CN2306406Y - 五通道负荷可控式水煤浆气化喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本实用新型设计了一种五通道负荷可控的水煤浆气化喷嘴,主要由两组燃料通道和三组气化剂通道以及冷却***组合而成。各喷口均处于同一水平位置,使水煤浆在喷管内形成的一定厚度的液膜,喷出后立即受到两侧高速运动的气化剂的双面震荡,具有雾化效果好、负荷可控等优点,特别适用于电网调峰时负荷大范围变化的整体煤气化联合循环发电装置。
Description
本实用新型涉及燃料雾化装置，一种水煤浆气化喷嘴。
煤的清洁高效利用是当今煤转化技术研究中最活跃的课题，煤汽化生产合成气、燃料气和还原气是煤的清洁高效利用的最重要的途径。在众多的气化方法中，人们普遍看好以水煤浆为原料、以含氧气体为气化剂的射流携带床(或称气流床)技术。70年代末，美国Texaco开发公司与德国鲁尔公司完成了水煤浆射流携带床气化技术，80年代初应用于世界上第一套商业化联合循环发电(IGCC)示范装置(美国Cool-Water电站)以及美国伊斯曼(Eastman)醋酸装置，相继建设的还有日本叶县年产三十万吨合成氨装置，该技术的核心是水煤浆气化喷嘴。
美国专利：U．S．Patant3705108、3743606分别公开了一种水煤浆气化喷嘴，该类喷嘴具有结构简单、维修方便等优点，但是在工业生产的实际使用中发现，该类喷嘴存在下列缺点：
(1)不适当的火焰形状，造成气化炉内耐火砖严重烧蚀，缩短了气化炉的使用寿命；
(2)气化剂与燃料混合不理想，气化不完全，有效气(CO+H2)成分的含量较低，碳的转化率仅为96％；
(3)负荷调节范围不大。
中国专利：申请号95111750．5公开了一种雾化效果较为优异的水煤浆气化喷嘴，该喷嘴使用寿命长，碳的转化率可达98％，但依然存在着负荷调节范围小的缺点，其负荷可调范围一般为20％左右，当该喷嘴在大负荷下操作时，喷嘴出口容易形成＂煤柱＂，影响其雾化效果，因此，该喷嘴不适宜于负荷变化大于20％的气化炉。为此，产业部门迫切希望科技人员对现有的气化喷嘴作出改进，提供一种性能更为优异的气化喷嘴，以推动煤气化工业的技术进步。
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，设计一种五通道负荷可控的水煤浆气化喷嘴，所说的喷嘴具有使用寿命长、火焰形状可控、雾化效果好和负荷调节范围大等优点，特别适用于电网调峰时负荷大范围变化的整体煤气化联合循环(IGCC)发电装置。
本发明的构思是这样的：(1)设置多个燃料与气化剂通道，从而可以大大提高喷嘴的处理能力，而且可以通过关闭或开启某一燃料通道及其对应的气化剂通道，达到大幅度调节负荷的目的。(2)使燃料和气化剂在喷嘴的同一水平位置喷出，使燃料在喷出喷嘴时形成的一定厚度的液膜，立即受到其两侧高速运动的气化剂的作用，在水煤浆膜两侧形成双面震荡，从而可以有效地改善喷嘴的雾化性能，提高碳的利用率和有效气(H2+CO)的产率。
按照上述构思，本实用新型通过大量试验，设计了一种五通道的水煤浆气化喷嘴，所说的喷嘴主要由中心喷管、外环喷管一、外环喷管二、外环喷管三、外环喷管四组成同心的五通道气化喷嘴，五个通道的喷嘴出口均处于同一水平位置，气化剂分别由中心通道、外环通道二和外环通道四进入喷嘴，水煤浆由外环通道一和外环通道三进入喷嘴，调节气化剂与水煤浆的混合比例及射流速度，可以改变火焰的形状，关闭或开启气化剂通道和相应的燃料通道，可以大幅度调节负荷，喷嘴外面设有冷却***，以避免高温烧坏喷嘴。
下面结合附图来进一步阐明本实用新型的结构特征：
图一 五通道气化喷嘴的外形正视图
图二 喷管局部示图
图三 图二中H-H向示图
图四 喷嘴局部示图
其中：
1-冷却蛇管 2-冷却液出口
3-冷却液入口 4-气化剂入口管一
5-燃料入口管一 6-气化剂入口管二
7-燃料入口管二 8-气化剂入口管三
9-连接发兰 10-中心导管
11-外环导管一 12-外环导管二
13-外环导管三 14-外环导管四
15-中心通道 16-外环通道一
17-外环通道二 18-外环通道三
19-外环通道四 20-凸缘
21-冷却室 22-端面，位于喷嘴的端部
23-中心喷头 24-外环喷头一
25-外环喷头二 26-外环喷头三
27-外环喷头四 A-中心喷头内收缩角
B-中心喷头外侧倾角 A1-外环喷头一内收缩半角
B1-外环喷头一外侧倾角 A2-外环喷头二内收缩半角
B2-外环喷头二外侧倾角 A3-外环喷头三内收缩半角
B3-外环喷头三外侧倾角 A4-外环喷头四内收缩半角
B4-外环喷头四外侧倾角
所说的中心喷管，由中心导管10和中心喷头23机械配合固接而成，中心导管10的上部与气化剂入口管三8相连接，气化剂入口管三8的下部设有连接发兰9，借助它与外环导管一11的顶端发兰9相连接；
所说的外环喷管一，由外环导管一11和外环喷头一24机械配合固接而成，外环导管一11的顶端设有连接发兰9，借助它与中心导管10上的发兰9相连接，外环导管一11的上部设有燃料入口管二7，燃料入口管二7的下方设有连接发兰9，借助它与外环导管二12的顶端发兰9相连接；
所说的外环喷管二，由外环导管二12和外环喷头二25机械配合固接而成，外环导管二12的顶端设有连接发兰9，借助它与外环导管一11上的发兰9相连接，外环导管二12的上部设有气化剂入口管二6，气化剂入口管二6的下方设有连接发兰9，借助它与外环导管三13的顶端发兰9相连接；
所说的外环喷管三，由外环导管三13和三外环喷头26机械配合固接而成，外环导管三13的顶端设有连接发兰9，借助它与外环导管二12上的发兰9相连接，外环导管三13的上部设有燃料入口管一5，燃料入口管一5的下方设有连接发兰9，借助它与外环导管四14上的顶端发兰相连接；
所说的外环喷管四，由外环导管四14和外环喷头四27机械配合固接而成，由外环导管四14的顶端设有连接发兰9，借助它与外环导管三13上的发兰9相连接，外环导管四14的上部设有气化剂入口管一4，气化剂入口管一4的下方设有连接发兰9，借助它整个喷嘴可与气化炉相连接；
所说的中心通道15为中心喷管内的空间，外环通道一16为中心喷管外壁与外环喷管一内壁所构成的环隙空间，外环通道二17为外环喷管一外壁与外环喷管二内壁构成的环隙空间，外环通道三18为外环喷管二外壁与外环喷管三内壁构成的环隙空间，外环通道四19为外环喷管三外壁与外环喷管四内壁构成的环隙空间。在四个外环通道内设有凸缘20，以确保各个通道和喷嘴的同心度。
为了保护喷嘴，在喷嘴的端部外侧设置了冷却室21，冷却液由入口管3进入冷却室21，经蛇管1后由出口管2排出。
中心喷头23的内收缩半角A为15°～60°，外侧倾角B为30°～60°；外环喷头一24的内收缩半角A1与中心喷头23的外侧倾角B保持一致，外侧倾角B1为20°～80°；外环喷头二25的内收缩半角A2与外环喷头一24的外侧倾角B1保持一致，外侧倾角B2为20°～80°；外环喷头三26的内收缩半角A3与外环喷头二25的外侧倾角B2保持一致，外侧倾角B3为20°～80°；外环喷头四27的内收缩半角A4与外环喷头三24的外侧倾角B3保持一致，外侧倾角B4为20°～80°。
各个喷管的截面积之比为：
(中心喷管)∶(外环喷管一)∶(外环喷管二)∶(外环喷管三)∶(外环喷管四)=(1～2)∶(0．01～0．1)∶(1．5～3)∶(0．02～0．12)∶(2～4)。
所说的中心导管和各个外环导管、冷却***均可采用不锈钢或Incoloy 600耐高温材料制备，而各个喷头必须采用耐磨、耐蚀、耐高温的金属或陶瓷材料。
所说的燃料除了水煤浆外，本实用新型也可以用于石脑油、柴油、重油、常减渣油、沥青、岩页油和其他工业废料以及生活垃圾制成的料浆的气化。当以水煤浆为燃料时，其浓度可为58～75％(wt％)，所说的气化剂可以是空气、富氧或纯氧中的一种；气化剂在喷嘴出口处的速度为30～340m／s，燃料在喷嘴出口处的速度为0．1～10m／s，氧气与燃料中的碳量之比为0．6～1．6Nm3／kg，所说的喷嘴操作压力为常压～12Mpa。
燃料由燃料入口管一5和燃料入口管二7进入外环通道一16和外环通道三18；气化剂由气化剂入口管一4、气化剂入口管二6和气化剂入口管三8进入中心通道15、外环通道二17和外环通道四19，燃料和气化剂在喷嘴的喷口处高速喷出，强烈雾化混合，同时在高温下部分燃烧和气化。
按照本实用新型所公开的技术方案制成的五通道气化喷嘴，以含固量为58～75％(wt％)的水煤浆为燃料、以99．8％的富氧为气化剂时，试用后具有如下的优点：(1)负荷调节范围可达50％，(2)有效气(H2+CO)含量比现有技术提高1％，(3)有效气产率为1．73Nm3／kg干煤，比现有技术提高2～4％，(4)比氧耗(1000Nm3有效气的氧气耗量)为382．0Nm3／Nm3，比现有技术降低了2～4％，(5)碳的转化率97．5％，比现有技术提高了3％。
总之，本实用新型具有雾化性能优良，负荷调节范围大，碳的转化率高，气化剂消耗低，喷嘴使用寿命长等优点，从而具有十分广阔的应用情景，将推动煤气化工业的技术进步。
Claims (2)
1．一种五通道负荷可控式水煤浆气化喷嘴，主要由气化剂喷管、燃料喷管和冷却***组合而成，各个喷管采用发兰(9)相连接，并采用凸缘(20)使其保持同心，其特征在于：
(1)所说的气化剂喷管共有3组，分别为中心喷管、外环喷管二和外环环喷管四，中心喷管由中心喷头(23)和中心导管(10)通过机械配合固接而成，外环喷管二由外环喷头二(25)和外环导管二(12)通过机械配合固接而成，外环喷管四由外环喷头四(27)和外环导管四(14)通过机械配合固接而成；所说的燃料喷管共有2组，分别为外环喷管三和外环喷管一，外环喷管一由外环喷头一(24)和外环导管一(11)通过机械配合固接而成，外环喷管三由外环喷头三(26)和外环导管三(13)通过机械配合固接而成；中心喷头(23)的内收缩半角(A)为15°～60°，外侧倾角(B)为30°～60°；外环喷头一(24)的内收缩半角(A1)与中心喷头(23)的外侧倾角(B)保持一致，外侧倾角(B1)为20°～80°；外环喷头二(25)的内收缩半角(A2)与外环喷头一(24)的外侧倾角(B1)保持一致，外侧倾角(B2)为20°～80°；外环喷头三(26)的内收缩半角(A3)与外环喷头二(25)的外侧倾角(B2)保持一致，外侧倾角(B3)为20°～80°；外环喷头四(27)的内收缩半角(A4)与外环喷头三(24)的外侧倾角(B3)保持一致，外侧倾角(B4)为20°～80°；
(2)五个喷管的喷口均处于同一水平位置。
2．据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于各喷管截面积之比为：
(中心喷管)∶(外环喷管一)∶(外环喷管二)∶(外环喷管三)∶(外环喷管四)=(1～2)∶(0．01～0．1)∶(1．5～3)∶(0．02～0．12)∶(2～4)。
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