一種新型水煤漿加壓氣化爐用噴嘴及其制造方法
【專利摘要】一種新型水煤漿加壓氣化爐用噴嘴及其制造方法，改進(jìn)金屬材料成分和制造技術(shù)，提高噴嘴抗熱輻射、沖刷及高溫腐蝕性能，可應(yīng)用于各種水煤漿加壓氣化爐。對合金材料性能、熔煉過程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，開發(fā)一種鈷鉻鐵合金材料，提高材料硬度及抗高溫腐蝕能力。并提升材料高溫機(jī)械性能。是本新型材料能夠適應(yīng)不同工況、不同煤種的工作環(huán)境，本發(fā)明新型材料具有優(yōu)異的高溫性能、材料可焊性能及耐高溫腐蝕性。改進(jìn)工藝噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝，利用熱流模擬分析，了解運作時噴嘴各部件溫度變化趨勢，設(shè)計較佳燒嘴之冷卻系統(tǒng)，以延長燒嘴運行壽命，提升煤氣化爐運行周期。增加水冷通道接觸高溫區(qū)面積，提高傳熱效果，帶走更多噴嘴表面熱量。
【專利說明】一種新型水煤漿加壓氣化爐用噴嘴及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種噴嘴，尤其涉及一種新型水煤漿加壓氣化爐用噴嘴及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]水煤漿氣化技術(shù)自誕生以來，經(jīng)過不斷完善發(fā)展，已經(jīng)得到廣泛工業(yè)化應(yīng)用，具有代表性的有多噴嘴對置式水煤漿氣化爐和GE水煤漿加壓氣化爐。隨著國家對煤清潔利用技術(shù)的大力推廣，水煤漿加壓氣化在我國迅速發(fā)展，其主要優(yōu)點為:裝置運行安全可靠；自動化程度高；操作控制靈活；氣化效率高；技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)；環(huán)保性能優(yōu)越，排放低；氣化爐負(fù)荷可調(diào)節(jié)范圍大；適宜大型化等。
[0003]在水煤漿氣化爐中，水煤漿和純氧通過噴嘴并行噴入氣化爐氧氣、煤漿經(jīng)噴嘴進(jìn)入氣化爐，在噴嘴出口霧化混合，燃燒室進(jìn)行反應(yīng)，噴嘴霧化混合性能直接影響氣化反應(yīng)效率。由于噴嘴噴頭部分伸入到氣化爐內(nèi)部，工作環(huán)境惡劣，受高溫輻射、高速氣流和煤漿沖刷、高溫腐蝕氣體和熔渣沖蝕等影響，造成噴頭磨損、變形、材料性能惡化，使用周期較短。對于單噴嘴氣化技術(shù)，平均使用壽命約50天，對于多噴嘴對置式氣化技術(shù)平均80天左右，需停車更換噴嘴。延長噴嘴使用壽命，對煤氣化系統(tǒng)系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運行和高負(fù)荷生產(chǎn)具有重要的意義。
[0004]噴嘴噴頭部分惡劣的工作環(huán)境，要求材料具有以下性能:
(1)耐高溫氧化性能:氣化爐燃燒室內(nèi)溫度?1400，燒嘴頭部在使用過程中受高溫輻射，產(chǎn)生裂紋；
(2)抗沖刷、磨損性能:氧氣和煤漿在離開噴嘴頭部時，具有較高的流速，煤漿顆粒的磨損對于燒嘴的硬度要求較高；
(3)耐高溫?zé)岣g性能:保證高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性，能有效的應(yīng)對氣化爐內(nèi)的氧化、還原氣氛，保證噴嘴噴頭的材料不與爐內(nèi)的高溫氣體和熔渣的成份發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；
(4)良好的加工性能:噴嘴端部形狀復(fù)雜，加工精度要求高，要求具備良好的鑄造與機(jī)加工性能；與噴嘴本體及冷卻水管的焊接在工廠進(jìn)行，需提高焊接性能，簡化焊接工藝。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種可以提高噴嘴抗熱輻射、沖刷及高溫腐蝕性能的新型水煤漿加壓氣化爐用噴嘴及其制造方法。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種新型水煤漿加壓氣化爐用噴嘴，包括噴嘴端部，噴嘴端部帶有水冷通道，水冷通道為環(huán)形，水冷通道在噴頭端面內(nèi)部，水冷通道上方設(shè)置有進(jìn)水口，水冷通道下方設(shè)置有出水口。
[0008]所述的水冷通道內(nèi)表面帶有圓形凸起或圓形凹坑，水冷通道靠近噴嘴內(nèi)側(cè)設(shè)置有圓角。
[0009]所述的噴嘴端部后端為預(yù)置材料過渡段，新型水煤漿加壓氣化爐用噴嘴整體真空鑄造成型。
[0010]4.一種新型水煤漿加壓氣化爐用噴嘴制造方法，包括以下步驟:
I原料成分
取總重量30-36 wt %的鉻原料，12-18 wt %的鐵原料，32-57 wt %的鈷原料，0.2-2wt %的錳原料，0.2-6 wt %的鎳原料、0.2-6 wt %的鎢原料。在熔煉前，檢測原料成分中的娃、碳、硫、磷含量，使娃、碳、硫、磷元素含量在總重量地含量如下:娃含量0.2-2wt %,碳含量控制為0.03-0.18wt%、硫含量小于0.015%、磷含量小于0.015%。
[0011]2熔煉過程
熔煉制作:將材料按照以下順序進(jìn)行熔煉:其順序為先在爐體底層鋪放一層鐵原料以大塊搭配小塊材料來增加熔解效率，然后放入鈷原料；待爐體內(nèi)形成金屬液后再投入較高熔點原料:錳、鎳、鎢原料待金屬液形成后放入，其中鉻原料最后投入。
[0012](I)其熔煉溫度為 1520_1580°C。
[0013](2)其熔煉時間為 60_90min/100kg。
[0014](3)脫氣作業(yè):添加脫氧劑脫氧或于熔煉過程通入氬氣保護(hù)金屬液，
用脫氧劑脫氣:其脫氧劑用量鋁粒(80g)/熔煉總重(100kg)，用氬氣保護(hù):其通入氬氣量10?12.5升/分鐘。
[0015](4)除渣作業(yè):添加造渣劑除渣，熔煉過程中添加造渣劑除渣，造渣劑添加量為石灰石，造渣劑造渣厚度為8-15mm。除渣作業(yè)中先關(guān)閉電力使金屬液靜止，造渣后使比重比金屬輕的爐渣得以漂浮液面以利清除，出爐時用造渣包覆金屬液上層。
[0016](5)熔煉后的金屬采用真空鑄造成型，采用真空鑄造，其真空度為10-3torr，冷卻時氬氣保護(hù)。
[0017]本發(fā)明提高了噴嘴抗熱輻射，提高材料硬度及沖刷及高溫腐蝕性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的剖視圖圖。
[0019]圖2為圖1圓凸I的局部放大圖。
[0020]圖3為圖1凹坑I的局部放大圖。
[0021]圖4為本發(fā)明的主視圖。
[0022]圖5為本發(fā)明的俯視圖。
[0023]圖6為本發(fā)明右視圖。
[0024]圖7為本發(fā)明水冷通道(圓凸)的剖視圖。
[0025]附圖中:1、嗔嘴端部；2、預(yù)直材料過渡段；3、水冷通道；4、圓角；5、嗔頭端面；6、圓形凸起；7、進(jìn)水口 ；8、出水口，9、圓形凹坑。

【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
本發(fā)明如圖1、4、5、6、7所示， 一種新型水煤漿加壓氣化爐用噴嘴，包括噴嘴端部1，噴嘴端部I帶有水冷通道3，水冷通道3為環(huán)形，水冷通道3在噴頭端面5內(nèi)部，水冷通道3上方設(shè)置有進(jìn)水口 7，水冷通道3下方設(shè)置有出水口 8。
[0027]本發(fā)明如圖圖2、圖3所示:所述的水冷通道3內(nèi)表面帶有圓形凸起6或圓形凹坑9，水冷通道3靠近噴嘴內(nèi)側(cè)設(shè)置有圓角4。所述的噴嘴端部I后端為預(yù)置材料過渡段2，新型水煤漿加壓氣化爐用噴嘴整體真空鑄造成型。
[0028]4.一種新型水煤漿加壓氣化爐用噴嘴制造方法，包括以下步驟:
I原料成分
取總重量30-36 wt %的鉻原料，12-18 wt %的鐵原料，32-57 wt %的鈷原料，0.2-2wt %的錳原料，0.2-6 wt %的鎳原料、0.2-6 wt %的鎢原料。在熔煉前，檢測原料成分中的娃、碳、硫、磷含量，使娃、碳、硫、磷元素含量在總重量地含量如下:娃含量0.2-2wt %,碳含量控制為0.03-0.18wt%、硫含量小于0.015%、磷含量小于0.015%。
[0029]2熔煉過程
熔煉制作:將材料按照以下順序進(jìn)行熔煉:其順序為先在爐體底層鋪放一層鐵原料以大塊搭配小塊材料來增加熔解效率，然后放入鈷原料；待爐體內(nèi)形成金屬液后再投入較高熔點原料:錳、鎳、鎢原料待金屬液形成后放入，其中鉻原料最后投入。
[0030](I)其熔煉溫度為 1520_1580°C。
[0031](2)其熔煉時間為 60_90min/100kg。
[0032](3)脫氣作業(yè):添加脫氧劑脫氧或于熔煉過程通入氬氣保護(hù)金屬液，
用脫氧劑脫氣:其脫氧劑用量鋁粒(80g)/熔煉總重(100kg)，用氬氣保護(hù):其通入氬氣量10?12.5升/分鐘。
[0033](4)除渣作業(yè):添加造渣劑除洛，熔煉過程中添加造渣劑除洛，造渣劑添加量為石灰石，造渣劑造渣厚度為8-15mm。除渣作業(yè)中先關(guān)閉電力使金屬液靜止，造渣后使比重比金屬輕的爐渣得以漂浮液面以利清除，出爐時用造渣包覆金屬液上層。
[0034](5)熔煉后的金屬采用真空鑄造成型，采用真空鑄造，其真空度為10_3torr，冷卻時氬氣保護(hù)。
[0035]
實施例
[0036]1.通過對合金材料性能、熔煉過程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，開發(fā)一種鈷鎳鐵合金材料，提高材料硬度及抗高溫腐蝕能力。
[0037]本發(fā)明金屬材料成分要求為:鉻含量30-36 wt %，鐵含量12_18 wt %，鈷含量32-57 wt %，錳含量 0.2-2 wt %，鎳含量 0.2-6 wt %，鎢含量 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%。可以確保燒嘴產(chǎn)品高溫性能品質(zhì)，有效提升材料抗高溫氧化劑高溫?zé)岣g性能。新型合金材料相結(jié)構(gòu)平均顆粒尺寸為1052.57微米，大于傳統(tǒng)噴嘴用鈷基合金材料，以提高耐高溫、熱腐蝕性能及機(jī)械強(qiáng)度，其晶體結(jié)構(gòu)主要以面心立方晶體和緊密堆積晶體，抑制不良相碳化鉻、拓?fù)涿芘畔嗟漠a(chǎn)生。
[0038]本發(fā)明新型材料相比具有更優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、可焊性及更優(yōu)異的耐高溫腐蝕性 2.改進(jìn)工藝噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝，利用熱流模擬分析，了解運作時噴嘴各部件溫度變化趨勢，設(shè)計較佳燒嘴之冷卻系統(tǒng)，以延長燒嘴運行壽命，提升煤汽化爐運行周期。改進(jìn)燒嘴制造成型工藝，噴頭采用鑄造成型，出廠前在鑄造材料上增加焊接過渡段，降低焊接難度。
[0039]在燒嘴水冷通道截面積不變的前提下，增加水冷通道接觸高溫區(qū)面積，此項設(shè)計可有效減小燒嘴表面的高溫區(qū)域，帶走更多噴嘴表面熱量，熱模分析表明水冷出口端的溫度從原本45°C提升至52°C，表示水冷帶熱效果有明顯提升，有效帶走燒嘴頭表面整體熱倉泛。
[0040]水冷通道內(nèi)原始燒嘴尖角設(shè)計更改為圓角增加其接觸面積，使尖端的部分能透過水冷以熱對流方式帶走尖端熱量，此設(shè)計能有效降低尖端高溫集中區(qū)域溫度。
[0041]在冷卻水通道內(nèi)表面(噴頭端面內(nèi)側(cè))增加圓形凸起物(或圓形凹坑)，除了增加熱傳面積外，可利用凸起物產(chǎn)生小渦旋，幫助水冷通道內(nèi)流體進(jìn)行熱交換，有效降低噴嘴面的溫度。
[0042]新型合金材料熔煉投料順序應(yīng)先選擇較低熔點金屬鋪放在爐體底部，，以原料大小塊混合搭配，提高熔化效率，待爐體內(nèi)金屬液形成后再投入較高熔點元素，投料過程中需隨時注意是否有架橋現(xiàn)象出現(xiàn)，其易氧化元素、高蒸汽壓元素及破壞氣化膜元素應(yīng)于最后投入。制造過程中嚴(yán)格控制熔煉時間，熔煉時間不宜過長，防止高蒸汽壓及易氧化元素的損失，
具體在制造過程如下:
I原料成分
取總重量30-36 wt %的鉻原料，12-18 wt %的鐵原料，32-57 wt %的鈷原料，0.2-2wt %的錳原料，0.2-6 wt %的鎳原料、0.2-6 wt %的鎢原料。在熔煉前，檢測原料成分中的娃、碳、硫、磷含量，統(tǒng)計以上碳、硫、磷元素含量在總重量地含量如下:娃含量0.2-2wt %,碳含量控制為0.03-0.18wt%、硫含量小于0.015%、磷含量小于0.015%，如超出范圍，對原料進(jìn)行精煉調(diào)整。
[0043]2熔煉過程
熔煉制作:鈷原料及其它相對較少元素擺放到熔煉爐。其順序應(yīng)先于爐體底層鋪放一層較低熔點金屬以大塊搭配小塊材料來增加熔解效率，待爐體內(nèi)金屬液形成后再投入較高熔點元素，錳、鎳、鎢含量相對較少元素待金屬液形成后放入，其中鉻元素熔煉時間過長，會造成高蒸氣壓及易氧化，可最后投入
熔煉時間:熔煉時間不宜過長，若時間過長會造成高蒸氣壓及易氧化元素(EX: S1、Mn、Gr、W元素)于冶煉過程中損耗時間控制在70min/100kg。
[0044]熔煉溫度:熔煉溫度不宜過高，若溫度過高易使金屬液中保護(hù)膜(Cr203)開合，吸入空氣中大量氣體(EX: 02、N2)，溫度控制在1520-1580°C。
[0045]脫氣作業(yè):熔煉過程中高溫金屬液易吸氣(EX: 02、N2)，避免金屬凝固后產(chǎn)生氣孔及減少金屬含氣量，須添加脫氧劑脫氧或于熔煉過程通入氬氣保護(hù)金屬液并減少金屬液內(nèi)氮氣含量。
[0046]除渣作業(yè):熔煉過程中易產(chǎn)生氧化物熔渣，因此須添加造渣劑除渣，除渣作業(yè)中應(yīng)先關(guān)閉電力使金屬液靜止造渣厚使比重比金屬輕的爐渣得以漂浮液面以利清除。出爐時可利用造渣包覆金屬液上層，避免熱量損失及防止金屬吸氣。
[0047]3.熔煉后的金屬采用真空鑄造成型，采用真空鑄造，其真空度為10_3torr，冷卻時氬氣保護(hù)。
[0048]4.噴嘴成品內(nèi)部尺寸角度應(yīng)嚴(yán)格控制，此外冷卻水通道內(nèi)應(yīng)內(nèi)置凸起物(Φ 2mm&0.5H)，冷卻水通道靠近燒嘴內(nèi)側(cè)位置做成圓角，其內(nèi)部冷卻水通道形式尺寸應(yīng)嚴(yán)格要求并符合圖紙所示。
【權(quán)利要求】
1.一種新型水煤漿加壓氣化爐用噴嘴，包括噴嘴端部(I)，其特征是:噴嘴端部(I)帶有水冷通道(3 )，水冷通道(3 )為環(huán)形，水冷通道(3 )在噴頭端面(5 )內(nèi)部，水冷通道(3 )上方設(shè)置有進(jìn)水口( 7 )，水冷通道(3 )下方設(shè)置有出水口( 8 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型水煤漿加壓氣化爐用噴嘴，其特征是:所述的水冷通道(3)內(nèi)表面帶有圓形凸起(6)或圓形凹坑(9)，水冷通道(3)靠近噴嘴內(nèi)側(cè)設(shè)置有圓角(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型水煤漿加壓氣化爐用噴嘴，其特征是:所述的噴嘴端部(I)后端為預(yù)置材料過渡段(2 )，新型水煤漿加壓氣化爐用噴嘴整體真空鑄造成型。
4.一種新型水煤漿加壓氣化爐用噴嘴制造方法，其特征是，包括以下步驟: . 1、原料成分 取總重量30-36 wt %的鉻原料，12-18 wt %的鐵原料，32-57 wt %的鈷原料，0.2-2wt %的錳原料，0.2-6 wt %的鎳原料、0.2-6 wt %的鎢原料； 在熔煉前，檢測原料成分中的硅、碳、硫、磷含量，使硅、碳、硫、磷元素含量在總重量地含量如下:硅含量0.2-2wt %，碳含量控制為0.03-0.18wt%、硫含量小于0.015%、磷含量小于 0.015% ； . 2、熔煉過程 熔煉制作:將材料按照以下順序進(jìn)行熔煉:其順序為先在爐體底層鋪放一層鐵原料以大塊搭配小塊材料來增加熔解效率，然后放入鈷原料；待爐體內(nèi)形成金屬液后再投入較高熔點原料:錳、鎳、鎢原料待金屬液形成后放入，其中鉻原料最后投入； (1)其熔煉溫度為1520-1580°C； (2)其熔煉時間為60-90min/100kg； (3)脫氣作業(yè):添加脫氧劑脫氧或于熔煉過程通入氬氣保護(hù)金屬液， 用脫氧劑脫氣:其脫氧劑用量鋁粒(80g)/熔煉總重(100kg)，用氬氣保護(hù):其通入氬氣量10?12.5升/分鐘； (4)除渣作業(yè):添加造渣劑除渣，熔煉過程中添加造渣劑除渣，造渣劑添加量為石灰石，造洛劑造洛厚度為8-15mm ； 除渣作業(yè)中先關(guān)閉電力使金屬液靜止，造渣后使比重比金屬輕的爐渣得以漂浮液面以利清除，出爐時用造渣包覆金屬液上層； (5)熔煉后的金屬采用真空鑄造成型，采用真空鑄造，其真空度為10-3torr，冷卻時氬氣保護(hù)。
【文檔編號】C22C30/00GK104449864SQ201410747310
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】張濤, 劉進(jìn)波, 潘勇, 李耀, 宋成凱, 鮑衛(wèi)娜, 趙岐 申請人:山東兗礦國拓科技工程有限公司