CN105694981B - 一种气化炉喷嘴及气化炉 - Google Patents

一种气化炉喷嘴及气化炉 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种气化炉喷嘴及气化炉，涉及煤气化技术领域，为解决现有的气化炉喷嘴体积较大的问题。所述气化炉喷嘴，包括喷嘴本体；位于喷嘴本体的中心并贯通喷嘴本体的上下两端的物料通道；设于喷嘴本体内并环绕物料通道排布的多个燃烧腔，每个燃烧腔的长度方向与物料通道的长度方向平行；多个气体通道，气体通道的一端与对应的一个所述燃烧腔的进气口连通、另一端与所述喷嘴本体的上端连通；及多个燃气排出通道，燃气排出通道的一端与对应的一个所述燃烧腔的出气口连通、另一端与所述喷嘴本体的下端连通。本发明提供的气化炉喷嘴及气化炉应用于气流床气化系统中。

Description

一种气化炉喷嘴及气化炉
技术领域
本发明涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种气化炉喷嘴及气化炉。
背景技术
煤气化技术是指在特定的设备内，在一定温度及压力下使固态煤粉与气化剂(如蒸汽、空气、O2或H2等)发生一系列化学反应，将固态粉煤粉转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体的技术。目前，煤气化技术的工艺有固定床工艺、流化床工艺、气流床工艺和熔浴床工艺等，其中，气流床工艺具有气化温度高、碳转化率高、单炉生产力大等优点，因而受到人们广泛的关注。在气流床工艺中，气化炉喷嘴是关键器件之一，其对煤气化的产率及产物有着重要影响。
现有的气化炉喷嘴采用内混形式，原料气体与助燃气体在气化炉喷嘴中完成燃烧后喷出，与气化炉喷嘴中的物料通道输出的煤粉混合发生煤气化反应。但现有的气化炉喷嘴由于结构设计上的不合理，使得气化炉喷嘴的体积较大，使后续将气化炉喷嘴在气化炉上的拆装和检修较为困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气化炉喷嘴，用于减小气化炉喷嘴的体积。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种气化炉喷嘴，包括：
喷嘴本体；及
位于所述喷嘴本体的中心的物料通道，且所述物料通道贯通所述喷嘴本体的上下两端；及
设于所述喷嘴本体内的多个燃烧腔，多个所述燃烧腔环绕所述物料通道排布，且每个所述燃烧腔的长度方向与所述物料通道的长度方向平行；及
多个气体通道，所述气体通道的一端与对应的一个所述燃烧腔的进气口连通、另一端与所述喷嘴本体的上端连通；及
多个燃气排出通道，所述燃气排出通道的一端与对应的一个所述燃烧腔的出气口连通、另一端与所述喷嘴本体的下端连通。
优选地，所述燃烧腔的形状为圆柱形，所述燃烧腔的长径比为4～6。
优选地，各所述气体通道包括：助燃气体通道，以及与所述助燃气体通道同轴且设于所述助燃气体通道外围的原料气体通道。
较佳地，所述燃烧腔的直径与所述原料气体通道的出气口的直径的比值为2～2.5。
优选地，所述燃气排出通道与所述喷嘴本体的下端连通的一端朝向所述物料通道倾斜，且所述燃气排出通道相对所述物料通道的倾斜角度为15°～45°。
较佳地，在所述喷嘴本体中还设有：位于所述多个燃烧腔的外围的第一冷却腔，以及位于所述物料通道的外围第二冷却腔。
进一步地，所述第一冷却腔的上端与距离所述燃烧腔的下端小于五分之一所述燃烧腔的长度的位置平齐。
进一步地，上述气化炉喷嘴还包括：一端与所述喷嘴本体的上端固定连接的隔热筒，与所述隔热筒的另一端固定连接的法兰盘，填充在所述隔热筒内的隔热材料，以及一端位于所述隔热筒外另一端穿过所述法兰盘并伸入所述隔热筒内的助燃气体管线、原料气体管线、冷却液输液管线和冷却液排出管线；其中，
所述助燃气体管线位于所述隔热筒内的一端分别与多个所述助燃气体通道连通，所述原料气体管线位于所述隔热筒内的一端分别与多个所述原料气体通道连通；
所述冷却液输液管线和所述冷却液排出管线位于所述隔热筒内的一端分别与所述第一冷却腔连通。
更进一步地，所述喷嘴本体的下端具有与气化炉上的安装孔相匹配的凸台。
本发明提供的气化炉喷嘴中，多个燃烧腔环绕物料通道排布，且每个燃烧腔的长度方向与物料通道的长度方向平行，如此设计，使得多个燃烧腔在喷嘴本体内所占用的径向空间明显减小，从而使得喷嘴本体的直径较小，因此，采用上述设计的气化炉喷嘴的结构更加紧凑，进而可以减小气化炉喷嘴的体积。
本发明的另一目的在于提供一种气化炉，用于减小气化炉的整体体积。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种气化炉，所述气化炉中安装有上述技术方案所述的至少一个气化炉喷嘴。
当气化炉中安装有与现有技术中相同数量的气化炉喷嘴时，由于上述气化炉喷嘴的体积明显比现有技术中的气化炉喷嘴的体积小，因此，能够明显减小气化炉中用于安装气化炉喷嘴的空间大小，从而减小气化炉的体积。
附图说明
图1为本发明实施例提供的气化炉喷嘴的结构示意图；
图2为图1中A区的放大图；
图3为图1中B区的放大图；
图4为本发明实施例提供的气化炉的结构示意图。
附图标记：
1-喷嘴本体， 2-物料通道，
3-燃烧腔， 4-助燃气体通道，
5-原料气体通道， 6-燃气排出通道，
7-第一冷却腔， 8-第二冷却腔，
9-隔热筒， 10-法兰盘，
11-助燃气体管线， 12-原料气体管线，
13-冷却液输液管线， 14-冷却液排出管线，
15-反应筒， 16-安装孔，
17-法兰， 18-凸台，
19-冷却液入口端， 20-冷却液出口端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例提供的气化炉喷嘴及气化炉进行详细描述。
首先申明：本发明实施例提供的气化炉喷嘴及气化炉应用于气流床煤气化系统中，包括但不限于加氢煤气化系统中，为方便描述，下文以应用在加氢煤气化系统中的气化炉喷嘴及气化炉为例。
请参阅图1，本发明实施例提供的气化炉喷嘴包括：喷嘴本体1、物料通道2、多个燃烧腔3、多个气体通道和多个燃气排出通道6。其中，物料通道2位于喷嘴本体1的中心，且贯通喷嘴本体1的上下两端；多个燃烧腔3设于喷嘴本体1内，并环绕物料通道2排布，且多个燃烧腔3的长度方向均与物料通道2的长度方向平行；上述燃烧腔至少为2个，考虑到其数目太少不利于原料混合均匀，数目太多喷嘴热损变大，冷却水腔的换热面积也要相应增大，不利于控制喷嘴体积且加工困难，因此燃烧腔个数以4个为宜。气体通道和燃气排出通道的数目与燃烧腔的数目一致，多个气体通道的一端分别与对应的燃烧腔3的进气口连通、另一端分别与喷嘴本体1的上端连通；多个燃气排出通道6的一端与对应的燃烧腔3的出气口连通、另一端与喷嘴本体1的下端连通。
当使用本发明实施例提供的气化炉喷嘴时，氧气和氢气分别通过相应的气体通道并以一定流速通入燃烧腔3，在燃烧腔3中氢气与氧气发生贫氧燃烧后，形成含有氢气的高温燃气，高温燃气通过燃气排出通道6喷入气化炉的反应筒，并在该反应筒中与通过物料通道2输入该反应筒中的煤粉相混合发生加氢煤气化反应，生成含有CO、H2和CH4等的可燃气体。
本发明实施例提供的气化炉喷嘴中，多个燃烧腔3环绕物料通道2排布，且多个燃烧腔3的长度方向均与物料通道2的长度方向平行，如此设计，使得多个燃烧腔3在喷嘴本体1内所占用的径向空间明显减小，从而使得喷嘴本体1的直径明显减小，因而使得上述实施例提供的气化炉喷嘴的结构更加紧凑，进而减小气化炉喷嘴的体积。
本发明实施例提供的气化炉喷嘴中，燃烧腔3的形状均可以有多种，优选地，请继续参阅图1，燃烧腔3设成圆柱形，如此设计，使得气化炉喷嘴的结构更加紧凑，从而进一步减小气化炉喷嘴的体积。另外，还便于气化炉喷嘴的成型加工。此外，将燃烧腔3的形状设计成圆柱形，使得燃烧腔3的侧壁圆滑无死角，从而可以避免燃烧腔3因局部过热而造成烧损，同时还有助于氢气和氧气在燃烧腔3中的均匀混合。
为了进一步避免燃烧腔3的内壁被高温火焰烧损，请继续参阅图1，在一种优选实施方式中，燃烧腔3的长径比为4～6。经过多次试验总结，当燃烧腔3的长直径比为4～6时，能够有效地避免燃烧腔3的内壁被高温火焰烧损，延长喷嘴本体1及气化炉喷嘴的使用寿命；并且还能够减小气化炉喷嘴在使用过程中的热量损耗，提高气化炉的热能利用率；另外，燃烧腔3的长径比设计为4～6时可以有效控制燃烧腔3的体积，从而可以控制喷嘴本体1的体积。
请参阅图1和图3，上述气体通道包括助燃气体通道4和原料气体通道5，其中，助燃气体通道4和原料气体通道5同轴，且原料气体通道5设于助燃气体通道4的外围。具体实施时，助燃气体通道4用于输送氧气，原料气体通道5用于输送氢气，氧气与氢气分别经过助燃气体通道4和原料气体通道5同时进入燃烧腔3时，氢气与氧气的接触面积增加，从而使得氢气与氧气充分混合后再在燃烧腔3中燃烧。
为了防止燃烧腔3底部的热量回流至燃烧腔3的顶部，请继续参阅图1和图3，在一种优选实施方式中，燃烧腔3的直径与原料气体通道5的出气口的直径的比值为2～2.4。在图3所示实施例中，原料气体通道5的出气口的直径D1，燃烧腔3的直径D2，直径D2与直径D1之间的比值为2～2.5，如此设计，可以有效地避免燃烧腔3底部的热量回流至燃烧腔3的顶部，并且还可以有效防止燃烧腔3的侧壁被火焰烧损。需要说明的是，上述原料气体通道5的出气口的直径不做限定，只需保证气体通过原料气体通道5时的流速在80m/s～110m/s即可。
进一步地，为了提高高温燃气进入气化炉的反应筒后与煤粉混合的均匀性，请继续参阅图1，优选地，燃气排出通道6与喷嘴本体1的下端连通的一端朝向物料通道2倾斜设置，且燃气排出通道6相对物料通道2的倾斜角度为15°～45°。具体实施时，燃气排出通道6相对物料通道2的倾斜角度越大，高温燃气与煤粉在气化炉的反应筒中的混合越充分，因而混合效果越好，在综合考虑成型加工便利性和高温燃气的热能利用率等因素，优选将燃气排出通道6相对物料通道2的倾斜角度设计成30°。
当使用上述气化炉喷嘴时，氢气与氧气在燃烧腔3中发生贫氧燃烧，会导致燃烧腔3的温度升高，从而导致物料通道2和喷嘴本体1的温度升高，进而影响煤粉通过物料通道2，为此，请继续参阅图1，在上述实施例的基础上，在喷嘴本体1内还设置有：位于多个燃烧腔3的外围的第一冷却腔7，以及位于物料通道2的外围的第二冷却腔8。具体实施时，可以在多个燃烧腔3的外围设置一个第一冷却腔7，即多个燃烧腔3共用一个第一冷却腔7；也可以在每个燃烧腔3的外围设置一个第一冷却腔7，即每个燃烧腔3对应的一个第一冷却腔7；第二冷却腔8上设置有冷却液入口端19和冷却液出口端20。当使用上述气化炉喷嘴时，冷却液进入第一冷却腔7和第二冷却腔8，以降低物料通道2和各燃烧腔3的温度，从而可以防止煤粉在物料通道2中发生粘连，确保物料通道2的输煤顺畅性。
值得一提的是，为了防止物料通道2因温度过高而影响其输煤顺畅性，除了通过设置第二冷却腔8的方式外，还可以通过在燃烧腔3和物料通道2之间设置隔热层来实现，在此不做详细描述。
上述实施例提供的气化炉喷嘴使用时，由于氢气和氧气是以一定的流速进入到燃烧腔3中，因此，氢气和氧气之间的贫氧燃烧发生在燃烧腔3的下部，使得燃烧腔3的下部的温度高于燃烧腔3的上部的温度。因此，在一种优选实施方式中，第一冷却腔7的上端与距离燃烧腔3的下端小于五分之一燃烧腔3的长度的位置平齐。具体请参阅图1，第一冷却腔7为同时围绕多个燃烧腔3的环形腔室，该环形腔室的截面形状如图1所示，第一冷却腔7的上端面优选与从燃烧腔3的下端向上五分之一的燃烧腔3的长度的位置平齐。使用上述气化炉喷嘴时，进入第一冷却腔7中的冷却液主要对燃烧腔3的下部(高温区)及燃气排出通道4进行冷却，提高冷却液的换热效率。
请继续参阅图1，在上述实施例的基础上，气化炉喷嘴还包括：隔热筒9、法兰盘10、助燃气体管线11、原料气体管线12、冷却液输液管线13和冷却液排出管线14；其中，隔热筒9的一端与喷嘴本体1的上端固定连接、另一端与法兰盘10固定连接，隔热筒9中填充有隔热材料；助燃气体管线11和原料气体管线12的一端位于法兰盘10的上方、另一端穿过法兰盘10并伸入隔热筒9中，助燃气体管线11位于隔热筒9中的一端有多个助燃气体分支，助燃气体分支与助燃气体通道4一一对应连通，原料气体管线12位于隔热筒9中的一端有多个原料气体分支，原料气体分支与原料气体通道5一一对应连通；冷却液输液管线13和冷却液排出管线14的一端位于隔热筒9外、另一端穿过法兰盘10并伸入隔热筒9与第一冷却腔7连通。由于氢气在进入燃烧腔3中发生贫氧燃烧前就已具有一定的温度(高于550℃)，在隔热筒9中填充隔热材料，一方面是为了对原料气体管线12中的氢气进行保温；另一方面防止较高温度的原料气体管线12的热辐射使助燃气体管线11的温度升高，从而影响设备的安全；同时也防止较高温度的原料气体管线12的热辐射使物料通道2的温度升高从而引起煤粉在物料通道2中的粘连现象的发生。
请参阅图1、图2和图4，为使将上述气化炉喷嘴在气化炉上的安装或拆卸更加便捷，优选地，在喷嘴本体1的下端设置有与气化炉的反应筒15上的安装孔16相匹配的凸台18。安装时，将气化炉喷嘴上的凸台18插入安装孔16中，并利用螺栓连接法兰盘10与气化炉上的法兰17，以对气化炉喷嘴在气化炉上进行加固连接。如此设计，通过凸台18与安装孔16、法兰盘10与法兰17之间的配合实现气化炉喷嘴与气化炉之间的连接，从而方便气化炉喷嘴在气化炉上的安装或拆卸，同时还可以减小气化炉上用于安装气化炉喷嘴的空间大小，从而减小气化炉的整体体积。在不影响气化炉喷嘴与气化炉连接的条件下，凸台18与安装孔16的大小可依据喷嘴本体1的大小设置，凸台18的高度可依据反应筒15的厚度设置，在本发明实施例中，凸台18的高度设为10mm～20mm。
为进一步方便将气化炉喷嘴安装在气化炉上或者将气化炉喷嘴从气化炉上拆卸，优选地，喷嘴本体1、隔热筒9和法兰盘10为一体化结构。具体地，喷嘴本体1与隔热筒9通过焊接连接，隔热筒9与法兰盘10也通过焊接连接，如此设计，可以将上述气化炉喷嘴整体安装在气化炉上或者将上述气化炉喷嘴从气化炉上整体拆卸，从而可以简化气化炉喷嘴在气化炉上的安装或拆卸的过程。
请参阅图4，本发明实施例还提供了一种气化炉，包括至少一个上述实施例所提供的气化炉喷嘴。气化炉包括外壳，设于外壳内的反应筒15，其中，反应筒15上设有与喷嘴本体1上的凸台18相匹配的安装孔16，外壳上设有开口及与气化炉喷嘴中的法兰盘10匹配的法兰17。气化炉中可以安装一个上述实施例提供的气化炉喷嘴，也可以安装多个上述实施例提供的气化炉喷嘴，一般优选在气化炉中安装4到5个上述实施例提供的气化炉喷嘴。
由于上述实施例提供的气化炉喷嘴的体积明显比现有技术中的气化炉喷嘴的体积小，因而当在气化炉中安装与现有技术中相同数量的气化炉喷嘴时，能够明显减小气化炉中用于安装气化炉喷嘴的空间大小，从而明显减小气化炉的整体体积。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种气化炉喷嘴，其特征在于，包括：
喷嘴本体；及
位于所述喷嘴本体的中心的物料通道，且所述物料通道贯通所述喷嘴本体的上下两端；及
设于所述喷嘴本体内的多个燃烧腔，多个所述燃烧腔环绕所述物料通道排布，且每个所述燃烧腔的长度方向与所述物料通道的长度方向平行；及
多个气体通道，所述气体通道的一端与对应的一个所述燃烧腔的进气口连通、另一端与所述喷嘴本体的上端连通；及
多个燃气排出通道，所述燃气排出通道的一端与对应的一个所述燃烧腔的出气口连通、另一端与所述喷嘴本体的下端连通；
其中，所述气体通道的数目和所述燃气排出通道的数目均与燃烧腔的数目一致；
所述燃烧腔的形状为圆柱形，所述燃烧腔的长径比为4～6；
所述气体通道包括：助燃气体通道，以及与所述助燃气体通道同轴且设于所述助燃气体通道外围的原料气体通道，所述燃烧腔的直径与所述原料气体通道的出气口的直径的比值为2～2.5。
2.根据权利要求1所述的气化炉喷嘴，其特征在于，所述燃气排出通道与所述喷嘴本体的下端连通的一端朝向所述物料通道倾斜，且所述燃气排出通道相对所述物料通道的倾斜角度为15°～45°。
3.根据权利要求1至2任一所述的气化炉喷嘴，其特征在于，所述喷嘴本体中还设有：位于所述多个燃烧腔的外围的第一冷却腔，以及位于所述物料通道的外围的第二冷却腔。
4.根据权利要求3所述的气化炉喷嘴，其特征在于，所述第一冷却腔的上端与距离所述燃烧腔的下端小于五分之一所述燃烧腔的长度的位置平齐。
5.根据权利要求3所述的气化炉喷嘴，其特征在于，所述气化炉喷嘴还包括：一端与所述喷嘴本体的上端固定连接的隔热筒，与所述隔热筒的另一端固定连接的法兰盘，填充在所述隔热筒内的隔热材料，以及一端位于所述隔热筒外另一端穿过所述法兰盘并伸入所述隔热筒内的助燃气体管线、原料气体管线、冷却液输液管线和冷却液排出管线；其中，
所述助燃气体管线位于所述隔热筒内的一端分别与多个所述助燃气体通道连通，所述原料气体管线位于所述隔热筒内的一端分别与多个所述原料气体通道连通；
所述冷却液输液管线和所述冷却液排出管线位于所述隔热筒内的一端分别与所述第一冷却腔连通。
6.根据权利要求1所述的气化炉喷嘴，其特征在于，所述喷嘴本体的下端具有与气化炉上的安装孔相匹配的凸台。
7.一种气化炉，其特征在于，所述气化炉中安装有如权利要求1至6任一所述的至少一个气化炉喷嘴。
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