CN100535517C - 多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴及其应用,所述烧嘴,包括:依次同轴设置的外环喷头、中环喷头和内环喷头;分别与外环喷头、中环喷头和内环喷头相连接的中心导管、中环导管和外环导管,其特征在于,还包括设置在内环喷头内的中心喷头;所说的中心喷头为一个截头的锥管,顶部设有封盖,封盖上设有小孔,中心喷头和内环喷头之间为内环通道。本发明的烧嘴,具有多通道结构,大大加强了液膜内外侧的气动力,烧嘴雾化性能明显提高。结构简单、制作与维护方便、雾化性能优良、混合均匀、烧嘴冷却***使用寿命长等优点,用途广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种制合成气烧嘴,尤其涉及一种液态燃料部分氧化制备合成气(CO+H2)的烧嘴。
背景技术
液态燃料(包括液态碳氢质燃料,或可泵送的固态含碳物质的浆料,固态含碳物质选自粉煤、石油焦、生物质或固态废弃物)部分氧化制备合成气的气流床气化方法,是在气流床中,将液态燃料与气化剂在高温高压下进行化学反应,制得以一氧化碳和氢气为主要组成的合成气。这种气化方法温度、压力高,设备生产强度大,碳转化率高,对燃料的适应性强,制得的合成气可用于发电、生产化学品与化肥、合成油品、作气体燃料等,用途十分广泛。
烧嘴是气流床气化的关键部件之一。通过它将液态燃料和气化剂以一定速度导入气流床,在高速喷射的气化剂的气动力作用下,将液态燃料雾化成小液滴,实现液态燃料与气化剂的充分混合,并发生化学反应。由于气化反应器内反应温度高达~1500℃,压力约为1.0~10MPa,对烧嘴要求非常高。烧嘴结构设计不当,将会导致烧嘴雾化效果差、烧嘴端部烧蚀、烧嘴冷却***泄漏等,产生严重后果。现有的烧嘴专利技术,如中国专利申请号:93118217.4、94214422.8、95111750.5等,存在烧嘴雾化效果差、烧嘴使用寿命短等问题。实践中迫切需要雾化性能优良、长寿命的液态燃料部分氧化制合成气烧嘴。
发明内容
本发明的目的是公开一种液态燃料部分氧化制合成气烧嘴及其应用,以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明所说的液态燃料部分氧化制合成气烧嘴,包括:
依次同轴设置的外环喷头、中环喷头和内环喷头;
分别与外环喷头、中环喷头和内环喷头相连接的外环导管、中环导管和中心导管;
其特征在于,还包括设置在内环喷头内的中心喷头;
所说的中心喷头为一个截头的锥管,顶部设有封盖,封盖上设有小孔,中心喷头和内环喷头之间为内环通道,通过中心喷头上的小孔实现气化剂在中心喷头和内环喷头间的分配。
将本发明的液态燃料部分氧化制合成气烧嘴安装于气化炉后,可用于液态燃料部分氧化制备合成气,所说的液态燃料包括液态碳氢质燃料,或可泵送的固态含碳物质的浆料,固态含碳物质选自粉煤、石油焦、生物质或固态废弃物中的一种或其混合物。
将气化剂从烧嘴的外环喷头、内环喷头和中心喷头喷射进入气化炉,液态燃料通过烧嘴中环喷头喷射进入气化炉,中心喷头气化剂的流速为1~100m/s,内环喷头气化剂的流速为20~300m/s,外环喷头气化剂的流速为20~300m/s;
将液态燃料从烧嘴的中环喷头喷射进入气化炉,流速为1~30m/s。
气化剂的分配如下:
外环喷头的气化剂的量为气化剂总体积的48~98%,内环喷头为1~50%,中心喷头为1~50%;
液态燃料通过烧嘴中环喷头喷射进入气化炉后,在气化剂的高速气动力的作用下,液态燃料被雾化成小液滴,并与气化剂在喷口处进行剧烈混合,同时在高温下进行部分氧化反应,即气化反应。
所说的气化剂是空气、氧的体积含量大于21%的富氧空气、氧的体积含量大于98%的纯氧、水蒸汽或CO2中的一种或其混合物。
本发明的烧嘴的适用压力为0.5~12.0MPa。
本发明的烧嘴也适用于还原气的生产。
由于本发明烧嘴的多通道结构,大大加强了液膜内外侧(特别是内侧)的气动力,烧嘴雾化性能明显提高。本发明的烧嘴,具有结构简单、制作与维护方便、雾化性能优良、混合均匀、烧嘴冷却***使用寿命长等优点,用途广泛。
附图说明
图1为本发明的液态燃料部分氧化制合成气烧嘴的结构示意图。
图2为图1中的A-A部分的局部剖视示意图。
图3为放大的中心喷头结构示意图。
具体实施方式
参见图1、图2和图3,本发明所说的烧嘴,包括:
依次同轴设置的外环喷头1、中环喷头2和内环喷头3;
分别与外环喷头1、中环喷头2和内环喷头3相连接的外环导管5、中环导管6和中心导管7;
其特征在于,还包括设置在内环喷头3内的中心喷头4;
所说的中心喷头4为一个截头的锥管,顶部设有封盖401,封盖401上设有小孔18,中心喷头4和内环喷头3之间为内环通道10,通过中心喷头上的小孔18实现气化剂在中心喷头和内环喷头间的分配;
参见图2和图3:
优选的,小孔18的面积为内环通道10的1~50%;
优选的,内环通道10中内环通道导流块12;
优选的,所说的中心喷头4的喷口处设有喷口直段,中心喷头4的喷口口径d与喷口直段高度h的比例,即h∶d=0~10,优选为0.1~4;
优选的,所说的中心喷头4的喷口端面与内环喷头3的喷口端面之间的距离r为0~3mm,优选为0~2mm;
优选的,所说的中心喷头4具有中心喷头内收缩半角ω和中心喷头外侧倾角σ,ω为0°~70°,优选为5°~30°,σ为10°~90°,优选为40°~85°;
优选的,内环喷头3具有内环喷头内收缩半角α和内环喷头外侧倾角β,α为0°~80°,优选为5°~50°,β为10°~90°,优选为40°~85°;
中环喷头2的具有中环喷头内收缩半角ε和中环喷头外侧倾角γ,ε为0°~80°,优选为5°~50°,γ为10°~90°,优选为40°~85°;
所说的内环喷头3的喷口端面与中环喷头2的喷口端面之间的距离s为0~20mm,优选为0.5~10mm;
所说的中环喷头2的喷口端面与外环喷头1的喷口端面之间的距离t为0~20mm,优选为0.5~10mm;
优选的,参见图1,所说的烧嘴还包括冷却***,所说的冷却***包括设置在外环喷头1外侧的冷却室15、与冷却室15相连通的冷却液进口管和冷却液出口管。冷却液进、出口导管通过焊接方式连接在冷却室后部。所说的冷却液一般为水,也可为其它安全的液体。
实施例1
将上述的烧嘴安装于中国专利98110616.1公开的气化炉后,当燃料是浓度为61%(质量%)的水煤浆时,以98%(体积)的纯氧为气化剂,气化结果为合成气中有效气组分CO+H2(vol%)83.5%,灰渣残碳为3%,烧嘴连续使用寿命可达4个月,完全满足水煤浆气化的要求。
所说的烧嘴的结构参数如下:
中心喷头4的喷口口径d与喷口直段高度h的比例,即h∶d=0.1;
中心喷头4的喷口端面与内环喷头3的喷口端面之间的距离r为0.5mm;
内环喷头3的喷口端面与中环喷头2的喷口端面之间的距离s为4mm
中环喷头2的喷口端面与外环喷头1的喷口端面之间的距离t为2mm;
小孔18的面积为内环通道(10)的30%;
具体工艺过程如下:
将气化剂从烧嘴中心喷头、内环喷头和外环喷头喷射进入气化炉,液态燃料通过烧嘴中环喷头喷射进入气化炉。
中心喷头气化剂的流速为20m/s,内环喷头气化剂的流速为180m/s,外环喷头气化剂的流速为180m/s,液态燃料流速为20m/s。80%的气化剂通过外环喷头喷射进入气化炉,15%的气化剂通过内环喷头进入气化炉,5%的气化剂通过中心喷头进入气化炉;压力为6.5MPa。
实施例2
将上述的烧嘴安装于中国专利98110616.1公开的气化炉后,当燃料是浓度为63%(质量%)的水煤浆时,以99.6%的纯氧为气化剂,气化结果为合成气中有效气组分CO+H2(vol%)85.5%,灰渣残碳为3%,烧嘴连续使用寿命可达4个月,完全满足水煤浆气化的要求。
所说的烧嘴的结构参数如下:
中心喷头4的喷口口径d与喷口直段高度h的比例,即h∶d=1;
中心喷头4的喷口端面与内环喷头3的喷口端面之间的距离r为2mm;
内环喷头3的喷口端面与中环喷头2的喷口端面之间的距离s为5mm;
中环喷头2的喷口端面与外环喷头1的喷口端面之间的距离t为5mm;
小孔18的面积为内环通道10的20%;
具体工艺过程如下:
将气化剂从烧嘴中心喷头、内环喷头和外环喷头喷射进入气化炉,液态燃料通过烧嘴中环喷头喷射进入气化炉。中心喷头气化剂的流速为10m/s,内环喷头气化剂的流速为110m/s,外环喷头气化剂的流速为110m/s,液态燃料流速为10m/s。60%的气化剂通过外环喷头喷射进入气化炉,30%的气化剂通过内环喷头进入气化炉,10%的气化剂通过中心喷头进入气化炉;压力为2.0MPa。
Claims (10)
1.多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴,包括:
依次同轴设置的外环喷头(1)、中环喷头(2)和内环喷头(3);
分别与外环喷头(1)、中环喷头(2)和内环喷头(3)相连接的外环导管(5)、中环导管(6)和中心导管(7);其特征在于,所述烧嘴还包括设置在内环喷头(3)内的中心喷头(4);所说的中心喷头(4)为一个截头的锥管,所述锥管的顶部设有封盖(401),封盖(401)上设有小孔(18),中心喷头(4)和内环喷头(3)之间为内环通道(10)。
2.根据权利要求1所述的多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴,其特征在于,小孔(18)的面积为内环通道(10)的1~50%。
3.根据权利要求1所述的多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴,其特征在于,内环通道(10)中设有内环通道导流块(12)。
4.根据权利要求1所述的多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴,其特征在于,所说的中心喷头(4)的喷口处设有喷口直段,中心喷头(4)的喷口口径d与喷口直段高度h的比例,h∶d=0~10。
5.根据权利要求1所述的多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴,其特征在于,所说的中心喷头(4)的喷口端面与内环喷头(3)的喷口端面之间的距离r为0~3mm。
6.根据权利要求1所述的多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴,其特征在于,所说的中心喷头(4)具有中心喷头内收缩半角ω和中心喷头外侧倾角σ,ω为0°~70°,σ为10°~90°。
8.根据权利要求7所述的多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴,其特征在于,所说的烧嘴还包括冷却***,所说的冷却***包括设置在外环喷头(1)外侧的冷却室(15)、与冷却室(15)相连通的冷却液进口管和冷却液出口管。
9.权利要求1~8任一项所述的多通道液态燃料部分氧化制合成气烧嘴的应用,其特征在于,将液态燃料部分氧化制合成气烧嘴安装于气化炉后,用于液态燃料部分氧化制备合成气。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于,所说的液态燃料包括液态碳氢质燃料,或可泵送的固态含碳物质的浆料,固态含碳物质选自粉煤、石油焦、生物质或固态废弃物中的一种或其混合物;
将气化剂从烧嘴的外环喷头、内环喷头和中心喷头喷射进入气化炉,液态燃料通过烧嘴中环喷头喷射进入气化炉,中心喷头气化剂的流速为1~100m/s,内环喷头气化剂的流速为20~300m/s,外环喷头气化剂的流速为20~300m/s;
将液态燃料从烧嘴的中环喷头喷射进入气化炉,流速为1~30m/s;
气化剂的分配如下:
外环喷头的气化剂的量为气化剂总体积的48~98%,内环喷头为1~50%,中心喷头为1~50%;
所说的气化剂是空气、氧的体积含量大于21%的富氧空气、水蒸汽或CO2中的一种或其混合物。
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