粉煤气化组合烧嘴的制作方法

本发明涉及粉煤气化技术，尤其涉及一种粉煤气化组合烧嘴。

背景技术：

随着能源形势的日益严峻和环境问题的日渐突出，清洁高效地利用我国储量丰富的煤炭资源成为当今能源领域的重要课题。煤气化是煤炭清洁高效利用的重要手段，高品质的煤气可作为工业清洁燃气使用或用于煤化工生成高附加值的下游产品。

按照气化原料的不同，煤气化技术分为水煤浆气化和粉煤气化，其中粉煤气化以原料制备简单、碳转化率高等优势得到了广泛的应用，代表炉型有Shell炉、GSP气化炉、航天炉等。粉煤气化烧嘴是粉煤气化炉的核心设备，其作用在于将煤粉和气化剂均匀、稳定、连续地送入气化炉内，并通过合理地流场组织，实现煤粉和气化剂在气化炉内的高效混合。传统的粉煤气化烧嘴大都面临煤粉均匀输送和气固均匀混合的问题，造成气化炉中的燃烧不稳定、粉煤碳转化率低。

技术实现要素：

本发明提供一种粉煤气化组合烧嘴，以克服现有技术中粉煤气化烧嘴气固混合不充分造成的气化炉中的粉煤燃烧不稳定、碳转化率低的技术问题。

本发明提供一种粉煤气化组合烧嘴，包括：

中心管，所述中心管靠近入口的侧壁上设置有点火燃气入口；

所述中心管的外部依次套设有点火空气套管、气化剂套管、煤粉套管和冷却水套管；

所述气化剂套管的出口、煤粉套管的出口、冷却水套管的出口相对于所述中心管的出口依次向外延伸，以限定出预混区，用于气化剂和粉煤的初步混合；其中，所述预混区为截面积逐渐增大的锥形空间。

如上所述的粉煤气化组合烧嘴，所述气化剂套管出口处的内壁与所述点火空气套管出口处的外壁之间，沿周向设置有气化剂旋流装置。

如上所述的粉煤气化组合烧嘴，所述气化剂旋流装置包括多个导流片和多个旋流片；所述导流片和所述旋流片连接；

所述导流片，用于初步整流所述气化剂；

所述旋流片，用于使经过所述导流片整流后的气化剂产生径向的分速度后进入预混区，以使得气化剂和粉煤在气化炉中均匀混合；

其中，各所述导流片与所述气化剂套管的轴线平行，各所述旋流片与所述轴线的夹角为第一角度。

如上所述的粉煤气化组合烧嘴，所述点火空气套管的出口处包括第一安装部和第二安装部，所述第二安装部的孔径逐渐变小，所述导流片设置在第一安装部上，所述旋流片设置在第二安装部上。

如上所述的粉煤气化组合烧嘴，所述煤粉套管的内壁和所述气化剂套管的外壁限定出一空间，所述空间内设置有粉煤均布装置。

如上所述的粉煤气化组合烧嘴，所述粉煤均布装置包括：至少一个粉煤隔板和至少一个粉煤导流螺旋片；

所述粉煤隔板和粉煤导流螺旋片与所述内壁和所述外壁相贴合；

其中，所述粉煤导流螺旋片在所述空间内限定出螺旋粉煤通道，所述粉煤隔板设置在靠近所述螺旋粉煤通道入口的一侧，具体用于将所述螺旋粉煤通道分为多个粉煤入口。

如上所述的粉煤气化组合烧嘴，所述粉煤均布装置还包括多个粉煤均布块；多个粉煤均布块螺旋设置于所述内壁和所述外壁之间，并与所述内壁和所述外壁相贴合，使得经所述螺旋粉煤通道流出的粉煤经所述粉煤均布块之间的间隙流出；

其中，所述粉煤均布块的螺旋度和所述粉煤导流螺旋片的螺旋度相同，所述粉煤导流螺旋片位于所述粉煤隔板和所述粉煤均布块之间。

如上所述的粉煤气化组合烧嘴，所述点火空气套管的靠近出口处的内壁沿周向设置有支撑片。

如上所述的粉煤气化组合烧嘴，所述中心管内设置有高能点火装置，所述中心管还设置有火焰检测装置，所述火焰检测装置设置在所述中心管的法兰盖上。

本发明的粉煤气化组合烧嘴包括：中心管，中心管靠近入口的侧壁上设置有点火燃气入口；中心管的外部依次套设有点火空气套管、气化剂套管、煤粉套管和冷却水套管；气化剂套管的出口、煤粉套管的出口、冷却水套管的出口相对于中心管的出口依次向外延伸，以限定出预混区，用于气化剂和粉煤的初步混合；其中，预混区为截面积逐渐增大的锥形空间。本实施例的粉煤气化组合烧嘴，实现了气化剂和煤粉的均匀气固混合，从而使气化炉中的煤粉燃烧稳定，碳转化率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的粉煤气化组合烧嘴的剖面示意图；

图2为本发明提供的气化剂旋流装置结构示意图；

图3为本发明提供的粉煤均布装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明提供的粉煤气化组合烧嘴的剖面示意图，如图1所示，本实施例的粉煤气化组合烧嘴可以包括：

中心管101，中心管101靠近入口的侧壁上设置有点火燃气入口102；

中心管101的外部依次套设有点火空气套管103、气化剂套管104、煤粉套管105和冷却水套管106；

气化剂套管104的出口、煤粉套管105的出口、冷却水套管106的出口相对于中心管101的出口依次向外延伸，以限定出预混区107，用于气化剂和粉煤的初步混合；其中，预混区107为截面积逐渐增大的锥形空间。

在具体的工作过程中，首先通入点火空气至预混区107，然后启动点火装置108并通入点火燃气，点火燃气在预混区107内着火燃烧，产生火焰后进入气化炉，火焰在气化炉中趋于稳定后关闭点火装置108；然后通入气化剂和粉煤，两者在预混区中混合后进入气化炉，被气化炉内火焰点燃开启粉煤气化过程，煤粉燃烧稳定后停止通入点火空气和点火燃料气，气化炉进入正常运行状态。本实施例中点火装置为高能点火装置，设置在中心管101内，中心管101还设置有火焰检测装置109，火焰检测装置109设置在中心管101的法兰盖上；点火空气套管103的靠近出口处的内壁沿周向设置有支撑片125，以支撑点火空气套管。

下面对本实施例中的预混区内的混合过程进行详细说明。

本实施例中的中心管101与套设在中心管101外部的点火空气套管103限定出点火空气通道，点火空气从点火空气套管103靠近入口的侧壁上的点火空气进口110进入点火空气通道，流经点火空气通道后进入预混区107；中心管101为点火燃气的通道，点火燃气从中心管101靠近入口的侧壁上的点火燃气入口102进入，流经中心管101，并从中心管101的出口进入预混区107中；点火燃气和点火空气在预混区107内混合，产生火焰后进入气化炉。可选地，本实施例中的点火燃气可以为石油液化气、天然气、驰放气或其它可替代燃料气。

气化剂套管104与点火空气套管103限定出气化剂通道，气化剂从气化剂套管104靠近入口的侧壁上的气化剂进口111进入，流经气化剂通道进入预混区107；煤粉套管105和气化剂套管104限定出粉煤通道，粉煤进入煤粉套管105，流经粉煤通道后进入预混区107，气化剂和煤粉在预混区107内混合，然后进入气化炉。可选地，本实施中的气化剂可以为氧气或富氧，其中，富氧中氧气的含量大于80％。

其中，预混区107为截面积逐渐增大的锥形空间。一方面，截面积逐渐增大的预混区107可以使点火空气和点火燃气进入预混区107后，流动阻力减小，预混效果改善，提高火焰的刚度，确保一次点火的成功率。另一方面，截面积逐渐增大的预混区107可以减小预混区壁面对气化剂和粉煤主流的限制作用，进入预混区107后，流动阻力减小，预混均匀，降低气化剂旋流强度的衰减程度，使得气化剂在进入气化炉后仍能保持较强的旋流强度，甩开气化剂外侧的煤粉，气固两相的均匀混合，提高碳转化率。

本领域技术人员可以理解的是，气化剂套管104的出口处管壁、煤粉套管105的出口处管壁和冷却水套管106的出口处管壁均设置有倒角，以形成截面积逐渐增大的锥形预混区107。

接着对本实施例中的冷却系统进行说明。

冷却水套管106和煤粉套管105限定出冷却水通道，冷却水从冷却水通道入口侧的冷却水进口112进入，流经冷却水通道后返回至冷却水套管106中，最终从冷却水套管106靠近出口的侧壁上的冷却水出口113流出。

冷却水套管106内的冷却水可以吸收粉煤气化组合烧嘴在工作过程中产生的大量热量，降低粉煤气化组合烧嘴工作过程中的温度，提高粉煤气化组合烧嘴的使用寿命。

本实施例的粉煤气化组合烧嘴，包括中心管，中心管靠近入口的侧壁上设置有点火燃气入口；中心管的外部依次套设有点火空气套管、气化剂套管、煤粉套管和冷却水套管；气化剂套管的出口、煤粉套管的出口、冷却水套管的出口相对于中心管的出口依次向外延伸，以限定出预混区，用于气化剂和粉煤的初步混合；其中，预混区为截面积逐渐增大的锥形空间。本实施例的粉煤气化组合烧嘴，实现了气化剂和粉煤的均匀混合，从而使粉煤气化炉中的粉煤燃烧稳定，碳转化率高。

为了使气化剂和粉煤的混合更均匀，本实施例在上一实施例的基础上作了进一步的改进。本实施例中的粉煤气化组合烧嘴还包括：气化剂旋流装置114，气化剂旋流装置114沿周向设置在气化剂套管104出口处的内壁与点火空气套管103出口处的外壁之间。

图2为本发明提供的气化剂旋流装置结构示意图；参见图2，气化剂旋流装置114包括多个导流片115和多个旋流片116；导流片115和旋流片116连接；导流片115，用于初步整流进入到气化剂通道内的气化剂，旋流片116，用于使经过导流片整流后的气化剂产生径向的分速度后进入预混区107，旋流气化剂携带外侧的煤粉进入气化炉，实现均匀混合；其中，各导流片115与气化剂套管104的轴线平行，各旋流片116与气化剂套管104的轴线的夹角为第一角度。

具体地，气化剂从气化剂套管104靠近入口的侧壁上的气化剂进口111进入后，流至气化剂套管104的出口处时，经过气化剂旋流装置114流出。气化剂首先经过各导流片115之间的区域，被初步整流，再经过与气化剂套管104的轴线有一定夹角的各旋流片116之间的区域，产生一个径向的分速度后进入预混区107，气化剂获得径向的分速度后会加速扩张，携带位于其外侧的粉煤做螺旋运动，预混效果好，且进入气化炉后气化剂和粉煤的混合进一步趋于均匀，使得粉煤在气化炉中燃烧稳定，提高了碳转化率。在本实施例中第一角度为20°～60°。

更为具体地，点火空气套管103的出口处包括第一安装部117和第二安装部118，第二安装部118的孔径逐渐变小，导流片115设置在第一安装部上，旋流片113设置在第二安装部118上。本领域技术人员可以理解的是，第一安装部117和第二安装部118为点火空气套管103的外壁本身；点火空气套管103的出口处的管径逐渐减小，气化剂套管104的出口处的管径逐渐减小，以使得二安装部118的孔径逐渐变小；另外，旋流片113的末端应该与预混区的锥形空间相匹配。

本实施例中气化剂旋流装置的设置，进一步提高了气化剂和粉煤在粉煤气化组合烧嘴内的均匀混合，使得煤粉在气化炉中燃烧稳定，提高了碳转化率。

在通过改变气化剂的运动轨迹使得气化剂和粉煤在气化炉内的均匀混合后，为了进一步使得气化剂和粉煤在粉煤气化组合烧嘴内均匀混合，还可以改变粉煤的运动轨迹，因此，在上述实施例的基础上，本实施例中的粉煤气化组合烧嘴还包括粉煤均布装置，粉煤均布装置设置在煤粉套管的外壁和气化剂套管的内壁限定出的空间内。

图3为本发明提供的粉煤均布装置的结构示意图；参见图3，粉煤均布装置包括至少一个粉煤隔板120和至少一个粉煤导流螺旋片121；

粉煤隔板粉120和粉煤导流螺旋片121与煤粉套管的外壁和气化剂套管的内壁相贴合；

其中，粉煤导流螺旋片121在煤粉套管105的内壁和气化剂套管104的外壁限定出的空间内限定出螺旋粉煤通道122，粉煤隔板120设置在靠近螺旋粉煤通道122入口的一侧，具体用于将螺旋粉煤通道分为多个粉煤入口。

进一步地，粉煤均布装置还包括多个粉煤均布块123；多个粉煤均布块123螺旋设置于煤粉套管105的内壁和气化剂套管104的外壁之间，并与煤粉套管105的内壁和气化剂套管104的外壁相贴合，使得经螺旋粉煤通道122流出的粉煤经粉煤均布块123之间的间隙流出；其中，粉煤均布块123的螺旋度和粉煤导流螺旋片121的螺旋度相同，粉煤导流螺旋片121位于粉煤隔板120和粉煤均布块123之间。

具体地，煤粉隔板120的数量可根据煤粉输送管124的数量确定，比如，若有两根煤粉输送管124，那么只需设置一个煤粉隔板，一个煤粉隔板将煤粉套管105的内壁和气化剂套管104的外壁限定出的空间入口处分为两部分，一根煤粉输送管124对应一部分，也就是螺旋粉煤通道的粉煤入口的个数根据煤粉输送管124的数量决定，煤粉隔板将煤粉套管105的内壁和气化剂套管104的外壁限定出的空间的入口处分为了几部分，螺旋粉煤通道就具有几个粉煤入口。其中，螺旋粉煤通道是由粉煤导流螺旋片121与煤粉套管的内壁和气化剂套管的外壁限定出来的。

粉煤均布块123设置在粉煤导流螺旋片121后，粉煤均布块123的螺旋度和粉煤导流螺旋片121的螺旋度相同，保证经螺旋粉煤通道122流出的粉煤可以顺利通过多个粉煤均布块123之间的间隙。各粉煤均布块123之间的间隙的大小应能保证粉煤轴向的流通率应不小于50％，以防止粉煤堵塞。

在实际的工作过程中，粉煤通过粉煤入口进入到螺旋粉煤通道，粉煤在螺旋粉煤通道122内发生螺旋运动，然后经粉煤均布块123之间的间隙流出至煤粉套管105的内壁和气化剂套管104的外壁限定出的空间，在该空间内流动一段距离后，进入预混区。

本实施例中煤粉均布装置的设置使得粉煤流出煤粉套管的内壁和气化剂套管的外壁限定出的空间时沿该空间的周向均匀分布，可以与加速扩张旋流气化剂在预混区内均匀混合，从而使得煤粉气化组合烧嘴内的气固混合均匀，粉煤在气化炉中燃烧稳定，碳转化率高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。