CN104804772B - 气化喷嘴和气化器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气化喷嘴，包括用于输送物料的输送部，和连接在输送部的末端用于喷射物料的喷射部，输送部包括输送总管（1）和至少两级输送支管，输送总管与第一级输送支管（31）之间、以及相邻的两级输送支管之间通过分流器相连通。至少一个分流器包括基体，基体上开设有多个贯通孔（211）；每个分流器还包括多棱锥体，多棱锥体的每个侧面与输送总管的一部分管壁或者与相邻的两级输送支管的上一级输送支管的一部分管壁分别围合成每个贯通孔的引导面，并且多棱锥体的侧面覆盖基体的顶面。本发明还公开了一种设置有上述的气化喷嘴的气化器。本发明能够使物料在气化喷嘴中均匀地分流，并且防止物料的积粉、堵塞，从而提高气化炉的生产效率。

Description

气化喷嘴和气化器

技术领域

本发明涉及煤化工领域，具体地，涉及一种气化喷嘴和气化器。

背景技术

煤气化技术是发展煤基化学品、液体燃料、IGCC发电、制氢等过程的基础，是煤化工产业的龙头技术。由于合成氨、甲醇、二甲醚、煤制油、煤制烯烃等产业的快速发展，中国的煤炭气化工艺正由老式的UGI炉块煤间歇气化迅速向先进的粉煤气化工艺过渡，呈现出对各类粉煤气化技术装备的强劲需求。

气化反应在高温、加压条件下进行。其中，利用气化喷嘴使诸如煤粉的物料和气化剂在加压条件下并流进入气化炉内，在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程，最终形成以CO和H₂为主要成分的煤气。气化喷嘴通常包括输送物料的部件和将物料和气化剂并流喷射的部件。在输送物料的部件中，物料从内径较大的总管中被均匀地分流至多条内径较小的支管中，以使物料满足喷射条件。为了使煤粉能够按照预设的等分均匀地分流，通常在总管和各个支管之间设置分流器。另外，为了改善分流器分流物料的效果，现有技术中有时还设置多级分流结构。也就是说，在第一级分流结构中，物料从输送总管通过分流器分流至多个第一级输送支管；在第二级分流结构中，物料从每个第一级输送支管通过分流器分流至多个第二级输送支管；以此类推。

然而，由于现有技术中的分流器的结构不尽合理，使得物料并不能通过分流器实现足够均匀地分流，并且在分流器的结构死角中常常出现积粉、堵塞的现象。由此导致气化喷嘴无法将物料和气化剂进行快速并流和喷出，气化喷嘴火焰不稳定不均匀；进而导致气化炉的碳转化率低，气化残渣量大。另外，气化喷嘴处于气化炉的高温加压的运行环境中，本身维护工作量就比较大，分流器经常堵塞更加重了气化喷嘴的维护负担，造成气化炉的生产效率降低。因此，现有技术中的气化喷嘴有待改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种气化喷嘴和气化器，用以使物料能够在气化喷嘴中均匀地分流，并且防止物料的积粉、堵塞，从而提高气化炉的生产效率。

为了实现上述目的，本发明提供一种气化喷嘴，包括用于输送物料的输送部，和连接在输送部的末端用于喷射物料的喷射部，其中，输送部包括输送总管和至少两级输送支管，输送总管与第一级输送支管之间、以及相邻的两级输送支管之间通过能够将物料进行分流的分流器相连通，至少一个所述分流器包括基体，基体上开设有将输送总管与第一级输送支管、或者将相邻的两级输送支管相连通的多个贯通孔；每个分流器还包括锥底连接至基体的顶面、锥顶位于输送总管中或者位于相邻的两级输送支管的上一级输送支管中的多棱锥体，多棱锥体的每个侧面与输送总管的一部分管壁或者与相邻的两级输送支管的上一级输送支管的一部分管壁分别围合成每个贯通孔的引导面，并且多棱锥体的侧面覆盖基体的顶面。

优选地，贯通孔的纵向中心线与多棱锥体的纵向中心线成角度地设置。

优选地，多棱锥体包括中心锥体以及围绕中心锥体的锥底设置的多个边缘锥体，其中，各个边缘锥体为三棱锥体，每个三棱锥体以输送总管的管壁或者相邻的两级输送支管的上一级输送支管的管壁为一个侧面，并且三棱锥体的另外两个侧面相交所形成的棱与中心锥体的棱共同形成多棱锥体的棱。

优选地，多棱锥体为正多棱锥体，该正多棱锥体的纵向中心线与输送总管的纵向中心线重合。

优选地，多棱锥体的各个侧面均为凹形面。

优选地，在多棱锥体的上方的输送总管上设置有气流入口，气流入口允许气流流入输送总管中以使物料发生紊流。

优选地，喷射部包括喷射腔体，最后一级输送支管的末端依次贯穿喷射腔体的顶面和底面后与底面基本齐平形成物料喷口；其中，喷射腔体的顶面为可拆卸件。

优选地，沿着喷射腔体的顶面和底面的延伸方向，喷射腔体分隔为靠近喷射腔体的顶面的气化剂腔体和靠近喷射腔体的底面的冷却腔体，气化剂腔体具有气化剂入口，冷却腔体具有冷却剂入口和冷却剂出口；其中，冷却腔体中设置有分别环绕各个最后一级输送支管的多个气化剂管，各个气化剂管的一端开口于气化剂腔体，另一端贯穿喷射腔体的底面后与底面基本齐平形成气化剂喷口。

优选地，在气化剂喷口处的最后一级输送支管的外壁面上设置有旋流叶片，以使气化剂发生紊流。

本发明还提供一种气化器，该气化器的顶部安装有上述的气化喷嘴

通过上述技术方案，本发明的至少一个分流器包括基体和多棱锥体，基体上开设有贯通孔用于将输送总管与第一级输送支管、或者将相邻的两级输送支管相连通，而多棱锥体则设置在输送总管中或者设置在相邻的两级输送支管的上一级输送支管中，用作物料进入到贯通孔中的导向面。由于在基体的顶面上，除了开设贯通孔的部位之外，其他部位全部由多棱锥体的侧面覆盖，因此从结构设置上避免了死角结构的出现。进入到输送总管中的或者进入到相邻的两级输送支管的上一级输送支管中的物料能够全部在多棱锥体的引导下进入到各个贯通孔中，而不可能在任何部位发生积料堵塞。另外，只要将多棱锥体的各个侧面设置成形状大致相同，将各个贯通孔设置成直径相等，就可以保证物料自动地均匀地分布到各个贯通孔中,这是容易实现的。因此，本发明能够在避免物料积料堵塞的情况下有效保证物料的均匀分流。

本发明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

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的气化喷嘴的立体图；

图2是本发明的气化喷嘴沿纵向方向剖开的剖视图；

图3是从本发明的气化喷嘴的顶部观察时的结构示意图；

图4是本发明的气化喷嘴沿纵向方向剖开的局部剖视图，示出喷射部的内部结构；

图5是从喷射腔体的底面一侧进行观察时的结构示意图。

附图标记说明

1 输送总管 11 气流入口

21 基体 211 贯通孔 22中心锥体

23 边缘锥体

31 第一级输送支管 32 最后一级输送支管

4 喷射部 41 喷射腔体的顶面 42喷射腔体的底面

43 气化剂腔体 431 气化剂入口

44 冷却腔体 441 冷却剂入口 442冷却剂出口

45 气化剂管

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

参考图1至图3，本发明提供一种气化喷嘴，用以将物料和气化剂并流喷射至气化炉的炉腔中。根据本发明的实施例，气化喷嘴包括用于输送物料的输送部，以及连接在输送部末端的用于喷射物料和气化剂的喷射部4。其中，输送部包括输送总管1和至少两级输送支管。物料从输送总管1被分流到多个第一级输送支管31，然后从每个第一级输送支管31被分流到多个第二级输送支管，并且可以以此类推直到被分流到最后一级输送支管32。然后，从最后一级输送支管32的末端喷出至气化喷嘴外部。其中，输送总管1与第一级输送支管31之间、以及相邻的两级输送支管之间通过能够将物料进行分流的分流器相连通。

更详细地，根据本发明的实施例，分流器包括基体21。其中，在第一级分级结构中，输送总管1连接至基体21的顶面，各个第一级输送支管31连接至基体21的底面。与此类似，在其他分级结构中，上一级输送支管连接至基体21的顶面，下一级输送支管连接至基体21的底面。以下以第一级分级结构为例进行阐述，其他分级结构与下文中的阐述同理。

优选地，基体21可以设置为柱体，可以理解，该柱体的横截面面积大于输送总管1的横截面面积。同时，该柱体的横截面面积还可以满足将各个输送支管连接至其上时所需要的面积。进一步，根据本发明的实施例，在基体21上沿着从顶面至底面的方向开设有与第一级输送支管31的数目相同的贯通孔211。这些贯通孔211的分布形式应与输送总管1的底部边缘的形状相适应，从而输送总管1的底部边缘固定连接至基体21的顶面时，各个贯通孔211可以被输送总管1环绕包围在其中。各条输送支管3的顶部边缘分别对应地连接至各个贯通孔211，以使物料可以从输送总管1中沿着贯通孔211进入到各条输送支管3中，从而实现物料分流的目的。

更详细地，根据本发明的实施例，分流器还包括多棱锥体。该多棱锥体大体呈伞状，其锥顶位于输送总管1中，锥底连接至基体21的顶面。这样，当物料落入输送总管1中时，可以沿着多棱锥体的侧面自多棱锥体的锥顶至多棱锥体的锥底落下。根据本发明的实施例，多棱锥体的每个侧面与输送总管1的一部分内壁分别围合成每个贯通孔211的引导面。也就是说，多棱锥体的每个侧面及其所对应的那部分输送总管1的内壁分别形成以各个贯通孔211为底的大致漏斗形状，当物料落在多棱锥体的侧面上时，可以在该侧面的引导下进入到各个贯通孔211中。进一步，根据本发明的实施例，多棱锥体的侧面覆盖基体21的顶面。也就是说，在基体21的顶面上，除了开设贯通孔211的部位外，其他部位全部由多棱锥体的侧面覆盖。这样，物料进入到输送总管1中后，全部被引导面所引导而进入到各个贯通孔211中，从而彻底排除了积料堵塞的情况的发生。另外，可以理解的是，当多棱锥体的各个侧面的形状大致相同、各个贯通孔211的直径相等时，可以保证物料自动地均匀地分布到各个贯通孔211中。因此，本发明能够在避免物料积料堵塞的情况下有效保证物料的均匀分流。

继续参考图1至图3，根据本发明的实施例，在多棱锥体的上方的输送总管1上设置有气流入口11。诸如氮气的气体可以从气流入口11进入到输送总管1中，以使输送总管1中的物料发生紊流。进一步，根据本发明的实施例，多棱锥体为正多棱锥体，该正多棱锥体的纵向中心线与输送总管1的纵向中心线重合。这样，当物料进入到输送总管1中时，受到从气流入口11流入的气流的干扰而发生无规律的紊流，提高物料的混乱度。从而，可以有效地防止物料发生贴壁、架桥等现象。之后，物料可以在正多棱锥体的各个形状和面积相同的侧面的引导下均匀地进入到各个贯通孔211中。

根据本发明的实施例，可以将贯通孔211的纵向中心线与多棱锥体的纵向中心线成角度地设置，以使各条输送支管3能够在入口部位倾斜地设置。这样，可以使各条输送支管3在分流器的底部形成分散开的形状，以保证各条输送支管3在进入喷射部4时彼此之间的间距，并且避免输送总管1和分流器的横截面设置得过大而浪费制造成本。

更详细地，根据本发明的实施例，多棱锥体包括中心锥体22以及围绕中心锥体22的锥底设置的多个边缘锥体23。优选地，各个边缘锥体23为三棱锥体，每个三棱锥体以输送总管1的内壁为一个侧面，即，三棱锥体的锥顶位于输送总管1的内壁上。并且，三棱锥体的另外两个侧面相交所形成的棱与中心锥体22的棱共同形成多棱锥体的棱，即，中心锥体22的一条棱与一个三棱锥体的棱共同组成多棱锥体的一条棱。换句话说，相邻的两个三棱锥体的各自的一个侧面、中心锥体22的一个侧面以及输送总管1的一部分侧壁共同围合成一个贯通孔211的引导面。根据上述，本发明中的多棱锥体在输送总管1的中心位置设置有中心锥体22，在两个相邻的贯通孔211之间的靠近输送总管1的侧壁的位置设置有边缘锥体23；并且中心锥体22的锥顶位于输送总管1的纵向中心线上，各个边缘锥体的锥顶位于输送总管1的侧壁上。从而，使得多棱锥体的位于输送总管1的中心部位和紧贴内侧壁的部位都形成为尖顶形状，从而彻底杜绝了物料在这些通常为死角结构的部位发生积料。

进一步，根据本发明的实施例，多棱锥体的各个侧面均为凹形面。也就是说，中心锥体和边缘锥体的底部边缘均沿着贯通孔211的边缘设置，从而形成弧形形状，相应地，中心锥体和边缘锥体的自锥顶至锥顶的侧面形成与底部边缘的弧度相适应的凹形面。这样，可以使多棱锥体的各个侧面基本接近于沿竖直方向设置，因此可以防止物料挂在多棱锥体的侧面上。

根据本发明的实施例，第一级和第二级分流器可以具有不同的结构，例如第二级分离器为不设置边缘锥体的多棱锥。

另外，根据本发明的优选实施例，输送总管1的横截面面积为变量。具体来讲，输送总管1的与边缘锥体23的锥顶相接触的部位的横截面面积大于输送总管1的进料口处的横截面面积。也就是说，输送总管1设置为沿着由顶部至底部的方向横截面面积逐渐增大的圆台形状，从而可以降低物料在输送总管1中的下落阻力。而从输送总管1的与边缘锥体23的锥顶相接触的部位至输送总管1的底部边缘，输送总管1的形状可以设置成横截面面积继续增大的敞口形状，也可以设置成横截面面积逐渐缩小的收口形状。

参考图4和图5，根据本发明的实施例，喷射部4包括喷射腔体，最后以及输送支管32的末端依次贯穿喷射腔体的顶面41和底面42后，与喷射腔体的底面42基本齐平从而形成物料喷口。根据本发明的实施例，喷射腔体的顶面41为可拆卸件，具体地，可以通过螺栓连接、滑槽滑块连接等方式实现。这样，可以降低气化喷嘴的维修难度。根据本发明的实施例，各个最后一级输送支管32和气化剂管45贯穿喷射腔体的底面42时保持均匀的间隔。藉此，可以使喷射部4喷出的物料更加均匀。

更详细地，根据本发明的实施例，沿着喷射腔体的顶面41和底面42的延伸方向，可以将喷射腔体分隔为靠近喷射腔体的顶面41的气化剂腔体43和靠近喷射腔体的底面42的冷却腔体44。其中，气化剂腔体43具有气化剂入口431，水冷腔体44具有冷却剂入口441和冷却剂出口442。进一步，冷却腔体44中设置有分别环绕各个最后一级输送支管32的多个气化剂管45，各个气化剂管45的一端开口于冷却腔体44，另一端贯穿喷射腔体的底面42后与底面42基本齐平，从而形成气化剂喷口。根据上述，由于设置了冷却腔体44，不仅为在高温加压环境下工作的喷射部4提供了降温措施，还可以避免最后一级输送支管32的末端和气化剂管45的末端暴露在高温炉膛中。藉此可以减少爆管的几率，提高运行的安全性。

另外，根据本发明的实施例，在气化剂喷口处的最后一级输送支管32的外壁面上，可以设置任意个旋流叶片，以使气化剂发生紊流，从而使物料和气化剂能够更好地并流喷射。

依据本发明的气化喷嘴适用于输送浆态物料或粉状物料进入反应室进行气化反应，例如应用于水煤浆气化炉或粉煤气化炉。通常，煤气化所使用的气化剂由两种或两种以上的气体构成，例如水蒸汽和氧气。基于此，气化剂腔体431可进一步隔成两个腔体，分别通入水蒸汽和氧气，相对应的，气化剂管45可以设置为两个同轴套管，内管与最后一级输送支管32之间的间隙用作水蒸汽通道，外管与内管之间的间隙则用作氧气通道。水蒸汽、氧气由不同的通道喷出，并即刻与气流中心位置的水煤浆或粉煤充分接触和混合以发生气化反应。

另一方面，本发明还提供一种气化器。该气化器的顶部安装有上述的气化喷嘴。具体来讲，根据本发明的优选实施例，气化器包括器身，该器身围合成气化反应的反应空间。气化喷嘴的喷射部4封盖在器身的顶部，形成器身的顶盖。物料从喷射腔体的底面42喷射到器身中。另外，气化剂入口431、冷却剂入口441和冷却剂出口442均伸出至器身的外部，从而便于与其他设备相连接。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种气化喷嘴，包括用于输送物料的输送部，和连接在所述输送部的末端用于喷射物料的喷射部(4)，其中，所述输送部包括输送总管(1)和至少两级输送支管，所述输送总管(1)与第一级输送支管(31)之间、以及相邻的两级输送支管之间通过能够将物料进行分流的分流器相连通，其特征在于，至少一个所述分流器包括基体(21)，所述基体(21)上开设有将所述输送总管(1)与第一级输送支管(31)、或者将相邻的两级所述输送支管相连通的多个贯通孔(211)；每个所述分流器还包括锥底连接至所述基体(21)的顶面、锥顶位于所述输送总管(1)中或者位于相邻的两级所述输送支管的上一级所述输送支管中的多棱锥体，所述多棱锥体的每个侧面与所述输送总管(1)的一部分管壁或者与相邻的两级所述输送支管的上一级所述输送支管的一部分管壁分别围合成每个所述贯通孔(211)的引导面，并且所述多棱锥体的侧面覆盖所述基体(21)的顶面的除开设有所述贯通孔(211)的部位；

所述输送总管(1)设置为沿着由顶部至底部的方向横截面面积逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的气化喷嘴，其特征在于，所述贯通孔(211)的纵向中心线与所述多棱锥体的纵向中心线成角度地设置。

3.根据权利要求1或2所述的气化喷嘴，其特征在于，所述多棱锥体包括中心锥体(22)以及围绕所述中心锥体(22)的锥底设置的多个边缘锥体(23)，

其中，各个所述边缘锥体(23)为三棱锥体，每个所述三棱锥体以所述输送总管(1)的管壁或者相邻的两级所述输送支管的上一级所述输送支管的管壁为一个侧面，并且所述三棱锥体的另外两个侧面相交所形成的棱与所述中心锥体(22)的棱共同形成所述多棱锥体的棱。

4.根据权利要求1所述的气化喷嘴，其特征在于，所述多棱锥体为正多棱锥体，该正多棱锥体的纵向中心线与所述输送总管(1)的纵向中心线重合。

5.根据权利要求1所述的气化喷嘴，其特征在于，所述多棱锥体的各个侧面均为凹形面。

6.根据权利要求1所述的气化喷嘴，其特征在于，在所述多棱锥体的上方的所述输送总管(1)上设置有气流入口(11)，所述气流入口(11)允许气流流入所述输送总管(1)中以使物料发生紊流。

7.根据权利要求1所述的气化喷嘴，其特征在于，所述喷射部(4)包括喷射腔体，最后一级所述输送支管(32)的末端依次贯穿所述喷射腔体的顶面(41)和底面(42)后与所述底面(42)基本齐平形成物料喷口；

其中，所述喷射腔体的顶面(41)为可拆卸件。

8.根据权利要求7所述的气化喷嘴，其特征在于，沿着所述喷射腔体的顶面(41)和底面(42)的延伸方向，所述喷射腔体分隔为靠近所述喷射腔体的顶面(41)的气化剂腔体(43)和靠近所述喷射腔体的底面(42)的冷却腔体(44)，所述气化剂腔体(43)具有气化剂入口(431)，所述冷却腔体(44)具有冷却剂入口(441)和冷却剂出口(442)；

其中，所述冷却腔体(44)中设置有分别环绕各个最后一级所述输送支管(32)的多个气化剂管(45)，各个所述气化剂管(45)的一端开口于所述气化剂腔体(44)，另一端贯穿所述喷射腔体的底面(42)后与所述底面(42)基本齐平形成气化剂喷口。

9.根据权利要求8所述的气化喷嘴，其特征在于，在所述气化剂喷口处的最后一级所述输送支管(3)的外壁面上设置有旋流叶片，以使气化剂发生紊流。

10.一种气化器，其特征在于，所述气化器的顶部安装有权利要求1-9中任意一项所述的气化喷嘴。