[发明专利]一种内置水冷壁的一体式工艺烧嘴喷嘴

说明书

本发明公开了一种新型煤气化水煤浆烧嘴喷嘴。该烧嘴喷嘴为整体式单体结构，设有第一氧气管、水煤浆管和管壁内置水夹套的第二氧气管；各管壁之间设有连接结构连接，连接结构与喷嘴轴线夹角不大于45°；连接结构截面可以是矩形、圆形、椭圆形和水滴形；第一氧气管进气口端面、水煤浆管入口端面、第二氧气管内壁入口端面、冷却管隔板端面和冷却管外壁底端面距离烧嘴喷嘴顶端面——即出口端面——的距离依次等距离减小。本发明一体化结构，简化了烧嘴喷嘴的制造工序，消除了装配误差，提高了制造精度；内置冷却通道，提高了烧嘴散热效率，可以有效延长烧嘴使用寿命。

技术领域

本发明属于煤气化技术领域，应用于水煤浆工艺烧嘴。

背景技术

随着环境保护意识的提高，传统能源——煤炭的清洁利用迫在眉睫。煤炭气化是煤炭清洁利用的重要方向。工艺烧嘴作为水煤浆气化工艺的核心装备之一，需要在1400℃高温和含硫含氯气体火焰中传统持续工作，其使用寿命直接影响煤气化工艺的稳定和产能。

当前国内使用的工艺烧嘴结构都继承于美国德士古工艺烧嘴设计，都是由冷却水盘管，头部带有冷却腔的第二氧气喷嘴、水煤浆喷嘴和第一氧气喷嘴构成。该结构的工艺烧嘴在使用中始终存在第二氧气喷嘴喷口处龟裂、水煤浆喷嘴喷口内壁和第一氧气喷嘴喷口外壁冲蚀磨损和水冷盘管焊口破损泄漏等问题，原来使用不锈钢材质，烧嘴使用寿命不超过30天。将易龟裂和磨损的烧嘴头部更换为UMCo50或者Hayness188后，其平均使用寿命延长到了90天。但该类型喷嘴将由16个部件装配焊接制成，导致工艺烧嘴喷嘴处存在大量焊缝。 该工艺流程长，需要极高的装配精度，可靠性却不高。

增材制造技术在制造复杂结构方面具有显著优势。采用增材制造技术制造一体式工艺烧嘴，可以消除焊缝，可以将传统烧嘴上外置的冷却水排内置，提高烧嘴喷嘴的换热效率，有效提高烧嘴使用寿命。

发明内容

为了提高当前水冷盘管水煤浆工艺烧嘴的可靠性，延长其工作寿命，本发明公开了一种采用增材制造技术制造的结构优化的一体化工艺烧嘴喷嘴，其特征为：

S1、所述喷嘴为整体式单体结构，由第一氧气喷嘴、水煤浆喷嘴和管壁内置冷却流道的第二氧气喷嘴共计三个喷嘴，以轴线重合和按前述顺序由内到外逐层嵌套的方式构成。第一氧气喷嘴又称中心氧气喷嘴，位于最内层，是中心氧气的通道；水煤浆喷嘴居中位于第二层，包裹中心氧气喷嘴，其与中心氧喷嘴之间的环形缝隙为水煤浆通道；最外层是第二氧气喷嘴，其与水煤浆喷嘴之间的环形缝隙为外环氧气通道，其管壁内置冷却流道，用于冷却液流通给烧嘴喷嘴降温；三个喷嘴共轴，即以轴线重合和按前述顺序由内到外逐层嵌套的方式构成；喷嘴进料口处呈阶梯状，第一氧气喷嘴进气口端面、水煤浆喷嘴进浆口端面、内冷却流道进水口端面和外冷却流道出水口端面到第二氧气喷嘴喷口外端面的距离依次减小；

S2、以最外层第二氧气喷嘴喷口外端面为原点，位于其内的第一氧气喷嘴喷口外端面到该原点的距离大于水煤浆喷嘴喷口外端面到该原点的距离；

S3、最内层的第一氧气喷嘴与居中的水煤浆喷嘴之间和居中的水煤浆喷嘴与最外层的内置冷却流道的第二氧气喷嘴之间由连接结构进行连接固定，使三个喷嘴融合为一个整体；

S4、所述第二氧气喷嘴管壁上的内置冷却流道为夹层结构，即“第二氧气喷嘴内管壁-内冷却流道-隔板-外冷却流道-第二氧气喷嘴外管壁”三重夹层结构，在第二氧气喷嘴喷口处，内、外冷却流道连通；冷却管壁与隔板之间沿圆周设置数个与烧嘴轴线呈一定角度的连接结构。

S5、喷嘴进料口处呈阶梯状，第一氧气喷嘴进气口端面、水煤浆喷嘴进料口端面、内冷却流道进水口端面和外冷却流道出水口端面到第二氧气喷嘴喷口外端面的距离依次减小，相邻台阶的高度差不超过20mm。；