CN101097061A - 多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴及其应用 - Google Patents

多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴及其应用，所述烧嘴，包括：依次同轴设置的外环喷头、中环喷头和内环喷头；分别与外环喷头、中环喷头和内环喷头相连接的中心导管、中环导管和外环导管，其特征在于，还包括设置在内环喷头内的中心喷头；所说的中心喷头为一个截头的锥管，顶部设有封盖，封盖上设有小孔，中心喷头和内环喷头之间为内环通道。本发明的烧嘴，具有多通道结构，大大加强了液膜内外侧的气动力，烧嘴雾化性能明显提高。结构简单、制作与维护方便、雾化性能优良、混合均匀、烧嘴冷却系统使用寿命长等优点，用途广泛。

Description

多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴及其应用
技术领域
本发明涉及一种制合成气烧嘴，尤其涉及一种液态燃料部分氧化制备合成气(CO+H2)的烧嘴。
背景技术
液态燃料(包括液态碳氢质燃料，或可泵送的固态含碳物质的浆料，固态含碳物质选自粉煤、石油焦、生物质或固态废弃物)部分氧化制备合成气的气流床气化方法，是在气流床中，将液态燃料与气化剂在高温高压下进行化学反应，制得以一氧化碳和氢气为主要组成的合成气。这种气化方法温度、压力高，设备生产强度大，碳转化率高，对燃料的适应性强，制得的合成气可用于发电、生产化学品与化肥、合成油品、作气体燃料等，用途十分广泛。
烧嘴是气流床气化的关键部件之一。通过它将液态燃料和气化剂以一定速度导入气流床，在高速喷射的气化剂的气动力作用下，将液态燃料雾化成小液滴，实现液态燃料与气化剂的充分混合，并发生化学反应。由于气化反应器内反应温度高达～1500℃，压力约为1.0～10MPa，对烧嘴要求非常高。烧嘴结构设计不当，将会导致烧嘴雾化效果差、烧嘴端部烧蚀、烧嘴冷却系统泄漏等，产生严重后果。现有的烧嘴专利技术，如中国专利申请号：93118217.4、94214422.8、95111750.5等，存在烧嘴雾化效果差、烧嘴使用寿命短等问题。实践中迫切需要雾化性能优良、长寿命的液态燃料部分氧化制合成气烧嘴。
发明内容
本发明的目的是公开一种液态燃料部分氧化制合成气烧嘴及其应用，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明所说的液态燃料部分氧化制合成气烧嘴，包括：
依次同轴设置的外环喷头、中环喷头和内环喷头；
分别与外环喷头、中环喷头和内环喷头相连接的外环导管、中环导管和中心导管；
其特征在于，还包括设置在内环喷头内的中心喷头；
所说的中心喷头为一个截头的锥管，顶部设有封盖，封盖上设有小孔，中心喷头和内环喷头之间为内环通道，通过中心喷头上的小孔实现气化剂在中心喷头和内环喷头间的分配。
将本发明的液态燃料部分氧化制合成气烧嘴安装于气化炉后，可用于液态燃料部分氧化制备合成气，所说的液态燃料包括液态碳氢质燃料，或可泵送的固态含碳物质的浆料，固态含碳物质选自粉煤、石油焦、生物质或固态废弃物中的一种或其混合物。
将气化剂从烧嘴的外环喷头、内环喷头和中心喷头喷射进入气化炉，液态燃料通过烧嘴中环喷头喷射进入气化炉，中心喷头气化剂的流速为1～100m/s，内环喷头气化剂的流速为20～300m/s，外环喷头气化剂的流速为20～300m/s；
将液态燃料从烧嘴的中环喷头喷射进入气化炉，流速为1～30m/s。
气化剂的分配如下：
外环喷头的气化剂的量为气化剂总体积的48～98％，内环喷头为1～50％，中心喷头为1～50％；
液态燃料通过烧嘴中环喷头喷射进入气化炉后，在气化剂的高速气动力的作用下，液态燃料被雾化成小液滴，并与气化剂在喷口处进行剧烈混合，同时在高温下进行部分氧化反应，即气化反应。
所说的气化剂是空气、氧的体积含量大于21％的富氧空气、氧的体积含量大于98％的纯氧、水蒸汽或CO2中的一种或其混合物。
本发明的烧嘴的适用压力为0.5～12.0MPa。
本发明的烧嘴也适用于还原气的生产。
由于本发明烧嘴的多通道结构，大大加强了液膜内外侧(特别是内侧)的气动力，烧嘴雾化性能明显提高。本发明的烧嘴，具有结构简单、制作与维护方便、雾化性能优良、混合均匀、烧嘴冷却系统使用寿命长等优点，用途广泛。
附图说明
图1为本发明的液态燃料部分氧化制合成气烧嘴的结构示意图。
图2为图1中的A-A部分的局部剖视示意图。
图3为放大的中心喷头结构示意图。
具体实施方式
参见图1、图2和图3，本发明所说的烧嘴，包括：
依次同轴设置的外环喷头1、中环喷头2和内环喷头3；
分别与外环喷头1、中环喷头2和内环喷头3相连接的外环导管5、中环导管6和中心导管7；
其特征在于，还包括设置在内环喷头3内的中心喷头4；
所说的中心喷头4为一个截头的锥管，顶部设有封盖401，封盖401上设有小孔18，中心喷头4和内环喷头3之间为内环通道10，通过中心喷头上的小孔18实现气化剂在中心喷头和内环喷头间的分配；
参见图2和图3：
优选的，小孔18的面积为内环通道10的1～50％；
优选的，内环通道10中内环通道导流块12；
优选的，所说的中心喷头4的喷口处设有喷口直段，中心喷头4的喷口口径d与喷口直段高度h的比例，即h∶d＝0～10，优选为0.1～4；
优选的，所说的中心喷头4的喷口端面与内环喷头3的喷口端面之间的距离r为0～3mm，优选为0～2mm；
优选的，所说的中心喷头4具有中心喷头内收缩半角ω和中心喷头外侧倾角σ，ω为0°～70°，优选为5°～30°，σ为10°～90°，优选为40°～85°；
优选的，内环喷头3具有内环喷头内收缩半角α和内环喷头外侧倾角β，α为0°～80°，优选为5°～50°，β为10°～90°，优选为40°～85°；
中环喷头2的具有中环喷头内收缩半角ε和中环喷头外侧倾角γ，ε为0°～80°，优选为5°～50°，γ为10°～90°，优选为40°～85°；
外环喷头1具有外环喷头内收缩半角，为0°～80°，优选为5°～50°；
所说的内环喷头3的喷口端面与中环喷头2的喷口端面之间的距离s为0～20mm，优选为0.5～10mm；
所说的中环喷头2的喷口端面与外环喷头1的喷口端面之间的距离t为0～20mm，优选为0.5～10mm；
优选的，参见图1，所说的烧嘴还包括冷却系统，所说的冷却系统包括设置在外环喷头1外侧的冷却室15、与冷却室15相连通的冷却液进口管和冷却液出口管。冷却液进、出口导管通过焊接方式连接在冷却室后部。所说的冷却液一般为水，也可为其它安全的液体。
实施例1
将上述的烧嘴安装于中国专利98110616.1公开的气化炉后，当燃料是浓度为61％(质量％)的水煤浆时，以98％(体积)的纯氧为气化剂，气化结果为合成气中有效气组分CO+H2(vol％)83.5％，灰渣残碳为3％，烧嘴连续使用寿命可达4个月，完全满足水煤浆气化的要求。
所说的烧嘴的结构参数如下：
ω为5°，σ为85°；α为5°，β为80°；ε为10°，γ为40°；为50°；
中心喷头4的喷口口径d与喷口直段高度h的比例，即h∶d＝0.1；
中心喷头4的喷口端面与内环喷头3的喷口端面之间的距离r为0.5mm；
内环喷头3的喷口端面与中环喷头2的喷口端面之间的距离s为4mm；
中环喷头2的喷口端面与外环喷头1的喷口端面之间的距离t为2mm；
小孔18的面积为内环通道(10)的30％；
具体工艺过程如下：
将气化剂从烧嘴中心喷头、内环喷头和外环喷头喷射进入气化炉，液态燃料通过烧嘴中环喷头喷射进入气化炉。
中心喷头气化剂的流速为20m/s，内环喷头气化剂的流速为180m/s，外环喷头气化剂的流速为180m/s，液态燃料流速为20m/s。80％的气化剂通过外环喷头喷射进入气化炉，15％的气化剂通过内环喷头进入气化炉，5％的气化剂通过中心喷头进入气化炉；压力为6.5MPa。
实施例2
将上述的烧嘴安装于中国专利98110616.1公开的气化炉后，当燃料是浓度为63％(质量％)的水煤浆时，以99.6％的纯氧为气化剂，气化结果为合成气中有效气组分CO+H2(vol％)85.5％，灰渣残碳为3％，烧嘴连续使用寿命可达4个月，完全满足水煤浆气化的要求。
所说的烧嘴的结构参数如下：
ω为10°，σ为80°；α为10°，β为70°；ε为20°，γ为30°；为60°；
中心喷头4的喷口口径d与喷口直段高度h的比例，即h∶d＝1；
中心喷头4的喷口端面与内环喷头3的喷口端面之间的距离r为2mm；
内环喷头3的喷口端面与中环喷头2的喷口端面之间的距离s为5mm；
中环喷头2的喷口端面与外环喷头1的喷口端面之间的距离t为5mm；
小孔18的面积为内环通道10的20％；
具体工艺过程如下：
将气化剂从烧嘴中心喷头、内环喷头和外环喷头喷射进入气化炉，液态燃料通过烧嘴中环喷头喷射进入气化炉。中心喷头气化剂的流速为10m/s，内环喷头气化剂的流速为110m/s，外环喷头气化剂的流速为110m/s，液态燃料流速为10m/s。60％的气化剂通过外环喷头喷射进入气化炉，30％的气化剂通过内环喷头进入气化炉，10％的气化剂通过中心喷头进入气化炉；压力为2.0MPa。

Claims (10)

1.多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴，包括：
依次同轴设置的外环喷头(1)、中环喷头(2)和内环喷头(3)；
分别与外环喷头(1)、中环喷头(2)和内环喷头(3)相连接的外环导管(5)、中环导管(6)和中心导管(7)；其特征在于，还包括设置在内环喷头(3)内的中心喷头(4)；所说的中心喷头(4)为一个截头的锥管，顶部设有封盖(401)，封盖(401)上设有小孔(18)，中心喷头(4)和内环喷头(3)之间为内环通道(10)。
2.根据权利要求1所述的多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴，其特征在于，小孔(18)的面积为内环通道(10)的1～50％。
3.根据权利要求1所述的多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴，其特征在于，内环通道(10)中内环通道导流块(12)。
4.根据权利要求1所述的多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴，其特征在于，所说的中心喷头(4)的喷口处设有喷口直段，中心喷头(4)的喷口口径d与喷口直段高度h的比例，h∶d＝0～10。
5.根据权利要求1所述的多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴，其特征在于，所说的中心喷头(4)的喷口端面与内环喷头(3)的喷口端面之间的距离r为0～3mm。
6.根据权利要求1所述的多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴，其特征在于，所说的中心喷头(4)具有中心喷头内收缩半角ω和中心喷头外侧倾角σ，ω为0°～70°，优选为5°～30°，σ为10°～90°。
7.根据权利要求1～6任一项所述的多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴，其特征在于，内环喷头(3)具有内环喷头内收缩半角α和内环喷头外侧倾角β，α为0°～80°，β为10°～90°；
中环喷头(2)的具有中环喷头内收缩半角ε和中环喷头外侧倾角γ，ε为0°～80°，γ为10°～90°；
外环喷头(1)具有外环喷头内收缩半角，为0°～80°，所说的内环喷头(3)的喷口端面与中环喷头(2)的喷口端面之间的距离s为0～20mm，所说的中环喷头(2)的喷口端面与外环喷头(1)的喷口端面之间的距离t为0～20mm。
8.根据权利要求7所述的多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴，其特征在于，所说的烧嘴还包括冷却系统，所说的冷却系统包括设置在外环喷头(1)外侧的冷却室(15)、与冷却室(15)相连通的冷却液进口管和冷却液出口管。
9.根据权利要求1～8任一项所述的多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴的应用，其特征在于，将本发明的液态燃料部分氧化制合成气烧嘴安装于气化炉后，用于液态燃料部分氧化制备合成气。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所说的液态燃料包括液态碳氢质燃料，或可泵送的固态含碳物质的浆料，固态含碳物质选自粉煤、石油焦、生物质或固态废弃物中的一种或其混合物；
将气化剂从烧嘴的外环喷头、内环喷头和中心喷头喷射进入气化炉，液态燃料通过烧嘴中环喷头喷射进入气化炉，中心喷头气化剂的流速为1～100m/s，内环喷头气化剂的流速为20～300m/s，外环喷头气化剂的流速为20～300m/s；
将液态燃料从烧嘴的中环喷头喷射进入气化炉，流速为1～30m/s。
气化剂的分配如下：
外环喷头的气化剂的量为气化剂总体积的48～98％，内环喷头为1～50％，中心喷头为1～50％；
所说的气化剂是空气、氧的体积含量大于21％的富氧空气、氧的体积含量大于98％的纯氧、水蒸汽或CO2中的一种或其混合物。
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