CN104498099B - 一种气化炉烧嘴及其使用方法、含其的气化炉 - Google Patents

一种气化炉烧嘴及其使用方法、含其的气化炉 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气化炉烧嘴及其使用方法、含其的气化炉。该气化炉烧嘴包括同轴设置的一中心喷头、一内环喷头、一中环喷头、一外环喷头和设在烧嘴喷口最外侧的一冷却部件；所述中心喷头、内环喷头、中环喷头和外环喷头由内向外的依次设置，形成一中心通道、一内环通道、一中环通道和一外环通道；所述中心通道的喷口端为直线段通道；所述内环喷头的外收缩角α，所述中环喷头的外收缩角β，所述外环喷头的外收缩角γ满足α＞β＞γ，所述内环喷头的外收缩角α为60‑80°。本发明提供的气化炉烧嘴寿命长，大大提高了气化炉的安全性。

Description

一种气化炉烧嘴及其使用方法、含其的气化炉
技术领域
本发明涉及一种气化炉烧嘴及其使用方法、含其的气化炉。
背景技术
气化是指有机物在特定的设备(气化炉)内，在一定温度及压力下使有机质与气化剂(如蒸汽、空气或氧气等)发生一系列化学反应，将有机质转化为合成气(主要含有CO和H2等可燃气体)的过程。合成气主要用于合成氨、合成甲醇、合成天然气、炼厂制氢、高炉还原炼铁化工冶金行业、联合循环发电装置以及工业和民用燃气领域中。
气流床气化技术是利用流体力学中射流卷吸的原理，将液体或颗粒与气化介质通过喷嘴高速喷入气化炉内。射流引起卷吸和高度的湍流强化了气化炉内的混合，有利于气化反应的充分进行。气流床气化技术的处理速度更快，温度更高，有机物分解更完全，更加洁净环保。气流床气化技术高温、高压、混合好等特点代表了气化技术发展的主流方向。现有的已经工程实施的湿法进料气化技术主要有Texaco(GE)气化炉、多喷嘴对置式气化炉、清华炉等。
烧嘴对液态燃料与气化剂的混合效果影响巨大，是关键设备之一。由于气流床气化炉内温度超过1000℃，火焰温度超过1600℃，压力高(1-8MPa)，所以对烧嘴的要求非常高。目前烧嘴存在火焰区距离烧嘴端部过近的问题，易发生烧嘴端部烧蚀，导致烧嘴寿命变短(实际应用中液态燃料气化烧嘴一般使用3个月左右就需要停车检修，甚至出现运行不足1个月就烧蚀烧嘴的情况)，引发泄露等严重后果。而且，一些现有技术中烧嘴的最外层通道走高速氧气，会与气化炉内的合成气(CO+H2)发生反应，释放大量热量使得烧嘴端面温度过高，产生烧蚀现象，也会缩短烧嘴的寿命。
因此，实践中迫切需要雾化性能优良、长寿命的液态燃料气化烧嘴来满足系统长周期稳定安全运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的用于气化炉中的烧嘴在高温下寿命短、可能会引发泄露等问题的缺陷，提供一种完全新的气化炉烧嘴及其使用方法、含其的气化炉。本发明气化炉烧嘴寿命长，大大提高了气化炉的安全性。
本发明提供一种气化炉烧嘴，包括同轴设置的一中心喷头、一内环喷头、一中环喷头、一外环喷头和设在烧嘴喷口最外侧的一冷却部件；所述中心喷头、内环喷头、中环喷头和外环喷头由内向外的依次设置，形成一中心通道、一内环通道、一中环通道和一外环通道；所述中心通道的喷口端为直线段通道；所述内环喷头的外收缩角α，所述中环喷头的外收缩角β，所述外环喷头的外收缩角γ满足α＞β＞γ，所述内环喷头的外收缩角α为60-80°。
本发明中，较佳地，所述内环喷头的外收缩角α满足65°＜α≤75°，所述中环喷头的外收缩角β为50-70°，所述外环喷头的外收缩角γ为40-60°。
本发明中，更佳地，所述中环喷头的外收缩角β满足55°＜β≤65°，所述外环喷头的外收缩角γ满足45°＜γ≤55°。
本发明中，较佳地，所述中心喷头的底端面、所述内环喷头的底端面、所述中环喷头的底端面相对于所述外环喷头的底端面呈渐进式缩进排布，即，所述中心喷头的底端面相对于所述外环喷头的底端面的缩进量x、所述内环喷头的底端面相对于所述外环喷头的底端面的缩进量y和所述中环喷头的底端面相对于所述外环喷头的底端面的缩进量z满足如下条件：x＞y＞z，更佳地为x≤40mm，y≤10mm，z≤5mm。
本发明还提供上述气化炉烧嘴的使用方法，使用时，气化剂通入所述中心通道和中环通道，液态燃料通入所述内环通道和外环通道。
本发明中，所述气化剂为本领域常用于气化炉的气化剂，较佳地为蒸汽、空气、富氧空气和纯氧中的一种或多种。
本发明中，所述液态燃料为本领域常用于气化炉的液态燃料，液态燃料主要含有碳氢化合物或其混合物，只要满足可泵送和管道运输即可。
其中，所述液态燃料较佳地为液体燃料和/或浆体燃料；所述液体燃料为原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、页岩油和人造石油中的一种或多种；所述浆体燃料由液体和固体颗粒混合制成，所述液体为水、油类物质、生活污水、工厂废液中的一种或多种，所述固体颗粒为煤、石油焦、生物质、固体废弃物中的一种或多种。
本发明中，较佳地，所述气化剂通过中心通道喷出时的出口流速为30-150m/s；所述气化剂通过中环通道喷出时的出口流速为80-200m/s。
本发明中，较佳地，通入所述中心通道的气化剂的体积占所述气化剂总体积的10-50％。
本发明中，较佳地，所述液态燃料通过所述内环通道喷出时的出口流速为1-30m/s；所述液态燃料通过所述外环通道喷出时的出口流速为1-30m/s。
本发明中，较佳地，通入所述内环通道的液态燃料的体积占所述液态燃料总体积的50-95％。
本发明中，较佳地，当所述气化剂为氧气，所述液态燃料为煤浆时，所述气化剂通过中心通道喷出时的出口流速为110-140m/s，所述气化剂通过中环通道喷出时的出口流速为110-140m/s；所述液态燃料通过所述内环通道喷出时的出口流速为7-10m/s，所述液态燃料通过所述外环通道喷出时的出口流速为2-3m/s。上述较佳方案中，所述煤浆是指浓度为50-70wt％的水煤浆，所述百分比为水煤浆中煤的质量百分比。
本发明的气化炉烧嘴，使用时最外层的外环通道走液态燃料，并且通过上述结构特性有效地将中环喷头和中心喷头喷出的氧气等气化剂与气化炉中的合成气隔开，使二者接触反应的位置远离烧嘴，有效降低了烧嘴端面温度，从而大大延长烧嘴的寿命。并且使用时，通过特别筛选各通道内的气化剂或者液态燃料的流速和流量，整体上形成良好的配合，更好地延长了烧嘴的寿命。
本发明的气化炉烧嘴适用压力范围不大于20MPa(表压)。
本发明还提供了一种包含上述气化炉烧嘴的气化炉。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明气化炉烧嘴寿命长，通过本发明使用方法使用时液态燃料和气化剂得到良好的混合效果，可整体上提高气化炉的安全性。
附图说明
图1为本发明的实施例1的气化炉烧嘴的结构示意图。
图2为本发明的实施例1的气化炉烧嘴的口部结构放大示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
如图1所示，本实施例中，所述的气化炉烧嘴包括同轴设置的一中心喷头5、一内环喷头6、一中环喷头7、一外环喷头8和设在烧嘴喷口最外侧的一冷却部件9；所述中心喷头5、内环喷头6、中环喷头7和外环喷头8由内向外的依次设置，形成一中心通道1、一内环通道2、一中环通道3和一外环通道4；所述中心通道1的喷口端为直线段通道；所述内环喷头6的外收缩角α为70°，所述中环喷头7的外收缩角β为60°，所述外环喷头8的外收缩角Y为50°。
如图2所示，所述中心喷头5的底端面、所述内环喷头6的底端面、所述中环喷头7的底端面相对于所述外环喷头8的底端面呈渐进式缩进排布，即，所述中心喷头5的底端面相对于所述外环喷头8的底端面的缩进量x、所述内环喷头6的底端面相对于所述外环喷头8的底端面的缩进量y和所述中环喷头7的底端面相对于所述外环喷头8的底端面的缩进量z为：x＝40mm，y＝10mm，z＝5mm。使用本实施例提供的气化炉烧嘴时，气化剂通入所述中心通道1和中环通道3，液态燃料通入所述内环通道2和外环通道4。本实施例中，所述气化剂为体积浓度为98％的纯氧，所述液态燃料为61wt％的水煤浆。
与气化炉烧嘴相关的参数如下：水煤浆(50℃)，内环通道2的水煤浆流量45.87m3/h，外环通道4的水煤浆流量11.47m3/h(总量的20％)；纯氧(25℃)，中心通道1的氧气流量4873Nm3/h(总量的18％)，中环通道3的氧气流量22199Nm3/h；气化炉操作压力为6.5MPa(G)。
中心通道1的氧气速度：126.74m/s；内环通道2的水煤浆速度：8.38m/s；中环通道3的氧气速度：122.14m/s；外环通道4的水煤浆速度：2.36m/s。
将本实施例所述的气化炉烧嘴安装于专利98110616.1公开的气化炉后，当燃料是浓度为61wt％的水煤浆时，以98％(v/v)的纯氧为气化剂，气化结果为合成气中有效气组分达到84％(v/v)，灰渣残炭为3wt％，烧嘴连续使用寿命可达1年，完全满足水煤浆气化长周期稳定安全运行的要求。
实施例2～5
实施例2～5除了气化炉烧嘴的结构参数与实施例1不同之外(具体见表1)，其余的设备参数与反应条件均与实施例1相同，最终试验效果也与实施例1类似，气化炉烧嘴使用寿命长，大大提高了气化炉的安全性。
表1实施例2～5的气化炉烧嘴的结构参数
实施例6～9
实施例6～9除了气化炉烧嘴的使用过程中的各工艺参数与实施例1不同之外(具体见表2)，其余的设备参数与反应条件均与实施例1相同，最终试验效果也与实施例1类似，气化炉烧嘴使用寿命长，大大提高了气化炉的安全性。
表2实施例6～9的气化炉烧嘴的工艺参数

Claims (10)

1.一种气化炉烧嘴，其特征在于，其包括同轴设置的一中心喷头、一内环喷头、一中环喷头、一外环喷头和设在烧嘴喷口最外侧的一冷却部件；所述中心喷头、内环喷头、中环喷头和外环喷头由内向外的依次设置，形成一中心通道、一内环通道、一中环通道和一外环通道；所述中心通道的喷口端为直线段通道；所述内环通道和所述外环通道用于通入液态燃料；所述内环喷头的外收缩角α，所述中环喷头的外收缩角β，所述外环喷头的外收缩角γ满足α＞β＞γ，所述内环喷头的外收缩角α为60-80°。
2.如权利要求1所述的气化炉烧嘴，其特征在于，所述内环喷头的外收缩角α满足65°＜α≤75°，所述中环喷头的外收缩角β为50-70°，所述外环喷头的外收缩角γ为40-60°；所述中心喷头的底端面、所述内环喷头的底端面、所述中环喷头的底端面相对于所述外环喷头的底端面呈渐进式缩进排布，即，所述中心喷头的底端面相对于所述外环喷头的底端面的缩进量x、所述内环喷头的底端面相对于所述外环喷头的底端面的缩进量y和所述中环喷头的底端面相对于所述外环喷头的底端面的缩进量z满足如下条件：x＞y＞z。
3.如权利要求2所述的气化炉烧嘴，其特征在于，所述中环喷头的外收缩角β满足55°＜β≤65°，所述外环喷头的外收缩角γ满足45°＜γ≤55°；所述中心喷头的底端面相对于所述外环喷头的底端面的缩进量x、所述内环喷头的底端面相对于所述外环喷头的底端面的缩进量y和所述中环喷头的底端面相对于所述外环喷头的底端面的缩进量z满足：x≤40mm，y≤10mm，z≤5mm。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的气化炉烧嘴的使用方法，其特征在于，使用时，气化剂通入所述中心通道和中环通道，液态燃料通入所述内环通道和外环通道。
5.如权利要求4所述的使用方法，其特征在于，所述气化剂通过中心通道喷出时的出口流速为30-150m/s；所述气化剂通过中环通道喷出时的出口流速为80-200m/s。
6.如权利要求4所述的使用方法，其特征在于，通入所述中心通道的气化剂的体积占所述气化剂总体积的10-50％。
7.如权利要求4所述的使用方法，其特征在于，所述液态燃料通过所述内环通道喷出时的出口流速为1-30m/s；所述液态燃料通过所述外环通道喷出时的出口流速为1-30m/s。
8.如权利要求4所述的使用方法，其特征在于，通入所述内环通道的液态燃料的体积占所述液态燃料总体积的50-95％。
9.如权利要求4所述的使用方法，其特征在于，所述气化炉烧嘴适用的压力范围不大于20MPa。
10.一种包含如权利要求1～3任一项所述的气化炉烧嘴的气化炉。
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Assignee: JIANGSU AEROSPACE HEWLETT ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: EAST CHINA University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY|SHANGHAI YINENG GAS TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Contract record no.: X2021980002028

Denomination of invention: The utility model relates to a burner of a gasifier, a method for using the burner and a gasifier containing the burner

Granted publication date: 20170804

License type: Common License

Record date: 20210324