專利名稱：一種集束型氣化或燃燒噴嘴及其工業(yè)應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以烴類物質(zhì)為原料制備合成氣的裝置，尤其涉及一種氣化或燃燒噴嘴。
背景技術(shù)：
合成氣是生產(chǎn)合成氨(尿素的前驅(qū)體)、合成甲醇、二甲醚、合成油、制氫、海綿鐵生產(chǎn)的公共技術(shù)、源頭技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)，而噴嘴又是氣流床生產(chǎn)合成氣的關(guān)鍵技術(shù)之一，人們在該領(lǐng)域中進(jìn)行了大量的研發(fā)工作，形成了諸多專利，有代表性的是Shell(ZL 90103807.5)，Texaco(ZL94193847.6)和華東理工大學(xué)(ZL 98110616.1)。但從提高煤的轉(zhuǎn)化率以及耐火磚的使用壽命角度看，這些技術(shù)還不能滿足工業(yè)要求。
上述氣化技術(shù)煤的轉(zhuǎn)化率低、耐火磚壽命短，除與工藝因素有關(guān)外，重要原因是與噴嘴結(jié)構(gòu)有關(guān)。氣流式套管型外混噴嘴屬于射流型，在氣化爐內(nèi)形成受限射流，由于卷吸，回流質(zhì)量是射流質(zhì)量的數(shù)倍之多mem0=0.32xd0-1---(1)]]>me-卷吸流質(zhì)量流率；m0-射流總量流率；x-軸線方向距噴口長度，m；d0-噴口直徑，m。([1]Ricou，F(xiàn).P.and spalding，D.B.，“measurements ofentrainments by axisymmetrical turbulent jets”，J.Fluid Mech.，1961，1，pp21-32)。有關(guān)火焰長度的半經(jīng)驗(yàn)公式L/d=6(R+1)(ρeρF)12---(2)]]>R是化學(xué)計(jì)重空氣/燃料質(zhì)量比(以CH4為例，R＝17.25)；ρe-燃料密度；L-火焰長度，m；ρF-平均火焰氣密度；d-噴嘴直徑，m。([2]Guenther，R.，Gaswrme，1966，15，p376)。
由(2)式知，噴嘴直徑減少將會(huì)使火焰縮短；由(1)式知，相應(yīng)的攜帶(卷吸)量必降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是公開一種集束型氣化或燃燒噴嘴，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。
本發(fā)明所述的集束型氣化或燃燒噴嘴，包括殼體和設(shè)置在殼體中的N個(gè)噴嘴，N＞1；所說的噴嘴包括外套管和設(shè)置在外套管內(nèi)的內(nèi)套管、下管板、上管板和冷卻室；所說的外套管與內(nèi)套管下端齊平，外套管與下管板固接，內(nèi)套管與上管板固接，下管板和上管板分別與殼體的內(nèi)壁固接；冷卻室設(shè)置在噴嘴的出口處；在殼體內(nèi)中部設(shè)置一塊以限制噴嘴在工作時(shí)振動(dòng)的定位管板；殼體的上部設(shè)有煤漿或其他烴類物質(zhì)進(jìn)口和氣化介質(zhì)進(jìn)口，煤漿或其他烴類物質(zhì)進(jìn)口與內(nèi)套管相連通，氣化介質(zhì)進(jìn)口與外套管相連通；本發(fā)明的集束型氣化或燃燒噴嘴，可以將其安裝在氣流床上，用于以烴類物質(zhì)為原料制備合成氣，包括如下步驟烴類物質(zhì)自入口進(jìn)入內(nèi)套管，其速度為1～20m/s；氣化介質(zhì)自入口進(jìn)入外套管，其速度為10～200m/s；冷卻水以1～50噸/h的流量進(jìn)入冷卻室；所說的氣化介質(zhì)選自純O2、CO2、水蒸汽、空氣中的一種或者它們的混合物；氣流床操作壓力為1.0～10.0MPa，溫度為1200～1700℃；
所說的烴類物質(zhì)包括煤、水煤漿、天然氣、生物質(zhì)以及其他含碳?xì)浠衔锏奈镔|(zhì)。
采用上述的上述集束型氣化或燃燒噴嘴，在其他工藝條件相同的情況下，其與傳統(tǒng)的同心套管式噴嘴(例如二通道、三通道、多通道噴嘴)相比，優(yōu)勢如下火焰相對較短，趨于矩形，有利于保護(hù)氣化爐中下部耐火磚，延長其使用壽命；停留時(shí)間分布較狹，有利于提高碳的轉(zhuǎn)化率；噴嘴結(jié)構(gòu)合理，有利于提高噴嘴使用壽命。


圖1為集束型氣化或燃燒噴嘴正視剖面圖；圖2為圖1的A-A向剖面。
具體實(shí)施例方式
參見圖1和圖2，本發(fā)明所述的集束型氣化或燃燒噴嘴，包括殼體5和設(shè)置在殼體5中的N個(gè)噴嘴11，噴嘴11最好垂直設(shè)置在殼體5中，噴嘴11的軸線最好彼此平行，N＞1，優(yōu)選N＝2～300；所說的噴嘴11包括外套管3和設(shè)置在外套管3內(nèi)的內(nèi)套管4、下管板6、上管板7和冷卻室13；所說的外套管3與內(nèi)套管4下端齊平，外套管3與下管板6固接，內(nèi)套管4與上管板7固接，下管板6和上管板7分別與殼體5的內(nèi)壁固接，外套管3與內(nèi)套管4二者最好共軸線；外套管3之間管心距為d～10d，d為外套管3外直徑；冷卻室13設(shè)置在噴嘴11的出口17處，所說的冷卻室13包括與殼體5固定連接的U形外殼1、U形外殼1上部的蓋板2和設(shè)置在蓋板2上的冷卻水進(jìn)口14和回水口15；進(jìn)水管14最好插入U(xiǎn)形件1的內(nèi)底面，而出水管15靠近蓋板2，使冷卻室13內(nèi)的冷卻水形成旋轉(zhuǎn)，更有利于傳熱；在殼體5內(nèi)中部設(shè)置一塊以限制噴嘴11在工作時(shí)振動(dòng)的定位管板12；殼體5的上部設(shè)有煤漿或其他烴類物質(zhì)進(jìn)口10和氣化介質(zhì)進(jìn)口8，煤漿或其他烴類物質(zhì)進(jìn)口10與內(nèi)套管4相連通，氣化介質(zhì)進(jìn)口8與外套管3相連通；U形件1與蓋板2的固接位置離下端部愈高愈好，本發(fā)明優(yōu)選L為～40mm；噴嘴高度H為100～3000mm，過高則阻力增加，過短則火焰不穩(wěn)定。
以水煤漿為原料制備合成氣為例，煤漿自進(jìn)口10，經(jīng)內(nèi)管4向噴嘴11出口流動(dòng)，流速為1～20m/s；氣化介質(zhì)，例如氧(為安全計(jì)可含5％的水蒸汽)經(jīng)入口8進(jìn)入，沿管3與管4之間的環(huán)隙向下運(yùn)動(dòng)，流速為10～200m/s，兩股流體，煤漿與氧相互碰撞，煤漿為氣流霧化，平均粒徑為50～150μm；兩股流體形成火焰射向氣化爐(氣化反應(yīng)器)進(jìn)行氣化反應(yīng)(3)、(4)、(5)、(6)(3)(4)(5)煤中揮發(fā)份熱解，例如(6)冷卻水自入口管14進(jìn)入，流量1～50m3/h。
實(shí)施例1一個(gè)年產(chǎn)10萬噸甲醇廠采用以水煤漿為原料，采用設(shè)有圖1和圖2所示的集束型氣化或燃燒噴嘴的氣化爐氣化，該裝置日產(chǎn)甲醇303t，日處理煤400噸；
集束型氣化或燃燒噴嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)殼體5外直徑為260mm，采用7個(gè)噴嘴，內(nèi)套管直徑為31×3mm，外管直徑為39.6×3，外套管3之間管心距為80mm；噴嘴高度H為2000mm，U形件1與蓋板2的固接位置L為40mm；內(nèi)套管中，煤漿出噴口速度～2m/s；外套管中，氣體出噴口速度～100m/s；氣化爐壓力4.0MPa，氣化溫度1300℃，灰渣成熔融態(tài)進(jìn)入氣化爐的激冷室，所得氣體有效氣成分CO+H2≥82％；碳轉(zhuǎn)化率≥98％。
實(shí)施例2一個(gè)年產(chǎn)110萬噸甲醇廠采用以水煤漿為原料，日產(chǎn)甲醇3030t，需日處理煤1500噸的氣化爐3臺。氣化爐采用設(shè)有圖1和圖2所示的集束型氣化或燃燒噴嘴的氣化爐氣化；集束型氣化或燃燒噴嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)殼體5外直徑為400mm，采用13個(gè)噴嘴，內(nèi)套管直徑為31×3mm，外管直徑為39.6×3，外套管3之間管心距為80mm；噴嘴高度H為2000mm，U形件1與蓋板2的固接位置L為40mm；內(nèi)套管中，煤漿出噴口速度～4m/s；外套管中，氣體出噴口速度～125m/s；氣化爐壓力6.5MPa，氣化溫度1400℃，灰渣成熔融態(tài)進(jìn)入氣化爐的激冷室，所得氣體有效氣成分CO+H2≥82％；碳轉(zhuǎn)化率≥98％。
權(quán)利要求
1.一種集束型氣化或燃燒噴嘴，其特征在于，包括殼體(5)和設(shè)置在殼體(5)中的N個(gè)噴嘴(11)，N＞1；所說的噴嘴(11)包括外套管(3)和設(shè)置在外套管(3)內(nèi)的內(nèi)套管(4)、下管板(6)、上管板(7)和冷卻室(13)；所說的外套管(3)與內(nèi)套管(4)下端齊平，外套管(3)與下管板(6)固接，內(nèi)套管(4)與上管板(7)固接，下管板(6)和上管板(7)分別與殼體(5)的內(nèi)壁固接；噴嘴(11)垂直設(shè)置在殼體(5)中，噴嘴(11)的軸線彼此平行；外套管(3)與內(nèi)套管(4)二者共軸線；冷卻室(13)設(shè)置在噴嘴(11)的出口(17)處；在殼體(5)內(nèi)中部設(shè)置一塊以限制噴嘴(11)在工作時(shí)振動(dòng)的定位管板(12)；殼體(5)的上部設(shè)有煤漿或其他烴類物質(zhì)進(jìn)口(10)和氣化介質(zhì)進(jìn)口(8)，煤漿或其他烴類物質(zhì)進(jìn)口(10)與內(nèi)套管(4)相連通，氣化介質(zhì)進(jìn)口(8)與外套管(3)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集束型氣化或燃燒噴嘴，其特征在于，外套管(3)之間管心距為d～10d，d為外套管(3)外直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集束型氣化或燃燒噴嘴，其特征在于，所說的冷卻室(13)包括與殼體(5)固定連接的U形外殼(1)、U形外殼(1)上部的蓋板(2)和設(shè)置在蓋板(2)上的冷卻水進(jìn)口(14)和回水口(15)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集束型氣化或燃燒噴嘴，其特征在于，進(jìn)水管(14)插入U(xiǎn)形件(1)的內(nèi)底面，出水管(15)靠近蓋板(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集束型氣化或燃燒噴嘴，其特征在于，U形件(1)與蓋板(2)的固接位置L為～40mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的集束型氣化或燃燒噴嘴，其特征在于，噴嘴高度H為100～3000mm，N＝2～300。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述的集束型氣化或燃燒噴嘴的應(yīng)用，其特征在于，將其安裝在氣流床上，用于以烴類物質(zhì)為原料制備合成氣，包括如下步驟烴類物質(zhì)自入口(10)進(jìn)入內(nèi)套管(4)，其速度為1～20m/s；氣化介質(zhì)自入口(8)進(jìn)入外套管(3)，其速度為10～200m/s；冷卻水以1～50噸/h的流量進(jìn)入冷卻室；所說的氣化介質(zhì)選自純O2、CO2、水蒸汽、空氣中的一種或者它們的混合物；氣流床操作壓力為1.0～10.0MPa，溫度為1200～1700℃；所說的烴類物質(zhì)包括煤、水煤漿、天然氣、生物質(zhì)以及其他含碳?xì)浠衔锏奈镔|(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集束型氣化或燃燒噴嘴及其工業(yè)應(yīng)用，包括殼體(5)和設(shè)置在殼體(5)中的N個(gè)噴嘴(11)，所說的噴嘴(11)包括外套管(3)和設(shè)置在外套管(3)內(nèi)的內(nèi)套管(4)、下管板(6)、上管板(7)和冷卻室(13)，其與傳統(tǒng)的同心套管式噴嘴(例如二通道、三通道、多通道噴嘴)相比，優(yōu)勢如下火焰相對較短，趨于矩形，有利于保護(hù)氣化爐中下部耐火磚，延長其使用壽命；停留時(shí)間分布較狹，有利于提高碳的轉(zhuǎn)化率；噴嘴結(jié)構(gòu)合理，有利于提高噴嘴使用壽命。
文檔編號C10J3/00GK1928431SQ200610116588
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月27日
發(fā)明者于遵宏, 劉海峰, 李偉鋒, 代正華, 陳雪莉, 于廣鎖, 王輔臣 申請人:華東理工大學(xué)