[发明专利]一种新型窄通道喷射冷却的气化工艺烧嘴

说明书

技术领域

本发明涉及煤气化技术领域，具体涉及一种新型窄通道喷射冷却的气化工艺烧嘴。

技术背景

煤炭是一种重要的能源，但是长期以来，煤炭在使用过程中伴随着严重的环境污染。近年来，以减少污染排放和提高利用效率为目的的洁净煤技术日益为人们所重视；煤气化技术作为其中的一种煤炭加工和转化技术，被认为是最为高效清洁的洁净煤技术之一。

煤气化炉是把化石燃料(粉煤、石油、天然气等)制成煤气的装置，广泛用于化工、氮肥、燃气、联合发电等领域。鉴于我国贫油、少气、多煤的资源状况，我国的气化燃料主要是煤炭(粉煤或水煤浆)。燃烧喷嘴(简称烧嘴)是气化炉的关键部件，也是最容易高温损坏的部件。目前比较先进的煤气化方式是从国外引进的大型粉煤加压气化工艺。利用氮气或二氧化碳气体将粉煤等粉状炭质材料通过烧嘴送入气化炉，同时富氧气体和水蒸汽也通过烧嘴送入气化炉。粉状炭质材料和氧气、水蒸汽反应燃烧，生成一氧化碳和氢气，燃烧温度达1400℃以上。

由于燃烧火焰温度很高，气化烧嘴常因高热通量和潜在的富氧腐蚀性环境引起损坏。由于烧嘴损坏引起大型气化炉频繁的停炉检修，造成生产企业巨大的经济损失，引起了国外技术提供商和国内有关研究机构的高度重视，但到目前为止仍未有效地解决气化炉烧嘴易损坏、寿命短的问题。

加压气流床气化炉从启动到运行、停炉的整个过程中：点火预热时600～1000℃的高温阶段、气化反应时1700℃的高温阶段和停车时从1700℃高温开始的高温下降阶段，这三个阶段均会对烧嘴造成高温损坏，尤其是烧嘴头部（烧嘴最接近炉内火焰的部分），由于其工作环境最为恶劣，往往最先损坏。对于气化烧嘴的损坏，由于无法观察到烧嘴喷头被损坏的过程，因此，人们在很长时间内无法了解高温烧损和磨损中哪一种为烧嘴喷头损坏的主要原因。但通过近年来引进的一部分内冷式烧嘴已创造一年以上使用寿命的情况分析，由于内冷式烧嘴的特点是散热比较快和均匀，烧嘴不易烧坏，寿命变长，证明了烧嘴的损坏是烧坏先于磨坏。因此，解决烧嘴喷头部的高温损坏问题，也就成了延长烧嘴寿命的一个主要方面。

当前，对于如何解决烧嘴头部温度过高的问题，一般有两种方法，一是研制出新型的高温材料，同时，在高温部件的表面涂上防热涂层来提高材料的性能；二是采用合理的冷却方法对热端部件进行冷却，可以研究出新型的冷却方法或者对现有的冷却技术进行改造以提高其冷却潜力。

窄通道换热技术是利用传热学原理，将热量从热流体传给冷流体的，冷热流体分别在固体壁面的两侧流过，热流体的热量以对流和传导的方式传给冷流体。当换热流道尺寸小于3mm时，气液两相流动与相变传热规律将不同于常规较大尺寸，通道越小，这种尺寸效应越明显。当管内径到0.5～1mm时，对流换热系数可增大50%～100%。由于窄通道换热结构紧凑、体积小、换热效果好，已广泛应用于红外探测、电子设备、生物医疗等工程领域的冷却中。将这种强化传热技术用于空调换热器,适当改变换热器结构、工艺及空气侧的强化传热措施,预计可有效增强空调换热器的传热、提高其节能水平。如果将该技术应用于气化烧嘴的冷却过程中，可以强化冷却水对烧嘴（尤其是烧嘴的头部）的冷却作用，从而避免烧嘴因高温烧蚀而损坏，有效延长烧嘴的使用寿命。

另外，通过对各类气化炉烧嘴的对比研究发现，气化效率的高低取决于两方面因素—雾化和混合。通常情况下，两者难以同时得到满足，尤其是自上而下单喷嘴喷射的情况下，原料进口与工艺气在同一轴线上，容易导致物料走短路，造成原料利用效率降低。因此，改进、优化烧嘴结构几何参数，使得气化过程的雾化与混合同时达到优良，对提高气化炉的气化效率至关重要。

综上所述，解决气化炉烧嘴头部冷却和烧嘴的高效雾化混合的问题，是提高目前气化床气化烧嘴使用性能的关键所在。因此，开发先进的高效雾化混合的冷却效果好、长寿命的气化烧嘴是实现我国煤气化技术高效性和可靠性的关键技术途径之一。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种新型窄通道喷射冷却的气化工艺烧嘴，克服现有技术的气化烧嘴技术的烧嘴冷却效果差、寿命较短、雾化和混合性能不能同时达到良好效果等缺陷。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型窄通道喷射冷却的气化工艺烧嘴，包括中心气化剂通道1，与中心气化剂通道1同轴并依次套装在其外的燃料通道3和外气化剂通道4，布置在中心气化剂通道1和燃料通道3之间、燃料通道3和外气化剂通道4之间以及外气化剂通道4外侧的冷却水通道2；