[發(fā)明專利]一種新型微通道循環(huán)冷卻的氣化工藝燒嘴

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410038217.1
• 申請(qǐng)日: 2014-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN103881760A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王云剛;陳衡;趙欽新;馬海東;李鈺鑫;周屈蘭;惠世恩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C10J3/50
• 分類號(hào): C10J3/50
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 何會(huì)俠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤氣化領(lǐng)域，具體涉及一種新型微通道循環(huán)冷卻的氣化工藝燒嘴。

技術(shù)背景

煤炭是一種重要的能源，但是長(zhǎng)期以來(lái)，煤炭在使用過程中伴隨著嚴(yán)重的環(huán)境污染。近年來(lái)，以減少污染排放和提高利用效率為目的的潔凈煤技術(shù)日益為人們所重視；煤氣化技術(shù)作為其中的一種煤炭加工和轉(zhuǎn)化技術(shù)，被認(rèn)為是最為高效清潔的潔凈煤技術(shù)之一。

煤氣化爐是把化石燃料(粉煤、石油、天然氣等)制成煤氣的裝置，廣泛用于化工、氮肥、燃?xì)狻⒙?lián)合發(fā)電等領(lǐng)域。鑒于我國(guó)貧油、少氣、多煤的資源狀況，我國(guó)的氣化燃料主要是煤炭(粉煤或水煤漿)。燃燒噴嘴(簡(jiǎn)稱燒嘴)是氣化爐的關(guān)鍵部件，也是最容易高溫?fù)p壞的部件。目前比較先進(jìn)的煤氣化方式是從國(guó)外引進(jìn)的大型粉煤加壓氣化工藝。利用氮?dú)饣蚨趸細(xì)怏w將粉煤等粉狀炭質(zhì)材料通過燒嘴送入氣化爐，同時(shí)富氧氣體和水蒸汽也通過燒嘴送入氣化爐。粉狀炭質(zhì)材料和氧氣、水蒸汽反應(yīng)燃燒，生成一氧化碳和氫氣，燃燒溫度達(dá)1400℃以上。

由于燃燒火焰溫度很高，氣化燒嘴常因高熱通量和潛在的富氧腐蝕性環(huán)境引起損壞。由于燒嘴損壞引起大型氣化爐頻繁的停爐檢修，造成生產(chǎn)企業(yè)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，引起了國(guó)外技術(shù)提供商和國(guó)內(nèi)有關(guān)研究機(jī)構(gòu)的高度重視，但到目前為止仍未有效地解決氣化爐燒嘴易損壞、壽命短的問題。

加壓氣流床氣化爐從啟動(dòng)到運(yùn)行、停爐的整個(gè)過程中：點(diǎn)火預(yù)熱時(shí)600～1000℃的高溫階段、氣化反應(yīng)時(shí)1700℃的高溫階段和停車時(shí)從1700℃高溫開始的高溫下降階段，這三個(gè)階段均會(huì)對(duì)燒嘴造成高溫?fù)p壞，尤其是燒嘴頭部（燒嘴最接近爐內(nèi)火焰的部分），由于其工作環(huán)境最為惡劣，往往最先損壞。對(duì)于氣化燒嘴的損壞，由于無(wú)法觀察到燒嘴噴頭被損壞的過程，因此，人們?cè)诤荛L(zhǎng)時(shí)間內(nèi)無(wú)法了解高溫?zé)龘p和磨損中哪一種為燒嘴噴頭損壞的主要原因。但通過近年來(lái)引進(jìn)的一部分內(nèi)冷式燒嘴已創(chuàng)造一年以上使用壽命的情況分析，由于內(nèi)冷式燒嘴的特點(diǎn)是散熱比較快和均勻，燒嘴不易燒壞，壽命變長(zhǎng)，證明了燒嘴的損壞是燒壞先于磨壞。因此，解決燒嘴噴頭部的高溫?fù)p壞問題，也就成了延長(zhǎng)燒嘴壽命的一個(gè)主要方面。

當(dāng)前，對(duì)于如何解決燒嘴頭部溫度過高的問題，一般有兩種方法，一是研制出新型的高溫材料，同時(shí)，在高溫部件的表面涂上防熱涂層來(lái)提高材料的性能；二是采用合理的冷卻方法對(duì)熱端部件進(jìn)行冷卻，可以研究出新型的冷卻方法或者對(duì)現(xiàn)有的冷卻技術(shù)進(jìn)行改造以提高其冷卻潛力。

微通道換熱技術(shù)是利用傳熱學(xué)原理，將熱量從熱流體傳給冷流體的，冷熱流體分別在固體壁面的兩側(cè)流過，熱流體的熱量以對(duì)流和傳導(dǎo)的方式傳給冷流體。當(dāng)換熱流道尺寸小于3mm時(shí)，氣液兩相流動(dòng)與相變傳熱規(guī)律將不同于常規(guī)較大尺寸，通道越小，這種尺寸效應(yīng)越明顯。當(dāng)管內(nèi)徑到0.5～1mm時(shí)，對(duì)流換熱系數(shù)可增大50%～100%。由于微通道換熱結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、換熱效果好，已廣泛應(yīng)用于紅外探測(cè)、電子設(shè)備、生物醫(yī)療等工程領(lǐng)域的冷卻中。將這種強(qiáng)化傳熱技術(shù)用于空調(diào)換熱器,適當(dāng)改變換熱器結(jié)構(gòu)、工藝及空氣側(cè)的強(qiáng)化傳熱措施,預(yù)計(jì)可有效增強(qiáng)空調(diào)換熱器的傳熱、提高其節(jié)能水平。如果將該技術(shù)應(yīng)用于氣化燒嘴的冷卻過程中，可以強(qiáng)化冷卻水對(duì)燒嘴（尤其是燒嘴的頭部）的冷卻作用，從而避免燒嘴因高溫?zé)g而損壞，有效延長(zhǎng)燒嘴的使用壽命。

另外，通過對(duì)各類氣化爐燒嘴的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，氣化效率的高低取決于兩方面因素—霧化和混合。通常情況下，兩者難以同時(shí)得到滿足，尤其是自上而下單噴嘴噴射的情況下，原料進(jìn)口與工藝氣在同一軸線上，容易導(dǎo)致物料走短路，造成原料利用效率降低。因此，改進(jìn)、優(yōu)化燒嘴結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)，使得氣化過程的霧化與混合同時(shí)達(dá)到優(yōu)良，對(duì)提高氣化爐的氣化效率至關(guān)重要。

綜上所述，解決氣化爐燒嘴頭部冷卻和燒嘴的高效霧化混合的問題，是提高目前氣化床氣化燒嘴使用性能的關(guān)鍵所在。因此，開發(fā)先進(jìn)的霧化混合良好的、高效冷卻長(zhǎng)壽命的氣化燒嘴是實(shí)現(xiàn)我國(guó)煤氣化技術(shù)高效性和可靠性的關(guān)鍵技術(shù)途徑之一。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種新型微通道循環(huán)冷卻的氣化工藝燒嘴，克服現(xiàn)有技術(shù)的氣化燒嘴技術(shù)的燒嘴冷卻效果差、壽命較短、霧化和混合性能不能同時(shí)達(dá)到良好效果等缺陷。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種新型微通道循環(huán)冷卻的氣化工藝燒嘴，包括中心氣化劑通道1，與中心氣化劑通道1同軸并依次套裝在其外的燃料通道3和外氣化劑通道4，布置在中心氣化劑通道1和燃料通道3之間、燃料通道3和外氣化劑通道4之間以及外氣化劑通道4外側(cè)的冷卻水通道2；

所述冷卻水通道2由進(jìn)水通道2-1和進(jìn)水通道2-1之間的回水通道2-2組成；