CN107033972A - 一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴 - Google Patents

Abstract

一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴，本发明涉及煤气化领域，具体涉及一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴。本发明要解决现有气化炉烧嘴制造成本高、在炉内高温条件下易烧损、使用寿命短以至于经常导致气化炉停车的技术问题。烧嘴包括煤粉管道、氧气管道、吹扫气管道、氧气管道收缩口和吹扫气管道收缩口，煤粉管道、氧气管道和吹扫气管道依次由内向外同轴心套装，氧气管道背离烧嘴头部的一端与煤粉管道的外侧壁密封安装，吹扫气管道背离烧嘴头部的一端与氧气管道的外侧壁密封安装。本发明的气化炉烧嘴制造成本低、使用寿命长，能够实现气化装置长周期运行。本发明用于煤化工领域。

Description

一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴

技术领域

本发明涉及一种煤气化领域，具体涉及一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴。

背景技术

我国是世界煤炭生产和消费大国，目前，煤炭在我国一次能源消费结构中占70％左右，其中一半以上的煤炭都是采用直接燃烧的方式加以利用，由此产生的燃煤污染物对生态环境造成了严重的污染。煤气化是最重要的洁净煤技术之一，具有广泛的应用。当前主要的煤气化技术有移动床(固定床)气化、流化床气化、气流床气化和熔融床气化，其中气流床气化技术因其气化强度高、单炉生产能力大、煤种适应范围广、碳转化率高等优点已成为煤炭气化技术的主要发展方向。

烧嘴是气流床气化装置的关键部件，科技工作者针对其进行了较多的研究。申请公开号为CN1710333A的中国发明专利公开了一种气化炉用旋流燃烧器，它径向由内往外依次同轴线布置了三级水冷夹套，能有效保护烧嘴，提高烧嘴使用寿命。然而它具有以下缺点：(1)三级水冷夹套使燃烧器制造工艺复杂，加工制造成本大幅提高；(2)可靠性差，维护不方便：任何一级夹套烧嘴出现烧损，整个烧嘴都要拆下返厂维修；(3)燃烧器使用寿命依然有限，一般为一年左右。烧嘴损坏后，需要停车检修，严重影响到了气化炉运行的经济性，例如：一套造气量80000Nm³/h的煤气化生产线停运一次经济损失达4000万元以上。

发明内容

本发明要解决现有气化炉烧嘴制造成本高、在炉内高温条件下易烧损、使用寿命短以至于经常导致气化炉停车的技术问题，而提供一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴。

一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴，包括煤粉管道、氧气管道、吹扫气管道、氧气管道收缩口和吹扫气管道收缩口，煤粉管道、氧气管道和吹扫气管道依次由内向外同轴心套装，氧气管道背离烧嘴头部的一端与煤粉管道的外侧壁密封安装，吹扫气管道背离烧嘴头部的一端与氧气管道的外侧壁密封安装，煤粉管道进口端设有煤粉气流进口，氧气管道上设有氧气进口，吹扫气管道上设有吹扫气进口，煤粉管道为直管道，氧气管道出口端设有氧气管道收缩口，其收缩角为a，吹扫气管道出口端设有吹扫气管道收缩口，收缩角为b，氧气管道收缩口出口截面距离煤粉管道出口截面的距离为L。

本发明的工作原理：

煤粉在氮气或二氧化碳的输送下经煤粉管道喷入气化炉膛，氧气或者氧气与水蒸汽的混合气体经氧气管道收缩口后，与烧嘴轴线成夹角a高速喷入气化炉膛，两股气流在喷入气化炉膛较短距离后即相互混合发生气化反应。同时吹扫气(水蒸气或二氧化碳或氮气)经吹扫气管道收缩口，与烧嘴轴线成夹角b高速喷入气化炉膛。烧嘴喷出的高速气流进入炉膛后，会在烧嘴喷口区根部形成低压区，吸引高温合成气(主要成分是一氧化碳与氢气)回流到烧嘴头部附近。此时吹扫气会将烧嘴头部流动的高温合成气与由烧嘴喷入炉内的氧气隔离开，避免二者在烧嘴头部接触后燃烧形成高温区，从而起到保护烧嘴的作用。

本发明的有益效果是：

一、本发明的烧嘴能避免高温回流气体与氧气在烧嘴头部附近接触后燃烧形成高温区，使用寿命长。

现有技术中，烧嘴喷出的高速气流喷入炉膛后，会在烧嘴喷口区根部形成低压区，吸引高温合成气回流到烧嘴头部附近，由于回流的高温合成气主要成分为一氧化碳与氢气，遇到烧嘴喷出的氧气后剧烈燃烧，在烧嘴头部附近形成高温区，使得烧嘴烧损。本发明中保护气管道位于氧气管道外侧，由保护气管道高速喷入的水蒸气或氮气或二氧化碳会将炉内向烧嘴头部流动的高温合成气与烧嘴喷入炉内的氧气隔离开，防止合成气(主要成分一氧化碳与氢气)与氧气接触后燃烧形成高温区，从而降低烧嘴附近温度，保护烧嘴。因此本发明能有效保护烧嘴不被烧毁，延长烧嘴使用寿命。

二、本发明减小了烧嘴与高温合成气的接触面积，有利于保护烧嘴。

现有技术中采用水冷夹套保护烧嘴，每级水冷夹套依次由外壁、进水通道、中间夹层、出水通道、外壁组成，因此水冷夹套较厚，每级水冷夹套厚度约为75mm，每级水冷夹套头部与合成气接触的面积即为厚度约75mm的环形面积。目前常用的烧嘴一般采用多级水冷夹套保护烧嘴，燃烧器头部裸露于合成气中的面积大，容易发生高温氧化与烧损。本发明中设置煤粉管道在气化剂管道内具有一定的缩进距离，因此煤粉管道处于低温的气化剂气流(外侧)与煤粉气流(内侧)包裹中，煤粉管道与高温合成气不接触；而氧气管道则处于吹扫气(外侧)与气化剂(内侧)的包裹中。可见本发明中烧嘴内的关键部件(氧气管道与煤粉管道)均不与高温合成气接触，有利于保护烧嘴。

三、本发明有利于煤粉与气化剂的混合，有利于气化。

现有技术中煤粉通道与气化剂通道之间普遍设置有水冷夹套，水冷夹套依次由外壁、进水通道、中间夹层、出水通道、外壁组成，因此水冷夹套较厚，厚度约为75mm。煤粉环腔通道与气化剂环腔通道间隙小，约为10mm。烧嘴出口处煤粉气流与气化剂气流之间的距离是煤粉气流厚度的7.5倍，不利于煤粉与气化剂的迅速混合发生气化反应。本发明中煤粉通道区域与气化剂通道区域之间只有一层约为15mm的管壁，烧嘴出口处煤粉气流与气化剂气流之间的距离是现有技术的五分之一，并且由于气化剂通道出口端收缩口的存在，加速氧气气流与煤粉气流的混合。此外，本发明中烧嘴外层布置的吹扫气管道出口设置有收缩口，吹扫气经收缩口喷入气化炉内后，也会促使其包裹的氧气气流与煤粉气流向烧嘴轴线汇聚，加强气化剂气流与煤粉气流的混合，促进气化反应的进行。

四、本发明保护气不影响气化反应的正常进行。

本发明中保护气通道持续通入的水蒸气或者氮气或二氧化碳。水蒸气为气化原料，氮气为惰性气体，不参与气化反应，二氧化碳是气化产物之一，均不影响炉内气化反应的正常进行。

五、本发明节省了设备制造费用和运行维护成本，结构简单，可靠性强。

首先，本发明降低了烧嘴制造费用。为了防止气化炉烧嘴因高温烧毁，现有技术中普遍采用水冷夹套来冷却烧嘴，将其温度控制在一个合理的范围内。为了保证烧嘴得到均匀、良好的冷却，避免出现冷却盲区，冷却水套管路结构设计比较复杂，加工技术要求很高，导致烧嘴制造费用大幅增加，可靠性较差。本发明中采用保护气保护烧嘴，没有水冷夹套，烧嘴结构简单，制造方便，节省了水冷夹套的制造费用。其次，本发明节省了烧嘴水循环***的制造费用及驱动循环的运行成本。现有技术的烧嘴采用水冷夹套保护，为避免管路腐蚀及结垢，水冷套采用除氧水冷却，所以冷却水***必然要有水箱、给水泵、送水管路、除氧器、水位控制***、回水回路以及监测仪表等，整套***成本较高。同时，每年水循环回路的运行成本(如水费、电费、维护费)比较大。可见现有技术制造费用贵，运营成本高。本发明中没有水冷夹套，自然没有水循环***，本发明相比现有技术节省了水循环***的制造费用和运营成本。而本发明保护气采用的水蒸气、氮气或二氧化碳，正是化工厂的副产品，取材方便，节约成本。此外，即使由于生产负荷波动等因素导致最外侧保护气通道烧损，本发明的其气通道与煤粉通道仍可以继续使用，喷嘴可以正常运行。可见本发明设备制造费用以及运行维护成本低，结构简单，可靠性强。

本发明带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴用于煤化工领域。

附图说明

图1为具体实施方式一所述一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴的结构示意图，其中，1代表煤粉管道，2代表氧气管道，3代表吹扫气管道，4代表氧气管道收缩口，5代表吹扫气管道收缩口，1-1代表煤粉气流进口，2-1代表氧气进口，3-1代表吹扫气进口，6代表炉膛边界线，7代表回流高温合成气，8代表吹扫气(水蒸气或者氮气或二氧化碳)，9代表氧气气流与煤粉气流组成的混合气流。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴，包括煤粉管道1、氧气管道2、吹扫气管道3、氧气管道收缩口4和吹扫气管道收缩口5，煤粉管道1、氧气管道2和吹扫气管道3依次由内向外同轴心套装，氧气管道2背离烧嘴头部的一端与煤粉管道1的外侧壁密封安装，吹扫气管道3背离烧嘴头部的一端与氧气管道2的外侧壁密封安装，煤粉管道1进口端设有煤粉气流进口1-1，氧气管道2上设有氧气进口2-1，吹扫气管道3上设有吹扫气进口3-1，煤粉管道1为直管道，氧气管道2出口端设有氧气管道收缩口4，其收缩角为a，吹扫气管道3出口端设有吹扫气管道收缩口5，收缩角为b，氧气管道收缩口4出口截面距离煤粉管道1出口截面的距离为L。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述氧气管道收缩口4的收缩角a的范围为0°＜a≤45°。其它与具体实施方式一相同。

本实施方式的设置便于增强气化剂与煤粉的混合，加快煤气化反应进行。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述吹扫气管道收缩口5的收缩角b的范围为0°＜b≤a。其它与具体实施方式一或二相同。

本实施方式的设置便于吹扫气气流包裹着气化剂气流流动，防止炉内回流的可燃气体(主要为一氧化碳与氢气)与气化剂气流接触。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述氧气管道收缩口4出口截面距离煤粉管道1出口截面的距离L的范围为0＜L≤50mm。其它与具体实施方式一至三之一相同。

本实施方式的设置增加了气化剂与煤粉的预混段，强化气化剂与煤粉的混合，同时又防止预混段过长，使得煤粉提前燃烧，烧蚀烧嘴。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述吹扫气管道6中输送水蒸气、二氧化碳或氮气。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述氧气管道2中输送氧气，或者氧气与水蒸汽的混合气体。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述煤粉管道1中输送煤粉。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：煤粉管道1为筒形管道。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：氧气管道2和吹扫气管道3均为环形管道。其它与具体实施方式一至八之一相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

本实施例一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴，包括煤粉管道1、氧气管道2、吹扫气管道3、氧气管道收缩口4和吹扫气管道收缩口5，煤粉管道1、氧气管道2和吹扫气管道3依次由内向外同轴心套装，氧气管道2背离烧嘴头部的一端与煤粉管道1的外侧壁密封安装，吹扫气管道3背离烧嘴头部的一端与氧气管道2的外侧壁密封安装，煤粉管道1进口端设有煤粉气流进口1-1，氧气管道2上设有氧气进口2-1，吹扫气管道3上设有吹扫气进口3-1，煤粉管道1为直管道，氧气管道2出口端设有氧气管道收缩口4，其收缩角为a，吹扫气管道3出口端设有吹扫气管道收缩口5，收缩角为b，氧气管道收缩口4出口截面距离煤粉管道1出口截面的距离为L。

其中，所述煤粉管道1中输送煤粉；氧气管道2中输送氧气；所述吹扫气管道6中输送水蒸气；所述氧气管道收缩口4的收缩角a为45°；所述吹扫气管道收缩口5的收缩角b为30°；所述氧气管道收缩口4出口截面距离煤粉管道1出口截面的距离L为50mm。

本实施例所述烧嘴制造成本为50-100万元，约为相同规格的现有烧嘴制造成本的30％-50％；经过试烧，采用本实施例烧嘴烧嘴未见烧蚀现象，烧嘴寿命可达2-3年以上，为现有烧嘴寿命的4-6倍，为企业节省烧嘴更换及维护费用800-1200余万元。

一只采用现有技术的烧嘴制造成本为150-200万元，烧嘴使用6个月后烧嘴头部即发现有明显的烧蚀，烧嘴水冷套开裂漏水。企业被迫关闭整条生产线，以停炉更换烧嘴，据统计造成总经济损失约5000万元。

Claims (9)

1.一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴，其特征在于：它包括煤粉管道(1)、氧气管道(2)、吹扫气管道(3)、氧气管道收缩口(4)和吹扫气管道收缩口(5)，煤粉管道(1)、氧气管道(2)和吹扫气管道(3)依次由内向外同轴心套装，氧气管道(2)背离烧嘴头部的一端与煤粉管道(1)的外侧壁密封安装，吹扫气管道(3)背离烧嘴头部的一端与氧气管道(2)的外侧壁密封安装，煤粉管道(1)进口端设有煤粉气流进口(1-1)，氧气管道(2)上设有氧气进口(2-1)，吹扫气管道(3)上设有吹扫气进口(3-1)，煤粉管道(1)为直管道，氧气管道(2)出口端设有氧气管道收缩口(4)，其收缩角为a，吹扫气管道(3)出口端设有吹扫气管道收缩口(5)，收缩角为b，氧气管道收缩口(4)出口截面距离煤粉管道(1)出口截面的距离为L。

2.根据权利要求1所述的一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴，其特征在于所述氧气管道收缩口(4)的收缩角a的范围为0°＜a≤45°。

3.根据权利要求1所述的一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴，其特征在于所述吹扫气管道收缩口(5)的收缩角b的范围为0°＜b≤a。

4.根据权利要求1所述的一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴，其特征在于所述氧气管道收缩口(4)出口截面距离煤粉管道(1)出口截面的距离L的范围为0＜L≤50mm。

5.根据权利要求1所述的一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴，其特征在于所述吹扫气管道(6)中输送水蒸气、二氧化碳或氮气。

6.根据权利要求1所述的一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴，其特征在于所述氧气管道(2)中输送氧气，或者氧气与水蒸汽的混合气体。

7.根据权利要求1所述的一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴，其特征在于所述煤粉管道(1)中输送煤粉。

8.根据权利要求1所述的一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴，其特征在于煤粉管道(1)为筒形管道。

9.根据权利要求1所述的一种带有吹扫气保护的干煤粉气流床气化炉烧嘴，其特征在于氧气管道(2)和吹扫气管道(3)均为环形管道。