[發明專利]用于水煤漿氣化的等離子體噴嘴、氣化爐及氣化方法

在審

• 申請號: 201711251412.2
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN109868160A
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 龔巖;于廣鎖;郭慶華;張慶;梁欽鋒;代正華;陳雪莉;王輔臣;劉海峰;王亦飛;龔欣;許建良;李偉鋒;王興軍;郭曉鐳;劉霞
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C10J3/48
• 分類號: C10J3/48;C10J3/50;H05H1/34
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 薛琦;余化鵬

本發明公開一種用于水煤漿氣化的等離子體噴嘴、氣化爐及氣化方法。該噴嘴包括噴嘴主體和冷卻系統；噴嘴主體包括從內向外依次同軸套設的陰極噴管、陽極噴管、中環噴管和外環噴管，兩兩之間依次形成第一氣化劑通道、水煤漿通道和第二氣化劑通道；第一氣化劑通道的末端通過第一絕緣連接件實現密封；陰極噴管和陽極噴管的內部均設有冷卻介質通道，其內壁面均設有導熱絕緣涂層；陽極噴管的外壁面設有與之貼合的絕緣套筒；陽極噴頭和陰極頭的前端形成放電空間；冷卻系統用于降低外環噴頭的溫度。該噴嘴無需預熱即可實現水煤漿的直接點火啟動，節省烘爐時間，減少能耗，提高反應速率、碳轉化率和氣化效率。

技術領域

本發明涉及一種用于水煤漿氣化的等離子體噴嘴、氣化爐及氣化方法。

背景技術

煤的潔凈與高效利用是當今我國能源利用與環境保護領域中的重要課題，也是我國國民經濟持續發展的關鍵技術之一。煤氣化技術作為潔凈煤技術的核心技術之一，制備的合成氣是發展煤基化學品、煤基液體燃料、先進的IGCC發電、多聯產系統、制氫、燃料電池等過程工業的基礎，是這些行業的龍頭技術。其中，氣流床氣化技術因具有煤種適應性強、生產能力和氣化效率高等優點，在世界范圍內得到了迅速推廣和廣泛的應用。根據給料方式的不同，氣流床氣化爐可分為兩類：一類為干法供料，將煤粉直接氣力輸送至噴嘴；另一類為濕法供料，將水煤漿輸送至噴嘴。作為這兩類氣化爐不可或缺的關鍵部件之一，噴嘴技術的發展直接決定了氣流床氣化爐的運行穩定性、高效性與可靠性。

現有技術中，水煤漿氣化爐點火過程如下：先采用預熱噴嘴將爐溫升至1200℃以上并恒溫，再更換工藝噴嘴進行投料。上述點火過程存在如下缺陷：點火過程中需要多次更換噴嘴，因此其工序相對復雜，開車時間較長，不利于化工生產中裝置的安全投料和穩定運行；此外，點火過程需要消耗大量的能量來提升爐膛溫度，且水煤漿中含有大量水，而水氣化為水蒸氣需要吸收大量的熱量，并且煤與水蒸氣、CO₂的氣化反應也均會消耗大量的熱量，采用現有技術中的噴嘴無法將反應溫度達到較高的水平，因此會大大地影響氣化效率。

當前，等離子體技術已廣泛應用于焊接、切割、點火、金屬冶煉、垃圾焚燒及廢物處理等領域，等離子體是處于高溫或特定激勵下的一種物質狀態，是部分或完全電離的離子化的氣態狀物質，由大量的帶電粒子(離子、電子)和中性粒子(原子、分子)組成，其溫度可以高達上萬度。

現有技術中已有將等離子體技術應用于煤粉氣化領域，例如：中國專利文獻CN104869741A公開了一種用于氣化的等離子體噴槍，中國專利文獻CN103200757A公開了一種電弧等離子體噴槍，但上述噴槍僅適用于固態粉體燃料(煤粉)，且工作氣體僅適用于水蒸氣，除了上述限制外，其結構復雜，系統龐大，無法適用于水煤漿氣化；中國專利文獻CN1478869A公開了一種等離子體進行煤氣化的方法和裝置，其同樣也僅適用于粉煤的氣化，且等離子體發生器與給料裝置單獨分開，使得系統過于復雜和龐大。

因此，尋求一種能夠適用于水煤漿、無需預熱即可實現水煤漿的直接點火啟動的噴嘴，是目前急需解決的技術問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是為了克服現有技術中用于水煤漿氣化的噴嘴必須先預熱才能點火啟動、且尚無適用于水煤漿氣化的等離子體噴嘴的缺陷，而提供一種用于水煤漿氣化的等離子體噴嘴、氣化爐及氣化方法。該等離子體噴嘴，結構簡單，制作與維護方便，適用范圍廣，使用壽命長，霧化性能優良。該等離子體噴嘴，無需預熱即可實現水煤漿的直接點火啟動，且能大大節省烘爐時間，減少能量消耗，并能大大地提高反應速率、碳轉化率和氣化效率。

本發明通過下述技術方案來解決上述技術問題：

一種用于水煤漿氣化的等離子體噴嘴，其包括噴嘴主體；所述噴嘴主體包括陰極噴管、陽極噴管、中環噴管和外環噴管；所述陰極噴管、所述陽極噴管、所述中環噴管和所述外環噴管的軸線在同一直線上；