一種氣化燒嘴和氣化爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于煤氣化領(lǐng)域，具體地，涉及一種氣化爐及其氣化燒嘴。
【背景技術(shù)】
[0002]煤的清潔高效利用是目前煤炭科學(xué)研宄最重要的課題，煤氣化是煤清潔高效利用的最重要途徑，也是一切煤化工項(xiàng)目的源頭。其中，氣化燒嘴是整個(gè)氣化爐的關(guān)鍵設(shè)備之一，氣化燒嘴技術(shù)的發(fā)展直接決定了氣化技術(shù)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。
[0003]圖1和圖2展示了現(xiàn)有技術(shù)中常見的兩種氣化燒嘴結(jié)構(gòu)。圖1為CN 102583243 A中所示的同軸式射流氣化噴嘴，包括內(nèi)燒嘴、中燒嘴和外燒嘴，并且在燒嘴的部分壁面上設(shè)有涂層以提高使用壽命。但這種傳統(tǒng)的同軸式射流氣化噴嘴在使用時(shí)，“火焰”的噴射距離較長(zhǎng)，使得氣化爐內(nèi)的耐火磚使用壽命較短。而且，這種噴嘴中的氣化劑與燃料的混合效果一般，燃料與氣化劑在氣化爐內(nèi)會(huì)形成較大的渦流返混，以增加燃料的停留時(shí)間，這使得所需的氣化爐的反應(yīng)器體積較大。
[0004]圖2為審定號(hào)為CN1015822的專利中所示的一種氣化噴嘴，其中的氣化劑射流和燃料流之間存在一定的夾角，但是二者的撞擊點(diǎn)(即燃燒區(qū))在燒嘴的前端，也稱燒嘴面。此類氣化噴嘴的缺點(diǎn)是因氣化工藝中高熱通量和潛在的腐蝕性環(huán)境極易在在燒嘴面造成損壞。為克服此缺陷，燒嘴結(jié)構(gòu)就需要設(shè)計(jì)的較為復(fù)雜，甚至還需要在燒嘴前端外表面增設(shè)耐火襯或設(shè)置帶內(nèi)冷通道的空心壁件，使冷卻流體在內(nèi)冷通道中高速循環(huán)。
[0005]現(xiàn)有研宄已表明，當(dāng)氣化溫度達(dá)到1400°C以上時(shí)，氣化的總體反應(yīng)速度是基本不受溫度影響的，主要控制因素為氣固之間的傳質(zhì)速率。因此，如何強(qiáng)化氣固之間的傳質(zhì)是解決氣化效率低的關(guān)鍵途徑，從而也能降低停留時(shí)間，減少設(shè)備體積，降低設(shè)備投資等。對(duì)氣流床氣化爐而言，強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱的關(guān)鍵是讓固體顆粒均勻分散并快速混合到氣相介質(zhì)中，同時(shí)盡量減少返混。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]為克服上述缺陷，本實(shí)用新型提供了一種氣化燒嘴及具有該氣化燒嘴的氣化爐，該氣化燒嘴結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，具備更優(yōu)的混合效果，尤其是大大減少了對(duì)氣化爐爐壁的損傷，提高氣化爐的使用壽命。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種氣化燒嘴，該氣化燒嘴包括燒嘴座、中心噴管和多根斜向噴管，中心噴管從燒嘴座的外側(cè)垂直地穿入該燒嘴座內(nèi)，多根斜向噴管圍繞中心噴管對(duì)稱布置并從外側(cè)傾斜地穿入燒嘴座內(nèi)，由中心噴管導(dǎo)入的中心流與由斜向噴管導(dǎo)入的斜向流能夠在燒嘴座內(nèi)側(cè)的交匯點(diǎn)處對(duì)撞并燃燒氣化，燒嘴座的內(nèi)側(cè)還形成有環(huán)繞交匯點(diǎn)設(shè)置以抑制斜向流沖擊的周向防護(hù)層。
[0008]優(yōu)選地，周向防護(hù)層為內(nèi)設(shè)耐熱材料的筒狀防護(hù)罩，該防護(hù)罩的頂端連接于燒嘴座的內(nèi)側(cè)壁，防護(hù)罩的內(nèi)環(huán)壁上嵌有沿該內(nèi)環(huán)壁連續(xù)布置的冷卻液盤管，該冷卻液盤管外覆蓋有冷卻液管防護(hù)層。
[0009]更優(yōu)選地，在防護(hù)罩內(nèi)，由內(nèi)環(huán)壁圍繞的內(nèi)腔室包括頂端呈擴(kuò)口狀的上部圓錐臺(tái)內(nèi)腔室和底端呈擴(kuò)口狀的下部圓錐臺(tái)內(nèi)腔室，中心噴管和多根斜向噴管均連通至上部圓錐臺(tái)內(nèi)腔室，交匯點(diǎn)位于下部圓錐臺(tái)內(nèi)腔室內(nèi)。
[0010]更優(yōu)選地，燒嘴座內(nèi)設(shè)有環(huán)繞中心噴管的第一冷卻腔室和環(huán)繞多根斜向噴管的第二冷卻腔室，該第二冷卻腔室與冷卻液盤管連通。
[0011]優(yōu)選地，燒嘴座的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置惰性氣體噴管，以噴射出作為周向防護(hù)層的惰性氣體防護(hù)層。
[0012]更優(yōu)選地，所述惰性氣體噴管周向設(shè)置在靠近氣化爐爐壁與燒嘴座的所述內(nèi)側(cè)的交匯處，以便更好地防止高速的斜向流對(duì)氣化爐爐壁的沖擊與腐蝕。
[0013]同樣更優(yōu)選地，惰性氣體防護(hù)層為CO2氣體防護(hù)層。
[0014]可選擇地，由中心噴管導(dǎo)入的中心流為燃料流，由斜向噴管導(dǎo)入的斜向流為氣化劑射流。
[0015]優(yōu)選地，中心噴管包括套設(shè)的外噴管和內(nèi)噴管，外噴管的外端和內(nèi)噴管的外端中的一者通入燃料，另一者通入氣化劑形成一次氣化劑射流，外噴管和內(nèi)噴管的穿入燒嘴座的內(nèi)端均設(shè)有噴頭；內(nèi)噴管的內(nèi)端噴頭相對(duì)于燒嘴座的內(nèi)側(cè)壁回縮至該燒嘴座內(nèi)，使得內(nèi)端噴頭與內(nèi)側(cè)壁之間的內(nèi)縮空間形成為預(yù)混區(qū)；
[0016]其中，由斜向噴管導(dǎo)入的斜向流為二次氣化劑射流，在預(yù)混區(qū)內(nèi)，由外噴管或內(nèi)噴管導(dǎo)入的一次氣化劑射流和燃料流混合成中心混合流，該中心混合流與二次氣化劑射流匯集于交匯點(diǎn)處。
[0017]可選擇地，外噴管的外端設(shè)有切向入口，通過該切向入口進(jìn)入的流體能夠在外噴管與內(nèi)噴管之間形成旋流。
[0018]可選擇地，內(nèi)噴管的外壁面上設(shè)有沿軸向呈螺旋狀延伸的導(dǎo)向葉片，以引導(dǎo)由外噴管進(jìn)入的流體能夠在外噴管與內(nèi)噴管之間形成旋流。
[0019]可選擇地，內(nèi)噴管的內(nèi)端的外壁面上設(shè)有沿周向布置的多個(gè)螺旋槳葉，由外噴管進(jìn)入的流體經(jīng)由相鄰的任意兩個(gè)螺旋槳葉之間的間隙通道以旋流形式進(jìn)入預(yù)混區(qū)。
[0020]在上述基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還提供了一種氣化爐，該氣化爐的爐壁上和/或頂部設(shè)有根據(jù)本實(shí)用新型上述的氣化燒嘴。
[0021]優(yōu)選地，氣化爐的頂部可間隔布置有多個(gè)上述氣化燒嘴。
[0022]根據(jù)上述技術(shù)方案，在本實(shí)用新型的氣化燒嘴中，不同于傳統(tǒng)的同軸式射流氣化噴嘴，米用了圍繞中心噴管設(shè)置的多根斜向噴管，兩類噴管中噴出的中心流與斜向流在燒嘴座的內(nèi)側(cè)發(fā)生對(duì)撞并燃燒氣化，從而避免了對(duì)燒嘴面或燒嘴本身造成損壞，對(duì)撞燃燒還能有效增強(qiáng)燃料顆粒的均勻分散效果以及與氣化劑的快速混合，對(duì)撞后速率降低，也減小了返混以及燃燒火焰的長(zhǎng)度，從而減小所需的氣化爐體積，此外還特別設(shè)置了周向防護(hù)層以防止高速的斜向流對(duì)氣化爐爐壁的沖擊與腐蝕。
[0023]本實(shí)用新型的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0024]圖1和圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的兩種氣化燒嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式的氣化燒嘴及其在氣化爐上的安裝結(jié)構(gòu)的不意圖；
[0026]圖4與圖3類似，局部具體地顯示了氣化燒嘴的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，尤其是展示了作為周向防護(hù)層的一種優(yōu)選實(shí)施方式的筒狀防護(hù)罩的具體結(jié)構(gòu)以及冷卻結(jié)構(gòu)；
[0027]圖5為具有切向入口的外噴管的俯視圖；
[0028]圖6為具有導(dǎo)向葉片的內(nèi)噴管的立體視圖；
[0029]圖7為噴嘴端設(shè)有沿周向布置的螺旋槳葉的內(nèi)噴管的截面圖；
[0030]圖8為根據(jù)本實(shí)用新型的氣化燒嘴在氣化爐爐壁上的安裝結(jié)構(gòu)示意圖，立體地展示了四個(gè)斜向噴管圍繞中心噴管均勻布置；
[0031]圖9為根據(jù)本實(shí)用新型的七個(gè)氣化燒嘴在氣化爐爐壁上的安裝結(jié)構(gòu)示意圖，其中還展示了形成惰性氣體的周向防護(hù)層的氣管布置。
[0032]附圖標(biāo)記說曰月
[0033]I 燒嘴座2 中心噴管
[0034]3 斜向噴管4 防護(hù)罩
[0035]5 氣化爐6 連接法蘭
[0036]11 第一冷卻腔室 12第二冷卻腔室
[0037]13 內(nèi)側(cè)壁21外噴管
[0038]22 內(nèi)噴管23切向入口
[0039]24 導(dǎo)向葉片25螺旋槳葉
[0040]41 耐熱材料42冷卻液盤管
[0041]43 冷卻液管防護(hù)層 P 交匯點(diǎn)
[0042]A 上部圓錐臺(tái)內(nèi)腔室B下部圓錐臺(tái)內(nèi)腔室
[0043]C 預(yù)混區(qū)D 間隙通道
[0044]α