CN215288661U

CN215288661U - 煤气化烧嘴及气化炉

Info

Publication number: CN215288661U
Application number: CN202120325356.8U
Authority: CN
Inventors: 胡振中; 毕大鹏; 张建胜
Original assignee: Tsinghua University; Shanxi Research Institute for Clean Energy of Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University; Shanxi Research Institute for Clean Energy of Tsinghua University
Priority date: 2021-02-04
Filing date: 2021-02-04
Publication date: 2021-12-24
Anticipated expiration: 2031-02-04

Abstract

本实用新型公开了煤气化烧嘴及气化炉。其中，煤气化烧嘴包括：烧嘴通道和相变冷却夹套，所述相变冷却夹套套设在所述烧嘴通道上；所述相变冷却夹套包括壳体、端板，所述端板设在所述壳体底部；所述壳体内设有换热工质和毛细内芯，所述壳体的顶部和上部侧壁设有散热翅片。该煤气化烧嘴采用相变冷却夹套取代传统的循环冷却水夹套，以高效、高强度的相变换热替代传统的对流换热，有效提升了烧嘴受热端面的冷却效果，改善了烧嘴的工质环境，可有效延长烧嘴的使用寿命。另一方面，该煤气化烧嘴采用相变冷却夹套取代循环冷却水夹套，还避免了设置循环冷却水泵和相关管路，节省了***的投资，提高了设备的稳定性。

Description

煤气化烧嘴及气化炉

技术领域

本实用新型涉及煤化工技术领域，具体而言，本实用新型涉及煤气化烧嘴及气化炉。

背景技术

煤气化是煤制化学品(合成氨、甲醇、乙二醇等)、煤制油、煤制氢、整体煤气化联合循环发电(IGCC)、气化联合燃料电池发电(IGFC)的关键核心技术，对于缓解我国能源供应压力，保障国家能源安全具有重要意义。煤气化烧嘴是气化炉的核心设备，其作用是将气化原料和气化剂连续稳定地输送至气化炉，并使之在气化炉内充分混合，进而发生气化反应。烧嘴结构设计的合理与否直接关系到气化炉的安全运行和反应效率，对气化炉的整体性能产生至关重要的影响。

由于气化炉内反应温度高(1500℃以上)，气化压力高(4～6MPa)，而且气化反应为煤粉和氧气之间的剧烈化学反应，会产生大量飞灰颗粒和H₂S、HCl等腐蚀性气体，因此，烧嘴端面极易因高温、磨损和腐蚀而产生裂纹，影响烧嘴使用寿命，其中，高温导致的材料性能下降是烧嘴开裂的主要原因。因此，需要在烧嘴外层设置冷却夹套，对烧嘴端面进行冷却。

传统的烧嘴冷却采用循环冷却水夹套的形式，冷却水自夹套进口进入烧嘴后在端面吸收气化炉内辐射热后由夹套出口流出。冷却方式主要依靠冷却水和夹套壁面之间的对流换热，换热系数低，不能对烧嘴端面起到较好的冷却作用。由此可见，现有的煤气化烧嘴仍有待改进。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出煤气化烧嘴及气化炉。该煤气化烧嘴通过采用相变冷却夹套进行冷却，可有效提升烧嘴受热端面的冷却效果，改善烧嘴的工质环境，有效延长烧嘴的使用寿命。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种煤气化烧嘴。根据本实用新型的实施例，该煤气化烧嘴包括：烧嘴通道；相变冷却夹套，所述相变冷却夹套套设在所述烧嘴通道上；所述相变冷却夹套包括壳体、端板，所述端板设在所述壳体底部；所述壳体内设有换热工质和毛细内芯，所述壳体的顶部和上部侧壁设有散热翅片。

根据本实用新型上述实施例的煤气化烧嘴，采用相变冷却夹套取代传统的循环冷却水夹套，以高效、高强度的相变换热替代传统的对流换热，有效提升了烧嘴受热端面的冷却效果，改善了烧嘴的工质环境，可有效延长烧嘴的使用寿命。另一方面，该煤气化烧嘴采用相变冷却夹套取代循环冷却水夹套，还避免了设置循环冷却水泵和相关管路，节省了***的投资，提高了设备的稳定性。

任选的，所述烧嘴通道包括由内至外依次套设的内通道、中通道和外通道。

任选的，所述内通道具有内通道进口，所述中通道具有中通道进口，所述外通道具有外通道进口。

任选的，所述内通道为氧气通道，所述中通道为水煤浆通道，所述外通道为氧气通道。

任选的，所述换热工质为水。

任选的，所述相变冷却夹套的内部为真空状态。

任选的，设有所述散热翅片的部分所述壳体的高度占所述壳体总高度的30％～40％。

在本实用新型的另一方面，本实用新型提出了一种气化炉。根据本实用新型的实施例，该气化炉包括上述实施例的煤气化烧嘴。该气化炉通过采用上述实施例的煤气化烧嘴，具有易于维护、稳定性高、投资成本低等优点。

另外，根据本实用新型上述实施例的气化炉还可以具有如下附加的技术特征：

在本实用新型的一些实施例中，所述气化炉与所述煤气化烧嘴之间通过法兰连接。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的煤气化烧嘴的剖面结构图；

图2是根据本实用新型另一个实施例的煤气化烧嘴的剖面结构图；

图3是根据本实用新型一个实施例的气化炉部分的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种煤气化烧嘴。下面进一步对根据本实用新型实施例的煤气化烧嘴进行详细描述。

参考图1，根据本实用新型的实施例，该煤气化烧嘴包括：烧嘴通道1和相变冷却夹套2。其中，相变冷却夹套2套设在烧嘴通道1上。相变冷却夹套2包括壳体2-1、端板2-2，端板2-2设在壳体2-1底部；壳体2-1内设有换热工质(附图中未示出)和毛细内芯2-3，壳体2-1的顶部和上部侧壁设有散热翅片2-4。

在相变冷却夹套2内，换热工质发生如下相变换热过程：(1)液态工质在烧嘴端部进行吸收气化炉内辐射热蒸发为气态，(2)气态工质向上运动至相变冷却夹套2上部，(3)气态工质在散热翅片2-4的强换热作用下，空冷为液态工质；(4)液态工质在毛细内芯2-3的毛细力和重力的共同作用下，向下运动返回烧嘴端部。由此，通过上述四个过程，本实用新型的煤气化烧嘴利用相变换热过程换热系数高、换热强度大等特点，实现了煤气化烧嘴的高效换热。

上述换热工质的具体种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。根据本实用新型的一些实施例，上述换热工质为水。水的沸点相对较低，吸收气化炉内热辐射后易于蒸发为气态，且在相变冷却夹套2上部冷却后易于冷凝为液态，从而完成相变冷却换热。另外，水作为换热工质，还具有成本低廉、易于维护等优点。

根据本实用新型的一些实施例，相变冷却夹套2的内部为真空状态。具体的，可以在使用前在相变冷却夹套2内进行抽真空处理，从而降低换热工质的沸点，从而进一步有利于换热工质通过相变来实现换热。需要说明的是，相变冷却夹套2内部的真空度可以根据所采用的具体换热工质种类来确定。例如，当换热工质采用水时，相变冷却夹套2内部的真空度小于10^-4Pa。由此，水作为换热工质进行相变换热的效果更佳。

根据本实用新型的一些实施例，设有散热翅片2-4的部分壳体2-1的高度占壳体2-1总高度的30％～40％。发明人发现，通过散热翅片2-4在壳体2-1上部侧壁的覆盖率在上述范围，可以进一步提高运动到相变冷却夹套2上部的气态工质的散热效果。如果散热翅片2-4在壳体2-1上部侧壁的覆盖率过低，则可能无法保证气态工质的高效散热；如果散热翅片2-4在壳体2-1上部侧壁的覆盖率过高，则可能导致气态工质过度冷凝，流动阻力增大，进而影响换热效果。

参考图2，根据本实用新型的一些实施例，烧嘴通道1包括由内至外依次套设的内通道1a、中通道1b和外通道1c。由此，可利用内通道1a、中通道1b和外通道1c分别向气化炉内供给不同的原料或气化剂，从而进一步提高气化炉内的气化效率。

进一步地，内通道1a具有内通道进口1a-1，中通道1b具有中通道进口1b-1，外通道1c具有外通道进口1c-1。由此，可通过各通道进口向通道进料。

根据本实用新型的一些实施例，上述内通道1a为氧气通道，中通道1b为水煤浆通道，外通道1c为氧气通道。由此，气化炉的气化效率更佳。

综上可知，本实用新型的煤气化烧嘴采用相变冷却夹套取代传统的循环冷却水夹套，以高效、高强度的相变换热替代传统的对流换热，有效提升了烧嘴受热端面的冷却效果，改善了烧嘴的工质环境，可有效延长烧嘴的使用寿命。另一方面，该煤气化烧嘴采用相变冷却夹套取代循环冷却水夹套，还避免了设置循环冷却水泵和相关管路，节省了***的投资，提高了设备的稳定性。

本实用新型的煤气化烧嘴与气化炉的具体连接方式并不是特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。参考图3，根据本实用新型的一些实施例，气化炉3与煤气化烧嘴之间通过法兰4连接。可以理解的是，图3中仅示出了气化炉3的部分结构。

另外，需要说明的是，该气化炉还具有前文针对煤气化烧嘴所描述的全部特征和优点，在此不再一一赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种煤气化烧嘴，其特征在于，包括：

烧嘴通道；

相变冷却夹套，所述相变冷却夹套套设在所述烧嘴通道上；所述相变冷却夹套包括壳体、端板，所述端板设在所述壳体底部；所述壳体内设有换热工质和毛细内芯，所述壳体的顶部和上部侧壁设有散热翅片。

2.根据权利要求1所述的煤气化烧嘴，其特征在于，所述烧嘴通道包括由内至外依次套设的内通道、中通道和外通道。

3.根据权利要求2所述的煤气化烧嘴，其特征在于，所述内通道具有内通道进口，所述中通道具有中通道进口，所述外通道具有外通道进口。

4.根据权利要求2所述的煤气化烧嘴，其特征在于，所述内通道为氧气通道，所述中通道为水煤浆通道，所述外通道为氧气通道。

5.根据权利要求1所述的煤气化烧嘴，其特征在于，所述换热工质为水。

6.根据权利要求1所述的煤气化烧嘴，其特征在于，所述相变冷却夹套的内部为真空状态。

7.根据权利要求1所述的煤气化烧嘴，其特征在于，设有所述散热翅片的部分所述壳体的高度占所述壳体总高度的30％～40％。

8.一种气化炉，其特征在于，包括权利要求1～7任一项所述的煤气化烧嘴。

9.根据权利要求8所述的气化炉，其特征在于，所述气化炉与所述煤气化烧嘴之间通过法兰连接。