CN115449400A - 浆粉耦合气化烧嘴和气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浆粉耦合气化烧嘴和气化炉，浆粉耦合气化烧嘴包括浆态进料通道(1)和粉态进料通道(2)，浆态进料通道贯穿设置在浆粉耦合气化烧嘴的烧嘴本体(100)上并用于浆态物料的进料或者作为气化剂用量调节通道或点火烧嘴；粉态进料通道与所述浆态进料通道独立地贯穿设置在烧嘴本体上并用于粉态物料的进料或者作为气化剂用量调节通道或点火烧嘴；从浆态进料通道的浆料烧嘴出口(11)喷出的流体能够与从粉态进料通道的粉料烧嘴出口(21)喷出的流体在烧嘴本体的外部产生对流撞击。烧嘴结构设计简单，既可用于浆态气化，也可用于粉态气化或同时气化，基于粉浆原料对撞，或是气化剂与浆态或粉态原料对撞，能有效分散原料，提高气化效率。

Description

浆粉耦合气化烧嘴和气化炉

技术领域

本发明涉及气化炉技术领域，具体地涉及一种浆粉耦合气化烧嘴和气化炉。

背景技术

固体含碳燃料的部分燃烧(气化)生产可燃气体(例如一氧化碳或氢气)是煤等固体燃料的主要应用方式之一。气化工艺的核心设备包括气化烧嘴，气化烧嘴在气化过程中起到强化固体燃料与氧化剂的混合作用并促使物料在燃烧室内合理分散。

目前，气化烧嘴普遍功能单一，只能用于水煤浆或粉煤等单一物料类型的气化，不能用于浆粉同时气化的气化工艺。随着新型气化技术或工艺的进一步开发，固体物料的多样性和复杂性日增，固体物料的气化进料方式也将发生改变，例如采用同时气化粉煤和水煤浆的加压气化工艺，以解决现有水煤浆或粉煤气化工艺中存在的明显缺点等等。对于多种物料类型，现有的研究中一般将所有的气化原料和气化剂均在烧嘴内部预混，然后喷入气化炉中。由于烧嘴内部空间很小，而且存在含碳有机物颗粒间的相互作用力，烧嘴内部预混后的气固分散效果有限，尤其对于浆粉含碳气化原料，颗粒间的相互作用力更强。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种浆粉耦合气化烧嘴和气化炉，气化烧嘴适于多物料类型的气化，而且结构简单、气固分散效果好。

为实现上述目的，本发明首先提供了一种浆粉耦合气化烧嘴，包括：

浆态进料通道，贯穿设置在所述浆粉耦合气化烧嘴的烧嘴本体上并用于浆态物料的进料或者作为气化剂用量调节通道或点火烧嘴；和

粉态进料通道，与所述浆态进料通道独立地贯穿设置在所述烧嘴本体上并用于粉态物料的进料或者作为气化剂用量调节通道或点火烧嘴；

其中，从所述浆态进料通道的浆料烧嘴出口喷出的流体能够与从所述粉态进料通道的粉料烧嘴出口喷出的流体在所述烧嘴本体的外部产生对流撞击。

在一些实施例中，所述浆料烧嘴出口喷出的流体的线性流动方向与所述粉料烧嘴出口喷出的流体的线性流动方向之间形成锐角夹角。

进一步地，所述浆料烧嘴出口喷出的流体的线性流动方向与所述粉料烧嘴出口喷出的流体的线性流动方向之间形成的所述锐角夹角α满足：0°<α<45°，优选15°<α<30°。

在一些实施例中，所述浆料烧嘴出口喷出的流体与所述粉料烧嘴出口喷出的流体之间形成的对流撞击点距离所述烧嘴本体不小于10mm。

在一些实施例中，在所述烧嘴本体中，所述浆态进料通道居中设置，所述粉态进料通道为多个并围绕布置在所述浆态进料通道的周侧。

在一些实施例中，所述粉态进料通道的通道直径小于或等于所述浆态进料通道的通道直径。

在一些实施例中，所述烧嘴本体设有沿周向彼此间隔布置且与所述浆态进料通道径向间隔的多个所述粉态进料通道，优选地，所述粉态进料通道为3～6个。

在一些实施例中，所述烧嘴本体内设有分布在相邻的进料通道之间的热膨胀空隙。

在一些实施例中，所述烧嘴本体内设有盘绕所述浆态进料通道和所述粉态进料通道布置的烧嘴冷却盘管通道。

在一些实施例中，所述浆态进料通道和所述粉态进料通道均各自环绕设置有同轴的气化剂外环通道。

在一些实施例中，所述浆态进料通道的设定流体流速1～8m/s，所述粉态物料通道的设定流体流速为3～10m/s，所述气化剂外环通道的设定流体流速为50～150m/s。

在上述基础上，本发明还提供了一种气化炉，所述气化炉包括上述的浆粉耦合气化烧嘴。

在本发明的具有复合型功能的浆粉耦合气化烧嘴中，设有浆态进料通道和粉态进料通道，可用于水煤浆或粉煤气化，也可用于浆粉同时气化的气化工艺，而且各自喷出的流体在烧嘴外部产生对流撞击，即预混发生在烧嘴外部，预混空间大，气固分散效果更好、效率更高。

附图说明

图1为根据本发明的具体实施方式的浆粉耦合气化烧嘴的剖视图；

图2为根据本发明的具体实施方式的浆粉耦合气化烧嘴的俯视图。

附图标记说明

100、烧嘴本体；1、浆态进料通道；2、粉态进料通道；3、烧嘴冷却盘管通道；4、热膨胀空隙；5、气化剂外环通道；6、法兰；11、浆料烧嘴出口；21、粉料烧嘴出口；31、冷却水入口；32、冷却水出口；51、浆态气化剂外环通道；52、粉态气化剂外环通道；O、对流撞击点；α、锐角夹角。

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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明提供了一种新型的气化烧嘴。如图1所示的具体实施例中，根据本发明的浆粉耦合气化烧嘴包括：

浆态进料通道1，贯穿设置在浆粉耦合气化烧嘴的烧嘴本体100上并用于浆态物料的进料或者作为气化剂用量调节通道或点火烧嘴；和

粉态进料通道2，与浆态进料通道1独立地贯穿设置在烧嘴本体100上并用于粉态物料的进料或者作为气化剂用量调节通道或点火烧嘴；

其中，从浆态进料通道1的浆料烧嘴出口11喷出的流体能够与从粉态进料通道2的粉料烧嘴出口21喷出的流体在烧嘴本体100的外部产生对流撞击。

上述气化烧嘴是一种复合型功能的浆粉耦合气化烧嘴，整体结构简单，但兼具浆态进料通道1和粉态进料通道2，而且在烧嘴外部实现粉态物料和浆态物料的撞击，分散空间更大，分散效果更佳。

具体地，相较而言，现有的气化烧嘴的进料都在烧嘴内进行预混，空间小，分散作用受限。例如，通常煤浆出口流速约为2～4m/s，煤粉出口流速约为8m/s，而气化剂通道流速约为70m/s，在同轴烧嘴内预混的分散作用基本取决于气化剂的流速，分散效果与常规浆态或粉态烧嘴相比无明显提高。而本发明的气化烧嘴中，浆态和粉态物料不在烧嘴内部进行预混，而是使其在烧嘴出口一定距离处形成撞击流，在气化炉内部进行撞击分散。

本发明的浆态进料通道1和粉态进料通道2均为独立通道，即非同轴，不干扰。当只用于浆态物料的气化时，粉态进料通道2可用作气化剂用量调节通道或点火烧嘴；当只用于粉态气化时，浆态进料通道1也可用作点火烧嘴或气化剂用量调节通道；当用于浆粉同时气化时，浆粉物料的撞击能有效分散气化原料，提高气化效率。

如图1所示，浆料烧嘴出口11喷出的流体的线性流动方向与粉料烧嘴出口21喷出的流体的线性流动方向之间形成锐角夹角，从而可在烧嘴出口一定距离后浆态物料和粉态物料发生高速撞击，即可在多个线性流道方向的交点位置形成对流撞击点O，从而强化气固分散效率，提高气化效果。具体地，在图1所示的实施例中，浆料烧嘴出口11与浆态进料通道1同样呈竖直向下，但粉料烧嘴出口21则从粉态进料通道2的竖直向下方向向上折回，以使得浆料烧嘴出口11喷出的流体的线性流动方向与粉料烧嘴出口21喷出的流体的线性流动方向之间形成的锐角夹角α应满足：0°<α<45°。

特别地，在图1中满足15°<α<30°。浆料烧嘴出口11喷出的流体与粉料烧嘴出口21喷出的流体之间形成的对流撞击点O距离烧嘴本体100不小于10mm，以确保足够的物料碰撞后的分散空间，增强气固接触面积，提高气化效率。

在图1、图2的实施例中，作为示例，在烧嘴本体100中，浆态进料通道1居中设置，粉态进料通道2为多个并围绕布置在浆态进料通道1的周侧。粉态进料通道2的通道直径不大于浆态进料通道1的通道直径。更具体地，烧嘴本体100设有沿周向彼此间隔布置且与浆态进料通道1径向间隔的3～6个粉态进料通道2。当然，粉态进料通道2的具体配置个数需要根据气化炉处理量的大小以及烧嘴大小而具体确定。这样，多个粉态进料通道2布置在浆态进料通道1周边，且粉态进料通道2的通道直径不大于浆态进料通道1，可使烧嘴实现复合型功能，当只用于浆态气化时，周边的粉态进料通道2可用作气化剂用量调节通道或点火烧嘴；当只用于粉态气化时，中心的浆态进料通道1也可用作点火烧嘴或气化剂用量调节通道。需要说明的是，图1、图2中的粉态进料通道2、浆态进料通道1的个数、直径大小以及分布形态均为示例，并不限于图中所示。

气化炉高温和烧嘴燃烧温度高，为实现对烧嘴本体100的保护，烧嘴本体100内设有分布在相邻的进料通道之间的热膨胀空隙4。如图1所示，各个进料通道的周围均设置有0.1～5mm宽度的热膨胀空隙4，用于防止烧嘴过热膨胀而导致开裂。

进一步地，烧嘴本体100内设有盘绕浆态进料通道1和粉态进料通道2布置的烧嘴冷却盘管通道3。具体地，烧嘴冷却盘管通道3可沿进料通道盘绕设置，且冷却水可采用温度20～250℃、压力1～10MPag的水。

参见图1、图2，特别地，浆态进料通道1和粉态进料通道2均各自环绕设置有同轴的气化剂外环通道5。例如，围绕浆态进料通道1的浆态气化剂外环通道51以及一一对应地围绕各个粉态进料通道2的多个粉态气化剂外环通道52。这种同轴进气方式可实现更充分地气料混合。

在本实施例中，浆态进料通道1的设定流体流速1～8m/s，粉态物料通道2的设定流体流速为3～10m/s，气化剂外环通道5的设定流体流速为50～150m/s。其中，经气化剂预混的粉态物料在烧嘴出口处的流体流速可达100～150m/s，经气化剂预混的浆态物料在烧嘴出口处的流体流速也可达100～150m/s。

使用时，如图1所示的复合型功能的浆粉耦合气化烧嘴通过法兰6安装在气化炉内，浆态物料如水煤浆经浆态进料通道1以2～4m/s的流速喷入气化炉，粉态物料如粉煤经由N₂或CO₂气体输送至粉态进料通道2，流速为5～8m/s；氧化剂如氧气经浆态气化剂外环通道51以流速100～150m/s的速度与2～4m/s的浆态物料预混后以约120m/s的速度喷入气化炉，氧化剂如氧气经粉态气化剂外环通道52以70～100m/s的流速与5～8m/s的粉态物料预混后以约120m/s的速度喷入气化炉；二者的出口物料以α＝15°的夹角相互撞击，在气化炉中心形成沿炉体中心线向下的物流；冷却水经冷却水入口31进入烧嘴冷却盘管通道3，以3～10m/s的流速快速流过盘管通道后，经冷却水出口32流出烧嘴本体100，其中所用冷却水压力4MPag，温度50～100℃。

此外，相应地还提供了一种气化炉，气化炉包括上述的浆粉耦合气化烧嘴。通过气化烧嘴对进料预混的改进效果，可促进燃烧充分，提高气化效率，提升气化炉性能，在此不做赘述。

综上，本发明提供了一种用于复合型功能的浆粉耦合气化烧嘴，主用于固体燃料(例如煤)与气态氧化剂(如氧气)燃烧或气化领域，以解决现有浆粉耦合烧嘴功能单一、气固分散效果差、气化效率低等问题。本发明气化烧嘴主要由一个居中布置的浆态进料通道1、周边布置的多个粉态进料通道2以及烧嘴冷却盘管通道3构成。浆态和粉态进料通道的外环隙均设置有气化剂外环通道，其中粉态进料通道2与浆态进料通道1成锐角设置，以实现粉态和浆态的撞击。烧嘴冷却盘管通道3由多个冷却盘管组成，且浆态通道和粉态通道直接设置有环系空隙，即热膨胀空隙4，能克服烧嘴可能的热应力带来的膨胀损伤。与现有的浆粉耦合气化烧嘴相比，该烧嘴结构设计简单，既可用于浆态气化，也可用于粉态气化或同时浆态和粉态气化，同时基于粉浆原料对撞，或是气化剂与浆态或粉态原料对撞，能有效分散原料，增强气固接触面积，提高气化效率。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，所述浆粉耦合气化烧嘴包括：

浆态进料通道(1)，贯穿设置在所述浆粉耦合气化烧嘴的烧嘴本体(100)上并用于浆态物料的进料或者作为气化剂用量调节通道或点火烧嘴；和

粉态进料通道(2)，与所述浆态进料通道(1)独立地贯穿设置在所述烧嘴本体(100)上并用于粉态物料的进料或者作为气化剂用量调节通道或点火烧嘴；

其中，从所述浆态进料通道(1)的浆料烧嘴出口(11)喷出的流体能够与从所述粉态进料通道(2)的粉料烧嘴出口(21)喷出的流体在所述烧嘴本体(100)的外部产生对流撞击。

2.根据权利要求1所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，所述浆料烧嘴出口(11)喷出的流体的线性流动方向与所述粉料烧嘴出口(21)喷出的流体的线性流动方向之间形成锐角夹角。

3.根据权利要求2所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，所述浆料烧嘴出口(11)喷出的流体的线性流动方向与所述粉料烧嘴出口(21)喷出的流体的线性流动方向之间形成的所述锐角夹角α满足：0°<α<45°，优选15°<α<30°。

4.根据权利要求1所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，所述浆料烧嘴出口(11)喷出的流体与所述粉料烧嘴出口(21)喷出的流体之间形成的对流撞击点(O)距离所述烧嘴本体(100)不小于10mm。

5.根据权利要求1所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，在所述烧嘴本体(100)中，所述浆态进料通道(1)居中设置，所述粉态进料通道(2)为多个并围绕布置在所述浆态进料通道(1)的周侧。

6.根据权利要求5所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，所述粉态进料通道(2)的通道直径小于或等于所述浆态进料通道(1)的通道直径。

7.根据权利要求5所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，所述烧嘴本体(100)设有沿周向彼此间隔布置且与所述浆态进料通道(1)径向间隔的多个所述粉态进料通道(2)，优选地，所述粉态进料通道(2)为3～6个。

8.根据权利要求1所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，所述烧嘴本体(100)内设有分布在相邻的进料通道之间的热膨胀空隙(4)。

9.根据权利要求1所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，所述烧嘴本体(100)内设有盘绕所述浆态进料通道(1)和所述粉态进料通道(2)布置的烧嘴冷却盘管通道(3)。

10.根据权利要求1～9中任意一项所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，所述浆态进料通道(1)和所述粉态进料通道(2)均各自环绕设置有同轴的气化剂外环通道(5)。

11.根据权利要求10所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，所述浆态进料通道(1)的设定流体流速1～8m/s，所述粉态物料通道(2)的设定流体流速为3～10m/s，所述气化剂外环通道(5)的设定流体流速为50～150m/s。

12.一种气化炉，其特征在于，所述气化炉包括权利要求1～11中任意一项所述的浆粉耦合气化烧嘴。

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