CN103333717B - 一种气化炉工艺烧嘴结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种气化炉工艺烧嘴结构，包括烧嘴本体，所述本体上由内至外依次设有多个原料通道和冷却水腔，其特征在于所述烧嘴的前端面上设有与所述烧嘴的前端面相适配的耐火度大于等于1770℃的隔热层，该隔热层与所述烧嘴的前端面相平行，所述的隔热层通过多个间隔设置的渣钉连接所述烧嘴的前端面。与现有技术相比，本发明避开了本领域改善烧嘴使用寿命以及提供其运行周期的常规思路，通过设置隔热层来阻挡气化炉内的高温辐射，使通过烧嘴本体前端面的热流密度大幅减少，从而大幅降低前端面附近由温度梯度引起的热应力，并可同时降低烧嘴前端面的温度，使烧嘴的许用应力增大，有效延长了气化炉工艺烧嘴的运行周期。

Description

一种气化炉工艺烧嘴结构

技术领域

本发明涉及到气化炉结构，具体指一种气化炉工艺烧嘴结构。

背景技术

烧嘴是气化炉的关键部件之一，它的主要作用是将燃料和气化剂以一定速度导入气化炉，在高速喷射的气化剂的动力作用下，实现燃料与气化剂的充分混合后发生不完全燃烧的化学反应。由于气化炉内的工作温度通常高于1400℃，并处于加压的环境下，因此对烧嘴的要求很高，如果烧嘴结构设计不当，将会导致燃料与气化剂混合效果差、烧嘴端部冷却不足、热应力过高，严重时影响气化炉正常运行。

为了增加烧嘴的运行周期，避免烧嘴在应力下产生裂纹，人们做了大量的研发工作。

例如，专利号为CN200610030864.3、CN201120103388.X、CN200920070813.2、CN00121897.2和CN200610030864.3，公告号为CN102278753A所公开的技术方案均是通过提高烧嘴材料的性能及改善冷却效果，来降低烧嘴前端面的温度，使之降到材料许可范围内。这些方案均存在受压件材料的许用值偏低的问题，从而导致采用的多为高性能材料，而忽略烧嘴前端面区域由于高热流密度引起的热应力。

公告号为CN101956982A所公开的技术方案是通过在烧嘴前端面处喷水，利用水的汽化带走热量来保持烧嘴区域的较低温度。但是这种方案要保障烧嘴长周期运行存在较大不确定性，主要问题为烧嘴附近的气流不是静止的，喷入的水虽然能气化吸热，但是不单单吸烧嘴区域的热，另外喷入水后对进入气化炉的合成气成分也有一定的影响，尤其是在微型通孔情况下存在较大的温度梯度。

专利号为CN201020534852.6和公告号为CN101956982A所公开的技术方案，都采用通过小孔喷水来吸收热量，同样存在上述问题，而且由于额外引入的冷却盘管本身的热流密度很大，也存在由于温度梯度过大导致热应力过大而出现失效，使冷却盘管也成为一个主要的事故源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种能够有效延长高温高辐射条件下使用寿命以及运行周期的气化炉工艺烧嘴结构。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该气化炉工艺烧嘴结构，包括烧嘴本体，所述烧嘴本体上由内至外依次设有多个原料通道和冷却水腔，其特征在于所述烧嘴的前端面上设有与所述烧嘴的前端面相适配的耐火度大于等于1770℃的隔热层，该隔热层与所述烧嘴的前端面相平行，所述的隔热层通过多个间隔设置的渣钉连接所述烧嘴的前端面。

所述的隔热层采用氧化铝、氧化镁或碳化硅制备而成。

所述渣钉选用高温合金N06600、N06230或N06002，通过折弯、冲压或焊接的方法制备而成。

所述渣钉为“Y”型，渣钉的一字端连接所述烧嘴的前端面，所述渣钉的枝丫端埋设在所述的隔热层内。

所述隔热层和所述烧嘴的前端面之间还设有与所述烧嘴前端面相适配的遮热环，该遮热环采用高温合金N06600、N06230或N06002制备而成，所述遮热环与所述烧嘴的前端面和所述隔热层之间均具有间隙；所述遮热环通过多根间隔设置的连接凸柱焊接在所述烧嘴的前端面上；所述渣钉连接在所述遮热环上。

所述遮热环的厚度为0.5-5mm，所述隔热层的厚度为2-20mm。

所述遮热环与所述隔热层的通孔的大小与外圈原料通道的直径匹配。

所述遮热环与所述烧嘴前端面之间的间距为0.5-5mm。

所述隔热层与所述遮热环之间的间距为0.5-5mm。

与现有技术相比，本发明避开了本领域改善烧嘴使用寿命以及提供其运行周期的常规思路，采用在烧嘴的前端面前设置耐火度超过1770℃的隔热层来阻挡气化炉内的高温辐射，使通过烧嘴本体前端面的热流密度大幅减少，从而大幅降低前端面附近由温度梯度引起的热应力，并可同时降低烧嘴前端面的温度，变相提高了材料的使用性能，使烧嘴的许用应力增大，有效延长了气化炉工艺烧嘴的运行周期。本发明的技术方法可以极大地减少烧嘴本体5前端面7的热流密度，可以较好地解决烧嘴在气化炉高温高辐射条件下，烧嘴前端由热应力导致的贯穿裂纹的损坏问题。

附图说明

图1为本发明实施例装配结构的立体示意图；

图2为图1的纵向剖视图；

图3为本发明实施例分解结构的立体示意图；

图4为发明实施例中烧嘴的温度分布图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图3所示，该气化炉工艺烧嘴结构包括烧嘴本体1，烧嘴本体1上由内至外依次为煤粉通道11、氧气通道12、蒸汽通道13以及与外界水管2相连通的冷却水腔14。

遮热环3，设置在烧嘴的前端面15的前方，该遮热环3通过多个间隔设置的连接钉4焊接在烧嘴前端面上。本实施例中的遮热环采用N06600材料制备，遮热环中部通孔的大小与蒸汽通道13的直径相等，遮热环的厚度为2mm。连接钉4采用N06600材料制备，连接钉一端焊接在遮热环上，另一端焊接在烧嘴本体的前端面上。本实施例中，遮热环3与烧嘴本体的前端面之间的间距为2mm。

隔热层5，采用碳化硅材料制备，其中间通孔的大小与遮热环通孔的大小相等；本实施例中隔热层5的厚度为4mm，隔热层5与遮热环3之间的间距为2mm。

渣钉6，有多个，用于连接隔热层5和遮热环3，本实施例中的渣钉6为“Y”形结构。渣钉6的一字端通过焊接连接在遮热环3上，渣钉6的枝丫端埋设在隔热层5内，渣钉先焊接到遮热环3上，再紧贴遮热环3放置与隔热层5相匹配的易熔凹模，通过浇注成型制备得到隔热层5，最后通过加热熔去凹模。

本实施例中渣钉6采用高温合金N06600通过折弯成Y形制备而成。

该气化炉工艺烧嘴结构的工作原理描述如下：

一般烧嘴头部冷却***中，冷却水侧的热阻远小于炉侧(为图2中的15)，而炉侧的换热主要通过辐射进行。本实施例在烧嘴的前端面外部通过连接钉连接遮热环，再在遮热环上通过渣钉固定一定厚度的隔热层进行再次阻挡，避免了炉内高温气体及炉壁对烧嘴前端面的直接辐射。经过计算流体动力学CFD模拟得到在其它条件相同的情况下，辐射经过两次阻挡后，通过烧嘴前端面的热量密度减小一大半。以炉内温度为1550℃为例，烧嘴前端面在不安装遮热环和隔热层的情况下，烧嘴前端面的温度为300℃条件下，热流密度约为：1e6W/㎡；而本实施例中的热流密度则降至2.55e5W/㎡，而此时，隔热层的平均温度约为1200℃，遮热环的平均温度约为790℃，具体温度分布参见图4。

另外在遮热环上通过渣钉固定隔热层，能够降低遮热环的温度，并使遮热环的表面温度趋于均匀，也减小了烧嘴前端面的温度不均匀性，从而减小烧嘴前端面的切向热应力。

Claims (6)

1.一种气化炉工艺烧嘴结构，包括烧嘴本体，所述烧嘴本体上由内至外依次设有多个原料通道和冷却水腔，其特征在于所述烧嘴的前端面上设有与所述烧嘴的前端面相适配的耐火度大于等于1770℃的隔热层，该隔热层与所述烧嘴的前端面相平行，所述的隔热层通过多个间隔设置的渣钉连接所述烧嘴的前端面；

所述隔热层和所述烧嘴的前端面之间还设有与所述烧嘴前端面相适配的遮热环，该遮热环采用高温合金N06600、N06230或N06002制备而成，所述遮热环与所述烧嘴的前端面和所述隔热层之间均具有间隙；所述遮热环通过多根间隔设置的连接凸柱焊接在所述烧嘴的前端面上；所述渣钉连接在所述遮热环上；

所述遮热环与所述烧嘴前端面之间的间距为0.5-5mm；

所述隔热层与所述遮热环之间的间距为0.5-5mm。

2.根据权利要求1所述的气化炉工艺烧嘴结构，其特征在于所述的隔热层采用氧化铝、氧化镁或碳化硅制备而成。

3.根据权利要求1或2所述的气化炉工艺烧嘴结构，其特征在于所述渣钉选用高温合金N06600、N06230或N06002，通过折弯、冲压或焊接的方法制备而成。

4.根据权利要求3所述的气化炉工艺烧嘴结构，其特征在于所述渣钉为“Y”型，渣钉的一字端连接所述烧嘴的前端面，所述渣钉的枝丫端埋设在所述的隔热层内。

5.根据权利要求1所述的气化炉工艺烧嘴结构，其特征在于所述遮热环的厚度为0.5-5mm，所述隔热层的厚度为2-20mm。

6.根据权利要求5所述的气化炉工艺烧嘴结构，其特征在于所述遮热环与所述隔热层的通孔的大小与外圈原料通道的直径匹配。