CN208604070U - 浆粉耦合气化烧嘴 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种浆粉耦合气化烧嘴，该烧嘴包括：喷嘴本体，其具有多条通道，各通道分别为从内至外依次套设的用于输送粉态含碳有机物的第一通道、用于输送内环气化剂的第二通道、用于输送浆态含碳有机物的第三通道和用于输送外环气化剂的第四通道；第一通道的出口为向喷嘴本体外侧扩张的第一扩口。本实用新型中，输送粉态含碳有机物的第一通道的出口为第一扩口，即为外八字形结构，这种结构一方面可对浆态含碳有机物和气化剂的混合物产生径向的冲击作用，从而产生二次雾化的效果，另一方面可使含碳物质进入气化炉后的含碳物质沿气化炉的径向分散，增大了气化反应空间，增加含碳物质在气化炉内的停留时间，使反应更为充分，进而提高碳转化率。
Description
技术领域
本实用新型涉及气化技术领域，具体而言，涉及一种浆粉耦合气化烧嘴。
背景技术
煤的高效、清洁利用，是我国经济和社会可持续发展的战略选择，是保证我国能源稳定可靠供应以及可持续发展的重要科技基础。以煤气化为基础的能源及化工系统正在成为世界范围内高效、清洁、经济地开发和利用煤炭的热点技术和重要发展方向。煤的气化是使煤与气化剂作用，进行各种化学反应，将煤炭转变为燃料用煤气或合成用煤气。
浆粉耦合气化技术实质是在气化炉内同时喷入浆态含碳有机物和粉态含碳有机物，减少水量带入，从而间接提高整体含碳有机物浓度，实现浆态含碳有机物和粉态含碳有机物的高效共气化。烧嘴作为浆粉耦合气化炉的关键部件之一，通过它将浆态含碳有机物、粉态含碳有机物和气化剂以一定速度导入气化炉，在高速喷射的气化剂的气动力作用下，将浆态含碳有机物雾化成小液滴，并使粉态含碳有机物均匀分散，实现浆态含碳有机物、粉态含碳有机物与气化剂的充分混合，并发生化学反应。由于气化炉内反应温度高达1200℃～1400℃，压力约为1.0MPa～10MPa，因此对烧嘴要求非常高。烧嘴结构设计不当，将会导致烧嘴雾化效果差、分散不均、烧嘴端部烧蚀、烧嘴冷却系统泄漏等问题，产生严重后果。
现有的浆粉耦合气化炉中，炉体单个烧嘴一般仅注入浆态含碳有机物或者仅注入粉态含碳有机物，且烧嘴出口一般为直筒或向内收缩，物料离开烧嘴进入气化炉后，将沿烧嘴中心竖直向下参与反应，这就会存在气化炉内物料分布不均匀的问题，且物料在烧嘴内的停留时间较短，会影响碳转化率，特别是直筒型的烧嘴出口，以上问题则更加严重。
实用新型内容
鉴于此，本实用新型提出了一种浆粉耦合气化烧嘴，旨在解决目前烧嘴内的物料停留时间短导致的碳转化效率低的问题。
本实用新型提出了一种浆粉耦合气化烧嘴，该烧嘴包括：喷嘴本体，其具有多条通道，各通道分别为从内至外依次套设的用于输送粉态含碳有机物的第一通道、用于输送内环气化剂的第二通道、用于输送浆态含碳有机物的第三通道和用于输送外环气化剂的第四通道；第一通道的出口为向喷嘴本体外侧扩张的第一扩口。
进一步地，上述浆粉耦合气化烧嘴中，靠近喷嘴本体的出口的位置设置有用于使内环气化剂、浆态含碳有机物和外环气化剂混合的预混腔。
进一步地，上述浆粉耦合气化烧嘴中，第一通道的出口的位置相较于第二通道的出口的位置和第三通道的出口的位置更靠近喷嘴本体的出口；第四通道的出口的位置相较于第二通道的出口的位置和第三通道的出口的位置更靠近喷嘴本体的出口。
进一步地，上述浆粉耦合气化烧嘴中，第二通道的出口为向喷嘴本体外侧扩张的第二扩口。
进一步地，上述浆粉耦合气化烧嘴中，第三通道的出口为第一收缩口。
进一步地，上述浆粉耦合气化烧嘴中，第四通道的出口为第二收缩口。
进一步地，上述浆粉耦合气化烧嘴中，第二通道的出口的高度与第三通道的出口的高度相等。
进一步地，上述浆粉耦合气化烧嘴中，第一通道的出口的高度与第四通道的出口的高度相等。
进一步地，上述浆粉耦合气化烧嘴中，第一通道的外侧壁和第二通道的外侧壁之间的距离等于第三通道的外侧壁和第四通道的外侧壁之间的距离。
进一步地，上述浆粉耦合气化烧嘴，还包括：用于对喷嘴本体进行冷却的冷却装置，其设置于喷嘴本体的外侧。
进一步地，上述浆粉耦合气化烧嘴中，各通道均包括：导管和喷头；其中，导管位于喷头的上方且与喷头相连通；喷头的下部的厚度大于喷头的上部的厚度。
进一步地，上述浆粉耦合气化烧嘴中，第一通道、第三通道和第四通道内均设置有对物料进行导流的导流装置，并且，各导流装置均靠近相对应的通道的出口。
本实用新型中，输送粉态含碳有机物的第一通道的出口为向喷嘴本体外侧扩张的第一扩口，即为外八字形结构，与传统的直筒型或内缩型结构相比，这种扩口结构可使第一通道内的高压CO2和粉态含碳有机物产生径向位移，这样，一方面可对浆态含碳有机物和气化剂的混合物产生径向的冲击作用，从而产生二次雾化的效果，另一方面可使含碳物质进入气化炉后的含碳物质沿气化炉的径向分散，增大了气化反应空间，可有效延长含碳物质在气化炉内的停留时间，并使得炉内温度分布更为均衡，从而使反应更为充分，进而提高碳转化率。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本实用新型实施例提供的浆粉耦合气化烧嘴的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的浆粉耦合气化烧嘴中，各通道的喷头的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的浆粉耦合气化烧嘴的又一结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的浆粉耦合气化烧嘴的又一结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型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实用新型。
参见图1，图中示出了本实施例提供的浆粉耦合气化烧嘴中的优选结构。如图所示，该烧嘴包括：烧嘴本体，且烧嘴本体具有多条通道，这些通道分别为用于输送粉态含碳有机物的第一通道1、用于输送内环气化剂的第二通道2、用于输送浆态含碳有机物的第三通道3和用于输送外环气化剂的第四通道4，第一通道1、第二通道2、第三通道3和第四通道4从内至外依次套设。具体实施时，内环气化剂和外环气化剂均可以为氧气，浆态含碳有机物可以为煤浆，粉态含碳有机物可以为粉煤。第一通道1的出口为向喷嘴本体外侧扩张的第一扩口，即第一通道1的出口呈外八字形，具体实施时，第一扩口的夹角为锐角α，且20°≤α≤60°。
本实施例中，输送粉态含碳有机物的第一通道1的出口为向喷嘴本体外侧扩张的第一扩口，即为外八字形结构，与传统的直筒型或内缩型结构相比，这种扩口结构可使第一通道1内的高压CO2和粉态含碳有机物产生径向位移，这样，一方面可对浆态含碳有机物和气化剂的混合物产生径向的冲击作用，从而产生二次雾化的效果，另一方面可使含碳物质进入气化炉后的含碳物质沿气化炉的径向分散，增大了气化反应空间，可有效延长含碳物质在气化炉内的停留时间，并使得炉内温度分布更为均衡，从而使反应更为充分，进而提高碳转化率。
上述实施例中，靠近喷嘴本体的出口的位置设置有预混腔5，内环气化剂、浆态含碳有机物和外环气化剂可在预混腔5内预先进行混合，然后再与粉态含碳有机物进行混合，同时，由于第一通道1的出口为第一扩口，可使第一通道1内的高压CO2和粉态含碳有机物在第一通道1的出口处沿夹角α产生向外的径向位移，且携带粉态含碳有机物颗粒的高压CO2气体以一定的速度混入预混腔5内的经初步雾化的气化剂、水、浆态含碳有机物颗粒的混合物中，并与混合物产生撞击，从而使得浆态含碳有机物进一步被雾化完全，并使粉态含碳有机物自身分散均匀。
第一通道1的出口的位置与第二通道2的出口的位置、以及第三通道3的出口的位置相比较，第一通道1的出口的位置更靠近喷嘴本体的出口；第四通道4的出口的位置与第二通道2的出口的位置、以及第三通道3的出口的位置相比较，第四通道4的出口的位置更靠近喷嘴本体的出口，也就是说，对于图1而言，第二通道2的出口的位置和第三通道3的出口的位置高于第一通道1的出口的位置，且高于第四通道4的出口的位置，这样，可在第三通道3的出口的前端(图1所示的下方)形成内混式预混腔5，从而对内环气化剂、浆态含碳有机物和外环气化剂预先进行混合。
上述实施例中，第二通道2的出口为向喷嘴本体外侧扩张的第二扩口，即第二通道2的出口也呈外八字形，具体实施时，第二扩口的夹角为锐角β，且30°≤β≤70°。第三通道3的出口为第一收缩口，即第三通道3的出口呈内八字形，以使浆态含碳有机物产生径向位移，从而增强浆态含碳有机物的冲击雾化效果。第四通道4的出口为第二收缩口，即第四通道4的出口也呈内八字形。
第三通道3的出口的高度与第二通道2的出口的高度相等，由于第二通道2的出口为扩口结构，第三通道3的出口为收缩口结构，这样，第三通道3的出口就形成了向第三通道3内侧收缩的收缩结构。第四通道4的出口的高度与第一通道1出口的高度相等，即第一通道1的出口和浆态含碳有机物与气化剂的预混通道出口处于同一水平线，由于第四通道4的出口为收缩口结构，第一通道1的出口为扩口结构，同时，第一通道1的外侧壁和第二通道2的外侧壁之间的距离为D3，第三通道3的外侧壁与第四通道4的外侧壁之间的距离为D4，D3与D4相等，这样，第四通道4的出口和第一通道1的出口之间就形成了关于轴线A-A对称的收缩结构，同时，第四通道4和第一通道1之间的结构也关于轴线A-A对称，这种对称结构的设置一方面可避免浆态含碳有机物在预混腔5内进行初步雾化的过程中发生偏流，而对通道壁面产生磨损的问题；另一方面，这种对称结构与常规煤浆烧嘴的中心氧初步雾化浆态含碳有机物相比，浆态含碳有机物的雾化效果更好。
上述各实施例中，每个通道均可以包括：导管6和喷头7。其中，导管6位于喷头7的上方且与喷头7相焊接，从而使导管6与喷头7相连通，第一通道1的喷头7的出口为第一扩口，第二通道2的喷头7的出口为第二扩口，第三通道3的喷头7的出口为第一收缩口，第四通道4的喷头7的出口为第二收缩口。参见图2，为减轻由于各喷头7出口管径的缩小而使得浆态含碳有机物对通道内壁的冲刷和磨蚀，以及为了延长烧嘴使用寿命，喷头7的下部的厚度大于喷头7的上部的厚度，具体实施时，喷头7的管材厚度从上至下均匀增加。喷头7管材最薄的部位的厚度为D1，最厚的部位的厚度为D2，具体实施时，D2＝(1.2-1.5)D1。
第一收缩口的夹角为锐角δ，且20°≤δ≤60°，第二收缩口的夹角为锐角γ，且50°≤γ≤80°，由于烧嘴内夹角过小对烧嘴头部的磨蚀较大，而烧嘴内夹角过大又不利于煤浆的雾化，所以，为达到较佳的剪切、雾化效果，δ＜γ。这样，来自第三通道3的浆态含碳有机物沿通道夹角δ进入预混腔5，与来自第二通道2和第四通道4的两股气化剂在预混腔5内相遇，浆态含碳有机物在内外环气化剂的夹击下产生径向的剪切、撞击，此过程中，浆态含碳有机物实现了初步雾化。与常规煤浆烧嘴的中心氧只能对浆态含碳有机物进行初步雾化相比，该过程内外气化剂的撞击对雾化起主要作用，效果优于常规烧嘴的小流量高速中心氧对浆态含碳有机物的冲击雾化。
目前浆态含碳有机物输送普遍采用隔膜泵，存在着输送不稳定、浆态含碳有机物状态不均匀的情况，因此，为保证浆态含碳有机物的初步雾化效果，第三通道3的喷头7的出口至喷嘴本体的出口处的距离为X，即第三通道3的喷头7的出口与第四通道4的喷头7的出口之间的距离为X，且30mm≤X≤100mm。第四通道4的喷头7的出口，即第四通道4的出口为内环气化剂、外环气化剂和被初步雾化的浆态含碳有机物的混合物料出口，被初步雾化的浆态含碳有机物从第四通道4的出口输出后，与粉态含碳有机物接触，从而被进一步雾化。
上述各实施例中，喷嘴本体的外侧设置有用于对喷嘴本体进行冷却的冷却装置9。参见图3，冷却装置9可以为冷却盘管91，冷却盘管91盘设于位于第四通道4的外侧，具体实施时，第四通道4的底部的外壁开设有冷却腔92，冷却水进水管93通过冷却腔92与冷却盘管91相连通，以向冷却盘管91内输送冷却剂。
参见图4，冷却装置9还可以包括：夹套94，其套设套设于第二通道2内、第三通道3外和/或第四通道4外。夹套94可以包括底部相连通的进水通道95和回水通道96，每个夹套94的进水通道95和回水通道96从内至外依次设置。当第二通道2内、第三通道3外和第四通道4外同时设置有夹套94时，第四通道4与第三通道3外的夹套94之间的距离为D5，第二通道2内的夹套94与第一通道1之间的距离为D6，D5与D6相等，从而保证第四通道4和第一通道1之间的结构关于轴线A-A对称。具体实施时，可以单独采用冷却盘管91或单独采用夹套94进行冷却，也可以将二者组合使用，当然，也可以为其他的可以起到对喷嘴本体进行冷却的结构，本实施例对其不做任何限定。
上述各实施例中，第一通道1、第三通道3和第四通道4内均设置有对物料进行导流的导流装置8，并且，各导流装置8均靠近相对应的通道的出口，导流装置8一方面可以对烧嘴起到支撑作用，以保证烧嘴结构的稳固，另一方面还可使通道内的物料均匀分布、改善物料流向。具体实施时，导流装置8可以位于各自相对应的通道的中下部，并且，导流装置8和与其相对应的通道出口之间的距离为该通道的长度的1/3-1/2。需要说明的是，导流装置8的结构为本领域技术人员所公知，此处不再赘述。
综上，本实施例中，输送粉态含碳有机物的第一通道的出口为向喷嘴本体外侧扩张的第一扩口，即为外八字形结构，与传统的直筒型或内缩型结构相比，这种扩口结构可使第一通道内的高压CO2和粉态含碳有机物产生径向位移，这样，一方面可对浆态含碳有机物和气化剂的混合物产生径向的冲击作用，从而产生二次雾化的效果，另一方面可使含碳物质进入气化炉后的含碳物质沿气化炉的径向分散，增大了气化反应空间，可有效延长含碳物质在气化炉内的停留时间，并使得炉内温度分布更为均衡，从而使反应更为充分，进而提高碳转化率。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (12)
1.一种浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，包括：
喷嘴本体，其具有多条通道，各所述通道分别为从内至外依次套设的用于输送粉态含碳有机物的第一通道(1)、用于输送内环气化剂的第二通道(2)、用于输送浆态含碳有机物的第三通道(3)和用于输送外环气化剂的第四通道(4)；
所述第一通道(1)的出口为向所述喷嘴本体外侧扩张的第一扩口。
2.根据权利要求1所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，
靠近所述喷嘴本体的出口的位置设置有用于使所述内环气化剂、所述浆态含碳有机物和所述外环气化剂混合的预混腔(5)。
3.根据权利要求2所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，
所述第一通道(1)的出口的位置相较于所述第二通道(2)的出口的位置和所述第三通道(3)的出口的位置更靠近所述喷嘴本体的出口；
所述第四通道(4)的出口的位置相较于所述第二通道(2)的出口的位置和所述第三通道(3)的出口的位置更靠近所述喷嘴本体的出口。
4.根据权利要求1所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，
所述第二通道(2)的出口为向所述喷嘴本体外侧扩张的第二扩口。
5.根据权利要求1所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，
所述第三通道(3)的出口为第一收缩口。
6.根据权利要求1所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，
所述第四通道(4)的出口为第二收缩口。
7.根据权利要求1所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，
所述第二通道(2)的出口的高度与所述第三通道(3)的出口的高度相等。
8.根据权利要求1所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，
所述第一通道(1)的出口的高度与所述第四通道(4)的出口的高度相等。
9.根据权利要求1所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，
所述第一通道(1)的外侧壁和所述第二通道(2)的外侧壁之间的距离等于所述第三通道(3)的外侧壁和所述第四通道(4)的外侧壁之间的距离。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，还包括：
用于对所述喷嘴本体进行冷却的冷却装置(9)，其设置于所述喷嘴本体的外侧。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，各所述通道均包括：导管(6)和喷头(7)；其中，
所述导管(6)位于所述喷头(7)的上方且与所述喷头(7)相连通；
所述喷头(7)的下部的厚度大于所述喷头(7)的上部的厚度。
12.根据权利要求1至9中任一项所述的浆粉耦合气化烧嘴，其特征在于，
所述第一通道(1)、所述第三通道(3)和所述第四通道(4)内均设置有对物料进行导流的导流装置(8)，并且，各所述导流装置(8)均靠近相对应的所述通道的出口。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |