[发明专利]一种三通道浆体燃料气化烧嘴

说明书

技术领域

本发明涉及浆体燃料雾化装置，尤其是一种三通道浆体燃料气化烧嘴。

背景技术

煤等含碳燃料的清洁高效利用已逐渐成为当今能源利用的重要课题。燃料气化制合成气可为现代化工生产、联合循环发电(简称IGCC发电)、煤间接液化以及煤制氢等系统提供龙头技术。目前，煤等含碳燃料的气化制合成气技术通常分为两类，一类是浆体气化技术，另一种是干粉固体气化技术，现有国内外应用最广的是浆体气化技术。作为气化的关键部件之一，烧嘴技术的发展直接决定了浆体气化技术的运行稳定性和可靠性，烧嘴技术的落后严重制约了生产效率的提高。

由于气化炉内反应温度高达1400℃，烧嘴结构设计不当，将会烧蚀其头部，烧蚀气化炉内壁，产生严重后果。当烧嘴对浆体燃料的雾化不够充分时，将影响燃料的碳转化率，降低合成气有效气体组分含量。当烧嘴头部设计不合理时可能引起烧嘴头部壁面材料的磨蚀，影响其使用寿命。已有的专利技术如美国专利4736693、4858538、4443228和中国专利89104265等均采用中心喷管为直管式结构的烧嘴，共同的缺点是物料在喷入反应器之前缺少加速过程，离开烧嘴的速度低，雾化效果欠佳，且易于烧蚀烧嘴。美国专利3743606、3705108、4443230等采用中心管前端缩口的结构来提高物流速度，中心喷管出口物流速度提高，使烧嘴雾化效果增强，但速度提高后将使烧嘴头部磨蚀加速，影响了喷嘴的使用寿命。且对于单喷嘴顶置式气化炉，顶部喷嘴出口物料流速过大将直接影响物料在气化炉内的停留时间，从而影响整体碳转化率。美国专利6228224采用四通道烧嘴结构，以提高烧嘴的雾化效果，但如此将使烧嘴结构更加复杂，加工维护难度增加。另外，以上提及的专利在烧嘴断面大都未采用耐高温防磨涂层保护烧嘴端面材料，由于烧嘴喷孔附近温度高达1400℃及以上，虽然采用了端面冷却水冷却，但难以避免喷嘴头部的烧蚀和磨损等恶劣工况的出现。

综上所述，解决浆体燃料的高效雾化、烧嘴头部防磨损和烧嘴头部冷却等问题，是提高目前烧嘴使用性能的关键所在。因此，开发先进的长寿命高效雾化气化烧嘴是提高我国浆体燃料气化技术可靠性的关键技术途径之一。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种不以增加烧嘴中心通道和外环通道气化剂流速为代价，就可达到气化剂与燃料着火前预混的效果的三通道浆体燃料气化烧嘴。

本发明的构思是采用三通道结构设计，对中心通道喷管头部进行结构设计，其燃料雾化性能的提高建立在喷管结构设计优化的基础上，而不是纯粹的提高喷管内或喷管出口物料流速。如此可避免物料流速的提高而对烧嘴管壁材料的磨蚀增加。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种三通道浆体燃料气化烧嘴，包括同轴的外环通道喷管，中环通道喷管、中心通道喷管、外环喷头、中环喷头和中心喷头，外环喷头、中环喷头和中心喷头分别为一个截头的锥管，中环喷头套在中心喷头外面，外环喷头又套在中环喷头外面；外环喷头的大端与喷嘴外环通道喷管相连，中环喷头的大端与喷嘴的中环通道喷管相连接，中心喷头的大端与喷嘴的中心通道喷管相连接；中环喷头与外环喷头之间设有间隙，构成烧嘴的外环通道，中环喷头与中心喷头之间设有间隙，构成烧嘴的中环通道，中心喷头和中心通道喷管构成中心通道；浆体燃料从中环通道进入气化炉，气化剂分两部分从中心通道和外环通道进入气化炉；中心喷头侧面上布置有侧面气化剂喷孔，气化剂可沿侧面气化剂喷孔从中心通道进入中环通道，中心喷头的端面上布置有端面气化剂喷孔。

本发明的三通道浆体燃料气化烧嘴，可使气化剂分两部分进入烧嘴，一部分从中心通道进入，另一部分通过外环通道进入。燃料从中环通道进入烧嘴。中心通道的气化剂在中心喷头处被分成多股物流，分别从中心喷头的侧面气化剂喷孔和端面气化剂喷孔喷出，中心喷头的侧面气化剂喷孔喷出的气化剂在烧嘴头部内侧即与中环通道的浆体燃料充分接触，预混的浆体燃料然后在烧嘴头部出口区域继续与中心通道端面的气化剂、外环通道的气化剂一起混合，在中心通道多股气化剂射流预混的作用下，加之外环通道气化剂流股的剪切作用，结合了预混破碎和预膜雾化两种机理，浆体燃料达到了尚佳的雾化效果。

在外环喷头外侧设有冷却水夹套，冷却水夹套由烧嘴出口端面包围外环喷头构成。冷却水夹套连接有冷却盘管，冷却盘管盘绕在外环通道喷管的外壁上。在外环喷头外部设置的冷却水夹套用于冷却外环喷头，冷却盘管用于冷却外环通道喷管，冷却水夹套和冷却盘管构成烧嘴的冷却系统。