本發(fā)明涉及粉煤氣化技術，尤其涉及一種粉煤氣化組合燒嘴。

背景技術：

隨著能源形勢的日益嚴峻和環(huán)境問題的日漸突出，清潔高效地利用我國儲量豐富的煤炭資源成為當今能源領域的重要課題。煤氣化是煤炭清潔高效利用的重要手段，高品質(zhì)的煤氣可作為工業(yè)清潔燃氣使用或用于煤化工生成高附加值的下游產(chǎn)品。

按照氣化原料的不同，煤氣化技術分為水煤漿氣化和粉煤氣化，其中粉煤氣化以原料制備簡單、碳轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)勢得到了廣泛的應用，代表爐型有Shell爐、GSP氣化爐、航天爐等。粉煤氣化燒嘴是粉煤氣化爐的核心設備，其作用在于將煤粉和氣化劑均勻、穩(wěn)定、連續(xù)地送入氣化爐內(nèi)，并通過合理地流場組織，實現(xiàn)煤粉和氣化劑在氣化爐內(nèi)的高效混合。傳統(tǒng)的粉煤氣化燒嘴大都面臨煤粉均勻輸送和氣固均勻混合的問題，造成氣化爐中的燃燒不穩(wěn)定、粉煤碳轉(zhuǎn)化率低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種粉煤氣化組合燒嘴，以克服現(xiàn)有技術中粉煤氣化燒嘴氣固混合不充分造成的氣化爐中的粉煤燃燒不穩(wěn)定、碳轉(zhuǎn)化率低的技術問題。

本發(fā)明提供一種粉煤氣化組合燒嘴，包括：

中心管，所述中心管靠近入口的側(cè)壁上設置有點火燃氣入口；

所述中心管的外部依次套設有點火空氣套管、氣化劑套管、煤粉套管和冷卻水套管；

所述氣化劑套管的出口、煤粉套管的出口、冷卻水套管的出口相對于所述中心管的出口依次向外延伸，以限定出預混區(qū)，用于氣化劑和粉煤的初步混合；其中，所述預混區(qū)為截面積逐漸增大的錐形空間。

如上所述的粉煤氣化組合燒嘴，所述氣化劑套管出口處的內(nèi)壁與所述點火空氣套管出口處的外壁之間，沿周向設置有氣化劑旋流裝置。

如上所述的粉煤氣化組合燒嘴，所述氣化劑旋流裝置包括多個導流片和多個旋流片；所述導流片和所述旋流片連接；

所述導流片，用于初步整流所述氣化劑；

所述旋流片，用于使經(jīng)過所述導流片整流后的氣化劑產(chǎn)生徑向的分速度后進入預混區(qū)，以使得氣化劑和粉煤在氣化爐中均勻混合；

其中，各所述導流片與所述氣化劑套管的軸線平行，各所述旋流片與所述軸線的夾角為第一角度。

如上所述的粉煤氣化組合燒嘴，所述點火空氣套管的出口處包括第一安裝部和第二安裝部，所述第二安裝部的孔徑逐漸變小，所述導流片設置在第一安裝部上，所述旋流片設置在第二安裝部上。

如上所述的粉煤氣化組合燒嘴，所述煤粉套管的內(nèi)壁和所述氣化劑套管的外壁限定出一空間，所述空間內(nèi)設置有粉煤均布裝置。

如上所述的粉煤氣化組合燒嘴，所述粉煤均布裝置包括：至少一個粉煤隔板和至少一個粉煤導流螺旋片；

所述粉煤隔板和粉煤導流螺旋片與所述內(nèi)壁和所述外壁相貼合；

其中，所述粉煤導流螺旋片在所述空間內(nèi)限定出螺旋粉煤通道，所述粉煤隔板設置在靠近所述螺旋粉煤通道入口的一側(cè)，具體用于將所述螺旋粉煤通道分為多個粉煤入口。

如上所述的粉煤氣化組合燒嘴，所述粉煤均布裝置還包括多個粉煤均布塊；多個粉煤均布塊螺旋設置于所述內(nèi)壁和所述外壁之間，并與所述內(nèi)壁和所述外壁相貼合，使得經(jīng)所述螺旋粉煤通道流出的粉煤經(jīng)所述粉煤均布塊之間的間隙流出；

其中，所述粉煤均布塊的螺旋度和所述粉煤導流螺旋片的螺旋度相同，所述粉煤導流螺旋片位于所述粉煤隔板和所述粉煤均布塊之間。

如上所述的粉煤氣化組合燒嘴，所述點火空氣套管的靠近出口處的內(nèi)壁沿周向設置有支撐片。

如上所述的粉煤氣化組合燒嘴，所述中心管內(nèi)設置有高能點火裝置，所述中心管還設置有火焰檢測裝置，所述火焰檢測裝置設置在所述中心管的法蘭蓋上。

本發(fā)明的粉煤氣化組合燒嘴包括：中心管，中心管靠近入口的側(cè)壁上設置有點火燃氣入口；中心管的外部依次套設有點火空氣套管、氣化劑套管、煤粉套管和冷卻水套管；氣化劑套管的出口、煤粉套管的出口、冷卻水套管的出口相對于中心管的出口依次向外延伸，以限定出預混區(qū)，用于氣化劑和粉煤的初步混合；其中，預混區(qū)為截面積逐漸增大的錐形空間。本實施例的粉煤氣化組合燒嘴，實現(xiàn)了氣化劑和煤粉的均勻氣固混合，從而使氣化爐中的煤粉燃燒穩(wěn)定，碳轉(zhuǎn)化率高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的粉煤氣化組合燒嘴的剖面示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的氣化劑旋流裝置結(jié)構示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的粉煤均布裝置的結(jié)構示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

圖1為本發(fā)明提供的粉煤氣化組合燒嘴的剖面示意圖，如圖1所示，本實施例的粉煤氣化組合燒嘴可以包括：

中心管101，中心管101靠近入口的側(cè)壁上設置有點火燃氣入口102；

中心管101的外部依次套設有點火空氣套管103、氣化劑套管104、煤粉套管105和冷卻水套管106；

氣化劑套管104的出口、煤粉套管105的出口、冷卻水套管106的出口相對于中心管101的出口依次向外延伸，以限定出預混區(qū)107，用于氣化劑和粉煤的初步混合；其中，預混區(qū)107為截面積逐漸增大的錐形空間。

在具體的工作過程中，首先通入點火空氣至預混區(qū)107，然后啟動點火裝置108并通入點火燃氣，點火燃氣在預混區(qū)107內(nèi)著火燃燒，產(chǎn)生火焰后進入氣化爐，火焰在氣化爐中趨于穩(wěn)定后關閉點火裝置108；然后通入氣化劑和粉煤，兩者在預混區(qū)中混合后進入氣化爐，被氣化爐內(nèi)火焰點燃開啟粉煤氣化過程，煤粉燃燒穩(wěn)定后停止通入點火空氣和點火燃料氣，氣化爐進入正常運行狀態(tài)。本實施例中點火裝置為高能點火裝置，設置在中心管101內(nèi)，中心管101還設置有火焰檢測裝置109，火焰檢測裝置109設置在中心管101的法蘭蓋上；點火空氣套管103的靠近出口處的內(nèi)壁沿周向設置有支撐片125，以支撐點火空氣套管。

下面對本實施例中的預混區(qū)內(nèi)的混合過程進行詳細說明。

本實施例中的中心管101與套設在中心管101外部的點火空氣套管103限定出點火空氣通道，點火空氣從點火空氣套管103靠近入口的側(cè)壁上的點火空氣進口110進入點火空氣通道，流經(jīng)點火空氣通道后進入預混區(qū)107；中心管101為點火燃氣的通道，點火燃氣從中心管101靠近入口的側(cè)壁上的點火燃氣入口102進入，流經(jīng)中心管101，并從中心管101的出口進入預混區(qū)107中；點火燃氣和點火空氣在預混區(qū)107內(nèi)混合，產(chǎn)生火焰后進入氣化爐?？蛇x地，本實施例中的點火燃氣可以為石油液化氣、天然氣、馳放氣或其它可替代燃料氣。

氣化劑套管104與點火空氣套管103限定出氣化劑通道，氣化劑從氣化劑套管104靠近入口的側(cè)壁上的氣化劑進口111進入，流經(jīng)氣化劑通道進入預混區(qū)107；煤粉套管105和氣化劑套管104限定出粉煤通道，粉煤進入煤粉套管105，流經(jīng)粉煤通道后進入預混區(qū)107，氣化劑和煤粉在預混區(qū)107內(nèi)混合，然后進入氣化爐?？蛇x地，本實施中的氣化劑可以為氧氣或富氧，其中，富氧中氧氣的含量大于80％。

其中，預混區(qū)107為截面積逐漸增大的錐形空間。一方面，截面積逐漸增大的預混區(qū)107可以使點火空氣和點火燃氣進入預混區(qū)107后，流動阻力減小，預混效果改善，提高火焰的剛度，確保一次點火的成功率。另一方面，截面積逐漸增大的預混區(qū)107可以減小預混區(qū)壁面對氣化劑和粉煤主流的限制作用，進入預混區(qū)107后，流動阻力減小，預混均勻，降低氣化劑旋流強度的衰減程度，使得氣化劑在進入氣化爐后仍能保持較強的旋流強度，甩開氣化劑外側(cè)的煤粉，氣固兩相的均勻混合，提高碳轉(zhuǎn)化率。

本領域技術人員可以理解的是，氣化劑套管104的出口處管壁、煤粉套管105的出口處管壁和冷卻水套管106的出口處管壁均設置有倒角，以形成截面積逐漸增大的錐形預混區(qū)107。

接著對本實施例中的冷卻系統(tǒng)進行說明。

冷卻水套管106和煤粉套管105限定出冷卻水通道，冷卻水從冷卻水通道入口側(cè)的冷卻水進口112進入，流經(jīng)冷卻水通道后返回至冷卻水套管106中，最終從冷卻水套管106靠近出口的側(cè)壁上的冷卻水出口113流出。

冷卻水套管106內(nèi)的冷卻水可以吸收粉煤氣化組合燒嘴在工作過程中產(chǎn)生的大量熱量，降低粉煤氣化組合燒嘴工作過程中的溫度，提高粉煤氣化組合燒嘴的使用壽命。

本實施例的粉煤氣化組合燒嘴，包括中心管，中心管靠近入口的側(cè)壁上設置有點火燃氣入口；中心管的外部依次套設有點火空氣套管、氣化劑套管、煤粉套管和冷卻水套管；氣化劑套管的出口、煤粉套管的出口、冷卻水套管的出口相對于中心管的出口依次向外延伸，以限定出預混區(qū)，用于氣化劑和粉煤的初步混合；其中，預混區(qū)為截面積逐漸增大的錐形空間。本實施例的粉煤氣化組合燒嘴，實現(xiàn)了氣化劑和粉煤的均勻混合，從而使粉煤氣化爐中的粉煤燃燒穩(wěn)定，碳轉(zhuǎn)化率高。

為了使氣化劑和粉煤的混合更均勻，本實施例在上一實施例的基礎上作了進一步的改進。本實施例中的粉煤氣化組合燒嘴還包括：氣化劑旋流裝置114，氣化劑旋流裝置114沿周向設置在氣化劑套管104出口處的內(nèi)壁與點火空氣套管103出口處的外壁之間。

圖2為本發(fā)明提供的氣化劑旋流裝置結(jié)構示意圖；參見圖2，氣化劑旋流裝置114包括多個導流片115和多個旋流片116；導流片115和旋流片116連接；導流片115，用于初步整流進入到氣化劑通道內(nèi)的氣化劑，旋流片116，用于使經(jīng)過導流片整流后的氣化劑產(chǎn)生徑向的分速度后進入預混區(qū)107，旋流氣化劑攜帶外側(cè)的煤粉進入氣化爐，實現(xiàn)均勻混合；其中，各導流片115與氣化劑套管104的軸線平行，各旋流片116與氣化劑套管104的軸線的夾角為第一角度。

具體地，氣化劑從氣化劑套管104靠近入口的側(cè)壁上的氣化劑進口111進入后，流至氣化劑套管104的出口處時，經(jīng)過氣化劑旋流裝置114流出。氣化劑首先經(jīng)過各導流片115之間的區(qū)域，被初步整流，再經(jīng)過與氣化劑套管104的軸線有一定夾角的各旋流片116之間的區(qū)域，產(chǎn)生一個徑向的分速度后進入預混區(qū)107，氣化劑獲得徑向的分速度后會加速擴張，攜帶位于其外側(cè)的粉煤做螺旋運動，預混效果好，且進入氣化爐后氣化劑和粉煤的混合進一步趨于均勻，使得粉煤在氣化爐中燃燒穩(wěn)定，提高了碳轉(zhuǎn)化率。在本實施例中第一角度為20°～60°。

更為具體地，點火空氣套管103的出口處包括第一安裝部117和第二安裝部118，第二安裝部118的孔徑逐漸變小，導流片115設置在第一安裝部上，旋流片113設置在第二安裝部118上。本領域技術人員可以理解的是，第一安裝部117和第二安裝部118為點火空氣套管103的外壁本身；點火空氣套管103的出口處的管徑逐漸減小，氣化劑套管104的出口處的管徑逐漸減小，以使得二安裝部118的孔徑逐漸變??；另外，旋流片113的末端應該與預混區(qū)的錐形空間相匹配。

本實施例中氣化劑旋流裝置的設置，進一步提高了氣化劑和粉煤在粉煤氣化組合燒嘴內(nèi)的均勻混合，使得煤粉在氣化爐中燃燒穩(wěn)定，提高了碳轉(zhuǎn)化率。

在通過改變氣化劑的運動軌跡使得氣化劑和粉煤在氣化爐內(nèi)的均勻混合后，為了進一步使得氣化劑和粉煤在粉煤氣化組合燒嘴內(nèi)均勻混合，還可以改變粉煤的運動軌跡，因此，在上述實施例的基礎上，本實施例中的粉煤氣化組合燒嘴還包括粉煤均布裝置，粉煤均布裝置設置在煤粉套管的外壁和氣化劑套管的內(nèi)壁限定出的空間內(nèi)。

圖3為本發(fā)明提供的粉煤均布裝置的結(jié)構示意圖；參見圖3，粉煤均布裝置包括至少一個粉煤隔板120和至少一個粉煤導流螺旋片121；

粉煤隔板粉120和粉煤導流螺旋片121與煤粉套管的外壁和氣化劑套管的內(nèi)壁相貼合；

其中，粉煤導流螺旋片121在煤粉套管105的內(nèi)壁和氣化劑套管104的外壁限定出的空間內(nèi)限定出螺旋粉煤通道122，粉煤隔板120設置在靠近螺旋粉煤通道122入口的一側(cè)，具體用于將螺旋粉煤通道分為多個粉煤入口。

進一步地，粉煤均布裝置還包括多個粉煤均布塊123；多個粉煤均布塊123螺旋設置于煤粉套管105的內(nèi)壁和氣化劑套管104的外壁之間，并與煤粉套管105的內(nèi)壁和氣化劑套管104的外壁相貼合，使得經(jīng)螺旋粉煤通道122流出的粉煤經(jīng)粉煤均布塊123之間的間隙流出；其中，粉煤均布塊123的螺旋度和粉煤導流螺旋片121的螺旋度相同，粉煤導流螺旋片121位于粉煤隔板120和粉煤均布塊123之間。

具體地，煤粉隔板120的數(shù)量可根據(jù)煤粉輸送管124的數(shù)量確定，比如，若有兩根煤粉輸送管124，那么只需設置一個煤粉隔板，一個煤粉隔板將煤粉套管105的內(nèi)壁和氣化劑套管104的外壁限定出的空間入口處分為兩部分，一根煤粉輸送管124對應一部分，也就是螺旋粉煤通道的粉煤入口的個數(shù)根據(jù)煤粉輸送管124的數(shù)量決定，煤粉隔板將煤粉套管105的內(nèi)壁和氣化劑套管104的外壁限定出的空間的入口處分為了幾部分，螺旋粉煤通道就具有幾個粉煤入口。其中，螺旋粉煤通道是由粉煤導流螺旋片121與煤粉套管的內(nèi)壁和氣化劑套管的外壁限定出來的。

粉煤均布塊123設置在粉煤導流螺旋片121后，粉煤均布塊123的螺旋度和粉煤導流螺旋片121的螺旋度相同，保證經(jīng)螺旋粉煤通道122流出的粉煤可以順利通過多個粉煤均布塊123之間的間隙。各粉煤均布塊123之間的間隙的大小應能保證粉煤軸向的流通率應不小于50％，以防止粉煤堵塞。

在實際的工作過程中，粉煤通過粉煤入口進入到螺旋粉煤通道，粉煤在螺旋粉煤通道122內(nèi)發(fā)生螺旋運動，然后經(jīng)粉煤均布塊123之間的間隙流出至煤粉套管105的內(nèi)壁和氣化劑套管104的外壁限定出的空間，在該空間內(nèi)流動一段距離后，進入預混區(qū)。

本實施例中煤粉均布裝置的設置使得粉煤流出煤粉套管的內(nèi)壁和氣化劑套管的外壁限定出的空間時沿該空間的周向均勻分布，可以與加速擴張旋流氣化劑在預混區(qū)內(nèi)均勻混合，從而使得煤粉氣化組合燒嘴內(nèi)的氣固混合均勻，粉煤在氣化爐中燃燒穩(wěn)定，碳轉(zhuǎn)化率高。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。