CN212316044U - 煤气化烧嘴及其气化炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了煤气化烧嘴及其气化炉，其中，煤气化烧嘴包括：内层氧管道、第一管道、第二管道、第三管道和冷却管道。第一管道套设于内层氧管道且与内层氧管道的外壁形成内层水煤浆通道。第二管道套设于第一管道且与第一管道的外壁形成外层氧气通道。第三管道套设于第二管道且与第二管道的外壁形成外层水煤浆通道。冷却管道设于第三管道外壁。外层水煤浆维持外层氧气的剪切方向角，增强对内层水煤浆的雾化能力。避免氧气与还原性气体进一步燃烧释放大量热导致烧嘴龟裂；降低了还原气气体对烧嘴端部的腐蚀，提高烧嘴使用寿命。一部分水煤浆分配到外层水煤浆通道中，降低内层水煤浆管道的流速，从而降低了水煤浆对内层水煤浆通道的磨损。
Description
技术领域
本实用新型涉及煤化工技术领域，具体涉及一种煤气化烧嘴及其气化炉。
背景技术
目前，煤气化技术是煤清洁与高效利用的主要途径之一，而水煤浆气化技术以其单位体积处理量大、碳转化率高、气化强度高、节能环保等优点而得到广泛推广应用。水煤浆气化技术的核心设备是烧嘴，烧嘴的性能和寿命，直接影响着气化炉内正常反应的有效进行、气化工艺产品品质及其长周期稳定运行。然而目前煤气化烧嘴仍存在氧气与水煤浆混合效果差和易损坏等问题，导致煤气化效率低。
因此，现有的煤气化烧嘴有待改进。
实用新型内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种煤气化烧嘴及其气化炉，采用该煤气化烧嘴不仅可以提高氧气和水煤浆的混合效果，从而提高水煤浆气化效率，而且可以提高其使用寿命，降低煤气化成本。
本申请的技术方案是发明人基于下列发现完成的：研究发现烧嘴容易损坏的主要原因如下：首先，炉膛内含有大量CO和H2等可燃性气体，在高温情况下，这些可燃性气体与氧气进一步燃烧，在烧嘴头部形成一个高温区，烧嘴长时间在高温下工作会发生龟裂损坏。另一方面，这些还原性气体对烧嘴有一定的腐蚀作用，严重影响烧嘴的使用寿命。而且，水煤浆与氧气的流量约相同，为保证水煤浆与氧气流量相同，可以提高水煤浆的横截面积或提高水煤浆的流速；若提高水煤浆横截面积，则水煤浆与氧气混合效果变差。若提高水煤浆流速，而水煤浆含有浓度较高的煤颗粒，水煤浆的流速提高10％会导致烧嘴磨损率增加20％，导致烧嘴寿命大打折扣。本申请的发明人通过对现有煤气化烧嘴进行积极探索，旨在解决现有技术中的缺陷，得到具有混料效果好和使用寿命长的煤气化烧嘴。
为此，在本实用新型的一个方面，本实用新型提出一种煤气化烧嘴。根据本实用新型的实施例，所述煤气化烧嘴包括：
内层氧管道；
第一管道，所述第一管道套设于所述内层氧管道且与所述内层氧管道的外壁形成内层水煤浆通道；
第二管道，所述第二管道套设于所述第一管道且与所述第一管道的外壁形成外层氧气通道；
第三管道，所述第三管道套设于所述第二管道且与所述第二管道的外壁形成外层水煤浆通道；
冷却管道，所述冷却管道设于所述第三管道外壁。
根据本实用新型实施例的煤气化烧嘴，通过在内层氧管道上依次套设第一管道、第二管道、第三管道，并且在第一管道与内层氧管道之间形成的内层水煤浆通道内供给水煤浆，在第二管道与第一管道之间形成的外层氧通道内供给氧气，内层氧管道高速喷射氧气使得经内层水煤浆通道喷出的水煤浆形成水煤浆薄膜，从而经外层氧通道供给的氧气可以对该水煤浆薄膜进行撕裂雾化，实现氧气和水煤浆的充分混合，从而提高煤气化效率。同时通过在第三管道和第二管道之间形成的外层水煤浆通道供给水煤浆，一方面，外层水煤浆通道内供给的水煤浆可以对外层氧气通道的氧气起到包裹的作用，维持了外层氧气的剪切方向角，进而增强了外层氧气对水煤浆薄膜的雾化能力；再一方面，通过同时设置内层水煤浆通道和外层水煤浆通道，可以将一部分水煤浆分配到外层水煤浆通道中，降低内层水煤浆管道的流速，从而降低了水煤浆对内层水煤浆通道的磨损，同时提高了氧气和水煤浆的混合效果；另一方面，外层水煤浆通道喷出的水煤浆相当于在外层氧通道喷出的氧气外侧增加了一层隔热保护层，从而降低了烧嘴头部的工作温度，同时避免了炉膛内大量的还原性气体与氧气直接接触，避免氧气与还原性气体进一步燃烧释放大量热导致烧嘴龟裂，提高烧嘴使用寿命，同时降低了还原气气体与烧嘴端部的接触，降低了还原气气体对烧嘴端部的腐蚀，提高烧嘴使用寿命；另外通过在第三管道外壁上设置冷却管道对第三管道进行降温，可以显著降低炉膛内燃烧烟气对第三管道的热腐蚀，提高烧嘴的使用寿命。由此，采用该煤气化烧嘴不仅可以提高氧气和水煤浆的混合效果，从而提高水煤浆气化效率，而且可以提高其使用寿命，降低煤气化成本。
另外，根据本实用新型上述实施例的煤气化烧嘴，该煤气化烧嘴还可以具有如下附加的技术特征：
在本实用新型的一些实施例中，所述内层氧管道的横截面与所述外层氧管道的横截面积比值范围是1:4至1:2。由此，可以降低内层氧管道的损耗。
在其它一些实施方式中，所述内层水煤浆通道的横截面与所述外层水煤浆通道的横截面积比值范围是5:1至7:1。由此，不仅可以降低内层水煤浆通道的损耗，而且提高水煤浆和氧气的混合效果。
在其它一些实施方式中，所述内层氧管道的横截面、所述内层水煤浆通道的横截面、所述外层氧管道的横截面与所述外层水煤浆通道的横截面积比值是(6～9):(5～7):(18～24):1。由此，提高水煤浆和氧气的混合效果。
在其它一些实施方式中，所述冷却管道包括：第一子冷却管道和第二子冷却管道，所述第一子冷却管道下游端部与所述第二子冷却管道连通。由此，可以提高烧嘴使用寿命。
在其他一些实施方式中，所述第一子冷却管道套设于所述第三管道且与所述第三管道的外壁形成第一冷却水通道；所述第二子冷却管道套设于所述第一子冷却管道且与所述第一子冷却管道的外壁形成第二冷却水通道。由此，可以提高烧嘴使用寿命。
在其它一些实施方式中，所述内层氧管道下游的端部、所述第一管道下游的端部、所述第二管道下游的端部和所述第三管道下游的端部中的至少之一涂布有耐还原涂层。由此，可以提高烧嘴使用寿命。
在其它一些实施方式中，所述耐还原涂层包括碳化钨和陶瓷中的至少之一。由此，可以提高烧嘴使用寿命。
在其它一些实施方式中，所述耐还原涂层厚度是3-5毫米。由此，可以提高烧嘴使用寿命。
在本实用新型的再一个方面，本实用新型提出了一种气化炉。根据本实用新型的实施例，所述气化炉上设有上述任一项实施例提供的所述的煤气化烧嘴。由此，可以提高气化炉中煤气化效率。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本实用新型一个实施例的煤气化烧嘴纵切面结构示意图；
图2是本实用新型另一个实施例的煤气化烧嘴纵切面结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，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；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实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，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。
在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种煤气化烧嘴。根据本实用新型的实施例，参考图1，该煤气化烧嘴包括内层氧管道100、第一管道200、第二管道300、第三管道400和冷却管道500。
根据本实用新型的实施例，内层氧管道100用于输出内层氧气，参考图1，内层氧管道100包括依次相连的内层氧管道直筒段11和内层氧管道缩颈段12，即在内层氧管道100的下游端部形成缩颈段12，从而提高经内层氧管道100喷出氧气的速度。
根据本实用新型的实施例，第一管道200套设于所述内层氧管道100且与所述内层氧管道100的外壁形成内层水煤浆通道21，内层水煤浆通道21用于输出内层水煤浆，参考图1，第一管道200包括依次相连的第一管道直筒段22和第一管道缩颈段23，即在第一管道200的下游端部形成第一管道缩颈段23，从而提高经内层水煤浆通道21喷出内层水煤浆的速度。根据本实用新型一个具体实施例，参考图1，内层氧管道100的下游端部与第一管道200下游端部之间形成预混空间24，从而利于内层氧管道100高速喷射氧气使得经内层水煤浆通道21喷出的水煤浆形成水煤浆薄膜，利于后续经第二管道300喷出的外层氧气对该水煤浆薄膜进行撕裂雾化。优选的，第一管道缩颈段23和内层氧通道缩颈段12之间先形成该预混空间24。根据本实用新型的一个具体实施例，预混空间24与第一管道缩颈段23体积比为1:4-1:2。发明人发现，比例过小时会造成预混空间过小，无法对流经缩颈的氧气起到缓冲的作用；比例过大时会造成预混空间过大，造成氧气和水煤浆的预混时间变长，流动阻力变大。
根据本实用新型的实施例，第二管道300套设于第一管道200且与所述第一管道200的外壁形成外层氧气通道31，外层氧气通道31用于输出外层氧气，从而经外层氧通道供给的氧气可以对该水煤浆薄膜进行撕裂雾化，实现氧气和水煤浆的充分混合，从而提高煤气化效率。参考图1，第二管道300包括依次相连的第二管道直筒段32和第二管道缩颈段33，即在第二管道300的下游端部形成第二管道缩颈段33，从而提高外层氧气的喷出速度，增加外层氧对内层水煤浆薄膜的剪切速度，更有利于将内层水煤浆打散。根据本实用新型的一个具体实施例，内层氧管道100的横截面与外层氧通道31的横截面积比值范围是1:4至1:2；发明人发现比值过高会造成外层氧气流量太小，从而雾化动力降低，雾化效果变差；比值过低会造成内层氧对水煤浆的稀释效果不足，水煤浆雾化阻力增大，雾化效果也不理想。
根据本实用新型的实施例，第三管道400套设于第二管道300且与第二管道300的外壁形成外层水煤浆通道41，外层水煤浆通道41用于输出外层水煤浆。参考图1，第三管道400包括依次相连的第三管道直筒段42和第三管道缩颈段43，即在第三管道400的下游端部形成第三管道缩颈段43，从而提高外层水煤浆喷出速度。发明人发现，通过在第三管道400和第二管道300之间形成的外层水煤浆通道41内供给水煤浆，一方面，外层水煤浆通道41内供给的水煤浆可以对外层氧气通道31的氧气起到包裹的作用，维持了外层氧气的剪切方向角，进而增强了外层氧气对水煤浆薄膜的雾化能力；再一方面，通过同时设置内层水煤浆通道21和外层水煤浆通道41，可以将一部分水煤浆分配到外层水煤浆通道41中，降低内层水煤浆通道21内水煤浆的流速，从而降低了水煤浆对内层水煤浆通道21的磨损，同时提高了氧气和水煤浆的混合效果；另一方面，外层水煤浆通道41喷出的水煤浆相当于在外层氧通道31喷出的氧气外侧增加了一层隔热保护层，避免了炉膛内大量的还原性气体与氧气直接接触，避免氧气与还原性气体进一步燃烧释放大量热导致烧嘴龟裂，提高烧嘴使用寿命，同时降低了还原气气体与烧嘴端部的接触，降低了还原气气体对烧嘴端部的腐蚀，提高烧嘴使用寿命。根据本实用新型的一个具体实施例，所述内层水煤浆通道的横截面与所述外层水煤浆通道的横截面积比值范围是5:1至7:1。发明人发现。比例过小会造成外层水煤浆流量太大，隔绝了外部高温烟气和内层氧气，不利于水煤浆的燃烧；比例过大会造成外层水煤浆流量过小，起不到保护的作用。
进一步的，内层氧管道100的横截面、内层水煤浆通道21的横截面、外层氧通道31的横截面与外层水煤浆通道41的横截面积比值是(6～9):(5～7):(18～24):1。发明人发现，在该比例范围内，水煤浆烧嘴能够在保证高效雾化的前提下，通过外层水煤浆对烧嘴起到保护作用，偏离这个范围会导致烧嘴雾化效果变差会防护效果不足。
根据本实用新型的实施例，冷却管道500设于所述第三管道400外壁。例如，冷却水管道可盘绕在第三管道的外壁，从而经冷却水管道供冷却水以冷却烧嘴，从而提高烧嘴使用寿命。优选的，参考图1，冷却管道500可套设在第三管道400并与第三管道400的外壁形成冷却水通道51，从而提高冷却水与第三管道400外壁的接触面积，提高烧嘴冷却效率。
进一步的，参考图2，冷却管道500包括第一子冷却管道52和第二子冷却管道53，第一子冷却管道52下游端部与第二子冷却管道53连通，第一子冷却管道52用于输入冷却水，冷却水与第三管道400热交换升温，第二子冷却管道53用于将升温后的冷却水输出，以此形成循环，第一子冷却管道52可连续不断输入冷却水，以充分冷却烧嘴。优选的，第一子冷却管道52套设于所述第三管道400且与第三管道400的外壁形成第一冷却水通道521；第二子冷却管道53套设于第一子冷却管道52且与第一子冷却管道52的外壁形成第二冷却水通道531，第一冷却水通道521用于输入冷却水，第二冷却水通道531用于输出冷却水，这种套置的方式有利于增加冷却水与管道的接触面积，增加冷却效率。
根据本实用新型实施例的煤气化烧嘴，通过在内层氧管道上依次套设第一管道、第二管道、第三管道，并且在第一管道与内层氧管道之间形成的内层水煤浆通道内供给水煤浆，在第二管道与第一管道之间形成的外层氧通道内供给氧气，内层氧管道高速喷射氧气使得经内层水煤浆通道喷出的水煤浆形成水煤浆薄膜，从而经外层氧通道供给的氧气可以对该水煤浆薄膜进行撕裂雾化，实现氧气和水煤浆的充分混合，从而提高煤气化效率，同时通过在第三管道和第二管道之间形成的外层水煤浆通道内供给水煤浆，一方面，外层水煤浆通道内供给的水煤浆可以对外层氧气通道的氧气起到包裹的作用，维持了外层氧气的剪切方向角，进而增强了外层氧气对水煤浆薄膜的雾化能力，再一方面，通过同时设置内层水煤浆通道和外层水煤浆通道，可以将一部分水煤浆分配到外层水煤浆通道中，降低内层水煤浆管道的流速，从而降低了水煤浆对内层水煤浆通道的磨损，同时提高了氧气和水煤浆的混合效果，另一方面，外层水煤浆通道喷出的水煤浆相当于在外层氧通道喷出的氧气外侧增加了一层隔热保护层，避免了炉膛内大量的还原性气体与氧气直接接触，从而降低了烧嘴头部的工作温度，同时降低了还原气气体与烧嘴端部的接触，降低了还原气气体对烧嘴端部的腐蚀，提高烧嘴使用寿命；另外通过在第三管道外壁上设置冷却管道对第三管道进行降温，可以显著降低炉膛内燃烧烟气对第三管道的热腐蚀，提高烧嘴的使用寿命。由此，采用该煤气化烧嘴不仅可以提高氧气和水煤浆的混合效果，从而提高水煤浆气化效率，而且可以提高其使用寿命，降低煤气化成本。
在本实用新型的第二个方面，本实用新型提出了一种气化炉。根据本实用新型的实施例，所述气化炉上设有上述任一项实施例提供的所述的煤气化烧嘴。由此，可以提高气化炉中煤气化效率。需要说明的是，上述针对煤气化烧嘴所描述的特征和优点同样适用于该气化炉，此处不再赘述。
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实用新型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实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种煤气化烧嘴，其特征在于，包括：
内层氧管道；
第一管道，所述第一管道套设于所述内层氧管道且与所述内层氧管道的外壁形成内层水煤浆通道；
第二管道，所述第二管道套设于所述第一管道且与所述第一管道的外壁形成外层氧气通道；
第三管道，所述第三管道套设于所述第二管道且与所述第二管道的外壁形成外层水煤浆通道；
冷却管道，所述冷却管道设于所述第三管道外壁。
2.根据权利要求1所述的煤气化烧嘴，其特征在于，所述内层氧管道的横截面与所述外层氧通道的横截面积比值范围是1:4至1:2；
所述内层水煤浆通道的横截面与所述外层水煤浆通道的横截面积比值范围是5:1至7:1。
3.根据权利要求1或2所述的煤气化烧嘴，其特征在于，所述内层氧管道的下游端部与所述第一管道下游端部之间形成预混空间。
4.根据权利要求1或2所述的煤气化烧嘴，其特征在于，所述内层氧管道的横截面、所述内层水煤浆通道的横截面、所述外层氧管道的横截面与所述外层水煤浆通道的横截面积比值是(6～9):(5～7):(18～24):1。
5.根据权利要求1或2所述的煤气化烧嘴，其特征在于，所述冷却管道包括：第一子冷却管道和第二子冷却管道，所述第一子冷却管道下游端部与所述第二子冷却管道连通。
6.根据权利要求5所述的煤气化烧嘴，其特征在于，所述第一子冷却管道套设于所述第三管道且与所述第三管道的外壁形成第一冷却水通道；
所述第二子冷却管道套设于所述第一子冷却管道且与所述第一子冷却管道的外壁形成第二冷却水通道。
7.根据权利要求1或2所述煤气化烧嘴，其特征在于，所述内层氧管道下游的端部、所述第一管道下游的端部、所述第二管道下游的端部和所述第三管道下游的端部中的至少之一涂布有耐还原涂层。
8.根据权利要求7所述的煤气化烧嘴，其特征在于，所述耐还原涂层包括碳化钨和陶瓷中的至少之一。
9.根据权利要求7所述的煤气化烧嘴，其特征在于，所述耐还原涂层厚度是3-5毫米。
10.一种气化炉，其特征在于，所述气化炉上设有权利要求1-9任一项所述的煤气化烧嘴。
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