煤气化烧嘴水冷夹套及气化炉.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114854452A(43)申请公布日2022.08.05(21)申请号202110166350.5(22)申请日2021.02.04(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区清华园申请人清华大学山西清洁能源研究院(72)发明人胡振中毕大鹏张建胜(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201专利代理师肖阳(51)Int.Cl.C10J3/50(2006.01)C10J3/76(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称煤气化烧嘴水冷夹套及气化炉(57)摘要本发明公开了煤气化烧嘴水冷夹套及气化炉。其中，煤气化烧嘴水冷夹套包括：套管和端盖；所述套管包括由内至外依次套设的内套管、隔流管和外套管；所述端盖设在所述套管的一端；所述端盖包括内壁、外壁和端板；所述内壁与所述内套管相连，所述外壁与所述外套管相连；所述内壁和所述外壁的内侧设有侧壁换热结构，所述端板内侧分布有多个凸起的端面换热结构。该煤气化烧嘴水冷夹套的端盖内侧设有换热结构，具有换热面积大、冷却效果好、热应力分布合理、使用寿命长等优点。CN114854452ACN114854452A权利要求书1/1页1.一种煤气化烧嘴水冷夹套，其特征在于，包括：套管和端盖；所述套管包括由内至外依次套设的内套管、隔流管和外套管；所述端盖设在所述套管的一端；所述端盖包括内壁、外壁和端板；所述内壁与所述内套管相连，所述外壁与所述外套管相连；所述内壁和所述外壁的内侧设有侧壁换热结构，所述端板内侧分布有多个凸起的端面换热结构。2.根据权利要求1所述的煤气化烧嘴水冷夹套，其特征在于，所述隔流管伸入所述端盖内。3.根据权利要求1所述的煤气化烧嘴水冷夹套，其特征在于，所述侧壁换热结构为肋片。4.根据权利要求1所述的煤气化烧嘴水冷夹套，其特征在于，所述端面换热结构为圆柱体、圆锥体或棱柱体。5.根据权利要求4所述的煤气化烧嘴水冷夹套，其特征在于，所述棱柱体为直三棱柱或直四棱柱。6.根据权利要求4所述的煤气化烧嘴水冷夹套，其特征在于，所述棱柱体为直六棱柱，且直六棱柱底面上的一个角的角度大于180度，且其对角的开口方向指向所述端板的中心。7.根据权利要求6所述的煤气化烧嘴水冷夹套，其特征在于，沿所述端板由中心至外的方向，所述棱柱体的底面面积逐渐增大。8.根据权利要求1所述的煤气化烧嘴水冷夹套，其特征在于，所述端面换热结构覆盖所述端板内表面面积的60％～80％。9.根据权利要求1所述的煤气化烧嘴水冷夹套，其特征在于，所述端面换热结构的高度为3～5mm。10.一种气化炉，其特征在于，包括煤气化烧嘴，所述煤气化烧嘴上套设有权利要求1～9任一项所述的煤气化烧嘴水冷夹套。2CN114854452A说明书1/4页煤气化烧嘴水冷夹套及气化炉技术领域[0001]本发明涉及煤化工技术领域，具体而言，本发明涉及煤气化烧嘴水冷夹套及气化炉。背景技术[0002]煤气化是煤制化学品(合成氨、甲醇、乙二醇等)、煤制油、煤制氢、整体煤气化联合循环发电(IGCC)、气化联合燃料电池发电(IGFC)的关键核心技术，对于缓解我国能源供应压力，保障国家能源安全具有重要意义。煤气化烧嘴是气化炉的核心设备，其作用是将气化原料和气化剂连续稳定地输送至气化炉，并使之在气化炉内充分混合，进而发生气化反应。烧嘴结构设计的合理与否直接关系到气化炉的安全运行和反应效率，对气化炉的整体性能产生至关重要的影响。[0003]由于气化炉内反应温度高(1500℃以上)，气化压力高(4～6MPa)，而且气化反应为煤粉和氧气之间的剧烈化学反应，会产生大量飞灰颗粒和H2S、HCl等腐蚀性气体，因此，烧嘴端面极易因高温、磨损和腐蚀而产生裂纹，影响烧嘴使用寿命，其中，高温导致的材料性能下降是烧嘴开裂的主要原因。因此，需要在烧嘴外层设置冷却夹套，对烧嘴端面进行冷却。[0004]传统的水冷夹套大致有两种，一种为盘管式结构(图1)，这种结构由于采用弯曲的卷管，使用过程中易出现水冷管断裂的现象，影响烧嘴正常运行，且其端部为一结构简单的水冷腔(图2)，冷却效果不佳。另一种为套管式结构(图3)，采用套管形成冷却水的进水和出水通道，烧嘴头部用端盖进行密封(图4)。应该注意到的是，这两种传统水冷夹套的端部都只是一个简单的空腔室，内表面换热面积有限，未能对烧嘴端部起到较好的冷却作用，而烧嘴端部是最容易受热失效并产生裂纹的区域。由此可见，现有的煤气化烧嘴水冷夹套仍有待改进。发明内容[0005]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出煤气化烧嘴水冷夹套及气化炉。该煤气化烧嘴水冷夹套的端盖内侧设有换热结构，具有换热面积大、冷却效果好、热应力分布合理、使用