專利名稱：一種氣化噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及氣化噴嘴，更具體地說，涉及一種用于水煤漿氣化爐的氣化噴嘴。
背景技術(shù)：
隨著全球石油價(jià)格升高，由煤制備化工原料越來越受到各國(guó)的關(guān)注。其中煤氣化作為潔凈煤技術(shù)的重要組成部分，具有龍頭地位。它將廉價(jià)的煤炭轉(zhuǎn)化成為清潔煤氣，即可用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品。煤氣化技術(shù)是煤化工的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前國(guó)內(nèi)煤化工企業(yè)運(yùn)行的氣化爐大部分以水煤漿為原料制備合成氣。水煤漿由一定粒度的煤(65%左右)、水(34%) 及少量化學(xué)添加劑制成，是一種漿體燃料，可以像油一樣泵送、霧化、貯存和穩(wěn)定燃燒，其熱值相當(dāng)于燃料油的一半，可代替燃料油用于鍋爐、電站、工業(yè)爐和窯爐。褐煤的活性比較好，有利于氣化爐氣化，可以減少渣的殘?zhí)亢?，但是褐煤屬于低變質(zhì)程度煤，其煤化程度低，水分含量大，揮發(fā)成分含量高(> 40% )，因此，當(dāng)采用水煤漿氣化爐對(duì)褐煤進(jìn)行氣化時(shí)，由于褐煤的成漿性差，制得的水煤漿濃度通常都低于60wt%， 并且水煤漿的粘度較大，致使采用現(xiàn)有的氣化噴嘴對(duì)低變質(zhì)程度的褐煤進(jìn)行氣化制合成氣時(shí)存在以下問題(1)氣化工藝噴嘴的霧化效果不好，合成氣中有效成分含量低，碳轉(zhuǎn)化率低；( 氣化爐的負(fù)荷低；C3)使用壽命短。中國(guó)專利第95111750. 5號(hào)披露了一種帶有旋流器的三通道式水煤漿氣化噴嘴，但是根據(jù)該發(fā)明所披露的氣化噴嘴僅限用于濃度為 58-80wt%的水煤漿燃料才能獲得良好的氣化效果。由于煤質(zhì)和氣化爐的氣流場(chǎng)的不同，不同煤質(zhì)需要使用不同的氣化噴嘴。特別是在相同濃度的條件下，由低變質(zhì)程度煤制得的水煤漿的粘度較大，因此采用現(xiàn)有的氣化噴嘴無法獲得較好的氣化效果。因此，需要開發(fā)一種適用于氣化低變質(zhì)程度煤的氣化噴嘴，以克服現(xiàn)有氣化噴嘴不適用于低變質(zhì)程度煤的缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種新型的氣化噴嘴，該噴嘴適用于低變質(zhì)程度煤為原料進(jìn)行氣化，并能得到良好的氣化效果。本實(shí)用新型所提供的氣化噴嘴包括由內(nèi)到外同心設(shè)置的中心氧噴頭3、水煤漿噴頭2、環(huán)氧噴頭1，所述中心氧噴頭、水煤漿噴頭和環(huán)氧噴頭分別與中心氧噴頭導(dǎo)管6、水煤漿噴頭導(dǎo)管5和環(huán)氧噴頭導(dǎo)管4相連通，其中環(huán)氧噴頭與水煤漿噴頭之間的環(huán)隙為環(huán)氧通道，水煤漿噴頭與中心氧噴頭之間的環(huán)隙為水煤漿通道；所述中心氧噴頭3的末端截面相對(duì)于所述水煤漿噴頭2的末端截面的內(nèi)縮量為20mm-100mm ；所述環(huán)氧噴頭1的內(nèi)側(cè)傾角α 為20° -50° ；所述水煤漿噴頭2的外側(cè)傾角β為30° -70°，內(nèi)側(cè)傾角δ為30° -80° ； 所述中心氧噴頭3的外側(cè)傾角ε為30° -70° ；所述環(huán)氧通道內(nèi)設(shè)有至少兩個(gè)第一定位器 7，所述水煤漿通道內(nèi)設(shè)有至少兩個(gè)第二定位器8，所述第一定位器7的頂部為旋流片形狀， 所述頂部與氧氣的進(jìn)料方向之間的夾角為20° -60°。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，中心氧噴頭3的末端截面相對(duì)于水煤漿噴頭2的末端截面的內(nèi)縮量為50mm-80mm;環(huán)氧噴頭1的內(nèi)側(cè)傾角α為30° -50° ；所述水煤漿噴頭2的外側(cè)傾角β為30° -50°，內(nèi)側(cè)傾角δ為30° -60° ；所述中心氧噴頭3 的外側(cè)傾角ε為40° -70° ；所述第一定位器7的頂部與氧氣的進(jìn)料方向之間的夾角為 30。_50。。在本實(shí)用新型提供的氣化噴嘴中，在所述環(huán)氧通道和水煤漿通道中分別設(shè)有兼具定位和旋流片功能的第一定位器7和第二定位器8，對(duì)于所述第一定位器和第二定位器的形狀和材質(zhì)沒有特別限定，只要能保持環(huán)氧噴頭、水煤漿噴頭和中心氧噴頭之間的同心度即可。優(yōu)選地，所述第一定位器和第二定位器的形狀可以為正方體、長(zhǎng)方體或圓柱體，并且均由耐高溫、耐腐蝕、耐沖刷的材料制成，其中，所述第一和第二定位器的數(shù)量、形狀和材質(zhì)可以相同，也可以不同。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述環(huán)氧通道內(nèi)設(shè)有4-8個(gè)軸對(duì)稱均勻分布的、厚度為3-9mm的第一定位器7。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述水煤漿通道內(nèi)設(shè)有4-8個(gè)軸對(duì)稱均勻分布的、厚度為3-9mm的第二定位器8。為了保護(hù)氣化噴嘴在高溫氣化爐中不被燒毀，在所述環(huán)氧噴頭的外側(cè)設(shè)有冷卻室，所述冷卻室連接冷卻盤管。在本實(shí)用新型提供的氣化噴嘴中，所述環(huán)氧噴頭、水煤漿噴頭、中心氧噴頭、環(huán)氧噴頭導(dǎo)管、水煤漿噴頭導(dǎo)管、中心氧噴頭導(dǎo)管由耐高溫、耐腐蝕、耐沖刷的材料制成。在本實(shí)用新型中，術(shù)語“耐高溫、耐腐蝕、耐沖刷的材料”是指在1300-1400°C的溫度條件下，具有符合使用要求的強(qiáng)度等基本物理性能和化學(xué)穩(wěn)定性，并且耐流體沖刷腐蝕的材料。優(yōu)選地，所述第一定位器、第二定位器、水煤漿噴頭導(dǎo)管、中心氧噴頭導(dǎo)管由不銹鋼材料制成，例如316不銹鋼；所述環(huán)氧噴頭導(dǎo)管、環(huán)氧噴頭、水煤漿噴頭、中心氧噴頭由鎳基合金材料制成，例如INC0NEL 600或INC0NEL 625。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的氣化噴嘴具有如下有益效果(1)中心氧噴頭的末端截面至所述水煤漿噴頭的末端截面之間設(shè)置20mm-100mm 的距離，使得水煤漿噴頭與中心氧噴頭之間形成小型混合腔室，當(dāng)采用褐煤等低變質(zhì)程度煤的水煤漿作為氣化原料時(shí)，由于水煤漿與氧氣在該混合腔室內(nèi)的接觸面積增大，停留時(shí)間變長(zhǎng)，使得水煤漿和氧氣能充分混合，提高了水煤漿在進(jìn)入氣化爐前的預(yù)混霧化效果；(2)由于環(huán)氧通道內(nèi)的定位器頂部與氧氣的進(jìn)料方向之間存在一定的夾角，使得該定位器兼有旋流片的作用，氧氣氣流在環(huán)氧通道內(nèi)經(jīng)由環(huán)氧噴頭旋轉(zhuǎn)噴出，旋轉(zhuǎn)噴出的氧氣增加了上述混合腔室內(nèi)噴出混合物的切線方向速度，使水煤漿的霧化效果更好，同時(shí)延長(zhǎng)了水煤漿在氣化爐內(nèi)的停留時(shí)間，提高了碳轉(zhuǎn)化率和合成氣產(chǎn)物中的有效氣體含量；(3)通過適當(dāng)設(shè)置水煤漿噴頭的內(nèi)側(cè)傾角和中心氧噴頭的外側(cè)傾角，加大水煤漿中的煤粒與氧氣的碰撞，使水煤漿的霧化效果更好；(4)通過適當(dāng)設(shè)置環(huán)氧噴頭內(nèi)側(cè)傾角和水煤漿噴頭外側(cè)傾角，控制氧氣和水煤漿的噴射角度和噴射形狀，進(jìn)一步使固、液、氣相混合并霧化，提高氣化噴嘴的霧化效果，加大了生產(chǎn)負(fù)荷，并減輕了水煤漿對(duì)氣化爐爐膛內(nèi)壁的沖刷磨損，縮小水煤漿煤粒在氣化爐中的燃燒區(qū)，從而有效縮短了燃燒火焰的長(zhǎng)度，改善了氣化噴嘴的燒損情況，延長(zhǎng)了氣化噴嘴的使用壽命。

[0019]圖1為根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選方式的氣化噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖，其中[0020]1-環(huán)氧噴頭[0021]2-水煤漿噴頭[0022]3-中心氧噴頭[0023]4-環(huán)氧噴頭導(dǎo)管[0024]5-水煤漿噴頭導(dǎo)管[0025]6-中心氧噴頭導(dǎo)管[0026]7-第一定位器[0027]8-第二定位器[0028]9-冷卻室[0029]L-中心氧噴頭3的末端截面相對(duì)于水煤漿噴頭2的末端截面的內(nèi)縮量，單位為mm。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本實(shí)用新型所提供的氣化噴嘴，但本實(shí)用新型并不因此而受到任何限制。只要不偏離本實(shí)用新型的構(gòu)思和限定的范圍，本實(shí)用新型可以有其它的變形。圖1示出了本實(shí)用新型優(yōu)選的氣化噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述氣化噴嘴由內(nèi)到外依次設(shè)置中心氧噴頭3、水煤漿噴頭2、環(huán)氧噴頭1，所述中心氧噴頭3、水煤漿噴頭2和環(huán)氧噴頭1分別與中心氧噴頭導(dǎo)管6、水煤漿噴頭導(dǎo)管5和環(huán)氧噴頭導(dǎo)管4相連通， 其中環(huán)氧噴頭1與水煤漿噴頭2之間的環(huán)隙為環(huán)氧通道，水煤漿噴頭2與中心氧噴頭3之間的環(huán)隙為水煤漿通道，所述中心氧噴頭3的末端截面相對(duì)于所述水煤漿噴頭2的末端截面的內(nèi)縮量L為54mm。在所述環(huán)氧通道中采用4個(gè)厚度為6mm、長(zhǎng)方體狀的316不銹鋼塊作為第一定位器7，在所述水煤漿通道中采用4個(gè)厚度為6mm、正方體狀的316不銹鋼塊作為第二定位器 8，所述第一定位器7和第二定位器8均為軸對(duì)稱均勻分布，以保持環(huán)氧噴頭1、水煤漿噴頭 2和中心氧噴頭3之間的同心度，并且第一定位器7的頂部為旋流片形狀，頂部與氧氣的進(jìn)料方向之間的夾角為35°。所述水煤漿噴頭導(dǎo)管5和中心氧噴頭導(dǎo)管6由316不銹鋼材質(zhì)的實(shí)心圓柱體加工而成，所述環(huán)氧噴頭1、水煤漿噴頭2、中心氧噴頭3和環(huán)氧噴頭導(dǎo)管4由INC0NEL 625材質(zhì)的實(shí)心圓柱體加工而成，其中所述環(huán)氧噴頭導(dǎo)管4、水煤漿噴頭導(dǎo)管5和中心氧噴頭導(dǎo)管6 為圓形管，所述環(huán)氧噴頭1、水煤漿噴頭2和中心氧噴頭3為錐形管，中心氧噴頭3與中心氧噴頭導(dǎo)管6、水煤漿噴頭2與水煤漿噴頭導(dǎo)管5以及環(huán)氧噴頭1與環(huán)氧噴頭導(dǎo)管4之間通過焊接方式連接，其中環(huán)氧噴頭1的內(nèi)側(cè)傾角α為40° ；水煤漿噴頭2的外側(cè)傾角β為 45°，水煤漿噴頭2的內(nèi)側(cè)傾角δ為60° ；中心氧噴頭3的外側(cè)傾角ε為50°。冷卻室 9與冷卻盤管(未示出)相連，冷卻水由入口管(未示出)導(dǎo)入冷卻室，流經(jīng)冷卻盤管，然后由出口管(未示出)排出。實(shí)施例分別將如圖1所示的本實(shí)用新型氣化噴嘴和從首鋼公司引進(jìn)的德士古三通道氣化噴嘴設(shè)置在相同的水煤漿氣化爐中，采用產(chǎn)自寧夏寧東地區(qū)、熱值約20kJ/kg的褐煤作為氣化原料煤，將其粉碎成小于IOmm的碎煤，并連同工藝水(占水煤漿總重的43wt% )和市售的復(fù)配型水煤漿添加劑NDF(占水煤漿總重的) 一起送入球磨機(jī)中研磨成一定粒度分布的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為56wt%、粘度為IlOOmPa · s的水煤漿，在相同的操作條件通過上述兩種氣化噴嘴引入水煤漿氣化爐中生產(chǎn)合成氣。所述氣化原料煤的物性數(shù)據(jù)示于表1中； 所述氣化噴嘴的氣化操作條件以及最終的氣化性能指標(biāo)示于表2中，其中所述合成氣是指水煤漿部分燃燒后產(chǎn)生的氣體，其中包括C0、C02、H2和H2O ；所述有效氣體含量是指CO和H2 的量占?xì)饣a(chǎn)物中C0、C02和H2的總氣體量的摩爾百分?jǐn)?shù)，所述有效氣體含量也可以用體積百分?jǐn)?shù)表示，用體積百分?jǐn)?shù)表示的有效氣體含量與用摩爾百分?jǐn)?shù)表示的有效氣體含量的數(shù)值相同。表1氣化原料煤的分析數(shù)據(jù)
熔融特性°c變形溫度(DT)軟化溫度(ST )流動(dòng)溫度(FT)119012401280
工業(yè)分析wt%水分灰分揮發(fā)分總疏固定碳8. 127.4827. 361. 255. 84表2兩種氣化噴嘴在氣化爐中的氣化操作條件和氣化性能指標(biāo)
權(quán)利要求1.一種氣化噴嘴，它包括由內(nèi)到外同心設(shè)置的中心氧噴頭(3)、水煤漿噴頭O)、環(huán)氧噴頭(1)，其中所述中心氧噴頭、水煤漿噴頭和環(huán)氧噴頭分別與中心氧噴頭導(dǎo)管(6)、水煤漿噴頭導(dǎo)管( 和環(huán)氧噴頭導(dǎo)管(4)相連通，其中環(huán)氧噴頭與水煤漿噴頭之間的環(huán)隙為環(huán)氧通道，水煤漿噴頭與中心氧噴頭之間的環(huán)隙為水煤漿通道，其特征在于，所述中心氧噴頭(3)的末端截面相對(duì)于所述水煤漿噴頭O)的末端截面的內(nèi)縮量為20mm-100mm;所述環(huán)氧噴頭⑴的內(nèi)側(cè)傾角(α)為20° -50° ；所述水煤漿噴頭⑵的外側(cè)傾角(β) 為30° -70°，內(nèi)側(cè)傾角(δ)為30° -80° ；所述中心氧噴頭⑶的外側(cè)傾角(O為 30° -70° ；所述環(huán)氧通道內(nèi)設(shè)有至少兩個(gè)第一定位器(7)，所述水煤漿通道內(nèi)設(shè)有至少兩個(gè)第二定位器(8)，所述第一定位器(7)的頂部為旋流片形狀，所述頂部與氧氣的進(jìn)料方向之間的夾角為20° -60°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化噴嘴，其特征在于，所述中心氧噴頭(3)的末端截面相對(duì)于所述水煤漿噴頭O)的末端截面的內(nèi)縮量為50mm-80mm;所述環(huán)氧噴頭(1)的內(nèi)側(cè)傾角 (α)為30° -50° ；所述水煤漿噴頭⑵的外側(cè)傾角(β)為30° -50°，內(nèi)側(cè)傾角(δ )為 30° -60° ；所述中心氧噴頭⑶的外側(cè)傾角(O為40° -70° ；所述第一定位器(7)的頂部與氧氣的進(jìn)料方向之間的夾角為30° -50°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣化噴嘴，其特征在于，所述環(huán)氧通道內(nèi)設(shè)有4-8個(gè)軸對(duì)稱均勻分布的、厚度為3-9mm的第一定位器(7)，所述定位器的形狀為正方體、長(zhǎng)方體或圓柱體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣化噴嘴，其特征在于，所述水煤漿通道內(nèi)設(shè)有4-8個(gè)軸對(duì)稱均勻分布的、厚度為3-9mm的第二定位器(8)，所述定位器的形狀為正方體、長(zhǎng)方體或圓柱體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣化噴嘴，其特征在于，所述環(huán)氧噴頭的外側(cè)設(shè)有冷卻室 (9)，所述冷卻室連接冷卻盤管。
專利摘要一種氣化噴嘴，它包括由內(nèi)到外同心設(shè)置的中心氧噴頭、水煤漿噴頭、環(huán)氧噴頭，其中所述中心氧噴頭的末端截面相對(duì)于所述水煤漿噴頭的末端截面的內(nèi)縮量為20mm-100mm；所述環(huán)氧噴頭的內(nèi)側(cè)傾角為20°-50°；所述水煤漿噴頭的外側(cè)傾角為30°-70°，內(nèi)側(cè)傾角為30°-80°；所述中心氧噴頭的外側(cè)傾角為30°-70°；環(huán)氧通道內(nèi)設(shè)有第一定位器，水煤漿通道內(nèi)設(shè)有第二定位器，所述第一定位器的頂部為旋流片形狀，所述頂部與氧氣的進(jìn)料方向之間的夾角為20°-60°。采用本實(shí)用新型氣化噴嘴進(jìn)行氣化時(shí)，水煤漿的氣化效果更好，提高了氣化噴嘴的最大生產(chǎn)負(fù)荷，氣化噴嘴的使用壽命更長(zhǎng)。
文檔編號(hào)B05B7/08GK202137071SQ201120230109
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者井云環(huán), 任利榮, 劉洪剛, 李剛健, 楊磊, 艾宇廉, 蘇長(zhǎng)宏, 馬海賓 申請(qǐng)人:神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司, 神華集團(tuán)有限責(zé)任公司