CN204311026U - 一种新型水煤浆加压气化炉用喷嘴 - Google Patents

Abstract

一种新型水煤浆加压气化炉用喷嘴，包括喷嘴端部，喷嘴端部带有水冷通道，水冷通道为环形，水冷通道在喷头端面内部，水冷通道上方设置有进水口，水冷通道下方设置有出水口。所述的水冷通道内表面带有圆形凸起或圆形凹坑，水冷通道靠近喷嘴内侧设置有圆角。所述的喷嘴端部后端为预置材料过渡段，新型水煤浆加压气化炉用喷嘴整体真空铸造成型。本实用新型提高了喷嘴抗热辐射，提高材料硬度及冲刷及高温腐蚀性能。

Description

一种新型水煤浆加压气化炉用喷嘴

技术领域

本实用新型涉及一种喷嘴，尤其涉及一种新型水煤浆加压气化炉用喷嘴。

背景技术

水煤浆气化技术自诞生以来，经过不断完善发展，已经得到广泛工业化应用，具有代表性的有多喷嘴对置式水煤浆气化炉和GE水煤浆加压气化炉。随着国家对煤清洁利用技术的大力推广，水煤浆加压气化在我国迅速发展，其主要优点为：装置运行安全可靠；自动化程度高；操作控制灵活；气化效率高；技术指标先进；环保性能优越，排放低；气化炉负荷可调节范围大；适宜大型化等。

在水煤浆气化炉中，水煤浆和纯氧通过喷嘴并行喷入气化炉氧气、煤浆经喷嘴进入气化炉，在喷嘴出口雾化混合，燃烧室进行反应，喷嘴雾化混合性能直接影响气化反应效率。由于喷嘴喷头部分伸入到气化炉内部，工作环境恶劣，受高温辐射、高速气流和煤浆冲刷、高温腐蚀气体和熔渣冲蚀等影响，造成喷头磨损、变形、材料性能恶化，使用周期较短。对于单喷嘴气化技术，平均使用寿命约50天，对于多喷嘴对置式气化技术平均80天左右，需停车更换喷嘴。延长喷嘴使用寿命，对煤气化系统系统的长周期稳定运行和高负荷生产具有重要的意义。

喷嘴喷头部分恶劣的工作环境，要求材料具有以下性能：

（1）耐高温氧化性能：气化炉燃烧室内温度~1400，烧嘴头部在使用过程中受高温辐射，产生裂纹；

　（2）抗冲刷、磨损性能：氧气和煤浆在离开喷嘴头部时，具有较高的流速，煤浆颗粒的磨损对于烧嘴的硬度要求较高；

　（3）耐高温热腐蚀性能：保证高温下的化学稳定性，能有效的应对气化炉内的氧化、还原气氛，保证喷嘴喷头的材料不与炉内的高温气体和熔渣的成份发生化学反应；

  （4）良好的加工性能：喷嘴端部形状复杂，加工精度要求高，要求具备良好的铸造与机加工性能；与喷嘴本体及冷却水管的焊接在工厂进行，需提高焊接性能，简化焊接工艺。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可以提高喷嘴抗热辐射、冲刷及高温腐蚀性能的新型水煤浆加压气化炉用喷嘴。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种新型水煤浆加压气化炉用喷嘴，包括喷嘴端部，喷嘴端部带有水冷通道，水冷通道为环形，水冷通道在喷头端面内部， 水冷通道上方设置有进水口，水冷通道下方设置有出水口。

所述的水冷通道内表面带有圆形凸起或圆形凹坑，水冷通道靠近喷嘴内侧设置有圆角。

所述的喷嘴端部后端为预置材料过渡段，新型水煤浆加压气化炉用喷嘴整体真空铸造成型。

本实用新型提高了喷嘴抗热辐射，提高材料硬度及冲刷及高温腐蚀性能。

附图说明

图1为本实用新型的剖视图图。

图2为图1圆凸I的局部放大图。

图3为图1凹坑I的局部放大图。

图4为本实用新型的主视图。

图5为本实用新型的俯视图。

图6为本实用新型右视图。

图7为本实用新型水冷通道（圆凸）的剖视图。

附图中：1、喷嘴端部 ；2、预置材料过渡段 ；3、水冷通道； 4、圆角； 5、喷头端面； 6、圆形凸起； 7、进水口 ；8、出水口，9、圆形凹坑。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

本实用新型如图1所示，

一种新型水煤浆加压气化炉用喷嘴，包括喷嘴端部1，喷嘴端部1带有水冷通道3，水冷通道3为环形，水冷通道3在喷头端面5内部， 水冷通道3上方设置有进水口7，水冷通道3下方设置有出水口8。

所述的水冷通道3内表面带有圆形凸起6或圆形凹坑9，水冷通道3靠近喷嘴内侧设置有圆角4。所述的喷嘴端部1后端为预置材料过渡段2，新型水煤浆加压气化炉用喷嘴整体真空铸造成型。

4. 一种新型水煤浆加压气化炉用喷嘴制造方法，包括以下步骤：

1原料成分

取总重量30-36 wt %的铬原料， 12-18 wt %的铁原料， 32-57 wt %的钴原料， 0.2-2 wt %的锰原料，0.2-6 wt %的镍原料、0.2-6 wt %的钨原料。在熔炼前，检测原料成分中的硅、碳、硫、磷含量，使硅、碳、硫、磷元素含量在总重量地含量如下：硅含量0.2-2wt %，碳含量控制为0.03-0.18wt%、硫含量小于0.015%、磷含量小于0.015%。

2熔炼过程

熔炼制作: 将材料按照以下顺序进行熔炼：其顺序为先在炉体底层铺放一层铁原料以大块搭配小块材料来增加熔解效率，然后放入钴原料；待炉体内形成金属液后再投入较高熔点原料：锰、镍、钨原料待金属液形成后放入，其中铬原料最后投入。

（2）其熔炼温度为1520-1580℃。

（3）其熔炼时间为60-90min/100kg。

（3）脱气作业:添加脱氧剂脱氧或于熔炼过程通入氩气保护金属液，

用脱氧剂脱气：其脱氧剂用量铝粒(80g)/熔炼总重(100kg),用氩气保护：其通入氩气量10~12.5升/分钟。

（4）除渣作业:添加造渣剂除渣，熔炼过程中添加造渣剂除渣，造渣剂添加量为石灰石，造渣剂造渣厚度为8-15mm。除渣作业中先关闭电力使金属液静止，造渣后使比重比金属轻的炉渣得以漂浮液面以利清除，出炉时用造渣包覆金属液上层。

（5）熔炼后的金属采用真空铸造成型，采用真空铸造，其真空度为10-3torr，冷却时氩气保护。

实施例

1.通过对合金材料性能、熔炼过程进行优化设计，开发一种钴镍铁合金材料，提高材料硬度及抗高温腐蚀能力。

本实用新型金属材料成分要求为：铬含量30-36 wt %，铁含量12-18 wt %，钴含量32-57 wt %，锰含量0.2-2 wt %，镍含量0.2-6 wt %，钨含量0.2-6 wt %，硅含量0.2-2wt %，碳含量0.03-0.18wt%、硫含量小于0.015%、磷含量小于0.015%。可以确保烧嘴产品高温性能品质，有效提升材料抗高温氧化剂高温热腐蚀性能。新型合金材料相结构平均颗粒尺寸为1052.57微米，大于传统喷嘴用钴基合金材料，以提高耐高温、热腐蚀性能及机械强度，其晶体结构主要以面心立方晶体和紧密堆积晶体，抑制不良相碳化铬、拓扑密排相的产生。

本实用新型新型材料相比具有更优异的高温强度、可焊性及更优异的耐高温腐蚀性

2.改进工艺喷嘴结构设计和制造工艺，利用热流模拟分析，了解运作时喷嘴各部件温度变化趋势， 设计较佳烧嘴之冷却系统，以延长烧嘴运行寿命，提升煤汽化炉运行周期。改进烧嘴制造成型工艺，喷头采用铸造成型，出厂前在铸造材料上增加焊接过渡段，降低焊接难度。

在烧嘴水冷通道截面积不变的前提下，增加水冷通道接触高温区面积，此项设计可有效减小烧嘴表面的高温区域，带走更多喷嘴表面热量，热模分析表明水冷出口端的温度从原本45℃提升至52℃，表示水冷带热效果有明显提升，有效带走烧嘴头表面整体热能。

水冷通道内原始烧嘴尖角设计更改为圆角增加其接触面积，使尖端的部分能透过水冷以热对流方式带走尖端热量，此设计能有效降低尖端高温集中区域温度。

在冷却水通道内表面（喷头端面内侧）增加圆形凸起物（或圆形凹坑），除了增加热传面积外，可利用凸起物产生小涡旋，帮助水冷通道内流体进行热交换，有效降低喷嘴面的温度。

新型合金材料熔炼投料顺序应先选择较低熔点金属铺放在炉体底部，，以原料大小块混合搭配，提高熔化效率，待炉体内金属液形成后再投入较高熔点元素，投料过程中需随时注意是否有架桥现象出现，其易氧化元素、高蒸汽压元素及破坏气化膜元素应于最后投入。制造过程中严格控制熔炼时间，熔炼时间不宜过长，防止高蒸汽压及易氧化元素的损失，

具体在制造过程如下：

1原料成分

取总重量30-36 wt %的铬原料， 12-18 wt %的铁原料， 32-57 wt %的钴原料， 0.2-2 wt %的锰原料，0.2-6 wt %的镍原料、0.2-6 wt %的钨原料。在熔炼前，检测原料成分中的硅、碳、硫、磷含量，统计以上碳、硫、磷元素含量在总重量地含量如下：硅含量0.2-2wt %，碳含量控制为0.03-0.18wt%、硫含量小于0.015%、磷含量小于0.015%，如超出范围，对原料进行精炼调整。

2熔炼过程

熔炼制作: 钴原料及其它相对较少元素摆放到熔炼炉。其顺序应先于炉体底层铺放一层较低熔点金属以大块搭配小块材料来增加熔解效率，待炉体内金属液形成后再投入较高熔点元素，锰、镍、钨含量相对较少元素待金属液形成后放入，其中铬元素熔炼时间过长，会造成高蒸气压及易氧化，可最后投入

熔炼时间: 熔炼时间不宜过长，若时间过长会造成高蒸气压及易氧化元素(EX: Si、Mn、Gr、W元素)于冶炼过程中损耗时间控制在70min/100kg。

熔炼温度: 熔炼温度不宜过高，若温度过高易使金属液中保护膜(Cr2O3)开合，吸入空气

         中大量气体(EX: O2、N2)，温度控制在1520-1580℃。

脱气作业: 熔炼过程中高温金属液易吸气(EX: O2、N2)，避免金属凝固后产生气孔及减少

         金属含气量，须添加脱氧剂脱氧或于熔炼过程通入氩气保护金属液并减少金属

         液内氮气含量。

除渣作业: 熔炼过程中易产生氧化物熔渣，因此须添加造渣剂除渣，除渣作业中应先关闭

         电力使金属液静止造渣厚使比重比金属轻的炉渣得以漂浮液面以利清除。出炉

         时可利用造渣包覆金属液上层，避免热量损失及防止金属吸气。

3.熔炼后的金属采用真空铸造成型，采用真空铸造，其真空度为10-3torr，冷却时氩气保护。

4.喷嘴成品内部尺寸角度应严格控制，此外冷却水通道内应内置凸起物(φ2mm&0.5H)，冷却水通道靠近烧嘴内侧位置做成圆角，其内部冷却水通道形式尺寸应严格要求并符合图纸所示。

Claims (3)

1.一种新型水煤浆加压气化炉用喷嘴，包括喷嘴端部(1)，其特征是：喷嘴端部(1)带有水冷通道（3），水冷通道（3）为环形，水冷通道（3）在喷头端面（5）内部， 水冷通道（3）上方设置有进水口（7），水冷通道（3）下方设置有出水口（8）。

2.根据权利要求1所述的新型水煤浆加压气化炉用喷嘴，其特征是：所述的水冷通道（3）内表面带有圆形凸起（6）或圆形凹坑（9），水冷通道（3）靠近喷嘴内侧设置有圆角（4）。

3.根据权利要求1所述的新型水煤浆加压气化炉用喷嘴，其特征是：所述的喷嘴端部（1）后端为预置材料过渡段（2），新型水煤浆加压气化炉用喷嘴整体真空铸造成型。