专利名称：干煤粉加压气化炉的燃烧喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种干煤粉加压气化炉的燃烧喷嘴。
背景技术：
由于石油资源的日益紧张，如何高效地利用另一蕴藏丰富的煤资源，成为当今能源利用的重要课题。
为了提高煤的燃烧效率，目前煤的制气技术一般分为两种，一种是水煤浆气化技术，另一种是干煤粉气化技术。现有国内外的大多数燃烧器大多适应水煤浆制气，且使用寿命过短，严重制约了生产效率的提高，且同化工设备一年大修一次的惯例不匹配，提高了维修成本。
干煤粉的部分燃烧也叫气化，是将煤粉与氧反应完成的，煤粉中可燃成分主要为碳和氢，这些成分与输入的氧和蒸气反应以形成一氧化碳和氢。一种比较先进的煤粉燃烧方法是将煤粉细粒被氮气之类的载气在较高的速度下送入反应器内，使燃料与富氧气体及水蒸气在高于1400℃的温度下发生反应。煤粉通常通过燃烧喷嘴送入反应器内，富氧气体也通过燃烧喷嘴进入反应器内。由于燃烧火焰温度很高，所以燃烧喷嘴的首要问题是防止烧嘴前端因气化工艺中高热通量和潜在的富氧腐蚀性环境引起的损坏，从而降低使用寿命。其次，由于煤粉较水煤浆润滑性更差，摩擦系数大，防止高速煤粉对烧嘴内壁的摩擦引起的磨损，也是有待解决的另一问题。
中国专利申请号为89104265的专利申请公开了一种部分燃烧烧嘴，其结构如
图1所示，沿烧嘴10的纵轴14设置一具有出口16的中心通道12，用于输送燃料，与中心通道12同轴地设置一个环状的氧气通道18，其传送方向与纵轴14成锐角以使供入的氧与从中心通道12送入的燃料交叉，在烧嘴出料端与氧气通道18同轴地设置一个空心壁件19，用于流通流体冷却剂，对烧嘴端部进行冷却。
该烧嘴的主要缺点在于空心壁件19的冷却结构简单，冷却效果较差，为此中国专利申请号为89104265的专利申请公开一种带旋流冷却面的的部分燃烧式燃烧器，请参阅图2所示，在其前端部设有一个旋流装置20，以形成一个螺旋通道22，螺旋通道22一端接至往螺旋通道输送冷却剂的输送管24，另一端接至由通道送出冷却剂的回流管26，通道内以恒定动量径向流动的冷却剂从烧嘴前端带走热量。该燃烧器由于改进了烧嘴前端的冷却效果，因而在包括中国的许多国家得到广泛应用，到目前位置我国已引进加压煤粉气化装置约十五套。但是在该装置的长期使用和研究中发现，由于该喷嘴的旋流装置20设有多圈螺旋状筋翼，导致加工难度增大，并且烧嘴端部的密封性较差，制约了烧嘴的使用寿命。
此外，上述已有的两种烧嘴结构均将解决问题的重点放在提高烧嘴端部受热面的冷却效果上，而由于干煤粉的摩擦系数大导致出口处管壁磨损严重的问题，一直未得到解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种干煤粉加压气化炉的燃烧喷嘴，通过减少喷嘴的磨损及热裂，延长其使用寿命。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种干煤粉加压气化炉的燃烧喷嘴，包括一具有出口的中心通道、一环绕中心通道设置的具有供气口的环形通道、以及一设置在环形通道外围的冷却通道；所述冷却通道包括设在所述喷嘴的前端面内的带有螺旋通道的冷却腔、一个环绕所述环形通道设置并连通于所述螺旋通道的起始端的输送管道、以及一个环绕所述输送管道设置并连通于所述冷却腔的终端的回流管道；其特点是所述螺旋通道通过在所述冷却腔内设置一旋的螺旋状筋翼构成，并且通过设于所述回流管道内的螺旋状筋翼构成向后的螺旋管道。
所述的干煤粉加压气化炉燃烧喷嘴，其中，所述回流管道内的螺旋状筋翼可以为一旋的螺旋状筋翼结构，经过试验发现一旋结构制作工艺简单，热传导效率高。
所述的干煤粉加压气化炉燃烧喷嘴，其中，所述喷嘴的前端面由高温合金薄壁构成，可提高热传导性能、降低金属壁温度、减少热应力。
所述的干煤粉加压气化炉燃烧喷嘴，其中，所述高温合金薄壁的厚度为1～
所述的干煤粉加压气化炉燃烧喷嘴，其中，所述中心通道出口低于所述环形通道的供气口，以减少干煤粉对喷嘴内壁的摩擦，二者的差值为所述出口直径的5％～8％。
本发明的燃烧喷嘴相比现有技术的显著优点在于充分发挥了干煤粉粘着力小的特点，避开了其干摩擦对喷嘴造成磨损的缺点，并具有优良的冷却功能，燃烧喷嘴的寿命超过8000小时。由于其解决了使用寿命同化工设备一年大修一次不匹配的关键问题，有利于我国清洁煤气化技术的推广使用。
以下结合附图和具体实施方式
进一步说明本发明的特征和优点，其中图1是现有的一种部分燃烧喷嘴的剖面结构示意图；图2是现有的一种带旋流冷却面的的部分燃烧式燃烧器的结构示意图；其中图2A是其纵剖图，图2B是图2A的II-II向剖视图；图3是本发明干煤粉加压气化炉的燃烧喷嘴的纵剖示意图；图4是图3的燃烧喷嘴的A-A向剖视图；图5是本发明的燃烧喷嘴的螺旋状筋翼结构示意图。
具体实施例方式
图3是本发明干煤粉加压气化炉的燃烧喷嘴的内部结构示意图。请参阅图3所示，本发明的干煤粉加压气化炉的燃烧喷嘴30，包括一沿喷嘴的纵轴32设置的中心通道34和出口35，用于往气化炉内输送煤粉，一个环绕中心通道34且与之同轴设置的环形通道36和供气口37，用于往气化炉内输送含氧气体，一设置在环形通道36外围的冷却通道38，用于流通冷却剂。燃烧喷嘴30在排出端具有一前端面31，中心通道34的出口35设在前端面31的中心，煤粉由氮气之类的载气以6～10m/s的低速从出口35送入炉内，环形通道36的供气口37设在前端面31并环绕出口35。环形通道36内的含氧气体包含氧气和水蒸气，气流出口流速约为100m/s，在炉内形成良好的迥旋流状态；环形通道36在供气口37处与中心通道34成锐角，且出口35略低于供气口37，其差值与出口35的直径成比例，一般以出口直径的5％～8％为宜。这种设计使煤粉离开出口35后即受氧、蒸气流引射进入炉内局部燃烧、气化，不形成高速干煤粉流冲刷管壁，可靠保证了喷嘴的使用寿命。
为提高受炉内高温幅射且处于近纯氧环境中的喷嘴出口部份使用寿命，前端面31由无焊接高温合金薄壁构成，提高热传导性能、降低金属壁温度、减少热应力，薄壁的厚度为1～3mm。
图4是图3的燃烧喷嘴的A-A向剖视图。图5是本发明的燃烧喷嘴的螺旋状筋翼结构示意图。请结合图4、图5参阅图3所示，冷却通道38包括设在前端面31内的冷却腔39、一个环绕环形通道36设置的输送管道40、以及一个环绕输送管道30设置的回流管道41。冷却腔39内设有平面螺旋状筋翼390，在本发明的实施例中，该螺旋状筋翼为一旋结构，形成引导冷却剂绕喷嘴的纵轴32螺旋流动的螺旋状通道，通道的内端经冷却剂进口42与输送管道40连通，通道的外端经冷却剂回流口44与回流管道41连通。回流管道41内也设有侧面螺旋状筋翼410，以形成使冷却剂自冷却腔向后螺旋回流的螺旋管道。在本实施例中，该螺旋状筋翼410的结构也为一旋。以上的设计，结构可靠、制作工艺简单可行，使冷却剂流速大于8m/s，层流状态消失，热传导系数提高，且减少了冷却剂量。经过试验，采用210℃左右的冷却水，以8～10m/s的速度在冷却腔39内匀速流过，冷却水量＞2.5kg/s，回水升温≤2.5℃，使前端面31的温度≤650℃，使选用的抗热辐射材料长期可靠工作，使用寿命高于8000小时。
本发明的燃烧喷嘴充分发挥了干煤粉粘着力小的特点，避开了其干摩擦对喷嘴造成磨损的缺点，并具有优良的冷却功能，适用于能耗低、制气浓度高的干煤粉加压气化炉的全封闭、高压、高温、纯氧环境，其适用温度范围在1500℃～1700℃之间，适应工作压力为6.0Mpa的气化炉，连续工作寿命超过8000小时。使用时，喷嘴按负荷要求在炉内成对布置，喷嘴在使用前必须先冷却，冷却后可承受不对称受热，有利于喷嘴投入运行。
以上的实施例说明仅为本发明的较佳实施例说明，本领域技术人员可依据本发明的上述实施例说明而作出其它种种等效的替换及修改。然而这些依据本发明实施例所作的种种等效替换及修改，属于本发明的发明精神及由权利要求所界定的专利范围内。
权利要求
1.一种干煤粉加压气化炉的燃烧喷嘴，包括一具有出口的中心通道、一环绕中心通道设置的具有供气口的环形通道、以及一设置在环形通道外围的冷却通道；所述冷却通道包括设在所述喷嘴的前端面内的带有螺旋通道的冷却腔、一个环绕所述环形通道设置并连通于所述螺旋通道的起始端的输送管道、以及一个环绕所述输送管道设置并连通于所述冷却腔的终端的回流管道；其特征在于，所述螺旋通道通过在所述冷却腔内设置一旋的螺旋状筋翼构成；还包括一向后的螺旋管道，通过设于所述回流管道内的螺旋状筋翼构成。
2.如权利要求1所述的干煤粉加压气化炉燃烧喷嘴，其特征在于，所述回流管道内的螺旋状筋翼为一旋的螺旋状筋翼结构。
3.如权利要求1所述的干煤粉加压气化炉燃烧喷嘴，其特征在于，所述喷嘴的前端面由高温合金薄壁构成。
4.如权利要求3所述的干煤粉加压气化炉燃烧喷嘴，其特征在于，所述高温合金薄壁的厚度为1～3mm。
5.如权利要求1所述的干煤粉加压气化炉燃烧喷嘴，其特征在于，所述中心通道出口低于所述环形通道的供气口，二者的差值为所述出口直径的5％～8％。
全文摘要
本发明公开一种干煤粉加压气化炉的燃烧喷嘴，包括一具有出口的中心通道、一环绕中心通道设置的具有供气口的环形通道、以及一设置在环形通道外围的冷却通道，其包括设在喷嘴的前端面内的带有螺旋通道的冷却腔、一个环绕环形通道设置并连通于螺旋通道起始端的输送管道、以及一个环绕输送管道设置并连通于螺旋通道终端的回流管道；其特点是螺旋通道通过在冷却腔内设置一旋的螺旋状筋翼构成；并通过设于回流管道内的一旋螺旋状筋翼构成向后的螺旋管道。喷嘴的前端面由高温合金薄壁构成，中心通道出口低于环形通道的供气口。本发明充分发挥了干煤粉粘着力小的特点，避开了其干摩擦对喷嘴造成磨损的缺点，并具有优良的冷却功能，燃烧喷嘴的寿命超过8000小时。
文档编号C10J3/20GK1916493SQ20061003086
公开日2007年2月21日 申请日期2006年9月6日 优先权日2006年9月6日
发明者朱国庆, 张永贵 申请人:中国船舶重工集团公司第七一一研究所