CN102260533A - 一种气化喷嘴 - Google Patents

Abstract

一种气化喷嘴，它包括由内到外同心设置的中心氧喷头、水煤浆喷头、环氧喷头，其中所述中心氧喷头的末端截面相对于所述水煤浆喷头的末端截面的内缩量为20mm-100mm；所述环氧喷头的内侧倾角为20°-50°；所述水煤浆喷头的外侧倾角为30°-70°，内侧倾角为30°-80°；所述中心氧喷头的外侧倾角为30°-70°；环氧通道内设有第一定位器，水煤浆通道内设有第二定位器，所述第一定位器的顶部为旋流片形状，所述顶部与氧气的进料方向之间的夹角为20°-60°。采用本发明气化喷嘴进行气化时，水煤浆的气化效果更好，提高了气化喷嘴的最大生产负荷，气化喷嘴的使用寿命更长。

Description

一种气化喷嘴

技术领域

本发明涉及气化喷嘴，更具体地说，涉及一种用于水煤浆气化炉的气化喷嘴。

背景技术

随着全球石油价格升高，由煤制备化工原料越来越受到各国的关注。其中煤气化作为洁净煤技术的重要组成部分，具有龙头地位。它将廉价的煤炭转化成为清洁煤气，即可用于生产化工产品。煤气化技术是煤化工的关键技术之一，目前国内煤化工企业运行的气化炉大部分以水煤浆为原料制备合成气。水煤浆由一定粒度的煤(65％左右)、水(34％)及少量化学添加剂制成，是一种浆体燃料，可以像油一样泵送、雾化、贮存和稳定燃烧，其热值相当于燃料油的一半，可代替燃料油用于锅炉、电站、工业炉和窑炉。

褐煤的活性比较好，有利于气化炉气化，可以减少渣的残炭含量，但是褐煤属于低变质程度煤，其煤化程度低，水分含量大，挥发成分含量高(＞40％)，因此，当采用水煤浆气化炉对褐煤进行气化时，由于褐煤的成浆性差，制得的水煤浆浓度通常都低于60wt％，并且水煤浆的粘度较大，致使采用现有的气化喷嘴对低变质程度的褐煤进行气化制合成气时存在以下问题：(1)气化工艺喷嘴的雾化效果不好，合成气中有效成分含量低，碳转化率低；(2)气化炉的负荷低；(3)使用寿命短。中国专利第95111750.5号披露了一种带有旋流器的三通道式水煤浆气化喷嘴，但是根据该发明披露的气化喷嘴仅限用于浓度为58-80wt％的水煤浆燃料才能获得良好的气化效果。由于煤质和气化炉的气流场的不同，不同煤质需要使用不同的气化喷嘴。特别是在相同浓度的条件下，由低变质程度煤制得的水煤浆的粘度较大，因此采用现有的气化喷嘴无法获得较好的气化效果。因此，需要开发一种适用于气化低变质程度煤的气化喷嘴，以克服现有气化喷嘴不适用于低变质程度煤的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的气化喷嘴，该喷嘴适用于低变质程度煤为原料进行气化，并能得到良好的气化效果。

本发明所提供的气化喷嘴包括由内到外同心设置的中心氧喷头3、水煤浆喷头2、环氧喷头1，所述中心氧喷头、水煤浆喷头和环氧喷头分别与中心氧喷头导管6、水煤浆喷头导管5和环氧喷头导管4相连通，其中环氧喷头与水煤浆喷头之间的环隙为环氧通道，水煤浆喷头与中心氧喷头之间的环隙为水煤浆通道；所述中心氧喷头3的末端截面相对于所述水煤浆喷头2的末端截面的内缩量为20mm-100mm；所述环氧喷头1的内侧倾角α为20°-50°；所述水煤浆喷头2的外侧倾角β为30°-70°，内侧倾角δ为30°-80°；所述中心氧喷头3的外侧倾角ε为30°-70°；所述环氧通道内设有至少两个第一定位器7，所述水煤浆通道内设有至少两个第二定位器8，所述第一定位器7的顶部为旋流片形状，所述顶部与氧气的进料方向之间的夹角为20°-60°。

根据本发明的一个优选实施方式，中心氧喷头3的末端截面相对于水煤浆喷头2的末端截面的内缩量为50mm-80mm；环氧喷头1的内侧倾角α为30°-50°；所述水煤浆喷头2的外侧倾角β为30°-50°，内侧倾角δ为30°-60°；所述中心氧喷头3的外侧倾角ε为40°-70°；所述第一定位器7的顶部与氧气的进料方向之间的夹角为30°-50°。

在本发明所提供的气化喷嘴中，在所述环氧通道和水煤浆通道中分别设有兼具定位和旋流片功能的第一定位器7和第二定位器8，其中对于所述第一定位器和第二定位器的形状和材质没有特别限定，只要能保持环氧喷头、水煤浆喷头和中心氧喷头之间的同心度即可。优选地，所述第一定位器和第二定位器的形状为正方体、长方体或圆柱体，并且均由耐高温、耐腐蚀、耐冲刷的材料制成，其中，所述第一和第二定位器的数量、形状和材质可以相同，也可以不同。

根据本发明的一个优选实施方式，所述环氧通道内设有4-8个轴对称均匀分布的、厚度为3-9mm的第一定位器7。

根据本发明的另一个优选实施方式，所述水煤浆通道内设有4-8个轴对称均匀分布的、厚度为3-9mm的第二定位器8。

为了保护气化喷嘴在高温气化炉中不被烧毁，在所述环氧喷头的外侧设有冷却室，所述冷却室连接冷却盘管。

在本发明提供的气化喷嘴中，所述环氧喷头、水煤浆喷头、中心氧喷头、环氧喷头导管、水煤浆喷头导管、中心氧喷头导管由耐高温、耐腐蚀、耐冲刷的材料制成。

在本发明中，术语“耐高温、耐腐蚀、耐冲刷的材料”是指在1300-1400℃的温度条件下，具有符合使用要求的强度等基本物理性能和化学稳定性，并且耐流体冲刷腐蚀的材料。

优选地，所述第一定位器、第二定位器、水煤浆喷头导管、中心氧喷头导管由不锈钢材料制成，例如316不锈钢，所述环氧喷头导管、环氧喷头、水煤浆喷头、中心氧喷头由镍基合金材料制成，例如INCONEL 600或INCONEL 625。

与现有技术相比，本发明的气化喷嘴具有如下有益效果：

(1)中心氧喷头的末端截面至所述水煤浆喷头的末端截面之间设置20mm-100mm的距离，使得水煤浆喷头与中心氧喷头之间形成小型混合腔室，当采用褐煤等低变质程度煤的水煤浆作为气化原料时，由于水煤浆与氧气在该混合腔室内的接触面积增大，停留时间变长，使得水煤浆和氧气能充分混合，提高了水煤浆在进入气化炉前的预混雾化效果；

(2)由于环氧通道内的定位器顶部与氧气的进料方向之间存在一定的夹角，使得该定位器兼有旋流片的作用，氧气气流在环氧通道内经由环氧喷头旋转喷出，旋转喷出的氧气增加了上述混合腔室内喷出混合物的切线方向速度，使水煤浆的雾化效果更好，同时延长了水煤浆在气化炉内的停留时间，提高了碳转化率和合成气产物中的有效气体含量；

(3)通过适当设置水煤浆喷头的内侧倾角和中心氧喷头的外侧倾角，加大水煤浆中的煤粒与氧气的碰撞，使水煤浆的雾化效果更好；

(4)通过适当设置环氧喷头内侧倾角和水煤浆喷头外侧倾角，控制氧气和水煤浆的喷射角度和喷射形状，进一步使固、液、气相混合并雾化，提高气化喷嘴的雾化效果，加大了生产负荷，并减轻了水煤浆对气化炉炉膛内壁的冲刷磨损，缩小水煤浆煤粒在气化炉中的燃烧区，从而有效缩短了燃烧火焰的长度，改善了气化喷嘴的烧损情况，延长了气化喷嘴的使用寿命。

附图说明

图1为根据本发明的一个优选方式的气化喷嘴的结构示意图，其中：

1-环氧喷头

2-水煤浆喷头

3-中心氧喷头

4-环氧喷头导管

5-水煤浆喷头导管

6-中心氧喷头导管

7-第一定位器

8-第二定位器

9-冷却室

L-中心氧喷头3的末端截面相对于水煤浆喷头2的末端截面的内缩量，单位为mm。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步详细说明本发明所提供的气化喷嘴，但本发明并不因此而受到任何限制。只要不偏离本发明的构思和限定的范围，本发明可以有其它的变形。

图1示出了本发明优选的气化喷嘴的结构示意图。如图1所示，所述气化喷嘴由内到外依次设置中心氧喷头3、水煤浆喷头2、环氧喷头1，所述中心氧喷头3、水煤浆喷头2和环氧喷头1分别与中心氧喷头导管6、水煤浆喷头导管5和环氧喷头导管4相连通，其中环氧喷头1与水煤浆喷头2之间的环隙为环氧通道，水煤浆喷头2与中心氧喷头3之间的环隙为水煤浆通道，所述中心氧喷头3的末端截面相对于所述水煤浆喷头2的末端截面的内缩量L为54mm。

在所述环氧通道中采用4个厚度为6mm、长方体状的316不锈钢块作为第一定位器7，在所述水煤浆通道中采用4个厚度为6mm、正方体状的316不锈钢块作为第二定位器8，所述第一定位器7和第二定位器8均为轴对称均匀分布，以保持环氧喷头1、水煤浆喷头2和中心氧喷头3之间的同心度，并且第一定位器7的顶部为旋流片形状，顶部与氧气的进料方向之间的夹角为35°。

所述水煤浆喷头导管5和中心氧喷头导管6由316不锈钢材质的实心圆柱体加工而成，所述环氧喷头1、水煤浆喷头2、中心氧喷头3和环氧喷头导管4由INCONEL 625材质的实心圆柱体加工而成，其中所述环氧喷头导管4、水煤浆喷头导管5和中心氧喷头导管6为圆形管，所述环氧喷头1、水煤浆喷头2和中心氧喷头3为锥形管，中心氧喷头3与中心氧喷头导管6、水煤浆喷头2与水煤浆喷头导管5以及环氧喷头1与环氧喷头导管4之间通过焊接方式连接，其中环氧喷头1的内侧倾角α为40°；水煤浆喷头2的外侧倾角β为45°，水煤浆喷头2的内侧倾角δ为60°；中心氧喷头3的外侧倾角ε为50°。冷却室9与冷却盘管(未示出)相连，冷却水由入口管(未示出)导入冷却室，流经冷却盘管，然后由出口管(未示出)排出。

实施例

分别将如图1所示的本发明气化喷嘴和从首钢公司引进的德士古三通道气化喷嘴设置在相同的水煤浆气化炉中，采用产自宁夏宁东地区、热值约20kJ/kg的褐煤作为气化原料煤，将其粉碎成小于10mm的碎煤，并连同工艺水(占水煤浆总重的43wt％)和市售的复配型水煤浆添加剂NDF(占水煤浆总重的1wt％)一起送入球磨机中研磨成一定粒度分布的质量百分数为56wt％、粘度为1100mPa·s的水煤浆，在相同的操作条件通过上述两种气化喷嘴引入水煤浆气化炉中生产合成气。所述气化原料煤的物性数据示于表1中；所述气化喷嘴的气化操作条件以及最终的气化性能指标示于表2中，其中所述合成气是指水煤浆部分燃烧后产生的气体，其中包括CO、CO₂、H₂和H₂O；所述有效气体含量是指CO和H₂的量占气化产物中CO、CO₂和H₂的总气体量的摩尔百分数，所述有效气体含量也可以用体积百分数表示，用体积百分数表示的有效气体含量与用摩尔百分数表示的有效气体含量的数值相同。

表1气化原料煤的分析数据

表2两种气化喷嘴在气化炉中的气化操作条件和气化性能指标

由表2可知，在相同的气化操作条件下，相比于传统的德士古气化喷嘴，采用本发明的气化喷嘴对高粘度的褐煤水煤浆进行气化时，获得的合成气中有效气体含量增加，提高了碳转化率，氧气的消耗量(比氧耗)和气化原料煤的消耗量(比煤耗)明显降低，气化喷嘴的最大生产负荷得到了明显提高，这说明在水煤浆气化炉中采用本发明气化喷嘴进行气化时，水煤浆的气化效果更好，并且在相同的操作条件下，本发明气化喷嘴的平均运行时间更长。

Claims (9)

1.一种气化喷嘴，它包括由内到外同心设置的中心氧喷头(3)、水煤浆喷头(2)、环氧喷头(1)，其中所述中心氧喷头、水煤浆喷头和环氧喷头分别与中心氧喷头导管(6)、水煤浆喷头导管(5)和环氧喷头导管(4)相连通，其中环氧喷头与水煤浆喷头之间的环隙为环氧通道，水煤浆喷头与中心氧喷头之间的环隙为水煤浆通道，其特征在于，所述中心氧喷头(3)的末端截面相对于所述水煤浆喷头(2)的末端截面的内缩量为20mm-100mm；所述环氧喷头(1)的内侧倾角(α)为20°-50°；所述水煤浆喷头(2)的外侧倾角(β)为30°-70°，内侧倾角(δ)为30°-80°；所述中心氧喷头(3)的外侧倾角(ε)为30°-70°；所述环氧通道内设有至少两个第一定位器(7)，所述水煤浆通道内设有至少两个第二定位器(8)，所述第一定位器(7)的顶部为旋流片形状，所述顶部与氧气的进料方向之间的夹角为20°-60°。

2.根据权利要求1所述的气化喷嘴，其特征在于，所述中心氧喷头(3)的末端截面相对于所述水煤浆喷头(2)的末端截面的内缩量为50mm-80mm；所述环氧喷头(1)的内侧倾角(α)为30°-50°；所述水煤浆喷头(2)的外侧倾角(β)为30°-50°，内侧倾角(δ)为30°-60°；所述中心氧喷头(3)的外侧倾角(ε)为40°-70°；所述第一定位器(7)的顶部与氧气的进料方向之间的夹角为30°-50°。

3.根据权利要求1或2所述的气化喷嘴，其特征在于，所述环氧通道内设有4-8个轴对称均匀分布的、厚度为3-9mm的第一定位器(7)，所述定位器由耐高温、耐腐蚀、耐冲刷的材料制成，其形状为正方体、长方体或圆柱体。

4.根据权利要求3所述的气化喷嘴，其特征在于，所述第一定位器(7)由不锈钢材料制成。

5.根据权利要求1或2所述的气化喷嘴，其特征在于，所述水煤浆通道内设有4-8个轴对称均匀分布的、厚度为3-9mm的第二定位器(8)，所述定位器由耐高温、耐腐蚀、耐冲刷的材料制成，其形状为正方体、长方体或圆柱体。

6.根据权利要求5所述的气化喷嘴，其特征在于，所述第二定位器(8)由不锈钢材料制成。

7.根据权利要求1或2所述的气化喷嘴，其特征在于，所述环氧喷头的外侧设有冷却室(9)，所述冷却室连接冷却盘管。

8.根据权利要求1或2所述的气化喷嘴，其特征在于，所述环氧喷头、水煤浆喷头、中心氧喷头、环氧喷头导管、水煤浆喷头导管、中心氧喷头导管由耐高温、耐腐蚀、耐冲刷的材料制成。

9.根据权利要求8所述的气化喷嘴，其特征在于，所述水煤浆喷头导管、中心氧喷头导管由不锈钢材料制成，所述环氧喷头导管、环氧喷头、水煤浆喷头、中心氧喷头由镍基合金材料制成。