但当速度提高后，将使气化烧嘴头部的磨蚀加重，影响了烧嘴的使用寿命。对于单烧嘴顶置式气化炉，顶部气化烧嘴的出口物料流速过大将直接影响物料在气化炉内的停留时间，从而影响整体碳转化率。美国专利US 6228224中采用了四通道的气化烧嘴结构，以提高烧嘴的雾化效果，但如此会使烧嘴结构更加复杂，增加了加工维护的难度。在中国专利CN 95111750中，在中心通道和外环气化剂通道中分别加设了旋流器，强烈的双旋流雾化将使射流区扩大，射流长度难以调节和控制，燃料发生瞬间气化反应，形成发散式扩散火焰。当火焰高温区向气化烧嘴头部靠近时，气化烧嘴受高温烧蚀的问题比较突出，且其采用单一的盘管式冷却系统，冷却效果欠佳，冷却系统头部易被烧蚀，从而发生冷却液泄漏导致烧嘴使用寿命受到严重制约。从烧嘴的冷却系统角度分析，现有浆体燃料气化系统应用的烧嘴冷却系统基本上都采用单一的盘管式冷却方式。其主要缺点是烧嘴头部冷却系统采用单通道冷却液绕流，容易产生冷却不均，传热效果较差，从而导致烧嘴头部材料被烧蚀损坏，甚至出现冷却液泄漏等问题。综上所述，解决浆体燃料的高效雾化和烧嘴头部冷却等问题，是提高目前浆体燃料气化烧嘴的整体性能的关键所在。因此，开发出雾化效果优良、长寿命的气化烧嘴是提高我国浆体燃料气化技术可靠性的关键技术途径之
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中用浆体燃料制合成气的气化烧嘴雾化效果差，且烧嘴头部冷却效果欠佳的缺陷，提供一种用于浆体燃料气化制合成气的气化烧嘴。本技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种用于浆体燃料气化制合成气的气化烧嘴，其包括一三通道主体和一冷却系统，其中，所述三通道主体由内向外依次包括一由一中心喷管形成的中心通道、一由一中环喷管形成的中环通道，以及一由外环喷管形成的外环通道，其特点在于所述中心通道内设有一使得气化剂形成旋转射流的旋流器，浆体燃料从所述中环通道进入所述气化烧嘴，气化剂分成两路，一路从所述中心通道经过所述旋流器进入所述气化烧嘴，另一路从所述外环通道进入所述气化烧嘴。 此处，当中心喷管内加设旋流器时，在雾化剂(气相)相同入口流速条件下，通过内置旋流器的旋流作用，提高了气化剂的旋流流速，增大了气化烧嘴的雾化角度。这样可以有效地促进气液两相的快速混合，雾化效果将明显提高。较佳地，所述冷却系统包括一包覆于所述气化烧嘴外侧的冷却夹套，及一螺旋式环绕在所述冷却夹套外侧的冷却盘管；所述冷却夹套包括一设于所述外环喷管的外侧的夹套式冷却室和一设置在所述气化烧嘴的头部的旋流式冷却空腔；所述旋流式冷却空腔通过一开口与所述夹套式冷却室连通形成回路。较佳地，所述旋流式冷却空腔中设有一螺旋状金属隔板，将所述旋流式冷却空腔分隔成内环冷却流道和外环冷却流道，所述外环冷却流道通过一切口与所述冷却盘管连通。本技术采用了冷却夹套和冷却盘管两种冷却方法相结合的设计对气化烧嘴进行冷却，尤其是在气化烧嘴的头部采用带有环形通道的旋流式冷却空腔，冷却空腔分别与夹套式冷却室和冷却盘管连通。同时，在所述冷却空腔内设置的一道螺旋状金属隔板将使冷却液在空腔内形成环形流动，并与冷却盘管和夹套式冷却室形成回路。其中，冷却空腔外侧与冷却盘管切向连接，通过空腔内冷却液的高速旋流，促进了气化烧嘴的头部端面金属壁与冷却液之间的传热，避免了气化烧嘴的头部的冷却空腔内出现冷却死角。这种结合夹套式冷却室和冷却盘管的结构可以达到较好的冷却效果，使气化烧嘴的整体温度得到有效控制，从而延长了气化烧嘴的使用寿命。较佳地，所述旋流器安装于所述中心通道的直段，所述旋流器的外径与所述中心通道的内径相同。较佳地，所述中心通道中旋流器的中心枢轴的内径与外径之比为O. 2-0. 8。较佳地，所述旋流器包括若干旋流叶片，所述旋流叶片与所述中心枢轴之间的夹角为 15。-75。。本技术所述的气化烧嘴在中心喷管内设置了一旋流器，使流入中心通道的气化剂在旋流器的作用下形成旋转射流。在外环喷管切向射流的联合作用下，使中环通道出口的浆体燃料雾化效果得到加强，从而提高了碳转化率和有效气产率。同时，还可以通过旋流器角度和外环射流角度的设计有效控制烧嘴的射流火焰长度，达到气化烧嘴射流流场与气化炉内流场相匹配的效果。此外，通过设计旋流器的旋流角度(即所述旋流叶片与所述中心枢轴之间的夹角)和外环切向射流的射流强度及角度还可有效地控制气化火焰的长度，以达到气化烧嘴射流流场与气化炉炉内流场相匹配的效果，同时还保护烧嘴免受高温烧蚀的威胁。较佳地，位于所述中心喷管的喷头处的第一出口端面、位于所述中环喷管的喷头处的第二出口端面及位于所述外环喷管的喷头处的第三出口端面依次向内侧缩进；所述第一出口端面和所述第二出口端面之间形成一第一间距，所述第二出口端面和所述第三出口端面之间形成一第二间距，且所述第一间距大于所述第二间距。较佳地，所述第一间距为所述中心通道的出口直径的O. 5-3. 2倍，所述第二间距为所述中心通道的出口直径的O. 1-1倍。 较佳地，所述中环通道、所述外环通道及所述夹套式冷却室内均设有若干固定凸缘。所述固定凸缘的设置可以确保所述中心通道、所述中环通道、所述外环通道及所述夹套式冷却室处于同轴状态。本技术采用了夹套式和盘管式冷却方法相结合的组合式冷却系统，并在烧嘴端面设置中间带一道螺旋状金属隔板的冷却空腔，通过冷却液在冷却空腔内的高速旋流，避免了冷却腔内冷却死角的出现，增强了传热，保护了烧嘴端面金属壁，冷却系统高效可靠，且使用寿命长，从而延长了烧嘴整体使用寿命。较佳地，所述浆体燃料包括碳氢质燃料，或可泵送的固态含碳物质的浆料。在本技术所述的气化烧嘴中，气化剂主要分两部分进入烧嘴，一部分从中心通道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于浆体燃料气化制合成气的气化烧嘴，其包括一三通道主体和一冷却系统，其中，所述三通道主体由内向外依次包括一由一中心喷管形成的中心通道、一由一中环喷管形成的中环通道，以及一由外环喷管形成的外环通道，其特征在于：所述中心通道内设有一使得气化剂形成旋转射流的旋流器，浆体燃料从所述中环通道进入所述气化烧嘴，气化剂分成两路，一路从所述中心通道经过所述旋流器进入所述气化烧嘴，另一路从所述外环通道进入所述气化烧嘴。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：倪建军，张建文，乌晓江，郑路，
申请(专利权)人：上海锅炉厂有限公司，
类型：实用新型
国别省市：