五通道負荷可控式水煤漿氣化噴嘴的製作方法

2023-10-28 16:21:32

專利名稱：五通道負荷可控式水煤漿氣化噴嘴的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及燃料霧化裝置，一種水煤漿氣化噴嘴。
煤的清潔高效利用是當今煤轉化技術研究中最活躍的課題，煤汽化生產合成氣、燃料氣和還原氣是煤的清潔高效利用的最重要的途徑。在眾多的氣化方法中，人們普遍看好以水煤漿為原料、以含氧氣體為氣化劑的射流攜帶床(或稱氣流床)技術。70年代末，美國Texaco開發公司與德國魯爾公司完成了水煤漿射流攜帶床氣化技術，80年代初應用於世界上第一套商業化聯合循環發電(IGCC)示範裝置(美國Cool-Water電站)以及美國伊斯曼(Eastman)醋酸裝置，相繼建設的還有日本葉縣年產三十萬噸合成氨裝置，該技術的核心是水煤漿氣化噴嘴。
美國專利U．S．Patant3705108、3743606分別公開了一種水煤漿氣化噴嘴，該類噴嘴具有結構簡單、維修方便等優點，但是在工業生產的實際使用中發現，該類噴嘴存在下列缺點(1)不適當的火焰形狀，造成氣化爐內耐火磚嚴重燒蝕，縮短了氣化爐的使用壽命；(2)氣化劑與燃料混合不理想，氣化不完全，有效氣(CO+H2)成分的含量較低，碳的轉化率僅為96％；(3)負荷調節範圍不大。
中國專利申請號95111750．5公開了一種霧化效果較為優異的水煤漿氣化噴嘴，該噴嘴使用壽命長，碳的轉化率可達98％，但依然存在著負荷調節範圍小的缺點，其負荷可調範圍一般為20％左右，當該噴嘴在大負荷下操作時，噴嘴出口容易形成＂煤柱＂，影響其霧化效果，因此，該噴嘴不適宜於負荷變化大於20％的氣化爐。為此，產業部門迫切希望科技人員對現有的氣化噴嘴作出改進，提供一種性能更為優異的氣化噴嘴，以推動煤氣化工業的技術進步。
本實用新型的目的在於克服現有技術的缺點，設計一種五通道負荷可控的水煤漿氣化噴嘴，所說的噴嘴具有使用壽命長、火焰形狀可控、霧化效果好和負荷調節範圍大等優點，特別適用於電網調峰時負荷大範圍變化的整體煤氣化聯合循環(IGCC)發電裝置。
本發明的構思是這樣的(1)設置多個燃料與氣化劑通道，從而可以大大提高噴嘴的處理能力，而且可以通過關閉或開啟某一燃料通道及其對應的氣化劑通道，達到大幅度調節負荷的目的。(2)使燃料和氣化劑在噴嘴的同一水平位置噴出，使燃料在噴出噴嘴時形成的一定厚度的液膜，立即受到其兩側高速運動的氣化劑的作用，在水煤漿膜兩側形成雙面震蕩，從而可以有效地改善噴嘴的霧化性能，提高碳的利用率和有效氣(H2+CO)的產率。
按照上述構思，本實用新型通過大量試驗，設計了一種五通道的水煤漿氣化噴嘴，所說的噴嘴主要由中心噴管、外環噴管一、外環噴管二、外環噴管三、外環噴管四組成同心的五通道氣化噴嘴，五個通道的噴嘴出口均處於同一水平位置，氣化劑分別由中心通道、外環通道二和外環通道四進入噴嘴，水煤漿由外環通道一和外環通道三進入噴嘴，調節氣化劑與水煤漿的混合比例及射流速度，可以改變火焰的形狀，關閉或開啟氣化劑通道和相應的燃料通道，可以大幅度調節負荷，噴嘴外面設有冷卻系統，以避免高溫燒壞噴嘴。
以下結合附圖
來進一步闡明本實用新型的結構特徵圖一 五通道氣化噴嘴的外形正視圖圖二 噴管局部示圖圖三 圖二中H-H向示圖圖四 噴嘴局部示圖其中1-冷卻蛇管2-冷卻液出口3-冷卻液入口 4-氣化劑入口管一5-燃料入口管一6-氣化劑入口管二7-燃料入口管二8-氣化劑入口管三9-連接發蘭10-中心導管11-外環導管一 12-外環導管二
13-外環導管三 14-外環導管四15-中心通道16-外環通道一17-外環通道二 18-外環通道三19-外環通道四 20-凸緣21-冷卻室 22-端面，位於噴嘴的端部23-中心噴頭24-外環噴頭一25-外環噴頭二 26-外環噴頭三27-外環噴頭四 A-中心噴頭內收縮角B-中心噴頭外側傾角 A1-外環噴頭一內收縮半角B1-外環噴頭一外側傾角 A2-外環噴頭二內收縮半角B2-外環噴頭二外側傾角 A3-外環噴頭三內收縮半角B3-外環噴頭三外側傾角 A4-外環噴頭四內收縮半角B4-外環噴頭四外側傾角所說的中心噴管，由中心導管10和中心噴頭23機械配合固接而成，中心導管10的上部與氣化劑入口管三8相連接，氣化劑入口管三8的下部設有連接發蘭9，藉助它與外環導管一11的頂端發蘭9相連接；所說的外環噴管一，由外環導管一11和外環噴頭一24機械配合固接而成，外環導管一11的頂端設有連接發蘭9，藉助它與中心導管10上的發蘭9相連接，外環導管一11的上部設有燃料入口管二7，燃料入口管二7的下方設有連接發蘭9，藉助它與外環導管二12的頂端發蘭9相連接；所說的外環噴管二，由外環導管二12和外環噴頭二25機械配合固接而成，外環導管二12的頂端設有連接發蘭9，藉助它與外環導管一11上的發蘭9相連接，外環導管二12的上部設有氣化劑入口管二6，氣化劑入口管二6的下方設有連接發蘭9，藉助它與外環導管三13的頂端發蘭9相連接；所說的外環噴管三，由外環導管三13和三外環噴頭26機械配合固接而成，外環導管三13的頂端設有連接發蘭9，藉助它與外環導管二12上的發蘭9相連接，外環導管三13的上部設有燃料入口管一5，燃料入口管一5的下方設有連接發蘭9，藉助它與外環導管四14上的頂端發蘭相連接；
所說的外環噴管四，由外環導管四14和外環噴頭四27機械配合固接而成，由外環導管四14的頂端設有連接發蘭9，藉助它與外環導管三13上的發蘭9相連接，外環導管四14的上部設有氣化劑入口管一4，氣化劑入口管一4的下方設有連接發蘭9，藉助它整個噴嘴可與氣化爐相連接；所說的中心通道15為中心噴管內的空間，外環通道一16為中心噴管外壁與外環噴管一內壁所構成的環隙空間，外環通道二17為外環噴管一外壁與外環噴管二內壁構成的環隙空間，外環通道三18為外環噴管二外壁與外環噴管三內壁構成的環隙空間，外環通道四19為外環噴管三外壁與外環噴管四內壁構成的環隙空間。在四個外環通道內設有凸緣20，以確保各個通道和噴嘴的同心度。
為了保護噴嘴，在噴嘴的端部外側設置了冷卻室21，冷卻液由入口管3進入冷卻室21，經蛇管1後由出口管2排出。
中心噴頭23的內收縮半角A為15°～60°，外側傾角B為30°～60°；外環噴頭一24的內收縮半角A1與中心噴頭23的外側傾角B保持一致，外側傾角B1為20°～80°；外環噴頭二25的內收縮半角A2與外環噴頭一24的外側傾角B1保持一致，外側傾角B2為20°～80°；外環噴頭三26的內收縮半角A3與外環噴頭二25的外側傾角B2保持一致，外側傾角B3為20°～80°；外環噴頭四27的內收縮半角A4與外環噴頭三24的外側傾角B3保持一致，外側傾角B4為20°～80°。
各個噴管的截面積之比為(中心噴管)∶(外環噴管一)∶(外環噴管二)∶(外環噴管三)∶(外環噴管四)=(1～2)∶(0．01～0．1)∶(1．5～3)∶(0．02～0．12)∶(2～4)。
所說的中心導管和各個外環導管、冷卻系統均可採用不鏽鋼或Incoloy 600耐高溫材料製備，而各個噴頭必須採用耐磨、耐蝕、耐高溫的金屬或陶瓷材料。
所說的燃料除了水煤漿外，本實用新型也可以用於石腦油、柴油、重油、常減渣油、瀝青、巖頁油和其他工業廢料以及生活垃圾製成的料漿的氣化。當以水煤漿為燃料時，其濃度可為58～75％(wt％)，所說的氣化劑可以是空氣、富氧或純氧中的一種；氣化劑在噴嘴出口處的速度為30～340m／s，燃料在噴嘴出口處的速度為0．1～10m／s，氧氣與燃料中的碳量之比為0．6～1．6Nm3／kg，所說的噴嘴操作壓力為常壓～12Mpa。
燃料由燃料入口管一5和燃料入口管二7進入外環通道一16和外環通道三18；氣化劑由氣化劑入口管一4、氣化劑入口管二6和氣化劑入口管三8進入中心通道15、外環通道二17和外環通道四19，燃料和氣化劑在噴嘴的噴口處高速噴出，強烈霧化混合，同時在高溫下部分燃燒和氣化。
按照本實用新型所公開的技術方案製成的五通道氣化噴嘴，以含固量為58～75％(wt％)的水煤漿為燃料、以99．8％的富氧為氣化劑時，試用後具有如下的優點(1)負荷調節範圍可達50％，(2)有效氣(H2+CO)含量比現有技術提高1％，(3)有效氣產率為1．73Nm3／kg幹煤，比現有技術提高2～4％，(4)比氧耗(1000Nm3有效氣的氧氣耗量)為382．0Nm3／Nm3，比現有技術降低了2～4％，(5)碳的轉化率97．5％，比現有技術提高了3％。
總之，本實用新型具有霧化性能優良，負荷調節範圍大，碳的轉化率高，氣化劑消耗低，噴嘴使用壽命長等優點，從而具有十分廣闊的應用情景，將推動煤氣化工業的技術進步。
權利要求1．一種五通道負荷可控式水煤漿氣化噴嘴，主要由氣化劑噴管、燃料噴管和冷卻系統組合而成，各個噴管採用發蘭(9)相連接，並採用凸緣(20)使其保持同心，其特徵在於(1)所說的氣化劑噴管共有3組，分別為中心噴管、外環噴管二和外環環噴管四，中心噴管由中心噴頭(23)和中心導管(10)通過機械配合固接而成，外環噴管二由外環噴頭二(25)和外環導管二(12)通過機械配合固接而成，外環噴管四由外環噴頭四(27)和外環導管四(14)通過機械配合固接而成；所說的燃料噴管共有2組，分別為外環噴管三和外環噴管一，外環噴管一由外環噴頭一(24)和外環導管一(11)通過機械配合固接而成，外環噴管三由外環噴頭三(26)和外環導管三(13)通過機械配合固接而成；中心噴頭(23)的內收縮半角(A)為15°～60°，外側傾角(B)為30°～60°；外環噴頭一(24)的內收縮半角(A1)與中心噴頭(23)的外側傾角(B)保持一致，外側傾角(B1)為20°～80°；外環噴頭二(25)的內收縮半角(A2)與外環噴頭一(24)的外側傾角(B1)保持一致，外側傾角(B2)為20°～80°；外環噴頭三(26)的內收縮半角(A3)與外環噴頭二(25)的外側傾角(B2)保持一致，外側傾角(B3)為20°～80°；外環噴頭四(27)的內收縮半角(A4)與外環噴頭三(24)的外側傾角(B3)保持一致，外側傾角(B4)為20°～80°；(2)五個噴管的噴口均處於同一水平位置。
2．據權利要求1所述的噴嘴，其特徵在於各噴管截面積之比為(中心噴管)∶(外環噴管一)∶(外環噴管二)∶(外環噴管三)∶(外環噴管四)=(1～2)∶(0．01～0．1)∶(1．5～3)∶(0．02～0．12)∶(2～4)。
專利摘要本實用新型設計了一種五通道負荷可控的水煤漿氣化噴嘴,主要由兩組燃料通道和三組氣化劑通道以及冷卻系統組合而成。各噴口均處於同一水平位置,使水煤漿在噴管內形成的一定厚度的液膜,噴出後立即受到兩側高速運動的氣化劑的雙面震蕩,具有霧化效果好、負荷可控等優點,特別適用於電網調峰時負荷大範圍變化的整體煤氣化聯合循環發電裝置。
文檔編號F23N1/02GK2306406SQ97235458
公開日1999年2月3日 申請日期1997年9月8日 優先權日1997年9月8日
發明者於遵宏, 王輔臣, 吳韜, 龔欣, 於廣鎖, 潭群釗 申請人:華東理工大學