CN105132037A - 一种煤粉气化炉烧嘴 - Google Patents

Abstract

一种煤粉气化炉烧嘴，本发明涉及一种烧嘴，本发明为了解决采用现有技术中旋流燃烧器在使用时制造工艺复杂，加工制造成本高，拆装维护不方便，以及使用寿命短的问题，它包括至少一层保护气管道、气化剂管道、煤粉管道、第一旋流叶片、第二旋流叶片和法兰；气化剂管道套设在至少一层保护气管道的外部，煤粉管道套设在气化剂管道外部，法兰套装在煤粉管道的外侧壁上，第一旋流叶片设置在至少一层保护气管道的外侧壁和气化剂管道内侧壁之间，第二旋流叶片设置在气化剂管道的外侧壁和煤粉管道的内侧壁之间，且煤粉管道的顶端设有煤粉气流进口，气化剂管道的顶端设有气化剂进口，至少一层保护气管道的顶端设有保护气进口，本发明用于煤气化装置中。

Description

一种煤粉气化炉烧嘴

技术领域

本发明涉及一种烧嘴，具体涉及一种煤粉气化炉烧嘴。

背景技术

煤炭是一种重要的能源,但是长期以来,煤炭在使用过程中伴随着严重的环境污染问题。近年来，以减少污染排放和提高利用效率为目的的洁净煤技术日益为人们所重视；而煤气化技术是高效清洁的洁净煤技术。烧嘴是煤气化装置的关键部件。烧嘴长期处于高温环境中，极易烧损，烧嘴一旦烧损，气化装置必须停车，给企业造成巨大经济损失。

中国发明专利申请公开号CN1710333A公开了一种旋流燃烧器，它径向由内往外依次同轴线布置了三级水冷夹套。第一级水冷夹套中心为点火燃料管道和高能点火枪；第一、第二级水冷夹套之间为气化剂管道，气化剂管道中设有旋流叶片；2-5根煤粉管沿圆周均布在第二、第三级水冷夹套中间，旋转缠绕在第二级水冷夹套的外壁上。这种旋流燃烧器气化剂与煤粉均采用旋流的方式喷入有利于两者的混合；燃烧器中装有三级水冷夹套，能有效保护烧嘴，提高烧嘴使用寿命。然而它具有以下缺点：1三级水冷夹套使燃烧器制造工艺复杂，加工制造成本大幅提高；2拆装维护不方便；3燃烧器使用寿命依然有限，一般为一年左右。

发明内容

本发明为了解决采用现有技术中旋流燃烧器在使用时制造工艺复杂，加工制造成本高，拆装维护不方便，以及使用寿命短的问题，进而提供一种煤粉气化炉烧嘴。

本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：

它包括至少一层保护气管道、气化剂管道、煤粉管道、第一旋流叶片、第二旋流叶片和法兰；气化剂管道套设在至少一层保护气管道的外部，煤粉管道套设在气化剂管道外部，法兰套装在煤粉管道的外侧壁上，第一旋流叶片设置在至少一层保护气管道的外侧壁和气化剂管道内侧壁之间，第二旋流叶片设置在气化剂管道的外侧壁和煤粉管道的内侧壁之间，且第一旋流叶片和第二旋流叶片靠近气化剂管道的底端设置，煤粉管道的顶端和气化剂管道的外侧壁密封设置，且煤粉管道的顶端设有煤粉气流进口，气化剂管道的顶端和至少一层保护气管道的外侧壁密封设置，且靠近气化剂管道的顶端设有气化剂进口，至少一层保护气管道的顶端设有保护气进口。

本发明的有益效果是：

一、气流床气化炉内气化反应温度高达1250℃以上，高温气化带来了气化炉烧嘴更易过烧的问题。现有技术中采用水冷夹套保护烧嘴，烧嘴与水接触的部分温度低，但烧嘴裸露在烟气中的另一侧，由于与其接触的烟气温度较高，以及烧嘴持续向炉内通入氧气，周围氧气含量高，容易发生高温氧化。冷却水量根据回水温度进行调节，当供水系统、水温测量系统出现问题时，易导致冷却水量不足。一旦冷却水量达不到要求，烧嘴头部就会过热而导致烧损。本发明的烧嘴中心有两个保护气通道，源源不断的氮气或二氧化碳由这两个保护气通道喷入炉膛。持续喷入的氮气或二氧化碳将该烧嘴包围起来，使其处于惰性气体环境，避免了高温氧化问题。另外喷入的氮气或二氧化碳温度较低，且为惰性气体，能有效降低该烧嘴附近温度，避免烧嘴因过热而烧损。

二、本发明减小了烧嘴与烟气的接触面积，有利于保护烧嘴。现有技术中常采用多级水冷夹套保护烧嘴，每级水冷夹套均由外壁、进水通道、中间夹层、出水通道、外壁组成，因此水冷夹套较厚，每级水冷夹套厚度约为75mm，每级水冷夹套头部与烟气接触的面积即为环厚约为75mm的环形面积。目前常用的烧嘴由内而外同轴线布置有点火燃料通道、第一级水冷夹套、气化剂通道、第二级水冷夹套、煤粉通道、第三级水冷夹套。可见该燃烧器头部与烟气接触的总面积为3个环厚均约为75mm的环形的面积之和。燃烧器头部裸露于烟气中的面积大，容易发生高温氧化与烧损。本发明中各个通道之间只有一层约为15mm的管壁，烧嘴头部与烟气接触的总面积为3个内径不同，壁厚均约为15mm的钢管的管壁横截面积。当本发明与现有技术的气化剂通道、煤粉通道宽度及气化剂通道内径相同时，现有技术的烧嘴头部与烟气接触的面积是本发明的5倍以上。因此，本发明烧嘴头部与烟气接触的面积小，有利于保护烧嘴。

三、本发明的烧嘴能避免被高温回流烟气烧损。旋流燃烧器形成的旋转气流喷入炉膛后，受到离心力的作用，会靠近炉壁区做旋转流动，导致气化炉中心压力较低，高温烟气被卷吸到气化炉中心然后向上回流到烧嘴头部附近，形成中心回流区。中心回流区内向上流动的高温烟气进一步增加了烧嘴头部温度，使得烧嘴更易烧损。现有技术中烧嘴头部水冷夹套通道截面小且有弯头存在，冷却不充分，因此烧嘴头部易烧损。本发明中保护气通道高速喷入的氮气或二氧化碳会将中心回流区内向上流动的高温烟气吹离烧嘴，从而降低烧嘴附近温度，保护烧嘴不被高温回流烟气烧损。综上所述，本发明能有效保护烧嘴不被烧毁，延长烧嘴使用寿命。

四、本发明有利于煤粉与气化剂的混合，有利于气化。现有技术中采用三级水冷夹套保护烧嘴，煤粉通道与气化剂通道之间有水冷夹套，水冷夹套由外壁、进水通道、中间夹层、出水通道、外壁组成，因此水冷夹套较厚，厚度约为75mm。煤粉环腔通道与气化剂环腔通道间隙小，约为10mm。烧嘴出口处煤粉气流与气化剂气流之间的距离是煤粉气流厚度的7.5倍，不利于煤粉与气化剂的迅速混合，不利于气化反应。本发明中气体保护通道位于烧嘴中心，煤粉通道区域与气化剂通道区域之间只有一层约为15mm的管壁，烧嘴出口处煤粉气流与气化剂气流之间的距离是现有技术的五分之一，有利于煤粉与气化剂混合，促进气化反应进行。

五、本发明保护气不影响气化反应的正常进行。本发明中保护气通道持续通入的氮气或二氧化碳。氮气为惰性气体，不参与气化反应，二氧化碳是气化产物之一。两者均不影响炉内气化反应的正常进行。

六、本发明节省了设备制造费用和运行成本。首先，本发明降低了烧嘴制造费用。为了防止气化炉烧嘴因高温烧毁，现有技术中普遍采用水冷夹套来冷却烧嘴，将其温度控制在一个合理的范围内。为防止瞬时断水或切换水源时将水冷套烧坏，多数水冷夹套采用耐热合金钢制作。同时冷却水套内外温差大，热应力较大，特别是热应力易集中的角部焊缝，更易泄露，一般采用与烧嘴相同的材料制作水冷套，并注意焊接和热处理规范、热膨胀差的补偿问题。为了保证烧嘴得到均匀、良好的冷却，避免出现冷却盲区，冷却水套管路结构设计比较复杂，同时采用稍大的流通截面，尽量减少弯头，来减少流动阻力。总之，带有水冷夹套的烧嘴制造工艺非常复杂，加工要求很高，而且所用原材料价格昂贵，例如耐高温、耐冲刷的HAYNES188合金，这都导致烧嘴制造费用大幅增加。本发明中采用保护气保护烧嘴，没有水冷夹套，烧嘴结构简单，制造方便，节省了水冷夹套的制造费用。其次，本发明节省了烧嘴水循环系统的制造费用及驱动循环的运行成本。现有技术的烧嘴采用水冷夹套保护，为避免管路腐蚀及结垢，水冷套采用除氧水冷却，所以冷却水系统必然要有水箱、给水泵、送水管路、除氧器、水位控制系统、回水回路以及监测仪表等，整套系统成本较高。同时，每年水循环回路的运行成本(如水费、电费、维护费)比较大。可见现有技术制造费用贵，运营成本高。本发明中没有水冷夹套，自然没有水循环系统，本发明相比现有技术节省了水循环系统的制造费用和运营成本。本发明保护气采用氮气或二氧化碳，正是化工厂的副产品，取材方便，节约成本。

附图说明

图1是本发明整体原理图，图2是本发明的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图2说明本实施方式，一种煤粉气化炉烧嘴，它包括至少一层保护气管道1、气化剂管道2、煤粉管道3、第一旋流叶片4、第二旋流叶片5和法兰6；气化剂管道2套设在至少一层保护气管道1的外部，煤粉管道3套设在气化剂管道2外部，法兰6套装在煤粉管道3的外侧壁上，第一旋流叶片4设置在至少一层保护气管道1的外侧壁和气化剂管道2内侧壁之间，第二旋流叶片5设置在气化剂管道2的外侧壁和煤粉管道3的内侧壁之间，且第一旋流叶片4和第二旋流叶片5靠近气化剂管道2的底端设置，煤粉管道3的顶端和气化剂管道2的外侧壁密封设置，且煤粉管道3的顶端设有煤粉气流进口3-1，气化剂管道2的顶端和至少一层保护气管道1的外侧壁密封设置，且靠近气化剂管道2的顶端设有气化剂进口2-1，至少一层保护气管道1的顶端设有保护气进口。

本实施方式中，至少一层保护气管道内部为保护气通道区域，至少一层保护气管道1和气化剂管道2之间形成气化剂通道区域，气化剂管道2和煤粉管道3之间形成煤粉通道区域。

具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式的一种煤粉气化炉烧嘴，所述至少一层保护气管道1的保护气管道为一层的第一保护气管道1-1，其它结构与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种煤粉气化炉烧嘴，所述至少一层保护气管道1的保护气管道为两层的第一保护气管道1-1和第二保护气管道1-2，第二保护气管道1-2套设在第一保护气管道1-1上，第二保护气管道1-2的顶端与第一保护气管道1-1的外侧壁密封设置，第一保护气管道1-1的顶端加工有第一保护气进口1-3，第二保护气管道1-2靠近顶端侧壁加工有第二保护气进口1-4，其它结构与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种煤粉气化炉烧嘴，所述第一保护气管道1-1、第二保护气管道1-2、气化剂管道2和煤粉管道3均为环形管道，且第一保护气管道1-1、第二保护气管道1-2、气化剂管道2和煤粉管道3均同轴设置，其它结构与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种煤粉气化炉烧嘴，所述第一保护气管道1-1是由钢制成的第一保护气管道，第二保护气管道1-2是由钢制成的第二保护气管道，气化剂管道2是由钢制成的气化剂管道，煤粉管道3是由钢制成的煤粉管道，其它结构与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种煤粉气化炉烧嘴，所述第一保护气管道1-1的壁厚、第二保护气管道1-2的壁厚、气化剂管道2的壁厚和煤粉管道3的壁厚均为15mm，其它结构与具体实施方式五相同。

工作原理

该烧嘴安装在气化炉顶部。氧气和水蒸汽混合后流入气化剂管道，流过第一旋流叶片4后旋转喷入炉膛，煤粉依靠高速氮气(或二氧化碳)吹入煤粉管道3，流过第二旋流叶片5后同样旋转喷入炉膛，氧气，水蒸气和煤粉在近炉壁区旋转向下流动的同时两者发生气化反应。反应过程中生成大量合成气和渣，同时放出大量热量。由于气流在近壁区流动，中心压力较低，高温烟气会向上卷吸，形成中心回流区。氮气或二氧化碳不停地经第一保护气管道1-1和第二保护气管道1-2吹入炉膛内，由于氮气或二氧化碳流速较高且为惰性气体，会将卷吸回炉膛顶部的高温烟气向下吹离顶部，降低本发明该烧嘴处的温度，保护该烧嘴不被烧损。

Claims (6)

1.一种煤粉气化炉烧嘴，其特征在于：它包括至少一层保护气管道(1)、气化剂管道(2)、煤粉管道(3)、第一旋流叶片(4)、第二旋流叶片(5)和法兰(6)；气化剂管道(2)套设在至少一层保护气管道(1)的外部，煤粉管道(3)套设在气化剂管道(2)外部，法兰(6)套装在煤粉管道(3)的外侧壁上，第一旋流叶片(4)设置在至少一层保护气管道(1)的外侧壁和气化剂管道(2)内侧壁之间，第二旋流叶片(5)设置在气化剂管道(2)的外侧壁和煤粉管道(3)的内侧壁之间，且第一旋流叶片(4)和第二旋流叶片(5)靠近气化剂管道(2)的底端设置，煤粉管道(3)的顶端和气化剂管道(2)的外侧壁密封设置，且煤粉管道(3)的顶端设有煤粉气流进口(3-1)，气化剂管道(2)的顶端和至少一层保护气管道(1)的外侧壁密封设置，且靠近气化剂管道(2)的顶端设有气化剂进口(2-1)，至少一层保护气管道(1)的顶端设有保护气进口。

2.根据权利要求1所述的一种煤粉气化炉烧嘴，其特征在于：所述至少一层保护气管道(1)的保护气管道为一层的第一保护气管道(1-1)。

3.根据权利要求1所述的一种煤粉气化炉烧嘴，其特征在于：所述至少一层保护气管道(1)的保护气管道为两层的第一保护气管道(1-1)和第二保护气管道(1-2)，第二保护气管道(1-2)套设在第一保护气管道(1-1)上，第二保护气管道(1-2)的顶端与第一保护气管道(1-1)的外侧壁密封设置，第一保护气管道(1-1)的顶端加工有第一保护气进口(1-3)，第二保护气管道(1-2)靠近顶端侧壁加工有第二保护气进口(1-4)。

4.根据权利要求2或3所述的一种煤粉气化炉烧嘴，其特征在于：所述第一保护气管道(1-1)、第二保护气管道(1-2)、气化剂管道(2)和煤粉管道(3)均为环形管道，且第一保护气管道(1-1)、第二保护气管道(1-2)、气化剂管道(2)和煤粉管道(3)均同轴设置。

5.根据权利要求4所述的一种煤粉气化炉烧嘴，其特征在于：所述第一保护气管道(1-1)是由钢制成的第一保护气管道，第二保护气管道(1-2)是由钢制成的第二保护气管道，气化剂管道(2)是由钢制成的气化剂管道，煤粉管道(3)是由钢制成的煤粉管道。

6.根据权利要求5所述的一种煤粉气化炉烧嘴，其特征在于：所述第一保护气管道(1-1)的壁厚、第二保护气管道(1-2)的壁厚、气化剂管道(2)的壁厚和煤粉管道(3)的壁厚均为15mm。