[發明專利]一種用于增加煤粉氣流床氣化爐碳轉換率的噴嘴

無效

• 申請號: 201410132061.3
• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN103937554A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 史紹平;閆姝;任永強;李廣宇;劉剛;李小宇;陳智;徐越;許世森;穆延非
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
• 主分類號: C10J3/50
• 分類號: C10J3/50
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明屬于煤氣化技術領域，特別涉及一種用于增加煤粉氣流床氣化爐碳轉換率的噴嘴。

背景技術

煤炭滿足了世界上近30%的一次性能源需求，但是大量使用煤炭對生態環境產生了很大影響。煤粉氣化爐是一種通過將煤部分氧化并進一步和其他反應介質進行反應最終制備以一氧化碳和氫氣為主要成分合成氣的設備。通過發展煤氣化技術，可以緩解使用煤炭所帶來的環境污染問題，因而其在潔凈煤工業技術領域中占有重要地位。

氣流床氣化爐由于燃料適用性好，運行溫度、壓力高，碳轉換率高，產氣能力強，所產生的合成氣可用于發電、生產化學品和化肥、合成各種油品、或轉換為天然氣等原因，得到了國內外廣泛的推廣應用。

對于氣流床氣化爐，當給定煤種和顆粒度時，煤粉進入氣化爐能否充分反應（由碳轉換率表征）主要由兩個因素決定，一個是否有足夠高的反應溫度，另一個是否有足夠長的停留時間。反應溫度通常由氧煤比決定，為確保最高的冷煤氣效率，氧煤比不能太高，從而限定了反應溫度。所以延長顆粒停留時間是提高碳轉換率的有效途徑。

延長停留時間可以通過增大反應器尺寸來實現，但這同時也增大了制造成本，更加經濟可行的方法則是通過合理地設計氣化噴嘴來優化顆粒的流動，使煤粉能與高溫氣流充分混合，充分利用反應器容積以延長顆粒的停留時間。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種用于增加煤粉氣流床氣化爐碳轉換率的噴嘴，通過氣化爐噴嘴設計來改變氣化爐內流場從而加強煤粉與氣流的混合，延長顆粒停留時間，最終提高煤粉中碳轉換率。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種用于增加煤粉氣流床氣化爐碳轉換率的噴嘴，包括自外而內的同軸的外側水冷套管1、內側水冷套管4、外環噴頭8和內環噴頭10，外側水冷套管1和內側水冷套管4之間構成冷卻水導出通道2，內側水冷套管4和外環噴頭8之間構成冷卻水導入通道7，外環噴頭8和內環噴頭10之間構成外環通道9，內環噴頭10內構成內環通道11，冷卻水導出通道2出口處設置有前端水冷室5，所述外環通道9的出口處對稱設置有若干旋流器12。

優選地，所述外環噴頭8前端有內收斂半角α，內環噴頭10前端有外收斂半角β，且內收斂半角α大于等于外收斂半角β，旋流器12設置在內收斂部位與外收斂部位之間。

優選地，所述內收斂半角α取值范圍為5°～50°，外收斂半角β取值范圍為5°～50°。

更優選地，所述內收斂半角α取值范圍為20°～30°，外收斂半角β取值范圍為20°～30°。

優選地，所述旋流器12至少有兩個，所述旋流器12為軸向螺旋槽式或者軸向葉片式，其外徑與外環通道9內徑相等。

優選地，所述旋流器12為8～12個，當旋流器12為軸向葉片式時，其導流角度為30°～60°。

優選地，所述內環通道11的直徑為d，外環通道9出口端截面與內環通道11出口端截面之間距離為a且a＜2d，d的大小由氣化爐容量決定。更優選地，a＜d。

優選地，所述前端水冷室5包括連通冷卻水導出通道2的噴嘴前端冷卻外通道3和連通冷卻水導入通道7的噴嘴前端冷卻內通道6。

本發明同時提供了一種使用所述噴嘴的氣化爐。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

（1）在外環通道出口段裝有旋流器，氣化劑氣流在由外環通道噴出前流經旋流器獲得高速旋轉能量，旋轉噴出的氣化劑在噴嘴出口處具有很大的切向速度，使得其在同樣體積氣化爐內旋轉次數增加、通過的路徑增長、氣相紊動劇烈，從而不僅提高其與煤粉的混合效果，并且同時延長了其攜帶煤粉在氣化爐內停留的時間，在時間和空間上與煤粉得到充分接觸和反應，提高了碳轉換率和合成氣產物中的有效氣體含量。

（2）通過適當設置外環噴頭內收斂半角和內環噴頭外收斂半角，使外環通道出口收縮并向中心區域傾斜，可以控制氣化劑的噴射角度（用以加大與煤粉噴射區域的重合度）和噴射形狀（用以擴大氣化劑的噴射范圍），加強氣化劑和煤粉的混合與碰撞。

（3）外環通道的末端截面與內環通道的末端截面之間設置一定的距離，使得煤粉噴頭與氣化劑噴頭之間形成小型預混腔室。由于在預混腔室中煤粉和氣化劑能夠提前混合，相當于延長了煤粉和氣化劑的混合接觸時間，增大了煤粉和氣化劑的混合接觸面積，從而提高了煤粉中碳的轉換率。