CN105731376B - 一种部分氧化工艺烧嘴及其应用 - Google Patents

一种部分氧化工艺烧嘴及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN105731376B
CN105731376B CN201610017677.5A CN201610017677A CN105731376B CN 105731376 B CN105731376 B CN 105731376B CN 201610017677 A CN201610017677 A CN 201610017677A CN 105731376 B CN105731376 B CN 105731376B
Authority
CN
China
Prior art keywords
burner
gasifying agent
channel
gas
fuel channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610017677.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105731376A (zh
Inventor
代正华
王辅臣
于广锁
刘海峰
龚欣
王亦飞
梁钦锋
许建良
郭庆华
陈雪莉
李伟锋
王兴军
郭晓镭
赵辉
陆海峰
龚岩
刘霞
王立
李新宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
East China University of Science and Technology
Original Assignee
East China University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by East China University of Science and Technology filed Critical East China University of Science and Technology
Priority to CN201610017677.5A priority Critical patent/CN105731376B/zh
Publication of CN105731376A publication Critical patent/CN105731376A/zh
Priority to PCT/CN2016/113433 priority patent/WO2017121248A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105731376B publication Critical patent/CN105731376B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/06—Spray pistols; Apparatus for discharge with at least one outlet orifice surrounding another approximately in the same plane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/36—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using oxygen or mixtures containing oxygen as gasifying agents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F23D14/04—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone induction type, e.g. Bunsen burner
    • F23D14/10—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone induction type, e.g. Bunsen burner with elongated tubular burner head

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

本发明公布了一种部分氧化工艺烧嘴及其应用，所述烧嘴主要由内到外依次设置的气化剂通道、辅助气化剂通道、燃料通道和保护燃料通道组成。本发明提出的部分氧化工艺烧嘴应用于气态烃转化炉中，可以保护喷嘴端面不受高温合成气的冲刷烧蚀，使得烧嘴形成的火焰温度低且分布均匀，高温火焰远离烧嘴端面，从而使喷嘴端面的温度显著降低，无需烧嘴冷却水即可对烧嘴起到保护作用，同时烧嘴法兰温度低。本发明提供的烧嘴具有结构简单、寿命长、适用范围广等优点，具有十分广阔的应用前景。

Description

一种部分氧化工艺烧嘴及其应用
技术领域
本发明涉及一种部分氧化工艺烧嘴及其应用。
背景技术
天然气、页岩气、煤层气、油田气、炼厂气、焦炉气、热解气等气态烃以甲烷为主要成分，是重要的基础能源和化工原料。气态烃转化制合成气是这些气态烃利用的重要技术路线之一。其中，气态烃非催化部分转化技术日益受到工业界的重视。
气态烃非催化部分转化过程是指，在一定温度和压力下，气态烃与气化剂(如蒸汽、二氧化碳、氧气等)通过转化炉顶部的喷嘴高速喷入转化炉内，在转化炉上部发生燃烧反应，为转化过程提供热量；在转化炉的回流区及下部发生转化反应。
烧嘴对气态烃燃料与气化剂的混合效果影响巨大，其寿命也直接关系到整个转化炉的运行周期，是关键设备之一。在转化炉的运行过程中，炉内的高温回流合成气不断冲刷烧嘴端面，烧蚀烧嘴，严重缩短了烧嘴的使用寿命。部分高温合成气进入烧嘴与烧嘴筒体耐火砖的缝隙还会对烧嘴安装法兰产生危害。一些现有转化炉烧嘴技术中，转化炉烧嘴的最外侧通道走纯氧，会与气化炉内高温合成气发生反应，使得烧嘴端面温度过高，也会缩短烧嘴寿命。采用烧嘴冷却水对烧嘴端面进行强制冷却是现行技术的通用做法，但若设置不当或者出现故障泄露，会造成系统紧急停车，并损毁炉内耐火砖。烧嘴的寿命已经成为制约转化炉运行周期的重要因素之一。
因此，实践中迫切需要一种长寿命部分氧化工艺烧嘴。
发明内容
鉴于以上现有转化炉烧嘴易烧蚀、寿命短等问题问题，本发明提供一种新的转化炉烧嘴设计。本发明通过烧嘴流道的设计控制烧嘴附近的温度场，通过设置辅助气化通道使得氧化剂不与进入炉内的燃料在喷嘴端部直接接触；通过设置保护燃料气通道使得氧化剂不与炉内回流的高温合成气在喷嘴端部直接接触，同时解决了高温合成气进入烧嘴与烧嘴筒体耐火砖的缝隙易引起烧嘴安装法兰超温的问题。本发明提供的转化炉烧嘴可以不需要烧嘴冷却水就可以解决烧嘴烧蚀的问题，无烧嘴冷却水系统运行故障带来的系统紧急停车和损毁炉内耐火砖的问题，大大提高了转化炉的运行周期。具体技术方案如下：
一种部分氧化工艺烧嘴，包括由内而外依次设置的气化剂通道(1)、辅助气化剂通道(2)、燃料通道(3)以及保护燃料通道(4)；
所述保护燃料通道(4)由燃料通道(3)的外壁(5)与转化炉喷嘴筒体耐火砖内壁(6)构成。
所述燃料通道(3)的外壁(5)开设有小孔(7)，小孔的数量大于等于2个。
所述小孔(7)的形状为圆形、方形、椭圆形或菱形。
所述小孔(7)的轴线与所述外壁(5)的夹角为0～90℃。
所述气化剂通道(1)的头部采用直管结构；所述辅助气化剂通道(2)的头部采用直管结构或者渐缩结构；所述燃料通道(3)的头部采用直管结构或者渐缩结构。
所述辅助气化剂通道(2)的头部采用渐缩结构时，外倾斜角α为45～90°
所述通道(3)的头部采用渐缩结构时，外倾斜角β为45～90°。
上述任一烧嘴的应用，所述烧嘴用于气态烃转化炉中，保护所述喷嘴的端面不受高温合成气的冲刷烧蚀；
进入气化剂通道(1)的气化剂选自氧气、氧气与水蒸气或二氧化碳的混合物；
进入辅助气化剂通道(2)的气化剂为水蒸汽或二氧化碳。
气化剂通道(1)的物流速度为40～150m/s，辅助气化剂通道(2)的物流速度为40～150m/s，燃料通道(3)的物流速度为40～150m/s。
所述气态烃是指天然气、页岩气、油田气、煤层气、炼厂气、焦炉气、热解气中的一种或其混合物。
本发明具有如下有益效果：该部分氧化工艺烧嘴应用于气态烃转化炉中，可以保护喷嘴端面不受高温合成气的冲刷烧蚀，而且使得烧嘴形成的火焰温度低且分布均匀，高温火焰远离烧嘴端面，从而使喷嘴端面的温度显著降低，无需烧嘴冷却水即可对烧嘴起到保护作用，同时烧嘴法兰温度低。本发明提供的烧嘴具有结构简单、寿命长、适用范围广等优点，具有十分广阔的应用前景。
附图说明
图1是实施例的气态烃转化烧嘴的结构及安装示意图；
图2是转化炉轴向上的温度分布；
图3是距喷嘴出口1m处温度的径向分布图；
图4是喷嘴出口壁面附近温度分布图。
符号说明
1 气化剂通道；2 辅助气化剂通道；3 燃料通道；
4 保护燃料通道；5 燃料通道3的外壁；
6 转化炉喷嘴筒体耐火砖内壁；7 小孔；
α 辅助气化剂通道2的头部外倾斜角；β 燃料通道3的头部外倾斜角；
8 烧嘴安装法兰；9 转化炉。
具体实施方式
以下通过实施例，详细描述了本发明的实施方式和具体的操作过程，其目的仅在于更好地理解本发明的内容。因此本发明的保护范围不受所举实施例的限制。
实施例1
如图1所示，本实施例中，所述的气态烃转化炉烧嘴包括由内而外依次设置的气化剂通道(1)、辅助气化剂通道(2)、燃料通道(3)和保护燃料通道(4)组成；所述气化剂通道(1)的头部为直管结构；所述辅助气化剂通道(2)头部的外倾斜角为75°；所述燃料通道(3)头部的外倾斜角为70°。所述燃料通道(3)的外壁(5)上开孔数量为4，开孔直径为4mm，开孔轴线与外壁(5)的夹角为90°。
本实施例中，气化剂纯氧通过气化剂通道(1)进入炉内；气化剂水蒸气通过辅助气化剂通道(2)进入炉内。气态烃通过燃料通道(3)和辅助燃料通道(4)进入炉内。
与气态烃烧嘴相关的参数如下：氧气纯度为99.6％，温度为220℃，压力为4.4MPag，流量为18910kg/h；水蒸气温度为320℃，压力为4.5MPag，流量为7800kg/h；天然气组成如表1所示，温度为280℃，压力为3.95MPag，流量为14826kg/h。
转化炉操作压力为3.75MPag。
表1 天然气组成(mol％)
组成 含量
CH4 0.8984
C2H6 0.0622
C3H8 0.0105
CO2 0.0066
N2 0.0223
转化炉轴向的温度分布如图2所示，距离烧嘴出口1m处温度的径向分布如图3所示。可以看出，火焰最高温度为1700℃，且火焰区域远离烧嘴出口。
由于氧气位于中心通道，无法与炉内高温合成气直接接触，且气化剂和燃料的进料温度均低于自点燃温度，所以氧气通过该发明的喷嘴进入转化炉后无法直接与燃料发生反应，而是需要卷吸炉内高温合成气，被高温合成气稀释和加热到自点燃温度后才能发生燃烧反应。氧气的浓度在这个过程中被大大稀释，抑制了燃烧反应速率，实现了炉内无焰燃烧，大大降低了火焰温度。
图4为燃料通道外壁有开孔(本实施例)和无开孔时喷嘴出口端面附近的温度径向分布。可以看出，本发明提出的喷嘴设计使得喷嘴端面的最高温度由1400℃降为了300℃左右，处于普通合金材料的承温范围内，可以大大提高喷嘴的使用寿命。
该发明中，天然气通过外通道进入炉内，使得甲烷离开喷嘴后就与高温合成气混合接触并发生反应，提高了甲烷的转化率。

Claims (8)

1.一种部分氧化工艺烧嘴，其特征在于，包括由内而外依次设置的气化剂通道（1）、辅助气化剂通道（2）、燃料通道（3）以及保护燃料通道（4）；
所述保护燃料通道（4）由燃料通道（3）的外壁（5）与转化炉喷嘴筒体耐火砖内壁（6）构成；
所述烧嘴用于气态烃转化炉中，保护所述喷嘴的端面不受高温合成气的冲刷烧蚀；
进入气化剂通道（1）的气化剂选自氧气、氧气与水蒸气或二氧化碳的混合物；
进入辅助气化剂通道（2）的气化剂为水蒸汽或二氧化碳；
所述气化剂通道（1）的物流速度为40～150m/s，辅助气化剂通道（2）的物流速度为40～150m/s，燃料通道（3）的物流速度为40～150m/s。
2.根据权利要求1所述的烧嘴，其特征在于，所述燃料通道（3）的外壁（5）开设有小孔（7），小孔的数量大于等于2个。
3.根据权利要求2所述的烧嘴，其特征在于，所述小孔（7）的形状为圆形、方形、椭圆形或菱形。
4.根据权利要求2或3所述的烧嘴，其特征在于，所述小孔（7）的轴线与所述外壁（5）的夹角为0～90℃。
5.根据权利要求2或3所述的烧嘴，其特征在于，所述气化剂通道（1）的头部采用直管结构；所述辅助气化剂通道（2）的头部采用直管结构或者渐缩结构；所述燃料通道（3）的头部采用直管结构或者渐缩结构。
6.根据权利要求5所述的烧嘴，其特征在于，所述辅助气化剂通道（2）的头部采用渐缩结构时，外倾斜角α为45～90°。
7.根据权利要求5所述的烧嘴，其特征在于，所述燃料通道（3）的头部采用渐缩结构时，外倾斜角β为45～90°。
8.根据权利要求1所述的一种部分氧化工艺烧嘴的应用，其特征在于，所述烧嘴用于气态烃转化炉中，所述气态烃是指天然气、页岩气、油田气、煤层气、炼厂气、焦炉气、热解气中的一种或其混合物。
CN201610017677.5A 2016-01-12 2016-01-12 一种部分氧化工艺烧嘴及其应用 Active CN105731376B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610017677.5A CN105731376B (zh) 2016-01-12 2016-01-12 一种部分氧化工艺烧嘴及其应用
PCT/CN2016/113433 WO2017121248A1 (zh) 2016-01-12 2016-12-30 一种部分氧化工艺烧嘴及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610017677.5A CN105731376B (zh) 2016-01-12 2016-01-12 一种部分氧化工艺烧嘴及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105731376A CN105731376A (zh) 2016-07-06
CN105731376B true CN105731376B (zh) 2018-10-02

Family

ID=56246270

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610017677.5A Active CN105731376B (zh) 2016-01-12 2016-01-12 一种部分氧化工艺烧嘴及其应用

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN105731376B (zh)
WO (1) WO2017121248A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105731376B (zh) * 2016-01-12 2018-10-02 华东理工大学 一种部分氧化工艺烧嘴及其应用
CN112852493A (zh) * 2019-11-28 2021-05-28 华东理工大学 一种硬沥青粉气化制备合成气的方法及设备
CN115246628B (zh) * 2021-08-09 2024-02-27 江苏美东环境科技有限公司 用于有机危废等离子气化熔融炉出口合成气的净化方法
CN114231320B (zh) * 2021-11-29 2023-04-14 北京航化节能环保技术有限公司 一种可变负荷运行的煤气化装置
CN114360215A (zh) * 2021-12-02 2022-04-15 滕玉龙 一种预防燃气泄漏用监控设备
CN114806645A (zh) * 2021-12-29 2022-07-29 华东理工大学 一种气化装置烧嘴保护装置及其方法和应用
CN115784154B (zh) * 2022-10-26 2024-03-29 宁波中科远东催化工程技术有限公司 天然气转化炉烧嘴

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003193068A (ja) * 2001-12-28 2003-07-09 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd ガス化炉用バーナ
CN102191087A (zh) * 2011-04-15 2011-09-21 华东理工大学 一种用于多种形态原料共气化的气流床气化炉
CN102277199A (zh) * 2010-06-14 2011-12-14 通用电气公司 用于增加燃料喷射器寿命的系统
CN104498099A (zh) * 2014-12-18 2015-04-08 华东理工大学 一种气化炉烧嘴及其使用方法、含其的气化炉

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1056916C (zh) * 1993-09-28 2000-09-27 德士古发展公司 部分氧化方法及其中所采用的燃烧器
CN201147736Y (zh) * 2008-01-27 2008-11-12 中国石油化工集团公司 劣质碳氢化合物气化喷嘴
CN201538685U (zh) * 2009-07-15 2010-08-04 华东理工大学 一种带旋流器的用于气态含碳物料制备合成气的喷嘴
CN105731376B (zh) * 2016-01-12 2018-10-02 华东理工大学 一种部分氧化工艺烧嘴及其应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003193068A (ja) * 2001-12-28 2003-07-09 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd ガス化炉用バーナ
CN102277199A (zh) * 2010-06-14 2011-12-14 通用电气公司 用于增加燃料喷射器寿命的系统
CN102191087A (zh) * 2011-04-15 2011-09-21 华东理工大学 一种用于多种形态原料共气化的气流床气化炉
CN104498099A (zh) * 2014-12-18 2015-04-08 华东理工大学 一种气化炉烧嘴及其使用方法、含其的气化炉

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017121248A1 (zh) 2017-07-20
CN105731376A (zh) 2016-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105731376B (zh) 一种部分氧化工艺烧嘴及其应用
CN102977926B (zh) 一种热氧喷嘴及其在气化炉中的应用
CN101297157B (zh) 低氮氧化物燃烧工艺和装置以及其用途
CN102305415B (zh) 一种富氧环境下的等离子无油点火系统
CA2510713A1 (en) Staged combustion system with ignition-assisted fuel lances
WO2018188211A1 (zh) 一种气化烧嘴
RU2014145890A (ru) Разжигающее факельное устройство
CN203642174U (zh) 低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴
CN103742907A (zh) 低热值转炉煤气用自身预热式烧嘴
CN104373935A (zh) 一种用于气流床气化炉的粉煤燃烧器
CN202392795U (zh) 一种用于沥青气化的气化炉燃烧器
CN104312634A (zh) 一种复合式热氧喷嘴及其应用
CN102012024A (zh) 一种活性石灰回转窑发生炉的煤气燃烧器
KR101314443B1 (ko) 고로 조업 방법 및 그를 위한 저발열량 가스의 연소 방법과 고로 설비
CN201526966U (zh) 带锥体射流装置的圆形内燃式高炉煤气发电锅炉专用烧嘴
CN104974797B (zh) 用于二段式干煤粉气流床气化炉的多功能煤气化烧嘴
CN208586257U (zh) 浆粉耦合气化炉烧嘴
US20140170573A1 (en) BURNER UTILIZING OXYGEN LANCE FOR FLAME CONTROL AND NOx REDUCTION
CN107022379B (zh) 一种带有水冷盘管保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴
CN104296142B (zh) 燃气无焰纯氧燃烧器
CN105132037A (zh) 一种煤粉气化炉烧嘴
CN105271115B (zh) 一种气态烃转化炉烧嘴
CN207435397U (zh) 一种外混式一体化开工烧嘴
CN104633661B (zh) 低NOx双端型辐射管燃烧器
JP5470920B2 (ja) 冶金炉排ガスの改質装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant