專利名稱：多通道液態(tài)燃料部分氧化制合成氣燒嘴及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制合成氣燒嘴，尤其涉及一種液態(tài)燃料部分氧化制備合成氣 (CO+H2)的燒嘴。
背景技術：
液態(tài)燃料(包括液態(tài)碳氫質(zhì)燃料，或可泵送的固態(tài)含碳物質(zhì)的漿料，固態(tài)含碳物 質(zhì)選自粉煤、石油焦、生物質(zhì)或固態(tài)廢棄物)部分氧化制備合成氣的氣流床氣化方法， 是在氣流床中，將液態(tài)燃料與氣化劑在高溫高壓下進行化學反應，制得以一氧化碳和氫 氣為主要組成的合成氣。這種氣化方法溫度、壓力高，設備生產(chǎn)強度大，碳轉(zhuǎn)化率高， 對燃料的適應性強，制得的合成氣可用于發(fā)電、生產(chǎn)化學品與化肥、合成油品、作氣體 燃料等，用途十分廣泛。
燒嘴是氣流床氣化的關鍵部件之一。通過它將液態(tài)燃料和氣化劑以一定速度導入氣 流床，在高速噴射的氣化劑的氣動力作用下，將液態(tài)燃料霧化成小液滴，實現(xiàn)液態(tài)燃料 與氣化劑的充分混合，并發(fā)生化學反應。由于氣化反應器內(nèi)反應溫度高達 1500'C，壓 力約為1.0 10MPa，對燒嘴要求非常高。燒嘴結(jié)構(gòu)設計不當，將會導致燒嘴霧化效果 差、燒嘴端部燒蝕、燒嘴冷卻系統(tǒng)泄漏等，產(chǎn)生嚴重后果?，F(xiàn)有的燒嘴專利技術，如中 國專利申請?zhí)?3118217.4、 94214422.8、 95111750.5等，存在燒嘴霧化效果差、燒嘴 使用壽命短等問題。實踐中迫切需要霧化性能優(yōu)良、長壽命的液態(tài)燃料部分氧化制合成 氣燒嘴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種液態(tài)燃料部分氧化制合成氣燒嘴及其應用，以克服現(xiàn)有技 術存在的上述缺陷。
本發(fā)明所說的液態(tài)燃料部分氧化制合成氣燒嘴，包括 依次同軸設置的外環(huán)噴頭、中環(huán)噴頭和內(nèi)環(huán)噴頭；
分別與外環(huán)噴頭、中環(huán)噴頭和內(nèi)環(huán)噴頭相連接的外環(huán)導管、中環(huán)導管和中心導管； 其特征在于，還包括設置在內(nèi)環(huán)噴頭內(nèi)的中心噴頭；
所說的中心噴頭為一個截頭的錐管，頂部設有封蓋，封蓋上設有小孔，中心噴頭和 內(nèi)環(huán)噴頭之間為內(nèi)環(huán)通道，通過中心噴頭上的小孔實現(xiàn)氣化劑在中心噴頭和內(nèi)環(huán)噴頭間
的分配。
將本發(fā)明的液態(tài)燃料部分氧化制合成氣燒嘴安裝于氣化爐后，可用于液態(tài)燃料部分 氧化制備合成氣，所說的液態(tài)燃料包括液態(tài)碳氫質(zhì)燃料，或可泵送的固態(tài)含碳物質(zhì)的槳 料，固態(tài)含碳物質(zhì)選自粉煤、石油焦、生物質(zhì)或固態(tài)廢棄物中的一種或其混合物。
將氣化劑從燒嘴的外環(huán)噴頭、內(nèi)環(huán)噴頭和中心噴頭噴射進入氣化爐，液態(tài)燃料通過 燒嘴中環(huán)噴頭噴射進入氣化爐，中心噴頭氣化劑的流速為1 100m/s，內(nèi)環(huán)噴頭氣化劑 的流速為20 300m/s，外環(huán)噴頭氣化劑的流速為20 300m/s;
將液態(tài)燃料從燒嘴的中環(huán)噴頭噴射進入氣化爐，流速為1 30m/s。
氣化劑的分配如下
外環(huán)噴頭的氣化劑的量為氣化劑總體積的48 98%，內(nèi)環(huán)噴頭為1 50%，中心噴 頭為1 50%;
液態(tài)燃料通過燒嘴中環(huán)噴頭噴射進入氣化爐后，在氣化劑的高速氣動力的作用下， 液態(tài)燃料被霧化成小液滴，并與氣化劑在噴口處進行劇烈混合，同時在高溫下進行部分 氧化反應，即氣化反應。
所說的氣化劑是空氣、氧的體積含量大于21%的富氧空氣、氧的體積含量大于98%
的純氧、水蒸汽或C02中的一種或其混合物。
本發(fā)明的燒嘴的適用壓力為0.5 12.0MPa。
本發(fā)明的燒嘴也適用于還原氣的生產(chǎn)。
由于本發(fā)明燒嘴的多通道結(jié)構(gòu)，大大加強了液膜內(nèi)外側(cè)(特別是內(nèi)側(cè))的氣動力， 燒嘴霧化性能明顯提高。本發(fā)明的燒嘴，具有結(jié)構(gòu)簡單、制作與維護方便、霧化性能優(yōu) 良、混合均勻、燒嘴冷卻系統(tǒng)使用壽命長等優(yōu)點，用途廣泛。


圖1為本發(fā)明的液態(tài)燃料部分氧化制合成氣燒嘴的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為圖1中的A-A部分的局部剖視示意圖。 圖3為放大的中心噴頭結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
參見圖l、圖2和圖3，本發(fā)明所說的燒嘴，包括 依次同軸設置的外環(huán)噴頭l、中環(huán)噴頭2和內(nèi)環(huán)噴頭3;
分別與外環(huán)噴頭1、中環(huán)噴頭2和內(nèi)環(huán)噴頭3相連接的外環(huán)導管5、中環(huán)導管6和 中心導管7;
其特征在于，還包括設置在內(nèi)環(huán)噴頭3內(nèi)的中心噴頭4;
所說的中心噴頭4為一個截頭的錐管，頂部設有封蓋401，封蓋401上設有小孔18， 中心噴頭4和內(nèi)環(huán)噴頭3之間為內(nèi)環(huán)通道10，通過中心噴頭上的小孔18實現(xiàn)氣化劑在 中心噴頭和內(nèi)環(huán)噴頭間的分配； 參見圖2和圖3:
優(yōu)選的，小孔18的面積為內(nèi)環(huán)通道10的1 50%; 優(yōu)選的，內(nèi)環(huán)通道10中內(nèi)環(huán)通道導流塊12;
優(yōu)選的，所說的中心噴頭4的噴口處設有噴口直段，中心噴頭4的噴口口徑d與 噴口直段高度h的比例，即h:d-0 10，優(yōu)選為0.1 4;
優(yōu)選的，所說的中心噴頭4的噴口端面與內(nèi)環(huán)噴頭3的噴口端面之間的距離r為0 3mm，優(yōu)選為0 2mm;
優(yōu)選的，所說的中心噴頭4具有中心噴頭內(nèi)收縮半角o和中心噴頭外側(cè)傾角cj， co 為0° 70°，優(yōu)選為5° 30。， a為10。 90°，優(yōu)選為40。 85°;
優(yōu)選的，內(nèi)環(huán)噴頭3具有內(nèi)環(huán)噴頭內(nèi)收縮半角a和內(nèi)環(huán)噴頭外側(cè)傾角P， a為0。
80°,優(yōu)選為5° 50°，卩為10° 卯°，優(yōu)選為40° 85°;
中環(huán)噴頭2的具有中環(huán)噴頭內(nèi)收縮半角s和中環(huán)噴頭外側(cè)傾角y， s為0° 80°，優(yōu) 選為5° 50°， y為10° 90°，優(yōu)選為40° 85°;
外環(huán)噴頭1具有外環(huán)噴頭內(nèi)收縮半角(p， 9為0° 80°，優(yōu)選為5。 50。； 所說的內(nèi)環(huán)噴頭3的噴口端面與中環(huán)噴頭2的噴口端面之間的距離s為0 20mm， 優(yōu)選為0.5 10mm;
所說的中環(huán)噴頭2的噴口端面與外環(huán)噴頭1的噴口端面之間的距離t為0 20mm， 優(yōu)選為0.5 10mm;
優(yōu)選的，參見圖l，所說的燒嘴還包括冷卻系統(tǒng)，所說的冷卻系統(tǒng)包括設置在外環(huán) 噴頭1外側(cè)的冷卻室15、與冷卻室15相連通的冷卻液進口管和冷卻液出口管。冷卻液 進、出口導管通過焊接方式連接在冷卻室后部。所說的冷卻液一般為水，也可為其它安 全的液體。
實施例1
將上述的燒嘴安裝于中國專利98110616.1公開的氣化爐后，當燃料是濃度為61% (質(zhì)量％)的水煤漿時，以98% (體積)的純氧為氣化劑，氣化結(jié)果為合成氣中有效氣 組分CO+H2(vol。/。)83.5X，灰渣殘?zhí)紴?%，燒嘴連續(xù)使用壽命可達4個月，完全滿足
水煤漿氣化的要求。
所說的燒嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下
0)為5°， cj為85。； a為5。， |3為80°; s為10°， y為40。； (p為50°; 中心噴頭4的噴口 口徑d與噴口直段高度h的比例，即h:d=0.1; 中心噴頭4的噴口端面與內(nèi)環(huán)噴頭3的噴口端面之間的距離r為0.5mm; 內(nèi)環(huán)噴頭3的噴口端面與中環(huán)噴頭2的噴口端面之間的距離s為4mm; 中環(huán)噴頭2的噴口端面與外環(huán)噴頭1的噴口端面之間的距離t為2mm; 小孔18的面積為內(nèi)環(huán)通道(10)的30%; 具體工藝過程如下
將氣化劑從燒嘴中心噴頭、內(nèi)環(huán)噴頭和外環(huán)噴頭噴射進入氣化爐，液態(tài)燃料通過 燒嘴中環(huán)噴頭噴射進入氣化爐。
中心噴頭氣化劑的流速為20m/s，內(nèi)環(huán)噴頭氣化劑的流速為180m/s，外環(huán)噴頭氣化 劑的流速為180m/s，液態(tài)燃料流速為20m/s。 80%的氣化劑通過外環(huán)噴頭噴射進入氣化 爐，15%的氣化劑通過內(nèi)環(huán)噴頭進入氣化爐，5%的氣化劑通過中心噴頭進入氣化爐； 壓力為6.5MPa。
實施例2
將上述的燒嘴安裝于中國專利98110616.1公開的氣化爐后，當燃料是濃度為63% (質(zhì)量％)的水煤槳時，以99.6%的純氧為氣化劑，氣化結(jié)果為合成氣中有效氣組分 CO+H2(vol%)85.5%，灰渣殘?zhí)紴?%，燒嘴連續(xù)使用壽命可達4個月，完全滿足水煤漿 氣化的要求。
所說的燒嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下
co為10。， cr為80。; a為10。，卩為70。； s為20。， y為30°; cp為60°; 中心噴頭4的噴口 口徑d與噴口直段高度h的比例，即h:d-l; 中心噴頭4的噴口端面與內(nèi)環(huán)噴頭3的噴口端面之間的距離r為2mm; 內(nèi)環(huán)噴頭3的噴口端面與中環(huán)噴頭2的噴口端面之間的距離s為5mm; 中環(huán)噴頭2的噴口端面與外環(huán)噴頭1的噴口端面之間的距離t為5mm; 小孔18的面積為內(nèi)環(huán)通道10的20%; 具體工藝過程如下
將氣化劑從燒嘴中心噴頭、內(nèi)環(huán)噴頭和外環(huán)噴頭噴射進入氣化爐，液態(tài)燃料通過 燒嘴中環(huán)噴頭噴射進入氣化爐。中心噴頭氣化劑的流速為10m/s，內(nèi)環(huán)噴頭氣化劑的流
速為110m/s，外環(huán)噴頭氣化劑的流速為110m/s，液態(tài)燃料流速為10m/s。 60%的氣化劑 通過外環(huán)噴頭噴射進入氣化爐，30%的氣化劑通過內(nèi)環(huán)噴頭進入氣化爐，10%的氣化劑 通過中心噴頭進入氣化爐；壓力為2.0MPa。
權利要求
1.多通道液態(tài)燃料部分氧化制合成氣燒嘴，包括依次同軸設置的外環(huán)噴頭(1)、中環(huán)噴頭(2)和內(nèi)環(huán)噴頭(3)；分別與外環(huán)噴頭(1)、中環(huán)噴頭(2)和內(nèi)環(huán)噴頭(3)相連接的外環(huán)導管(5)、中環(huán)導管(6)和中心導管(7)；其特征在于，還包括設置在內(nèi)環(huán)噴頭(3)內(nèi)的中心噴頭(4)；所說的中心噴頭(4)為一個截頭的錐管，頂部設有封蓋(401)，封蓋(401)上設有小孔(18)，中心噴頭(4)和內(nèi)環(huán)噴頭(3)之間為內(nèi)環(huán)通道(10)。
2.根據(jù)權利要求1所述的多通道液態(tài)燃料部分氧化制合成氣燒嘴，其特征在于， 小孔(18)的面積為內(nèi)環(huán)通道(10)的1 50%。
3，根據(jù)權利要求1所述的多通道液態(tài)燃料部分氧化制合成氣燒嘴，其特征在于， 內(nèi)環(huán)通道(10)中內(nèi)環(huán)通道導流塊(12)。
4.根據(jù)權利要求1所述的多通道液態(tài)燃料部分氧化制合成氣燒嘴，其特征在于， 所說的中心噴頭(4)的噴口處設有噴口直段，中心噴頭(4)的噴口口徑d與噴口直段 高度h的比例，h:d=0 10。
5. 根據(jù)權利要求1所述的多通道液態(tài)燃料部分氧化制合成氣燒嘴，其特征在于， 所說的中心噴頭(4)的噴口端面與內(nèi)環(huán)噴頭(3)的噴口端面之間的距離r為0 3mm。
6. 根據(jù)權利要求1所述的多通道液態(tài)燃料部分氧化制合成氣燒嘴，其特征在于， 所說的中心噴頭(4)具有中心噴頭內(nèi)收縮半角Q)和中心噴頭外側(cè)傾角a， co為0° 70°， 優(yōu)選為5。 30°， o為10° 90°。
7. 根據(jù)權利要求1 6任一項所述的多通道液態(tài)燃料部分氧化制合成氣燒嘴，其特 征在于，內(nèi)環(huán)噴頭(3)具有內(nèi)環(huán)噴頭內(nèi)收縮半角a和內(nèi)環(huán)噴頭外側(cè)傾角P， a為0° 80°， 卩為10° 90°;中環(huán)噴頭(2)的具有中環(huán)噴頭內(nèi)收縮半角s和中環(huán)噴頭外側(cè)傾角Y， e為0。 80。， Y為10° 90°;外環(huán)噴頭(1)具有外環(huán)噴頭內(nèi)收縮半角cp， (p為0。 80。，所說的內(nèi)環(huán)噴頭(3) 的噴口端面與中環(huán)噴頭(2)的噴口端面之間的距離s為0 20mm，所說的中環(huán)噴頭(2) 的噴口端面與外環(huán)噴頭(1)的噴口端面之間的距離t為0 20mm。
8.根據(jù)權利要求7所述的多通道液態(tài)燃料部分氧化制合成氣燒嘴，其特征在于， 所說的燒嘴還包括冷卻系統(tǒng)，所說的冷卻系統(tǒng)包括設置在外環(huán)噴頭(1)外側(cè)的冷卻室 (15)、與冷卻室(15)相連通的冷卻液進口管和冷卻液出口管。9. 根據(jù)權利要求1 8任一項所述的多通道液態(tài)燃料部分氧化制合成氣燒嘴的應用， 其特征在于，將本發(fā)明的液態(tài)燃料部分氧化制合成氣燒嘴安裝于氣化爐后，用于液態(tài)燃 料部分氧化制備合成氣。10. 根據(jù)權利要求9所述的應用，其特征在于，所說的液態(tài)燃料包括液態(tài)碳氫質(zhì)燃料，或可泵送的固態(tài)含碳物質(zhì)的漿料，固態(tài)含碳物質(zhì)選自粉煤、石油焦、生物質(zhì)或固態(tài) 廢棄物中的一種或其混合物；將氣化劑從燒嘴的外環(huán)噴頭、內(nèi)環(huán)噴頭和中心噴頭噴射進入氣化爐，液態(tài)燃料通過 燒嘴中環(huán)噴頭噴射進入氣化爐，中心噴頭氣化劑的流速為1 100m/s，內(nèi)環(huán)噴頭氣化劑 的流速為20 300m/s，外環(huán)噴頭氣化劑的流速為20 300m/s;將液態(tài)燃料從燒嘴的中環(huán)噴頭噴射進入氣化爐，流速為1 30m/s。氣化劑的分配如下外環(huán)噴頭的氣化劑的量為氣化劑總體積的48 98%，內(nèi)環(huán)噴頭為1 50%，中心噴 頭為1 50%;所說的氣化劑是空氣、氧的體積含量大于21%的富氧空氣、氧的體積含量大于98%的純氧、水蒸汽或C02中的一種或其混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多通道液態(tài)燃料部分氧化制合成氣燒嘴及其應用，所述燒嘴，包括依次同軸設置的外環(huán)噴頭、中環(huán)噴頭和內(nèi)環(huán)噴頭；分別與外環(huán)噴頭、中環(huán)噴頭和內(nèi)環(huán)噴頭相連接的中心導管、中環(huán)導管和外環(huán)導管，其特征在于，還包括設置在內(nèi)環(huán)噴頭內(nèi)的中心噴頭；所說的中心噴頭為一個截頭的錐管，頂部設有封蓋，封蓋上設有小孔，中心噴頭和內(nèi)環(huán)噴頭之間為內(nèi)環(huán)通道。本發(fā)明的燒嘴，具有多通道結(jié)構(gòu)，大大加強了液膜內(nèi)外側(cè)的氣動力，燒嘴霧化性能明顯提高。結(jié)構(gòu)簡單、制作與維護方便、霧化性能優(yōu)良、混合均勻、燒嘴冷卻系統(tǒng)使用壽命長等優(yōu)點，用途廣泛。
文檔編號F23D11/40GK101097061SQ20071004372
公開日2008年1月2日 申請日期2007年7月12日 優(yōu)先權日2007年7月12日
發(fā)明者于廣鎖, 于遵宏, 代正華, 劉海峰, 周志杰, 曹顯奎, 李偉鋒, 梁欽鋒, 王亦飛, 王興軍, 王輔臣, 郭曉鐳, 陳雪莉, 欣 龔 申請人:華東理工大學