[發(fā)明專利]煤氣化燒嘴水冷夾套及氣化爐

在審

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• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN114854452A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設計）人: 胡振中;畢大鵬;張建勝
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學;清華大學山西清潔能源研究院
• 主分類號: C10J3/50
• 分類號: C10J3/50;C10J3/76
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 肖陽

本發(fā)明公開了煤氣化燒嘴水冷夾套及氣化爐。其中，煤氣化燒嘴水冷夾套包括：套管和端蓋；所述套管包括由內(nèi)至外依次套設的內(nèi)套管、隔流管和外套管；所述端蓋設在所述套管的一端；所述端蓋包括內(nèi)壁、外壁和端板；所述內(nèi)壁與所述內(nèi)套管相連，所述外壁與所述外套管相連；所述內(nèi)壁和所述外壁的內(nèi)側(cè)設有側(cè)壁換熱結(jié)構(gòu)，所述端板內(nèi)側(cè)分布有多個凸起的端面換熱結(jié)構(gòu)。該煤氣化燒嘴水冷夾套的端蓋內(nèi)側(cè)設有換熱結(jié)構(gòu)，具有換熱面積大、冷卻效果好、熱應力分布合理、使用壽命長等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤化工技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及煤氣化燒嘴水冷夾套及氣化爐。

背景技術(shù)

煤氣化是煤制化學品(合成氨、甲醇、乙二醇等)、煤制油、煤制氫、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)、氣化聯(lián)合燃料電池發(fā)電(IGFC)的關(guān)鍵核心技術(shù)，對于緩解我國能源供應壓力，保障國家能源安全具有重要意義。煤氣化燒嘴是氣化爐的核心設備，其作用是將氣化原料和氣化劑連續(xù)穩(wěn)定地輸送至氣化爐，并使之在氣化爐內(nèi)充分混合，進而發(fā)生氣化反應。燒嘴結(jié)構(gòu)設計的合理與否直接關(guān)系到氣化爐的安全運行和反應效率，對氣化爐的整體性能產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。

由于氣化爐內(nèi)反應溫度高(1500℃以上)，氣化壓力高(4～6MPa)，而且氣化反應為煤粉和氧氣之間的劇烈化學反應，會產(chǎn)生大量飛灰顆粒和H₂S、HCl等腐蝕性氣體，因此，燒嘴端面極易因高溫、磨損和腐蝕而產(chǎn)生裂紋，影響燒嘴使用壽命，其中，高溫導致的材料性能下降是燒嘴開裂的主要原因。因此，需要在燒嘴外層設置冷卻夾套，對燒嘴端面進行冷卻。

傳統(tǒng)的水冷夾套大致有兩種，一種為盤管式結(jié)構(gòu)(圖1)，這種結(jié)構(gòu)由于采用彎曲的卷管，使用過程中易出現(xiàn)水冷管斷裂的現(xiàn)象，影響燒嘴正常運行，且其端部為一結(jié)構(gòu)簡單的水冷腔(圖2)，冷卻效果不佳。另一種為套管式結(jié)構(gòu)(圖3)，采用套管形成冷卻水的進水和出水通道，燒嘴頭部用端蓋進行密封(圖4)。應該注意到的是，這兩種傳統(tǒng)水冷夾套的端部都只是一個簡單的空腔室，內(nèi)表面換熱面積有限，未能對燒嘴端部起到較好的冷卻作用，而燒嘴端部是最容易受熱失效并產(chǎn)生裂紋的區(qū)域。由此可見，現(xiàn)有的煤氣化燒嘴水冷夾套仍有待改進。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出煤氣化燒嘴水冷夾套及氣化爐。該煤氣化燒嘴水冷夾套的端蓋內(nèi)側(cè)設有換熱結(jié)構(gòu)，具有換熱面積大、冷卻效果好、熱應力分布合理、使用壽命長等優(yōu)點。

在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種煤氣化燒嘴水冷夾套。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該煤氣化燒嘴水冷夾套包括：套管和端蓋；所述套管包括由內(nèi)至外依次套設的內(nèi)套管、隔流管和外套管；所述端蓋設在所述套管的一端；所述端蓋包括內(nèi)壁、外壁和端板；所述內(nèi)壁與所述內(nèi)套管相連，所述外壁與所述外套管相連；所述內(nèi)壁和所述外壁的內(nèi)側(cè)設有側(cè)壁換熱結(jié)構(gòu)，所述端板內(nèi)側(cè)分布有多個凸起的端面換熱結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明上述實施例的煤氣化燒嘴水冷夾套，外套管與隔流管之間的腔室可作為冷卻水的進水通道，內(nèi)套管與隔流管之間的腔室可作為冷卻水的出水通道。冷卻水由外套管與隔流管之間進入夾套，經(jīng)過端蓋，由內(nèi)套管與隔流管之間的腔室流出。端蓋內(nèi)側(cè)設置換熱結(jié)構(gòu)，可以顯著提高端蓋的換熱面積，從而提高冷卻效果。同時，采用端蓋內(nèi)的換熱結(jié)構(gòu)設計，熱應力分布合理，可以進一步延長水冷夾套的使用壽命。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的煤氣化燒嘴水冷夾套還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實施例中，所述隔流管伸入所述端蓋內(nèi)。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述側(cè)壁換熱結(jié)構(gòu)為肋片。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述端面換熱結(jié)構(gòu)為圓柱體、圓錐體或棱柱體。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述棱柱體為直三棱柱或直四棱柱。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述棱柱體為直六棱柱，且直六棱柱底面上的一個角的角度大于180度，且其對角的開口方向指向所述端板的中心。