阅读说明：本技术 多喷嘴气化炉 (Multi-nozzle gasification furnace ) 是由 姜从斌 李立志 李红海 郭进军 张文斌 丁建平 张学智 陈伟 于 2019-04-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多喷嘴气化炉,包括外壳及设置在所述外壳内部的内胆,所述内胆包括由上至下依次设置的上内胆、中内胆及下内胆,所述中内胆由多个结构相同的弧形水冷部件围成,相邻的弧形水冷部件之间均设置喇叭口形的喷嘴护罩,各所述喷嘴护罩中均穿设有伸入所述内胆的侧喷喷嘴,所述多喷嘴气化炉还包括与所述侧喷喷嘴连接的喷嘴角度调整装置,其用于根据炉内数据实时调整所述侧喷喷嘴的喷射角度；本发明的多喷嘴气化炉,提高了气化炉气化煤种适用性和煤炭转化效率；另外,通过喷嘴护罩,保护气等多种保护措施,对气化炉内热负荷大温度高的中内胆内壁区域进行针对性保护,减少烧损风险,延长气化炉运行周期,提高使用寿命。(The invention discloses a multi-nozzle gasification furnace, which comprises a shell and an inner container arranged in the shell, wherein the inner container comprises an upper inner container, a middle inner container and a lower inner container which are sequentially arranged from top to bottom, the middle inner container is surrounded by a plurality of arc water cooling parts with the same structure, a nozzle shield in a bell mouth shape is arranged between every two adjacent arc water cooling parts, a side spray nozzle extending into the inner container is arranged in each nozzle shield in a penetrating manner, and the multi-nozzle gasification furnace also comprises a nozzle angle adjusting device connected with the side spray nozzle and used for adjusting the spray angle of the side spray nozzle in real time according to data in the furnace; the multi-nozzle gasification furnace improves the coal type applicability and the coal conversion efficiency of the gasification furnace; in addition, through a plurality of protective measures such as the nozzle shield and the protective gas, the inner wall area of the middle liner with large heat load and high temperature in the gasification furnace is protected in a targeted manner, the burning risk is reduced, the operation cycle of the gasification furnace is prolonged, and the service life is prolonged.)

多喷嘴气化炉

技术领域

本发明涉及煤气化设备技术领域，尤其指一种多喷嘴气化炉。

背景技术

煤气化炉是煤气化技术所采用的主要设备，其通过将煤或焦炭、半焦等燃料在高温常压或加压条件下与气化剂反应，转化为气体产物和少量残渣。目前，现有的单喷嘴和多喷嘴顶置气化炉由于受顶部温度高的限制在大型化方面受到一定的制约。采用喷嘴侧喷的气化炉，在喷嘴布置位置，由于热负荷大、温度高，气化炉容易烧损；气化现场煤种时有变化，当气化煤种发生变化时，容易造成流场分布不合理，导致煤炭转化效率低。因此，上述问题均亟待解决。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种多喷嘴气化炉，其技术方案如下：

一种多喷嘴气化炉，包括外壳及设置在所述外壳内部的内胆，所述内胆包括由上至下依次设置的上内胆、中内胆及下内胆，所述中内胆由多个结构相同的弧形水冷部件围成，相邻的弧形水冷部件之间均设置喇叭口形的喷嘴护罩，各所述喷嘴护罩中均穿设有伸入所述内胆的侧喷喷嘴，所述多喷嘴气化炉还包括与所述侧喷喷嘴连接的喷嘴角度调整装置，其用于根据炉内数据实时调整所述侧喷喷嘴的喷射角度。

作为优选，所述外壳顶部设置外壳进口；所述上内胆顶部设置与所述外壳进口对应的上内胆进口；所述多喷嘴气化炉还包括穿过所述外壳进口及所述上内胆进口而伸入所述内胆的顶喷喷嘴。

作为优选，所述喷嘴角度调整装置包括：

夹具，其与所述侧喷喷嘴连接；

第一齿轮，其端面与所述夹具连接以带动所述侧喷喷嘴转动；

第二齿轮，其与所述第一齿轮啮合以带动所述第一齿轮转动；以及

电机，其与所述第二齿轮连接以驱动所述第二齿轮转动。

作为优选，所述喷嘴角度调整装置通过调整所述喷嘴护罩的轴线与所述侧喷喷嘴的轴线之间的夹角，使所述侧喷喷嘴的轴线始终相切于与所述中内胆的竖直轴线垂直的平面上的虚拟圆的边缘，从而使所述侧喷喷嘴在所述内胆中形成合理的切流流场。

作为优选，所述上内胆为列管式水冷壁或盘管式水冷壁；所述上内胆由从上到下依次设置的互相同轴的上内胆上直段、上内胆上锥段、上内胆下直段和上内胆下锥段组成；所述下内胆为列管式水冷壁或盘管式水冷壁；所述下内胆由从上到下依次设置的互相同轴的下内胆上锥段、下内胆上直段段、下内胆下锥段和下内胆下直段组成。

作为优选，所述侧喷喷嘴的管壁外套设金属软管，所述金属软管的两端通过法兰分别与所述侧喷喷嘴以及所述喷嘴护罩连接，所述金属软管与所述侧喷喷嘴的管壁之间形成环隙，所述环隙中通入高于炉内压力0.01MPa-0.3MPa的保护气。

作为优选，通过所述顶喷喷嘴加入的物料为含碳物质，所述含碳物质包括：废液、油泥、滤饼、粗煤渣、细煤渣、飞灰、石油焦、固体废弃物、气体废弃物、粉煤、水煤浆、生物质中之一或多种。

作为优选，通过所述顶喷喷嘴喷入流场调节气体，所述流场调节气体包括：水、水蒸气、氧气、空气、氮气、氩气、二氧化碳中之一或多种。

作为优选，所述顶喷喷嘴可以是点火喷嘴和开工喷嘴。

作为优选，所述多喷嘴气化炉的顶部布置人孔、检修孔和监测孔。

与现有技术相比，本发明的多喷嘴气化炉，通过设置喷嘴角度调整装置，可以实时调节侧喷喷嘴的喷射角度，提高了气化炉气化煤种的适用性，同时可以通过调整侧喷喷嘴的喷射角度，提高煤炭转化效率；另外，通过例如喷嘴护罩，保护气等多种保护措施，对气化炉内热负荷大温度高的中内胆内壁区域进行针对性保护，减少烧损风险，延长气化炉运行周期，提高使用寿命；此外，中内胆由多个弧形水冷部件组成，便于更换。

附图说明

图1为本发明的一种实施例的正面结构示意图；

图2为本发明的一种实施例的俯视剖视结构示意图；

图3为本发明的一种实施例的侧喷喷嘴与气化炉连接结构示意图；

图4为本发明的一种实施例的喷嘴角度调整装置示意图。

附图标记说明：

1-外壳11-外壳进口2-内胆21-上内胆211-上内胆上直段212-上内胆上锥段213-上内胆下直段214-上内胆下锥段22-中内胆221-弧形水冷部件222-中内胆竖直轴线223-进水口224-出水口225-波纹管226-进气孔23-下内胆231-下内胆上锥段232-下内胆上直段233-下内胆下锥段234-下内胆下直段24-上内胆进口3-喷嘴护罩31-冷却水进口32-冷却水出口33-保护气入口4-顶喷喷嘴5-侧喷喷嘴61-侧喷喷嘴轴线62-喷嘴护罩轴线7-喷嘴角度调整装置71-夹具72-第一齿轮73-第二齿轮74-电机8-金属软管81-环隙。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

参照图1至图2所示，本实施例提供一种多喷嘴气化炉，包括外壳1及设置在外壳1内部的内胆2，内胆2与外壳1同轴，内胆2包括由上至下依次设置的上内胆21、中内胆22及下内胆23，中内胆22由多个结构相同的弧形水冷部件221围成，相邻的弧形水冷部件221之间均设置喇叭口形的喷嘴护罩3，各喷嘴护罩3中均穿设有伸入内胆2的侧喷喷嘴5，多喷嘴气化炉还包括与侧喷喷嘴5连接的喷嘴角度调整装置7，其用于根据炉内数据实时调整侧喷喷嘴5的喷射角度。

本实施例中，中内胆22是由四个四分之一圆弧的弧形水冷部件221围成的，相邻的弧形水冷部件221之间均设置一个喷嘴护罩3，共设置四个喷嘴护罩3，每个喷嘴护罩3中设置伸入内胆2的侧喷喷嘴5，在其他实施例中，也可以设置具有三个侧喷喷嘴5或四个以上侧喷喷嘴5的结构，具体结构与具有四个侧喷喷嘴5的结构的区别仅在于弧形水冷部件221的弧形形状及数量不同，以及喷嘴护罩3和侧喷喷嘴5的数量不同，故在此不一一赘述。具体的，弧形水冷部件221为蛇形水冷壁、列管式水冷壁和水冷夹套中的一种。

本实施例中，中内胆22设置为由多个弧形水冷部件221围成，可以便于中内胆22的取出及装入，例如，当某一个弧形水冷部件221损坏时，不需要取下上内胆21即可直接将弧形水冷部件221从炉体内取出，便于更换及维修；另外，由于中内胆22内壁热负荷大温度高易烧损，因此喷嘴护罩3采用具有强化换热设计的喷嘴护罩3，从而保护侧喷喷嘴5及中内胆22，延长气化炉使用寿命。

具体的，外壳1顶部设置外壳进口11；上内胆21顶部设置与外壳进口11对应的上内胆进口24；多喷嘴气化炉还包括穿过外壳进口11及上内胆进口24而伸入内胆2的顶喷喷嘴4，顶喷喷嘴4从气化炉顶部向内胆内进行喷洒。

进一步的，上内胆21为列管式水冷壁或盘管式水冷壁；上内胆21包括从上到下依次设置的互相同轴的上内胆上直段211、上内胆上锥段212、上内胆下直段213和上内胆下锥段214组成；下内胆23为列管式水冷壁或盘管式水冷壁；下内胆23由从上到下依次设置的互相同轴的下内胆上锥段231、下内胆上直段232段、下内胆下锥段233和下内胆下直段234组成。

通过这样的结构，使上内胆21、中内胆22及下内胆23共同限定出气化室，用于对进入气化室的物料进行煤气化操作。

进一步的，参照图4，喷嘴角度调整装置7包括夹具71、第一齿轮72、第二齿轮73及电机74，其中，夹具71与侧喷喷嘴5连接，具体为夹持，第一齿轮72的端面与夹具71连接以带动侧喷喷嘴5转动，第二齿轮73与第一齿轮72啮合以带动第一齿轮72转动；电机74与第二齿轮73连接以驱动第二齿轮73转动。具体的，参照图4，本实施例中，夹具71固定至第一齿轮72的一侧端面上，第一齿轮72为齿数较多的大尺寸齿轮，第二齿轮73为齿数较少的小尺寸齿轮，具体的，第二齿轮73套设在电机74的输出轴上，通过这样的结构，能够通过电机74驱动第二齿轮73转动，从而带动第一齿轮72上固定的夹具71并带动侧喷喷嘴5转动，从而对侧喷喷嘴5的喷射角度进行调整，具体的，当气化炉采用不同煤种时，所需的喷射角度不同，因此，通过调整侧喷喷嘴5的喷射角度，能够形成合适的流场，从而提高气化效率以及实现长周期运行；例如，对于低灰分反应活性差煤种，可调节为较大喷射角度，优选4.5°至20°，以形成强旋流场，实现灰渣挂壁保护内胆2和增加物料停留时间，提高碳转化效率；对于同一台气化炉，如果气化炉运行需要更换成高灰分反应活性好的煤种,可调节为小喷射角度，优选0-10°，使物料倾向于集中在气化室中央，内胆2壁面附近温度相对较低，且减少了灰渣对气化室内胆2冲击磨损，提高使用寿命。

具体的，喷嘴角度调整装置7在调整侧喷喷嘴5的喷射角度时，以0.5°为最小调节角度，同时气化炉内设置用于监测炉内各项数据的传感器，具体实时监测的数据有，煤量(t/h)、氧量(Nm³/h)、水蒸气量(t/h)、有效气产量(Nm³/h)、CO％、H₂％、CO₂％、CH₄ppm等，另外对入炉煤进行取样并对其成分进行离线测量，具体测量的数据包括，入炉煤水分Mwt％、入炉煤灰分Awt％、入炉煤碳Cwt％、入炉煤氢Hwt％、入炉煤氧Owt％、入炉煤硫Swt％、入炉煤氮Nwt％等；具体的，在通过喷嘴角度调整装置7对侧喷喷嘴5的喷射角度进行调整时，先采用某一角度进行喷射，待炉内环境稳定后，测量并计算碳转化率和有效气含量(CO％+H₂％)，以碳转化率大于98％以及有效气含量大于90％作为调节目标，对侧喷喷嘴5的喷射角度进行进一步调整，并对调整角度过后的炉内数据进行重新测量，最终达到所需要的调节目标，具体参见表1。

表1：气化参数表

参数	计算/监控	仅顶喷	仅侧喷	顶喷+侧喷	A煤3°	B煤3°	B煤5°
								入炉煤水分Mwt％	离线测量	2	2	2	2	2	2
入炉煤灰分Awt％	离线测量	14	14	14	14	10	10
								入炉煤碳Cwt％	离线测量	69	69	69	69	75	75
入炉煤氢Hwt％	离线测量	3.6	3.6	3.6	3.6	3.5	3.5
								入炉煤氧Owt％	离线测量	9.3	9.3	9.3	9.3	8.5	8.5
入炉煤硫Swt％	离线测量	0.5	0.5	0.5	0.5	1	1
								入炉煤氮Nwt％	离线测量	1.6	1.6	1.6	1.6	1	1
煤量t/h	实时测量	89	89	89	89	84	84
								氧量Nm3/h	实时测量	47500	47500	47500	47500	49300	49300
水蒸气量t/h	实时测量	6.5	6.5	6.5	6.5	6.2	6.2
								有效气产量Nm3/h	实时测量	153600	151500	156000	156000	150500	157000
CO％	实时测量	65.1	64.5	66.1	66.1	64.8	69
								H2％	实时测量	26.1	26.3	25.9	25.9	24	24.1
CO2％	实时测量	8.0	8.7	7.4	7.4	8.2	6.3
								CH4ppm	实时测量	350	400	300	300	400	300
滤饼残炭％	离线测量	13.6	18	6.5	6.5	30	9.5
								粗渣残炭％	离线测量	3	5	0.7	0.7	6	1
碳转化率％	计算得出	97.7	96.9	99.1	99.1	96.2	99

参见表1，当采用仅顶喷的方式进行煤气化处理时，其碳转化率能够达到97.7％，有效气含量(CO％+H₂％)能够达到91.2％；当采用仅侧喷的方式进行煤气化处理时，其碳转化率能够达到96.6％，有效气含量(CO％+H₂％)能够达到90.8％；当采用顶喷加侧喷的方式进行煤气化处理时，其碳转化率能够达到99.1％，有效气含量(CO％+H₂％)能够达到92％。气化现场由于原料煤供应和煤价波动等原因，时常需要更换煤种，但是为了不影响生产和减少设备更换费用，一般不会采用停炉更换气化设备来适应新煤种气化性能的办法，这就需要气化设备具有调节能力以适应煤种变化，喷嘴角度调整装置能够很好地解决该问题。例如，当对A煤采用3°的侧喷喷嘴5喷射角度进行煤气化处理时，其碳转化率为99.1％，有效气含量为92％；现场由于原料煤供应变化，需要更换B煤种，当采用相同的3°喷射角度对B煤进行煤气化处理时，其有效气含量降至88.8％，碳转化率降至96.2％；经多次调整最终采用5°的侧喷喷嘴5喷射角度后，碳转化率升至99％，有效气含量升至93.1％。采用B煤时，喷射角度由3°调整至5°，其他条件未变，有效气产量从150500上升至157000Nm³/h,每小时多产有效气6500Nm³,按照1.2元/Nm3有效气计算，月增收561.6万元。

具体的，参照图2，喷嘴角度调整装置7通过调整喷嘴护罩3的喷嘴护罩轴线62与侧喷喷嘴5的侧喷喷嘴轴线61之间的夹角，使侧喷喷嘴5的侧喷喷嘴轴线61始终相切于与中内胆竖直轴线222垂直的平面上的虚拟圆的边缘，图2中示出了该虚拟圆，从而使侧喷喷嘴5在内胆2中形成合理的切流流场。具体的，本实施例中，该虚拟圆的大小如图2所示，该虚拟圆的位置位于中内胆22的几何中心且位于与中内胆竖直轴线222垂直的平面内，在其他实施例中，虚拟圆的位置可以不位于中内胆22的几何中心，例如稍微靠上或稍微靠下。

进一步的，参照图3，为本发明一种实施例的侧喷喷嘴与气化炉连接结构示意图，具体的，侧喷喷嘴5、金属软管8和喷嘴护罩3之间通过法兰连接；参见图3中右侧，侧喷喷嘴5的管壁外套设金属软管8，金属软管8的两端通过法兰分别与侧喷喷嘴5以及喷嘴护罩3连接，金属软管8与侧喷喷嘴5的管壁之间形成环隙81，环隙81中通入高于炉内压力0.01MPa-0.3MPa的保护气，具体的，保护气从设置在法兰上的保护气入口33通入环隙81中；通过这样的设置，可以保护侧喷喷嘴5在进行气化操作时免受损坏，提高侧喷喷嘴5的使用寿命；同时，由于金属软管8是柔性的，这样就可以更便于喷嘴角度调整装置7对侧喷喷嘴5的角度进行调节。继续参照图3，喷嘴护罩3的喇叭口端伸入气化炉的内胆中，喷嘴护罩3的另一端位于气化炉外并设置冷却水进口31及冷却水出口32，从而形成对喷嘴护罩3的水冷却循环，避免喷嘴护罩3高温烧损。继续参照图3，本实施例中的中内胆的水冷部件的进水口223及出水口224均通过法兰连接并安装在外壳1上设置的安装孔上，以便于从气化炉外部向中内胆22供水。继续参照图3，为了防止中内胆22与炉壳1之间串入高温气体，中内胆22上端与上内胆下锥段214之间通过焊接I密封连接，中内胆22下端与下内胆上锥段231之间通过焊接II密封连接。由于中内胆22受热时会有一定程度的膨胀，在中内胆22的管壁上设置波纹管225，用于吸收中内胆22受热膨胀产生的压力。继续参照图3，中内胆22与喷嘴护罩3并非直接贴合接触，它们之间也存在一定的环隙，该环隙中也可以通入一定压力的保护气，可以避免在进行煤气化处理时气流串入其中，具体的，保护气从与该环隙接触的法兰上设置的进气孔通入，本实施例中，该进气孔为进气孔226。

进一步的，通过顶喷喷嘴4加入的物料为含碳物质，可选择性包括气化剂；含碳物质可以是包括以下物料中的一种或多种，具体包括废液、油泥、滤饼、粗煤渣、细煤渣、飞灰、石油焦、固体废弃物、气体废弃物、粉煤、水煤浆、生物质等。其中，通过顶喷喷嘴4喷入废弃物，一方面可以经济环保的处理废弃物，另一方面可以改变流场，防止气化炉顶部超温。

进一步的，通过顶喷喷嘴4喷入流场调节气体，流场调节气体可以是以下物质中的一种或多种，具体包括水、水蒸气、氧气、空气、氮气、氩气、二氧化碳、合成气等。

通过这样的结构，利用顶喷喷嘴4和侧喷喷嘴5结合，顶喷喷嘴4的物料种类和比例，进一步调节流场，形成合理温度场，强化物料掺混，提高煤炭转化效率和气化炉煤种适应性。

进一步的，顶喷喷嘴4可以是点火喷嘴和开工喷嘴。

进一步的，多喷嘴气化炉的顶部布置人孔、检修孔和监测孔。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明保护范围内。