专利名称：一种用于水煤浆气化的工艺烧嘴及系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤气化领域，具体而言涉及一种用于水煤浆气化的工艺烧嘴及系 统。
背景技术：
煤炭是一种重要的能源，长期以来，煤炭在使用过程中伴随着严重的环境污染。近 年来，以减少污染排放和提高利用效率为目的的洁净煤技术日益为人们所重视；煤气化技 术作为其中的一种煤炭加工和转化技术，被认为是最为高效清洁的洁净煤技术之一。现代 煤气化技术，尤其是高压、大容量气流床气化技术在工业上获得广泛应用，德士古水煤浆加 压气化技术便是其中最为典型的代表。在我国已经有多家厂家引进并利用德士古技术进行 水煤浆气化，该技术具有环境污染小、自动化程度高等优点，但该技术工艺带有一些普遍存 在的问题，这些问题不同程度上影响着德士古装置的正常运行；德士古(Texaco)工艺烧嘴 是德士古气化装置中最重要的部分，是气化炉能否长期稳定高效生产的关键，而如何改善 工艺烧嘴的雾化效果和使用寿命便是德士古水煤浆加压气化技术中最重要的课题之一。德士古(Texaco)气化炉以水煤浆为原料，采用高纯仏为气化剂，属于增压喷流床 气化。德士古气化炉主要由烧嘴、燃烧室、激冷室或废热锅炉组成；烧嘴是德士古气化炉的 最关键部件，为三流道设计。水煤浆介于中心氧和外环氧之间走中间通道；气化炉上部为 燃烧室，是气化区，具有耐火砖衬里；气化炉下部为激冷室，是煤气冷却区。将原料煤、水和 添加剂同时加入棒磨机中，研磨成可供泵输送的水煤浆，其中水煤浆浓度质量分数控制在 58-65%之间，优选水煤浆浓度质量分数控制在60 63%附近。水煤浆通过顶部烧嘴在高 速氧气流的作用下破碎、雾化喷入气化炉。雾化的水煤浆和氧气在炉内受到耐火衬里的高 温辐射作用，迅速经历预热、水分蒸发、煤的干馏、挥发物的裂解燃烧以及炭的气化等一系 列复杂的物理化学过程，最后生成以压+CO为主的合成气。工艺烧嘴对德士古气化炉的长周期高效运行有着重要的影响。目前工业大生产主 要应用的是外混式的三流道烧嘴，如图1所示，工艺氧走最外通道和最内通道，水煤浆走中 间通道、介于两股氧射流之间；工艺氧高速喷出冲击水煤浆，从而使得水煤浆破碎雾化，成 为适宜燃烧的煤浆小水滴。该结构的工艺烧嘴的雾化效果相对于两流道的烧嘴有所改善， 但是由于是单烧嘴的射流以及气化炉高径比本身的限制，炉内湍流混合比较弱，雾化角较 小，煤浆小颗粒雾化不充分且其分布不均勻，使得局部地方发生氧气过剩，生成CO2,而且已 生成的有效气(H2+CO)容易发生二次反应，导致有效气产量下降，而氧气过少的地方，形成 未燃烧区，就会有一些煤浆颗粒未能气化就落到激冷室中。，而且射流方式造成煤浆颗粒停 留时间过短，甚至部分煤浆小颗粒喷射出燃烧室后还未来得及燃烧气化，从而使得德士古 工艺的气化效率和碳转化率相对于Siell和四烧嘴对置式气化炉低。火焰长度不容易把 握，过长时对耐火砖不利，使耐火砖局部受热，且耐火砖会受到高速水煤浆的严重冲刷。同 时由于工艺烧嘴头部处在高温环境中，且受到煤浆颗粒的高速冲刷，因此烧嘴往往在较短 的时间内变形和磨损，甚至被烧穿。[0005]美国专利U. S. Pat 3705108,3743606分别公开了一种水煤浆气化烧嘴，该类烧嘴 具有结构简单，维修方便的优点，但是在工业生产的实际使用中发现，该类烧嘴存在下列缺占.
^ \\\ ·(1) “火焰”的喷射距离较长，造成气化炉内耐火砖严重烧蚀，缩短了造气炉的使用 寿命；(2)气化剂与燃料混合较差，气化不完善，有效气(CCHH2)成分的含量较低，而CO2 含量则偏高，碳的转化率仅为96% ；(3)烧嘴磨蚀严重，寿命仅为2 3个月。中国专利文献95111750. 5提出了一种带有旋流器的三通道组合式水煤浆气化烧 嘴，该烧嘴主要由中心氧喷管、内环水煤浆喷管、外环氧喷管及冷却水喷管组成，且分别在 中心喷头内、外环喷头内设置有旋流器。该烧嘴有效地缩短了燃烧火焰的长度，减少了火焰 对耐火砖的烧蚀，同时促进了水煤浆与氧气的混合及雾化，气化效率有所提高。但(1)煤浆 是射流方式，所以依然还会有一些煤浆颗粒未能气化燃烧就喷射入激冷室中，所以气化效 率还有提高的空间；( 同时烧嘴被热坏烧蚀的情况依然改善有限；C3)冷却水盘管也较容 易被烧穿，严重时甚至造成停车；(4)高速水煤浆对烧嘴的直接正面冲击，长时间会造成烧 嘴受冲刷磨损。因此，为了克服上述缺陷，需要提供一种新型的适用于水煤浆气化的水煤浆气化 炉的工艺烧嘴及其包括该工艺烧嘴的气化炉系统。
实用新型内容本实用新型的目的是在现有技术的基础上提供一种新型的用于水煤浆气化的工 艺烧嘴以及包括该工艺烧嘴的气化炉系统，以解决目前的用于水煤浆气化的水煤浆气化炉 的工艺烧嘴以及气化炉系统所存在的技术问题。为此，本实用新型的一个方面提供了一种新型的用于水煤浆气化的工艺烧嘴，包 括至少两个氧气通道，每一个所述至少两个氧气通道包括氧气通道入口和氧气通道 出口 ；至少两个水煤浆通道，每一个所述水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道包 括水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液通道入口和水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化 液通道出口 ；圆柱形外壳，具有冷却水入口和冷却水出口 ；其特征在于，所述至少两个氧气通道与所述至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳 混合雾化液通道交错排列并均勻分布于所述圆柱形外壳内，其中所述圆柱形外壳内为冷却 水。优选地，所述圆柱形外壳的冷却水入口低于所述圆柱形外壳的冷却水出口，并且 所述圆柱形外壳由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成。优选地，所述圆柱形外壳的冷却水入口设置于所述圆柱形外壳的一侧，所述圆柱 形外壳的冷却水出口设置于远离所述冷却水入口的另一侧。优选地，所述圆柱形外壳的底部出口处设置成带有缩口的形式。[0020]优选地，所述至少两个氧气通道具有至少四个氧气通道，所述至少两个水煤浆通 道具有至少五个水煤浆通道，或者所述至少两个氧气通道具有至少五个氧气通道，所述至 少两个水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液通道具有至少四个水煤浆或水煤浆/二氧化 碳混合雾化液通道，并且所述至少两个氧气通道与所述至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化 碳混合雾化液通道呈阵列交叉分布。优选地，所述圆柱形外壳的入口设置于所述圆柱形外壳下部靠近所述圆柱形外壳 的下部接近底部处，所述圆柱形外壳的出口设置于所述圆柱形外壳上部靠近所述圆柱形外 壳的顶部处。优选地，所述至少两个氧气通道与所述至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合 雾化液通道呈nXm的矩阵状交错均勻分布，其中η和m可以相同或不同，分别为大于等于 2的整数。优选地，所述至少两个氧气通道与所述至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合 雾化液通道呈ηΧη的矩阵状交错均勻分布，其中η为大于等于2的整数。更优选地，所述至少两个氧气通道与所述至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混 合雾化液通道呈 3Χ3、4Χ4、5Χ5、6Χ6、7Χ7、8Χ8、9Χ9、10Χ10、3Χ4、4Χ5、5Χ6、6Χ7、 7X8,8X9,9X10的矩阵状交错均勻分布，更优选地，所述至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道与所述至少 两个氧气通道呈 3Χ3、4Χ4、5Χ5、6Χ6、7Χ7、8Χ8、9Χ9、10Χ10、3Χ4、4Χ5、5Χ6、6Χ7、 7X8,8X9,9X10的矩阵状交错均勻分布。优选地，所述至少两个氧气通道的每一个分别与氧气进气总管相连，而所述至少 两个水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液通道的每一个分别与水煤浆或水煤浆/二氧化 碳混合雾化液进气总管相连。优选地，所述至少两个氧气通道的每一个分别设置有氧气旋流器，所述至少两个 水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液通道的每一个分别设置有水煤浆或水煤浆/二氧化 碳混合雾化液旋流器，并且所述氧气旋流器分别设置于每一个所述至少两个氧气通道的出 口处内部，所述水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液旋流器分别设置于每一个所述至少 两个水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液通道的出口处内部。优选地，所述至少两个氧气通道的每一个分别设置有氧气旋流器，并且所述氧气 旋流器分别设置于每一个所述至少两个氧气通道的出口处内部。优选地，所述至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道的每一个分别 设置有水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋流器，并且所述水煤浆或水煤浆/ 二氧化 碳混合雾化液旋流器分别设置于每一个所述至少两个水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾 化液通道的出口处内部。优选地，该工艺烧嘴的水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋流器的中心处为 旋流切片固定中心，水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋流器的外周与水煤浆或水煤 浆/二氧化碳混合雾化液喷管头部的外壁相配合。优选地，该工艺烧嘴的氧气旋流器的中心处为旋流切片固定中心，氧气旋流器的 外周与氧气喷管头部的外壁相配合。更优选地，该工艺烧嘴的水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋流器的外周可以与水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液喷管头部的外壁以可拆卸方式连接，如螺旋连 接或通过固定销卡接。更优选地，该工艺烧嘴的氧气旋流器的外周与氧气喷管头部的外壁以可拆卸方式 连接，如螺旋连接或通过固定销卡接。优选地，该工艺烧嘴的氧气旋流器、和水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋 流器被构造成使得氧气、和水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液分别在该氧气旋流器、 和该水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液旋流器的切线方向射出。优选地，该工艺烧嘴的氧气旋流器被构造成使得氧气分别在该氧气旋流器的切线 方向射出。优选地，该工艺烧嘴的水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋流器被构造成使 得水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液分别在该水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液 旋流器的切线方向射出。本实用新型的另一方面提供了一种适用于水煤浆气化的水煤浆气化炉系统，其特 征在于包括本实用新型所述的水煤浆气化的工艺烧嘴，以及气化炉。本实用新型的水煤浆气化的工艺烧嘴的优点在于，该烧嘴的外壳是由耐高温耐磨 抗腐蚀材料制成的，其内部的氧气通道和水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道呈阵 列(如蜂窝般)均勻排列，液体燃料(包括水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液)喷管 和气化剂(包括氧气)喷管均勻错开排列，使得喷出的水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾 化液和氧气在气化炉内分布更加均勻，能够获得更多的有效气和更高的气化效率，从而提 高了水煤浆气化收率。本实用新型的水煤浆气化的工艺烧嘴由此避免了煤浆小颗粒和氧气在气化炉内 分布不均勻，使得局部区域发生氧气过剩，生成co2，且易于使已生成的有效气(h2+co)发生 二次反应，导致有效气产量下降，而在氧气过少的区域，形成未燃烧区，引起一些煤浆颗粒 未能气化就落到激冷室中的问题。同时，冷却水从由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成的外壳的一侧穿过喷管间的间隙而 从与之远离的另一侧流出，这样所有喷管(包括水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液喷 管和气化剂(包括氧气)喷管)和烧嘴的外壳各处均与冷却水接触，随着冷却水的流动，喷 管和烧嘴外壳获得高效的冷却，从而降低高温热蚀对烧嘴的损伤。该烧嘴的外壳是由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成的，由此延长了烧嘴的使用寿命。冷却水入口设置于由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成的外壳的底部，而远离冷却水入 口的另一侧设置的冷却水出口设置于由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成的外壳的上部靠近顶 部处，使得在冷却水温度还很低的时候最易被高温热蚀损伤的烧嘴头部最先获得冷却水冷 却，使得烧嘴头部获得更有效的保护。
图1是根据本实用新型的用于水煤浆气化的新型工艺喷嘴的一个实施方式的横 截面示图；[0046]图2是根据本实用新型的工艺喷嘴中下部的纵剖图；图3是根据本实用新型的工艺喷嘴中部的纵剖图；图4是根据本实用新型的设置有旋流器的工艺喷嘴中下部的纵剖图；图fe是旋流器的俯视图，图恥是旋流器断面的主视图；图6是设置有本实用新型的工艺喷嘴的水煤浆气化炉系统的示意图。
具体实施方式
以下提供了本实用新型的具体实施方式
。本领域技术人员应该理解其中实施例仅 是为了说明的目的，不应被视为以任何方式限制由权利要求所限定的本实用新型的范围。本实用新型的一个实施方式，提供了一种新型的用于水煤浆气化的工艺烧嘴10， 包括至少两个氧气通道110，每一个该至少两个氧气通道包括氧气通道入口 112和氧 气通道出口 115 ；至少两个水煤浆通道120，每一个该水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道 包括水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道入口 122、和水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混 合雾化液通道出口 125 ；圆柱形外壳150，具有冷却水入口 162和冷却水出口 165 ；其特征在于，该至少两个氧气通道110与该至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳 混合雾化液通道120交错排列并均勻分布于该圆柱形外壳150内，其中该圆柱形外壳150 内为冷却水160。在一优选实施例中，该工艺烧嘴10的圆柱形外壳150的冷却水入口 162低于该圆 柱形外壳150的冷却水出口 165，并且该圆柱形外壳150由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成。在一优选实施例中，该工艺烧嘴10的圆柱形外壳150的冷却水入口 162设置于该 圆柱形外壳的一侧，该圆柱形外壳150的冷却水出口 165设置于远离该冷却水入口 162的
另一侧。在一优选实施例中，该工艺烧嘴10的圆柱形外壳150的底部155出口处设置成带 有缩口的形式。在一优选实施例中，该工艺烧嘴10的至少两个氧气通道110具有至少四个氧气通 道110，该至少两个水煤浆通道120具有至少五个水煤浆通道120，并且该至少两个氧气通 道110与该至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120呈阵列交叉分布。在另一优选实施例中，该工艺烧嘴10的至少两个氧气通道110具有至少五个氧气 通道110，该至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120具有至少四个水煤浆 或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120，并且该至少两个氧气通道110与该至少两个水煤 浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120呈阵列交叉分布。在一优选实施例中，该工艺烧嘴10的圆柱形外壳150的入口 162设置于该圆柱形 外壳150下部靠近该圆柱形外壳150的下部接近底部155处，该圆柱形外壳150的出口 165 设置于该圆柱形外壳150上部靠近该圆柱形外壳150的顶部处。在一优选实施例中，该工艺烧嘴10的至少两个氧气通道110与所述至少两个水煤 浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120呈nXm的矩阵状交错均勻分布，其中η和m可以相同或不同，分别为大于等于2的整数。在一优选实施例中，该工艺烧嘴10的至少两个氧气通道110与该至少两个水煤浆 或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120呈nXn的矩阵状交错均勻分布，其中η为大于等 于2的整数。在一更优选实施例中，该工艺烧嘴10的至少两个氧气通道110与该至少两个水 煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120呈3X3、4X4、5X5、6X6、7X7、8X8、9X9、 10Χ10、3Χ4、4Χ5、5Χ6、6Χ7、7Χ8、8Χ9、9Χ10 的矩阵状交错均勻分布。在另一更优选实施例中，该工艺烧嘴10的至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混 合雾化液通道120与该至少两个氧气通道110呈3Χ3、4Χ4、5Χ5、6Χ6、7Χ7、8Χ8、9Χ9、 10Χ10、3Χ4、4Χ5、5Χ6、6Χ7、7Χ8、8Χ9、9Χ10 的矩阵状交错均勻分布。在一优选实施例中，该工艺烧嘴10的至少两个氧气通道110的每一个分别与氧气 进气总管相连，而该至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120的每一个分 别与水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液进气总管相连。在一优选实施例中，该工艺烧嘴10的至少两个氧气通道110的每一个分别设置有 氧气旋流器118，该至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120的每一个分别 设置有水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋流器128，并且该氧气旋流器118分别设置 于每一个该至少两个氧气通道110的出口 115处内部，该水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合 雾化液旋流器1 分别设置于每一个该至少两个水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液通 道120的出口 125处内部。在另一优选实施例中，该工艺烧嘴10的至少两个氧气通道110的每一个分别设置 有氧气旋流器118，并且该氧气旋流器118分别设置于每一个该至少两个氧气通道110的出 口 115处内部。在又一优选实施例中，该工艺烧嘴10的至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合 雾化液通道120的每一个分别设置有水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋流器128，该 水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液旋流器1 分别设置于每一个该至少两个水煤浆或 水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120的出口 125处内部。在一优选实施方式中，该工艺烧嘴10的水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋 流器1 的中心处为旋流切片固定中心128-8，水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液旋流 器128的外周1观-5与水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液喷管头部的外壁相配合。在一优选实施方式中，该工艺烧嘴10的氧气旋流器118的中心处为旋流切片固定 中心118-8，氧气旋流器118的外周118-5与氧气喷管头部的外壁相配合。在一优选实施方式中，该工艺烧嘴10的水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋 流器1 的外周1观_5可以与水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液喷管头部的外壁以可 拆卸方式连接，如螺旋连接或通过固定销卡接。在一优选实施方式中，该工艺烧嘴10的氧气旋流器118的外周118-5与氧气喷管 头部的外壁以可拆卸方式连接，如螺旋连接或通过固定销卡接。在一优选实施方式中，该工艺烧嘴10的氧气旋流器118、和水煤浆或水煤浆/二氧 化碳混合雾化液旋流器1 被构造成使得氧气、和水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液 分别在该氧气旋流器118、和该水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋流器1 的切线方向射出。在另一优选实施例中，该工艺烧嘴10的氧气旋流器118被构造成使得氧气分别在 该氧气旋流器118的切线方向射出。在又一优选实施例中，该工艺烧嘴10的水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋 流器1 被构造成使得水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液分别在该水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋流器128的切线方向射出。本实用新型的另一实施方式，提供了一种适用于水煤浆气化的水煤浆气化炉系 统，其特征在于包括上述的水煤浆气化的工艺烧嘴10，以及气化炉1。
以下结合附图和具体实施例，对本实用新型提供的新型的用于水煤浆气化的工艺 烧嘴详细描述如下，其仅是为了对本实用新型予以进一步的说明，应该理解其并不因此限 制本实用新型的权利范围。实施例1图1示出了本实施例的用于水煤浆气化的新型工艺喷嘴的横截面示图，图2是本 实施例的工艺喷嘴中下部的纵剖图，图3是根据本实用新型的工艺喷嘴中部的纵剖图。如图1 图3所示出的，本实施例的用于水煤浆气化的工艺烧嘴10，包括18个氧气通道110，每一个氧气通道包括氧气通道入口 112和氧气通道出口 115 ；18个水煤浆通道120，每一个该水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道包括 水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道入口 122和水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾 化液通道出口 125 ；圆柱形外壳150，具有冷却水入口 162和冷却水出口 165 ；18个氧气通道110与18个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120交错 排列并均勻分布于该圆柱形外壳150内，具体而言，该圆柱形外壳150内为冷却水160，并 且氧气通道110与水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120呈6X6 (即η = 6，m = 6)的矩阵状交错均勻分布。其中，工艺烧嘴10的圆柱形外壳150的冷却水入口 162设置于该圆柱形外壳的一 侧，圆柱形外壳150的冷却水出口 165设置于远离冷却水入口 162的另一侧。在图1 图3中示例性示出了呈6X6的矩阵状交错均勻分布的氧气通道110和 水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120。本领域技术人员应该知晓，其中的氧气通 道110和水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120可以根据需要而加以调整，氧气 通道110和水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120也可以不完全呈nXm的矩阵 状交错均勻分布，在靠近圆柱形外壳150的圆周处可以增加适当数量的氧气通道110和水 煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120，并使增加的氧气通道110和水煤浆或水煤浆 / 二氧化碳混合雾化液通道120也呈交错分布(未示出)。本实施例的用于水煤浆气化的工艺烧嘴的优点在于，该烧嘴的外壳内部的氧气通 道和水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液通道呈阵列(如蜂窝般)均勻交错排列，因而 液体燃料(包括水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液)喷管和气化剂(包括氧气)喷管 均勻错开排列，使得喷出的水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液和氧气在气化炉内分布更加均勻，能够获得更多的有效气和更高的气化效率，从而提高了水煤浆气化收率。同时，由于冷却水入口设置于外壳的一侧，而冷却水出口设置于远离冷却水入口 的另一侧，使得冷却水从由外壳的一侧穿过喷管间的间隙而从与之远离的另一侧流出，这 样所有喷管(包括水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液喷管和气化剂(包括氧气)喷管) 和烧嘴的外壳各处均与冷却水接触，随着冷却水的流动，喷管和烧嘴外壳获得高效的冷却， 从而降低高温热蚀对烧嘴的损伤由此，本实施例的水煤浆气化的工艺烧嘴避免了煤浆小颗粒和氧气在气化炉内分 布不均勻，使得局部区域发生氧气过剩，生成co2，且易于使已生成的有效气(h2+co)发生二 次反应，导致有效气产量下降，而在氧气过少的区域，形成未燃烧区，引起一些煤浆颗粒未 能气化就落到激冷室中的问题。实施例2仍如图1 图3所示，该工艺烧嘴10的圆柱形外壳150的冷却水入口 162低于该 圆柱形外壳150的冷却水出口 165，并且该圆柱形外壳150由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成。 其采用耐高温耐磨抗腐蚀材料，如耐磨陶瓷层，或采用Hastenoy C-22、UMCo-50等材料制 成，使本实用新型的工艺烧嘴更加经久耐用。尤其是，冷却水入口设置于由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成的外壳的底部，而远离 冷却水入口的另一侧设置的冷却水出口设置于由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成的外壳的上 部靠近顶部处(未示出)。如图2和图4所示，该工艺烧嘴10的圆柱形外壳150的底部155出口处可以设置 成带有缩口的形式。由于该工艺烧嘴的外壳是由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成的，由此延长了烧嘴的使 用寿命。同时，由于冷却水入口设置于由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成的外壳的底部，而远 离冷却水入口的另一侧设置的冷却水出口设置于由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成的外壳的 上部靠近顶部处，使得在冷却水温度还很低的时候最易被高温热蚀损伤的烧嘴头部最先获 得冷却水冷却，使得烧嘴头部获得更有效的保护。当然，冷却水入口也可以设置于由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成的外壳的中下部， 而远离冷却水入口的另一侧设置的冷却水出口设置于由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成的外 壳的中上部。实施例3如图4所示，实施例1的工艺喷嘴10，该工艺烧嘴10的每一个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120在其出口 125处分别设置有水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合 雾化液旋流器128，该工艺烧嘴10的每一个氧气通道110在其出口 115处分别设置有氧气 旋流器118。并且，该工艺烧嘴10的氧气旋流器118、和水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液 旋流器1 被构造成使得氧气、和水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液分别在该氧气旋 流器118、和该水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋流器128的切线方向射出。当然，也可以仅在工艺烧嘴10的每一个氧气通道110的出口 115处分别设置有氧 气旋流器128。或者，也可以仅在工艺烧嘴10的每一个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120的出口 125处分别设置有水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋流器128。图如和恥示出了旋流器118，128的俯视图，图恥是旋流器118，128断面的主视图。该旋流器118，1 可以是轴向螺旋槽式(参见图如和5b)，也可以是轴向旋片式。设置于氧气通道110的出口 115处内部的旋流器118，其上具有轴向螺旋槽 118-2，其外径118-5与氧气通道110的出口 115的内径相等，并配合安装于氧气通道110 的出口 115内；旋流器的中心为旋流切片固定中心118-8。其中，该工艺烧嘴10的氧气旋流器118的中心处为旋流切片固定中心118-8，氧 气旋流器118的外周118-5与氧气喷管头部的外壁以螺旋连接的方式相配合，以便于拆卸。 当然，氧气旋流器118的外周118-5与氧气喷管头部的外壁也可以以其他可拆卸方式相配 合，如通过固定销卡接等方式以便于旋流器的更换。设置于水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120的出口 125内部的旋流器 128，其上具有轴向螺旋槽128-2，其外径128-5与水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通 道120的出口 125的内径相等，并配合安装于水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道 120的出口 125内；旋流器的中心为旋流切片固定中心128-8。其中，该工艺烧嘴10的水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋流器128的中 心处为旋流切片固定中心128-8，水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋流器128的外 周128-5与水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液喷管头部的外壁以螺旋连接的方式相配 合，以便于拆卸。当然，水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋流器128的外周1观-5与 水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液喷管头部的外壁也可以以其他可拆卸方式相配合， 如通过固定销卡接等方式以便于旋流器的更换。设置于氧气通道110的出口 115处的旋流器118，和/或设置于水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道120的出口 125内的旋流器128，进一步改善了气化烧嘴10喷口 155处的氧气、水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液的混合雾化效果，并进一步缩短燃烧 火焰的长度，进而进一步避免对于水煤浆气化炉的过度烧蚀，延长了水煤浆气化炉及其工 艺烧嘴的使用寿命。图6是设置有本实用新型的工艺喷嘴10的水煤浆气化炉系统的示意图，其中示意 性示出了设置有蜂窝状水煤浆工艺烧嘴10的水煤浆气化炉1。实施例4利用本实用新型实施例1 3中的任意一种用于水煤浆气化的工艺烧嘴10以及 利用本实用新型安装在如图6所示的水煤浆气化炉1上构成的带有本实用新型的用于水煤 浆气化的蜂窝状工艺烧嘴的水煤浆气化炉系统，用于合成气、还原气或燃料气的生产。利用本实用新型实施例1 3中安装在如图6所示的水煤浆气化炉1上构成的带 有本实用新型的用于水煤浆气化的工艺烧嘴10的水煤浆气化炉系统生产合成气，其中所 使用的水煤浆的粒度分布等指标如下粒度分布(即标准筛通过率，质量百分数)8 目(2380 μ m) 100%，14 目(1410μπι)98 100%，40 目 02Ομπι)9Ο 95%，[0120]200 目(76 μ m) 60 70%，325 目(44 μ m) 25 35% ；浓度58 65wt%;粘度700 IOOOcP (根据水煤浆粘度测定仪测得)；pH:7 9;温度彡60°C。二氧化碳与水煤浆的使用量即二氧化碳体积流量与水煤浆流量的比值在1/200 至10/50之间变化，可视具体情加以调整。对于氧气与二氧化碳的使用量的比值并没有特定要求，只要控制好二氧化碳体积 流量与水煤浆流量的比值即可，可视具体情加以调整。二氧化碳管线的压力介于氧气管线和水煤浆管线压力之间变化，二氧化碳管线的 压力略低于氧气管线压力为佳，因为不同气化炉的压力等级不同，其压力可视具体情况加
以调整。利用本实用新型的用于水煤浆气化的工艺烧嘴以及包括其的水煤浆气化系统用 于合成气、还原气或燃料气的生产具有如下所述的优点(1)该烧嘴的外壳是由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成的，其内部的氧气通道和水煤 浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道呈阵列(如蜂窝般)均勻排列，液体燃料(包括水 煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液)喷管和气化剂(包括氧气)喷管均勻错开排列，使 得喷出的水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液和氧气在气化炉内分布更加均勻，能够获 得更多的有效气和更高的气化效率，从而提高了水煤浆气化收率；(2)本实用新型的水煤浆气化的工艺烧嘴由此避免了煤浆小颗粒和氧气在气化炉 内分布不均勻，使得局部区域发生氧气过剩，生成CO2，且易于使已生成的有效气(H2+CO)发 生二次反应，导致有效气产量下降，而在氧气过少的区域，形成未燃烧区，引起一些煤浆颗 粒未能气化就落到激冷室中的问题；(3)同时，冷却水从由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成的外壳的一侧穿过喷管间的间 隙而从与之远离的另一侧流出，这样所有喷管(包括水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化 液喷管和气化剂(包括氧气)喷管)和烧嘴的外壳各处均与冷却水接触，随着冷却水的流 动，喷管和烧嘴外壳获得高效的冷却，从而降低高温热蚀对烧嘴的损伤；(4)该烧嘴的外壳是由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成的，由此延长了烧嘴的使用寿 命。(5)冷却水入口设置于由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成的外壳的底部，而远离冷却 水入口的另一侧设置的冷却水出口设置于由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成的外壳的上部靠 近顶部处，使得在冷却水温度还很低的时候最易被高温热蚀损伤的烧嘴头部最先获得冷却 水冷却，使得烧嘴头部获得更有效的保护。尽管本实用新型的各种实施方式已经通过具体实施方式
在上下文中进行了描述， 但是本实用新型并不仅限于此。因此，以上的描述不应该当作是本实用新型范围的限制，本 实用新型的范围由所附的权利要求进行限定。本领域技术人员应当理解，在不背离本实用 新型的精神的情况下可以对本实用新型作出各种改变和变更，其都将落入在本实用新型的 保护范围内。
权利要求1.一种用于水煤浆气化的工艺烧嘴(10)，包括至少两个氧气通道(110)，每一个所述至少两个氧气通道包括氧气通道入口(112)和 氧气通道出口(115)；至少两个水煤浆通道(120)，每一个所述水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道 包括水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道入口(12 和水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳 混合雾化液通道出口(125)；圆柱形外壳(150)，具有冷却水入口(162)和冷却水出口(165)；其特征在于，所述至少两个氧气通道(110)与所述至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化 碳混合雾化液通道(120)交错排列并均勻分布于所述圆柱形外壳(150)内，其中所述圆柱 形外壳(150)内为冷却水(160)。
2.根据权利要求1所述的用于水煤浆气化的工艺烧嘴(10)，其特征在于所述圆柱形外 壳(150)的冷却水入口(162)低于所述圆柱形外壳(150)的冷却水出口(165)，并且所述圆 柱形外壳(150)由耐高温耐磨抗腐蚀材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的用于水煤浆气化的工艺烧嘴(10)，其特征在于所述至少 两个氧气通道(110)与所述至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道(120)呈 nXm的矩阵状交错均勻分布，其中η和m相同或不同，且分别为大于等于2的整数。
4.根据权利要求1或2所述的用于水煤浆气化的工艺烧嘴(10)，其特征在于所述圆柱 形外壳(150)的冷却水入口(16 设置于所述圆柱形外壳的一侧，所述圆柱形外壳(150) 的冷却水出口(165)设置于远离所述冷却水入口(162)的另一侧。
5.根据权利要求1或2所述的用于水煤浆气化的工艺烧嘴(10)，其特征在于所述圆柱 形外壳(150)的底部(155)出口处设置成带有缩口的形式。
6.根据权利要求1或2所述的用于水煤浆气化的工艺烧嘴(10)，其特征在于所述至 少两个氧气通道(110)具有至少四个氧气通道(110)，所述至少两个水煤浆通道(120)具 有至少五个水煤浆通道(120)，或者所述至少两个氧气通道(110)具有至少五个氧气通道 (110)，所述至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道(120)具有至少四个水煤 浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道(120)，并且所述至少两个氧气通道(110)与所述至 少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道(120)呈阵列交叉分布。
7.根据权利要求1或2所述的用于水煤浆气化的工艺烧嘴(10)，其特征在于所述圆柱 形外壳(150)的入口(16 设置于所述圆柱形外壳(150)下部靠近所述圆柱形外壳(150) 的下部接近底部(15 处，所述圆柱形外壳(150)的出口(165)设置于所述圆柱形外壳 (150)上部靠近所述圆柱形外壳(150)的顶部处。
8.根据权利要求1或2所述的用于水煤浆气化的工艺烧嘴(10)，其特征在于所述至少 两个氧气通道(110)与所述至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道(120)呈 nXn的矩阵状交错均勻分布，其中η为大于等于2的整数。
9.根据权利要求1或2所述的用于水煤浆气化的工艺烧嘴(10)，其特征在于所述至 少两个氧气通道(110)和/或所述至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道 (120)的每一个分别设置有氧气旋流器(118)和/或水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾 化液旋流器(1 )，并且所述氧气旋流器(118)分别设置于每一个所述至少两个氧气通道 (110)的出口(11 处和/或所述水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液旋流器(1 )分别设置于每一个所述至少两个水煤浆或水煤浆/ 二氧化碳混合雾化液通道(120)的出口 (125)处。
10. 一种适用于水煤浆气化的水煤浆气化炉系统，其特征在于包括 权利要求1 9任一项所述的水煤浆气化的工艺烧嘴(10)，以及气化炉(1)。
专利摘要本实用新型提供一种用于水煤浆气化的工艺烧嘴及系统，该工艺烧嘴包括至少两个氧气通道，每一氧气通道包括氧气通道入口和氧气通道出口；至少两个水煤浆通道，每一水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液通道包括水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液通道入口和出口；圆柱形外壳，具有冷却水入口和冷却水出口；其特征在于，至少两个氧气通道与至少两个水煤浆或水煤浆/二氧化碳混合雾化液通道交错排列并均匀分布于圆柱形外壳内，其中圆柱形外壳内为冷却水。本实用新型工艺烧嘴更有效地提高氧气与水煤浆和二氧化碳的混合程度，使气化效率提高，所有喷管和烧嘴的外壳各处均与冷却水接触，喷管和烧嘴外壳获得高效冷却，从而降低高温热蚀对烧嘴的损伤。
文档编号C10J3/50GK201850256SQ20102056939
公开日2011年6月1日 申请日期2010年10月13日 优先权日2010年10月13日
发明者付君, 兰秀菊, 刘柱元, 唐煜, 张永胜, 徐祖斌, 暴秋霖, 朱平, 李海宾, 杜迎春, 汤中文, 王家信, 罗泽林, 胡先君, 薛振欣 申请人:中国神华煤制油化工有限公司, 中国神华煤制油化工有限公司包头煤化工分公司, 神华集团有限责任公司