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。

干煤粉气化技术是现行的主要煤气化技术之一，干煤粉气化技术均采用高压气化(压力≥4.0MPa)，而高压气化存在设备投资成本高与浪费压缩功耗的问题，因此针对燃料气用户和中小型煤化工项目，常低压气流床气化炉具有明显的优势。烧嘴是常低压气流床气化炉的核心设备，其连续高效稳定运行是保证气化炉经济性的重要因素。而传统的粉煤气化烧嘴存在气固混合不充分、燃烧不稳定、碳转化率低的问题。

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存在的气固混合不充分、燃烧不稳定、碳转化率低的问题。

本发明提供一种粉煤气化组合烧嘴，包括：

中心管，所述中心管的进口侧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、第一冷却水套管、氧化剂套管、第二冷却水套管、煤粉套管、第三冷却水套管；

所述点火空气套管的出口相对于所述中心管的出口向外延伸，以限定出第一预混区，用于混合点火燃气和点火空气；所述煤粉套管的出口相对于所述氧化剂套管的出口向外延伸，以限定出第二预混区，用于混合氧化剂和煤粉；

所述氧化剂套管靠近出口的一端孔径逐渐变小，且所述氧化剂套管的出口处的内壁沿周向设置有第一旋流片。

如上所述的粉煤气化组合烧嘴，所述煤粉套管内设置有至少一根煤粉螺线管，所述煤粉螺线管靠近出口的一端设置有多个导流孔。

所述的粉煤气化组合烧嘴，所述多个导流孔沿所述煤粉螺线管的轴向设置，且所述多个导流孔环绕所述煤粉螺线管设置。

如上所述的粉煤气化组合烧嘴，所述氧化剂套管的流道线型为维多辛斯基曲线。

如上所述的粉煤气化组合烧嘴，所述点火空气套管靠近出口的一端孔径逐渐变小，所述点火空气套管的出口处的内壁沿周向设置有第二旋流片。

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器，所述中心管的出口处设置有限流装置。

如上所述的粉煤气化组合烧嘴，所述限流装置为锥台结构，所述限流装置的第一端面设置有中心孔，所述中心孔用于支撑所述高能点火器，所述限流装置的第一端面的半径小于所述限流装置的第二端面的半径。

如上所述的粉煤气化组合烧嘴，所述限流装置靠近第二端面的侧壁上设置有挂耳，所述挂耳与所述中心管焊接连接。

如上所述的粉煤气化组合烧嘴，所述煤粉套管靠近入口的侧壁上设置有保护气体入口。

本实施例的粉煤气化组合烧嘴，包括中心管，中心管的进口侧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、第一冷却水套管、氧化剂套管、第二冷却水套管、煤粉套管、第三冷却水套管，点火空气套管的出口相对于中心管的出口向外延伸，以限定出第一预混区，煤粉套管的出口相对于氧化剂套管的出口向外延伸，以限定出第二预混区，氧化剂套管靠近出口的一端孔径逐渐变小，且氧化剂套管的出口处的内壁沿周向设置有旋流片，实现了氧化剂和煤粉的均匀气固混合，从而使煤粉气化炉中煤粉燃烧稳定，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为本发明实施例的粉煤气化组合烧嘴的剖面示意图；

图2为本发明实施例的粉煤气化组合烧嘴的中心管的限流装置结构示意图；

图3为本发明实施例的粉煤气化组合烧嘴的煤粉螺线管示意图。

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为本发明实施例的粉煤气化组合烧嘴的剖面示意图，图2为本发明实施例的粉煤气化组合烧嘴的中心管的限流装置结构示意图，图3为本发明实施例的粉煤气化组合烧嘴的煤粉螺线管示意图。参见图1～图3，本发明实施例的粉煤气化组合烧嘴，可以包括：

中心管101，中心管101的进口侧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、第一冷却水套管104、氧化剂套管105、第二冷却水套管106、煤粉套管107、第三冷却水套管108；

点火空气套管103的出口相对于中心管101的出口向外延伸，以限定出第一预混区109，用于混合点火燃气和点火空气；煤粉套管107的出口相对于氧化剂套管105的出口向外延伸，以限定出第二预混区110，用于混合氧化剂和煤粉；

氧化剂套管105靠近出口的一端孔径逐渐变小，且氧化剂套管的出口处的内壁沿周向设置有第一旋流片111。

本实施例的粉煤气化组合烧嘴，主要包括第一预混区和第二预混区。在具体的工作过程中，首先通入点火空气进入第一预混区，然后启动点火装置并通入点火燃气，点火燃气在第一预混区着火燃烧，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；然后通入氧化剂和煤粉，两者在第二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。

下面采用详细的实施例，来说明第一预混区内的混合过程以及第二预混区的混合过程。

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112进入点火空气通道，流经点火空气通道后进入第一预混区109；中心管101为点火燃气的通道，点火燃气从中心管101进口侧的点火燃气入口102进入，流经中心管101，并从中心管101的出口进入第一预混区109中；点火燃气和点火空气在第一预混区109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，本实施中的氧化剂可以为氧气或富氧。

氧化剂套管105与第一冷却水套管104限定出氧化剂通道，氧化剂从氧化剂套管105靠近入口的侧壁上的氧化剂进口115进入，流经氧化剂通道进入第二预混区110；煤粉套管107和第二冷却水套管106限定出煤粉通道，煤粉进入煤粉套管107，流经煤粉通道后进入第二预混区110，氧化剂和煤粉在第二预混区110内混合，然后进入气化炉。由于氧化剂套管105靠近出口的一端孔径逐渐变小，且氧化剂套管的出口处的内壁沿周向设置有第一旋流片111，使得氧化剂流经氧气通道后产生加速扩张旋流，携带位于其外侧的煤粉做螺旋运动，实现氧化剂和煤粉的均匀混合，以使煤粉在气化炉中燃烧稳定，提高碳转化率。

进一步地，由于煤粉气化组合烧嘴在工作过程中会产生大量的热量，因此，煤粉气化组合烧嘴还包括冷却系统。下面对该冷却系统进行说明。

第一冷却水套管104和点火空气套管103限定出第一冷却水通道，冷却水从第一冷却水通道入口处的第一冷却水进口117进入，流经第一冷却水通道后返回至第一冷却水套管104中，最终从第一冷却水套管104靠近出口的侧壁上的第一冷却水出口118流出。

第二冷却水套管106和氧化剂套管105限定出第二冷却水通道，冷却水从第二冷却水通道入口侧的第二冷却水进口119进入，流经第二冷却水通道后返回至第二冷却水套管106中，最终从第二冷却水套管106靠近出口的侧壁上的第二冷却水出口120流出。

第三冷却水套管108和煤粉套管107限定出第三冷却水通道，冷却水从第三冷却水通道入口侧的第三冷却水进口121进入，流经第三冷却水通道后返回至第三冷却水套管108中，最终从第三冷却水套管108靠近出口的侧壁上的第三冷却水出口122流出。

上述冷却系统可以降低煤粉气化组合烧嘴工作过程中的温度，提高煤粉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，中心管的进口侧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、第一冷却水套管、氧化剂套管、第二冷却水套管、煤粉套管、第三冷却水套管，点火空气套管的出口相对于中心管的出口向外延伸，以限定出第一预混区，煤粉套管的出口相对于氧化剂套管的出口向外延伸，以限定出第二预混区，氧化剂套管靠近出口的一端孔径逐渐变小，且氧化剂套管的出口处的内壁沿周向设置有旋流片，实现了氧化剂和煤粉的均匀气固混合，从而使煤粉气化炉中的煤粉燃烧稳定，碳转化率高。

为了避免煤粉在气化炉中产生偏烧现象，在上述实施例的基础上，煤粉气化组合烧嘴的煤粉套管内设置有至少一根煤粉螺线管123，煤粉螺线管123靠近出口的一端设置有多个导流孔124；多个导流孔124沿煤粉螺线管123的轴向设置，且多个导流孔124环绕煤粉螺线管123设置。

具体地，煤粉螺线管123的数量根据煤线数确定，可以为一根，也可以为多根。煤线数是指从煤粉储存仓输送煤粉至煤粉气化组合烧嘴的管道的个数，上述管道进入煤粉气化组合烧嘴后螺旋弯曲，在本实施例中称为煤粉螺线管。

煤粉从煤粉储存仓输送煤粉至煤粉气化组合烧嘴的管道进入煤粉套管107与第二冷却水套管106限定出的煤粉通道后，在煤粉螺线管123中作螺旋流动，然后经环绕设置在煤粉螺线管123上的导流孔124流出，由于导流孔124是环绕设置在煤粉螺线管123上，因此，煤粉经导流孔124流出后均匀分布在煤粉通道内，避免了后续的气化炉中发生的偏烧现象。

本实施例中的煤粉气化组合烧嘴通过设置具有导流孔的煤粉螺线管，实现了煤粉均匀分布在煤粉通道内，避免了后续的气化炉中发生的偏烧现象。

进一步的，为了防止气化炉内产生的煤气倒流入煤粉气化组合烧嘴内，在上述实施例的基础上，煤粉套管107靠近入口的侧壁上设置有保护气体入口125。

具体地，煤粉气化组合烧嘴工作时，保护气体从保护气体入口125进入煤粉通道内。在本实施例中，保护气体可以为氮气、氩气等惰性气体。

为了提高粉煤气化组合烧嘴的工作性能，本实施对上述实施例中的中心管101、点火空气套管103和氧化剂套管105作了进一步的改进。

首先对本实施中的中心管101作进一步的说明。

本实施例中煤气化组合烧嘴的中心管101内设置有高能点火器126，中心管101的出口处设置有限流装置127；高能点火器126用于点燃点火燃气；限流装置127为锥台结构，限流装置的第一端面设置有中心孔128，中心孔128用于支撑高能点火器，限流装置127的第一端面的半径小于限流装置127的第二端面的半径；限流装置127靠近第二端面的侧壁上设置有挂耳129，挂耳129与中心管101焊接连接。

具体的，点火燃气流经中心管后经限流装置127的限流后进入第一预混区109内，限流装置127使点火燃气获得一个沿径向的扩张分速度，使得点火燃气与点火空气在第一预混区109内能更好地混合。

可选的，限流装置的挂耳可以有4个。

本领域技术人员可以理解的是本实施例中的限流装置不局限于上述的结构，还可以采用其它的结构，只要可以起到使点火燃气获得一个沿径向的扩张分速度即可。

其次，对本实施中的点火空气套管103作进一步的说明。

本实施例中煤气化组合烧嘴的点火空气套管103靠近出口的一端孔径逐渐变小，点火空气套管103的出口处的内壁沿周向设置有第二旋流片130。

具体地，点火空气流点火空气通道后经点火空气套管103的出口进入第一预混区109，由于点火空气套管103靠近出口的一端孔径逐渐变小，使得流经点火空气通道的点火空气获得一个沿径向收缩的分速度，可以与中心管喷出的点火燃气发生碰撞后在第一预混区109内混合均匀。

点火空气套管103的出口处的内壁沿周向设置的第二旋流片130可对中心管101进行支撑。

进一步地，点火空气套管103的出口处的内壁沿周向设置的第二旋流片130与氧化剂套管的出口处的内壁沿周向设置的第一旋流片111的旋流方向一致。

接着对氧化剂套管105作进一步的说明。

本实施例中煤气化组合烧嘴的粉煤气化组合烧嘴的氧化剂套管105的流道线型为维多辛斯基曲线。

本实施例中氧化剂套管105的维多辛斯基曲线的流道能够显著减小氧化剂的流动阻力，降低输送设备能耗，并使得氧化剂在径向流速均匀分布。

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。