[实用新型]用于水煤浆气化的等离子体喷嘴及气化炉

说明书

本实用新型公开一种用于水煤浆气化的等离子体喷嘴及气化炉。该喷嘴包括喷嘴主体和冷却系统；喷嘴主体包括从内向外依次同轴套设的阴极喷管、阳极喷管、中环喷管和外环喷管，两两之间依次形成第一气化剂通道、水煤浆通道和第二气化剂通道；第一气化剂通道的末端通过第一绝缘连接件实现密封；阴极喷管和阳极喷管的内部均设有冷却介质通道，其内壁面均设有导热绝缘涂层；阳极喷管的外壁面设有与之贴合的绝缘套筒；阳极喷头和阴极头的前端形成放电空间；冷却系统用于降低外环喷头的温度。该喷嘴无需预热即可实现水煤浆的直接点火启动，节省烘炉时间，减少能耗，提高反应速率、碳转化率和气化效率。

技术领域

本实用新型涉及一种用于水煤浆气化的等离子体喷嘴及气化炉。

背景技术

煤的洁净与高效利用是当今我国能源利用与环境保护领域中的重要课题，也是我国国民经济持续发展的关键技术之一。煤气化技术作为洁净煤技术的核心技术之一，制备的合成气是发展煤基化学品、煤基液体燃料、先进的IGCC发电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础，是这些行业的龙头技术。其中，气流床气化技术因具有煤种适应性强、生产能力和气化效率高等优点，在世界范围内得到了迅速推广和广泛的应用。根据给料方式的不同，气流床气化炉可分为两类：一类为干法供料，将煤粉直接气力输送至喷嘴；另一类为湿法供料，将水煤浆输送至喷嘴。作为这两类气化炉不可或缺的关键部件之一，喷嘴技术的发展直接决定了气流床气化炉的运行稳定性、高效性与可靠性。

现有技术中，水煤浆气化炉点火过程如下：先采用预热喷嘴将炉温升至1200℃以上并恒温，再更换工艺喷嘴进行投料。上述点火过程存在如下缺陷：点火过程中需要多次更换喷嘴，因此其工序相对复杂，开车时间较长，不利于化工生产中装置的安全投料和稳定运行；此外，点火过程需要消耗大量的能量来提升炉膛温度，且水煤浆中含有大量水，而水气化为水蒸气需要吸收大量的热量，并且煤与水蒸气、CO₂的气化反应也均会消耗大量的热量，采用现有技术中的喷嘴无法将反应温度达到较高的水平，因此会大大地影响气化效率。

当前，等离子体技术已广泛应用于焊接、切割、点火、金属冶炼、垃圾焚烧及废物处理等领域，等离子体是处于高温或特定激励下的一种物质状态，是部分或完全电离的离子化的气态状物质，由大量的带电粒子(离子、电子)和中性粒子(原子、分子)组成，其温度可以高达上万度。

现有技术中已有将等离子体技术应用于煤粉气化领域，例如：中国专利文献CN104869741A公开了一种用于气化的等离子体喷枪，中国专利文献CN103200757A公开了一种电弧等离子体喷枪，但上述喷枪仅适用于固态粉体燃料(煤粉)，且工作气体仅适用于水蒸气，除了上述限制外，其结构复杂，系统庞大，无法适用于水煤浆气化；中国专利文献CN1478869A公开了一种等离子体进行煤气化的方法和装置，其同样也仅适用于粉煤的气化，且等离子体发生器与给料装置单独分开，使得系统过于复杂和庞大。

因此，寻求一种能够适用于水煤浆、无需预热即可实现水煤浆的直接点火启动的喷嘴，是目前急需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是为了克服现有技术中用于水煤浆气化的喷嘴必须先预热才能点火启动、且尚无适用于水煤浆气化的等离子体喷嘴的缺陷，而提供一种用于水煤浆气化的等离子体喷嘴及气化炉。该等离子体喷嘴，结构简单，制作与维护方便，适用范围广，使用寿命长，雾化性能优良。该等离子体喷嘴，无需预热即可实现水煤浆的直接点火启动，且能大大节省烘炉时间，减少能量消耗，并能大大地提高反应速率、碳转化率和气化效率。

本实用新型通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种用于水煤浆气化的等离子体喷嘴，其包括喷嘴主体；所述喷嘴主体包括阴极喷管、阳极喷管、中环喷管和外环喷管；所述阴极喷管、所述阳极喷管、所述中环喷管和所述外环喷管的轴线在同一直线上；