CN109185876A - 用于煤气化燃烧器的带换热翅片的冷却夹套 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于煤气化燃烧器的带换热翅片的冷却夹套。冷却夹套包括外壁，外壁形成冷却通道，冷却通道包括冷却腔、输入通道和输出通道，冷却腔用于环绕煤气化燃烧器的出料口设置，冷却腔包括入口和出口，输入通道与冷却腔的入口连通，输出通道与冷却腔的出口连通，其中，外壁的内表面设置有换热翅片并且换热翅片位于冷却腔中。根据本发明的冷却夹套，冷却介质在流动时不容易产生扰流，外壁的内表面设置的换热翅片破坏了冷却介质在与外壁的内表面接触时产生的层流流动，提高了换热效率，使得冷却夹套的冷却腔能够在高温高压的环境中能够很好地保护煤气化燃烧器。

Description

用于煤气化燃烧器的带换热翅片的冷却夹套

技术领域

本发明涉及一种用于煤气化燃烧器的带换热翅片的冷却夹套。

背景技术

在我国发展煤化工产业的过程中，为了解决煤的高效利用和降低环境污染，我国主要采用的技术方向是开发和推广洁净煤技术。在煤化工产业中，气化装置的关键设备是煤气化燃烧器，煤气化燃烧器的使用寿命会直接影响气化装置的系统的稳定长周期的运行。煤气化燃烧器通常在高温高压纯氧的环境中工作，为了延长煤气化燃烧器的使用寿命，煤气化燃烧器通常包括出料口和环绕出料口设置的冷却夹套，冷却夹套中设置有冷却水，以与周围的高温环境进行换热，冷却夹套的换热效果也直接影响煤气化燃烧器的使用周期。因此，具有良好换热效果的冷却夹套可以减少高温高压环境对出料口的影响，从而保证煤气化燃烧器在高温区高压纯氧环境中能够长时间工作，提高使用周期。

中国专利号CN101446413A公开了一种组合式多喷嘴燃烧器，该组合式多喷嘴燃烧器的冷却夹套采用简单的内进外出的冷却方式。但这种结构的冷却夹套内的水流速比较低，冷却夹套的换热面的壁面为平整面，容易产生扰流，换热效果较差。

中国专利号ZL95111750.5公开了带有旋流器的三通道组合式水煤浆气化喷嘴，该三通道组合式水煤浆气化喷嘴的冷却夹套采用用于传输冷却水的盘管，在气化喷嘴的端部采用单侧进水的方式，冷却水的进口和出口对称布置，冷却水经由进口流入盘管中，冷却水在盘管中分两路环绕整个气化喷嘴的端面，最后通过出口汇合流出。但这种结构的冷却夹套的内壁面光滑，且换热面比较厚，不利于提高换热效率。

中国专利号CN1916493A公开了一种干煤粉加压气化炉的燃烧喷嘴以及中国专利号CN101665725B公开了一种粉煤气化炉用复合式开工烧嘴，这两种烧(喷)嘴的冷却夹套均采用多层(譬如2层到4层)旋转强制性换热的结构。冷却水通过输送管道流入，即冷却水可以从冷却夹套的夹层的内层流入，逐层往外旋流流动，流到冷却夹套的夹层的外层中，最后通过夹层的外层流出。这种结构的冷却夹套的旋流换热水流动速度高，换热壁面薄，但在高速流动的过程中，冷却水在与壁面的接触位置处存在层流流动，制约了换热效果。

因此，需要一种用于煤气化燃烧器的带换热翅片的冷却夹套，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了至少部分地解决上述问题，根据本发明的第一方面，提供了一种冷却夹套，所述冷却夹套包括外壁，所述外壁形成冷却通道，所述冷却通道包括：

冷却腔，所述冷却腔用于环绕所述煤气化燃烧器的出料口设置，所述冷却腔包括入口和出口；

输入通道，所述输入通道与所述冷却腔的所述入口连通；以及

输出通道，所述输出通道与所述冷却腔的所述出口连通，

其中，所述外壁的内表面设置有换热翅片并且所述换热翅片位于所述冷却腔中。

根据本发明的冷却夹套，冷却介质在流动时不容易产生扰流，外壁的内表面设置的换热翅片破坏了冷却介质在与外壁的内表面接触时产生的层流流动，提高了换热效率，使得冷却夹套的冷却腔能够在高温高压的环境中能够很好地保护煤气化燃烧器。

可选地，所述冷却腔内部设置有螺旋隔板。由此，结构可靠，制作工艺简单可行，破坏了冷却腔中的冷却介质的层流流动，热传导系数提高，减少了冷却介质的用量。

可选地，所述换热翅片的截面形状为环型、一字型或半月型。由此便于制造。

可选地，包括多个所述换热翅片，每个所述换热翅片围绕所述冷却腔的周向方向设置，且多个所述换热翅片沿所述冷却腔的径向方向间隔布置。这样，可以提高换热效率。

可选地，包括多个所述换热翅片，多个所述换热翅片沿所述冷却腔的周向方向间隔布置。这样，可以破坏了冷却腔中的冷却介质的层流流动。

可选地，所述输入通道和所述输出通道均沿所述冷却腔的径向方向延伸。这样，减少了冷却介质在输入通道和输出通道中的流动距离，提高了效率。

可选地，所述输入通道和所述输出通道分别设置在所述冷却腔的径向相对的两侧。由此，保证了在冷却夹套中的冷却介质流动时的稳定性。

可选地，所述换热翅片包括第一换热翅片和第二换热翅片，所述第一换热翅片和所述第二换热翅片均沿所述冷却腔的周向方向延伸且关于所述输入通道的轴线对称布置。这样，保证了冷却介质流动的稳定性，均匀破坏了冷却介质在冷却腔中的冷却介质的层流流动。

可选地，所述换热翅片与所述外壁一体成型。由此，可以增强换热翅片与外壁的连接位置的结构强度。

本发明另一方面还提供一种煤气化燃烧器，所述煤气化燃烧器包括：

出料口，所述出料口用于排出燃料和助燃剂，所述燃料包括煤粉或煤浆，所述助燃剂包括含氧气体；以及

上述的冷却夹套，所述冷却夹套的冷却腔环绕所述煤气化燃烧器的出料口设置。

根据本发明的煤气化燃烧器，冷却介质在流动时不容易产生扰流，外壁的内表面设置的换热翅片破坏了冷却介质在与外壁的内表面接触时产生的层流流动，提高了换热效率，使得冷却夹套的冷却腔能够在高温高压的环境中能够很好地保护煤气化燃烧器。

可选地，所述出料口包括燃料出料口和助燃剂出料口，所述煤气化燃烧器还包括中心通道和环形通道，所述环形通道环绕所述中心通道设置，所述中心通道的端部设置有所述燃料出料口，所述环形通道的端部设置有所述助燃剂出料口，所述冷却腔环绕所述助燃剂出料口设置。由此，冷却腔能够在高温高压的环境中能够很好地保护煤气化燃烧器的助燃剂出料口。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1为根据本发明的的第一优选实施方式的煤气化燃烧器的部分的主视剖视图；

图2为图1所示的煤气化燃烧器的冷却夹套的内部结构示意图，其中，换热翅片以虚线示出；

图3为根据本发明的的第二优选实施方式的煤气化燃烧器的部分的主视剖视图；

图4为图3所示的煤气化燃烧器的冷却夹套的内部结构示意图；

图5为根据本发明的的第三优选实施方式的煤气化燃烧器的部分的主视剖视图；以及

图6为图5所示的煤气化燃烧器的右视示意图，其中，第一换热翅片和第二换热翅片均以虚线示出。

附图标记说明：

100、200、300：煤气化燃烧器

111、112、113、211、212、213、311、312：管壁

114、214、314：反应区

120、220、320：中心通道

121、221、321：燃料出料部

122、222、322：燃料出料口

130、230、330：环形通道

131、231、331：助燃剂出料部

132、232、332：助燃剂出料口

140、240、340：冷却夹套

141、241、341：输入通道

142、242、342：输出通道

143、243、343：外壁

150、250、350：冷却腔

151、351：入口

152、352：出口

153：螺旋隔板

160、260、360：换热翅片

361：第一换热翅片

362：第二换热翅片

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明。显然，本发明的施行并不限定于该技术领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式，不应当解释为局限于这里提出的实施例。

应当理解的是，在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。本发明中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。

本发明中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。

以下，将参照附图对本发明的具体实施例进行更详细地说明，这些附图示出了本发明的代表实施例，并不是限定本发明。

第一实施方式

在本发明的第一实施方式中，提供了一种煤气化燃烧器100。正如背景技术所提到的，煤气化燃烧器100通常在高温高压纯氧的环境中工作，因此为了延长煤气化燃烧器100的使用寿命，如图1所示，煤气化燃烧器100包括出料口和冷却夹套140，出料口用于排出燃料和助燃剂，冷却夹套140环绕出料口设置，冷却夹套140用于与周围的高温环境进行换热，从而保护煤气化燃烧器100。

具体地说，煤气化燃烧器100大体上呈圆柱体形状。煤气化燃烧器100包括管壁111，管壁111可以形成有中心通道120，中心通道120可以沿煤气化燃烧器100的中心轴线X设置。中心通道120的端部设置有燃料出料部121，燃料出料部121大体上呈圆台形状，燃料出料部121可以与煤气化燃烧器100的中心轴线X成锐角。燃料出料部121包括燃料出料口122，优选地，燃料出料部121可以包括大直径部和小直径部，大直径部比更小直径部靠近煤气化燃烧器100的内侧，小直径部形成燃料出料口122。燃料出料口122用于排出燃料。这样，可以使得燃料在中心通道120中流动并经由燃料出料口122喷出，还可以提高燃料从燃料出料口122喷出的浓度，并且能够使得燃料不形成高速的气流，减轻燃料冲击煤气化燃烧器100的管壁的强度，延长了煤气化燃烧器100的使用寿命。

煤气化燃烧器100还包括管壁112，管壁111和管壁112共同形成环形通道130，环形通道130环绕中心通道120设置。环形通道130的端部设置有助燃剂出料部131，助燃剂出料部131大体上呈圆台形状，助燃剂出料部131可以与煤气化燃烧器100的中心轴线X成锐角。助燃剂出料部131包括助燃剂出料口132，优选地，助燃剂出料部131可以包括大直径部和小直径部，大直径部比小直径部更靠近煤气化燃烧器100的内侧，小直径部可以形成助燃剂出料口132。助燃剂出料口132用于排出助燃剂。这样，可以使得助燃剂可以在环形通道130中流动并经由助燃剂出料口132喷出，还可以提高助燃剂从助燃剂出料口132喷出的浓度，并且能够使得助燃剂不形成高速的气流，减轻助燃剂冲击煤气化燃烧器100的管壁的强度，延长了煤气化燃烧器100的使用寿命。

进一步地，燃料出料口122可以比助燃剂出料口132更靠近煤气化燃烧器100的内侧，助燃剂出料口132可以与燃料出料口122连通，以使得燃料和助燃剂能够充分混合。优选地，燃料出料部121在煤气化燃烧器100的中心轴线X上的投影可以位于助燃剂出料部131在煤气化燃烧器100的中心轴线X上的投影之内，以使得燃料和助燃剂能够在煤气化燃烧器100的端部的反应区114内充分混合并燃烧。

为了便于描述，在本实施方式中，中心通道120中设置有燃料，环形通道中设置有助燃剂。当然，在未图示的实施方式中，为了便于使用，中心通道120中可以设置有助燃剂，助燃剂能够从中心通道120的端部喷出。环形通道130中可以设置有燃料，燃料能够从环形通道130的端部喷出。燃料和助燃剂能够在煤气化燃烧器100的端部的反应区114内充分混合并燃烧。

在本实施方式中，燃料可以包括诸如煤粉或煤浆等可燃介质，燃料的状态既可以为气体，也可以为液体，还可以为固体，本发明无意对此加以限定。助燃剂可以包括诸如氧气或水蒸气等含氧气体，优选地，氧气可以为高浓度纯氧或者带有少量蒸汽的氧气，本发明无意对此加以限定。燃料和助燃剂可以在煤气化燃烧器100的端部的反应区114内经强烈的雾化混合后进入气化炉中，并在煤气化燃烧器100的端部的反应区114内进行燃烧气化反应。

由于燃料和助燃剂在出料口(燃料出料口122和助燃剂出料口132)的周围进行燃烧气化反应，为了延长煤气化燃烧器100的使用寿命，冷却夹套140还包括外壁143，外壁143可以与管壁112共同形成冷却通道。具体地说，冷却通道包括冷却腔150、输入通道141和输出通道142，冷却腔150包括入口151和出口152。

管壁112和管壁113可以共同形成输入通道141，且输入通道141环绕环形通道130设置，使得冷却介质在输入通道141中流动。输入通道141可以与冷却腔150的入口151连通，以用于输送冷却介质进入冷却腔150中。

管壁113和外壁143可以共同形成输出通道142，且输出通道142环绕输入通道141设置，使得冷却介质在输出通道142中流动。输出通道142可以与冷却腔150的出口152连通，以用于将冷却腔150中的冷却介质排出。

管壁112、管壁113和外壁143可以共同形成冷却腔150，冷却腔150可以环绕煤气化燃烧器100的出料口设置，以使得冷却腔150能够在高温高压纯氧的环境中能够很好地保护煤气化燃烧器100。外壁143可以与管壁112一体成型，以提高结构强度。优选地，在图1所示的实施方式中，冷却腔150可以环绕助燃剂出料口132设置，从而防止助燃剂出料口132被高温环境所损坏。

这样，冷却腔150中设置有冷却介质，以使得冷却介质与周围的高温环境进行热交换。为了进一步提高换热效率，冷却介质可以为诸如水、盐水、碱水、机械油、硝盐、聚乙烯醇、三硝水溶液或水溶性淬火剂等，以与周围的高温环境进行良好地热交换。优选地，外壁143可以由金属材料制成，这样可以在保证冷却夹套140的结构强度的同时进一步提高换热效率。

更进一步地，由于冷却介质在输入通道141、冷却腔150和输出通道142之间流动，因此，为了提高冷却介质的换热效率，外壁143的内表面设置有换热翅片160，换热翅片160可以位于冷却腔150中。换热翅片160可以自外壁143的内表面凸出，这样，冷却介质在流动时不容易产生扰流，同时换热翅片160还破坏了冷却介质在与外壁143的内表面接触时产生的层流流动，从而提高换热效率。优选地，如图2所示，换热翅片160的截面形状可以为环型，这样便于加工制造，结构简单且容易实现。为了更进一步破坏了冷却腔150中的冷却介质的层流流动，外壁143可以设置有多个换热翅片160，每个换热翅片160围绕冷却腔150的周向方向设置，且多个换热翅片160沿冷却腔150的径向方向间隔布置。

可选地，换热翅片160自外壁143的内表面凸出的高度小于或等于冷却腔150在换热翅片160的凸出方向上的尺寸的1/2，这样，能够保证冷却介质在冷却腔150中的正常流动。换热翅片160的厚度可以与外壁143的厚度相同，从而便于制造。换热翅片160的材质可以与外壁143的材质相同，以便于制造。优选地，换热翅片160可以与外壁143一体成型，以增强换热翅片160与外壁143的连接位置的结构强度。

进一步地，为了提高冷却介质的换热效率，如图2所示，冷却腔150内部设置有螺旋隔板153。在本发明的实施方式中，螺旋隔板153为一旋结构，形成引导冷却介质绕煤气化燃烧器100的中心轴线X螺旋流动的螺旋状通道。冷却腔150的入口151设置在靠近煤气化燃烧器100的中心轴线X的位置处，输入通道141经由入口151与冷却腔150连通，输入通道141中的冷却介质能够经由入口151进入到螺旋状通道的内层。冷却腔150的出口152设置在远离煤气化燃烧器100的中心轴线X的位置处，输出通道142经由出口152与冷却腔150连通。冷却腔150中的冷却介质能够从螺旋状通道的内层螺旋流动到外层，再通过出口152进入到输出通道142中。由此，冷却夹套140的结构可靠，制作工艺简单可行，破坏了冷却腔150中的冷却介质的层流流动，热传导系数提高，减少了冷却介质的用量。

该方案能够使得在冷却夹套140中的冷却介质流动时不容易产生扰流，外壁143的内表面设置的换热翅片160破坏了冷却介质在与外壁143的内表面接触时产生的层流流动，提高了换热效率，使得冷却夹套140的冷却腔150能够在高温高压的环境中能够很好地保护煤气化燃烧器100，避免了煤气化燃烧器100受到高温环境的影响而造成的热疲劳损伤，从而延长煤气化燃烧器100的使用寿命。

第二实施方式

图3和图4示意性地示出了根据本发明的第二实施方式的煤气化燃烧器200。根据第二实施方式的煤气化燃烧器200具有与根据第一实施方式的煤气化燃烧器100大致相同的构造，其中相似功能的结构被赋予相似的附图标记。

如图3所示，在本实施方式中，助燃剂出料部231大体上呈圆柱体形状。优选地，管壁212可以包括本体部和倾斜部，倾斜部连接本体部和助燃剂出料部231，倾斜部可以朝向煤气化燃烧器的中心轴线X的方向倾斜，使得助燃剂出料口232的直径小于本体部的直径，以使得助燃剂通过助燃剂出料口232集中喷出。

中心通道220的端部设置有燃料出料部221，燃料出料部221可以包括燃料出料口222和反应区214，燃料出料口222比反应区214更靠近煤气化燃烧器200的内侧，燃料出料口222与反应区214连通，助燃剂出料口232与反应区214连通。反应区214可以大体上呈圆台形状，反应区214包括大直径部和小直径部，小直径部比大直径部更靠近煤气化燃烧器200的内侧。优选地，燃料出料口222与反应区214的小直径部连通，这样可以使得助燃剂与燃料充分混合，扩大接触面积，提高燃烧效率。

冷却通道的截面形状为大致的U字形，以提高冷却介质在冷却通道中的流动速度。如图4所示，换热翅片260的截面形状可以为一字型，以便于加工。外壁的内表面可以设置有多个换热翅片260，多个换热翅片260沿冷却腔250的周向方向间隔布置。结合图3可以看出，换热翅片260可以破坏冷却介质在冷却腔250中的冷却介质的层流流动，提高了换热效率。

第三实施方式

图5-图6示意性地示出了根据发明的第三实施方式的煤气化燃烧器300。除了冷却夹套340的结构之外，根据第三实施方式的煤气化燃烧器300具有与根据第一实施方式的煤气化燃烧器100大致相同的构造，其中相似功能的结构被赋予相似的附图标记。为了简洁起见，在此，仅对与冷却夹套340相关的结构进行详细描述。

如图5和图6所示，在本实施方式中，输入通道341和输出通道342均沿冷却腔350的径向方向延伸。这样，减少了冷却介质在输入通道341和输出通道342中的流动距离，提高了效率。优选地，输入通道341和输出通道342分别设置在冷却腔350的径向相对的两侧。由此，保证了在冷却夹套340中的冷却介质流动时的稳定性。

冷却腔350大体上呈环型，输入通道341中的冷却介质可以经由入口351进入到冷却腔350中。由于受到助燃剂出料部331的阻挡，冷却介质在冷却腔350中可以分为两股流体(两股流体的流动方向可以分别如图6的两个箭头所示)，两股流体分别朝向相反的方向流动，从而使得冷却介质在冷却腔350中流动，最终汇合至出口352的周围，再经由输出通道342排出。

如图6所示，换热翅片360可以包括第一换热翅片361和第二换热翅片362，第一换热翅片361和第二换热翅片362均沿冷却腔350的周向方向延伸且关于输入通道341的轴线对称布置。这样，保证了冷却介质流动的稳定性，均匀破坏了冷却介质在冷却腔350中的冷却介质的层流流动。冷却腔350中可以设置有多个第一换热翅片361和多个第二换热翅片362，以提高效率。优选地，换热翅片360(第一换热翅片361和第二换热翅片362)的截面形状可以为半月型，以均匀分散冷却介质，从而破坏冷却介质在冷却腔350中的冷却介质的层流流动，也提高了冷却介质流动的稳定性。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“部”、“件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其他特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (9)

1.一种用于煤气化燃烧器的带换热翅片的冷却夹套，其特征在于，所述冷却夹套包括外壁，所述外壁形成冷却通道，所述冷却通道包括：

冷却腔，所述冷却腔用于环绕所述煤气化燃烧器的出料口设置，所述冷却腔包括入口和出口；

输入通道，所述输入通道与所述冷却腔的所述入口连通；以及

输出通道，所述输出通道与所述冷却腔的所述出口连通，

其中，所述外壁的内表面设置有换热翅片并且所述换热翅片位于所述冷却腔中。

2.根据权利要求1所述的冷却夹套，其特征在于，所述冷却腔内部设置有螺旋隔板。

3.根据权利要求1所述的冷却夹套，其特征在于，所述换热翅片的截面形状为环型、一字型或半月型。

4.根据权利要求1所述的冷却夹套，其特征在于，包括多个所述换热翅片，每个所述换热翅片围绕所述冷却腔的周向方向设置，且多个所述换热翅片沿所述冷却腔的径向方向间隔布置。

5.根据权利要求1所述的冷却夹套，其特征在于，包括多个所述换热翅片，多个所述换热翅片沿所述冷却腔的周向方向间隔布置。

6.根据权利要求1所述的冷却夹套，其特征在于，所述输入通道和所述输出通道均沿所述冷却腔的径向方向延伸。

7.根据权利要求6所述的冷却夹套，其特征在于，所述输入通道和所述输出通道分别设置在所述冷却腔的径向相对的两侧。

8.根据权利要求7所述的冷却夹套，其特征在于，所述换热翅片包括第一换热翅片和第二换热翅片，所述第一换热翅片和所述第二换热翅片均沿所述冷却腔的周向方向延伸且关于所述输入通道的轴线对称布置。

9.根据权利要求1所述的冷却夹套，其特征在于，所述换热翅片与所述外壁一体成型。