CN103805288A

CN103805288A - 干煤粉流化床气化炉高效型煤粉烧嘴

Info

Publication number: CN103805288A
Application number: CN201410090800.7A
Authority: CN
Inventors: 杜建吉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2014-05-21

Abstract

一种干煤粉流化床气化炉高效型煤粉烧嘴，包括煤粉环状通道及在该通道内设置的煤粉旋流器，中心通道及在其前端设置的氧气旋流器，煤粉环状通的前端及中心通道的前端腔道均为缩口式结构，在干煤粉及氧气的输送过程中分别对它们进行旋流、加速，使干煤粉和氧气以旋流的方式在短的时间及距离范围内充分混合接触，使点燃容易，燃烧均匀；此外，对烧嘴磨损小、烧嘴使用寿命长。

Description

干煤粉流化床气化炉高效型煤粉烧嘴

技术领域

本发明涉及气化炉用煤粉烧嘴，具体地说是一种干煤粉流化床气化炉高效型煤粉烧嘴。

背景技术

随着全球性石油资源的紧缺性日趋严重，煤碳资源在化工行业中的实用地位变得越来越重要。随之而来的是，在化工行业中对煤炭的煤气化应用越来越广泛，有逐渐代替石油化工的趋势。而在煤化工行业中，气化炉是煤化工行业中的重点，在气化炉中，烧嘴是气化炉的重要部分。煤粉烧嘴为工艺烧嘴，它是在点火烧嘴点燃并把炉膛温度升温到预定温度时使用的负荷烧嘴。现有的煤粉烧嘴的煤粉通道是直流通道，喷出的煤粉和氧气混合性差，燃烧稳定性差。煤粉流速快，对烧嘴头部磨损大，烧嘴寿命短。另外，现有的烧嘴的冷却套部分采用的是折流板式结构，冷却水在流经端头部位时，无法进入到烧嘴的各个部位，造成冷却不均匀，局部超温现象严重。同时由于冷却水流速低，容易获取足够的热量而被汽化，产生大量蒸汽对烧嘴的寿命造成显著损害。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种适用于干煤粉的高效型煤粉烧嘴，该烧嘴能够依靠其自身结构使喷出的干煤粉集结成束，同时对干煤粉的燃烧性进行优化，以克服干煤粉不易点燃的问题，而且提高干煤粉的燃烧性的同时能确保干煤粉充分燃烧，减少黑烟的生成。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种干煤粉流化床气化炉高效型煤粉烧嘴，包括同轴设置的外圆环体和内圆环体；所述外圆环体的前端为开口端，且外圆环体的前端头部分为锥形头，该锥形头部分的型腔为缩口的锥形腔；在外圆环体的壁体内设有外层冷却套；所述内圆环体的前端也为开口端，且与外圆环体的前端相对应，所述内圆环体的前端头部分也为锥形头，其锥形头部分的型腔也为缩口的锥形腔。所述内圆环体包括一中心通道，所述中心通道与所述内圆环体前端的锥形腔相通。在内圆环体的壁体内设有内层冷却套；所述外圆环体的内壁与所述内圆环体的内环体外壁围成煤粉环状通道，且所述外圆环体的锥形头的锥形角大于所述内圆环体的锥形头的锥形角，这样，所述外圆环体的锥形头部分的内锥形腔面与所述内圆环体的锥形头部分的外锥形面之间构成渐缩口的锥形环腔；在所述煤粉环状通道的后端直段周向均布设有多个煤粉旋流器；在所述内圆环体的锥形腔的后端端口处设有氧气旋流器。

作为对本发明的技术方案的进一步改进，由所述煤粉环状通道的锥形环腔喷射出煤粉射流在煤粉烧嘴的轴线处的交叉点相对所述外圆环体的前端面的轴向距离为100mm至500mm。对煤粉射流在煤粉烧嘴的轴线处的交叉点相对所述外圆环体的前端面的轴向距离进行限定，原因是：一方面防止煤粉射流因喷射的轴向距离过长而过于分散，使生成的火焰失去刚性，变得过于柔和，同时又确保喷射出的煤粉射流能够有足够长的发散空间，充分雾化，增加其与氧气的接触面积，保证充分、稳定的燃烧，减少黑烟，同时拉长燃烧火焰，使燃烧火焰的外焰远离煤粉烧嘴端头部，增加煤粉烧嘴的使用寿命。

作为对本发明的技术方案的进一步改进，所述煤粉旋流器包括旋流器柱和多于一片的旋流片，所述旋流片的螺旋方向与所述旋流器柱轴向之间的夹角为α，所述α的取值范围为15°至45°；进一步优选α为20°。

作为对本发明的技术方案的进一步改进，在所述煤粉旋流器的旋流器柱上布置的旋流片的片数为两片或者三片。

作为对本发明的技术方案的进一步改进，所述氧气旋流器包括中心轴枢和多片旋流叶片，所述旋流叶片的外缘接触所述中心通道的内壁，所述旋流叶片的螺旋反方向与所述中心轴枢之间夹角的范围是15°至75°。

作为对本发明的技术方案的进一步改进，所述外层冷却套包括轴向延伸的外层环状通道和内层环状通道；所述的外层环状通道和内层环状通道由环状的中间隔层分割而成；所述外层环状通道的前端与所述内层环状通道的前端连通；所述中间隔层的前端与所述外圆环体的锥形头相对应，呈锥形；所述中间隔层的锥形头为轴向渐扩的膨大端头，膨大端头的渐扩结构，使得所述内层环状通道的前端沿其流向呈渐缩口腔道，使得所述外层环状通道的前端沿其流向呈渐扩口腔道。所述外层冷却套包括轴向延伸的内层冷却水进水环状通道和内层冷却水出水环状通道；所述的内层冷却水进水环状通道和内层冷却水出水环状通道由环状的中间隔板分割而成；所述内层冷却水进水环状通道的前端与所述内层冷却水出水环状通道的前端连通；所述中间隔板的前端与所述内圆环体的锥形头相对应，呈锥形；所述中间隔板的锥形头为轴向渐扩的膨大端头，膨大端头的渐扩结构，使得所述内层冷却水进水环状通道的前端沿其流向呈渐缩口腔道，使得所述内层冷却水出水环状通道的前端沿其流向呈渐扩口腔道。

作为对本发明的技术方案的进一步改进，在所述外圆环体的前端设有耐火浇注头，所述耐火浇注头的中心设有通孔，该通孔的边缘位于所述煤粉环状通道前端射口的边缘外侧；在所述外圆环体的前端头的外壁上设有耐火浇注头固定块。

本发明的有益效果是：本发明所涉及的烧嘴适用于干煤粉，其采用双层冷却结构，且在端头处对冷却水流道进行收缩加速处理，增加了冷却降温速度，使烧嘴各部分的降温均匀，减少蒸汽的生成，避免了局部过热损坏；在干煤粉及氧气的输送过程中分别对它们进行旋流、加速，使干煤粉和氧气以在很短的时间及距离范围内充分混合接触，且增加了二者混合后的雾化效果，使燃烧稳定；采用煤粉旋流器对煤粉进行旋流处理后，煤粉的流速降低，减缓了对烧嘴头部的磨损；耐火浇注头的设置使烧嘴不再直接与高温火焰接触，延长了其使用时间。

附图说明

图1为本发明的剖面结构示意图；

图2为图1中A向上的烧嘴前端面（无耐火浇注头时）的结构示意图；

图3为图1中B-B向的剖面结构示意图；

图4为煤粉旋流器的结构示意图；

图5为图4中C-C向的剖面结构示意图；

图中：1外圆环体，11外壁，12中间隔层，13内壁，14外层环状通道，15内层环状通道，2内圆环体，21内环体外壁，22中间隔板，23内环体内壁，24内层冷却水出水环状通道，25内层冷却水进水环状通道，3氧气旋流器，31中心轴枢，32旋流叶片，4煤粉旋流器，41旋流器柱，42旋流片，5煤粉环状通道，51煤粉喷出环口，6中心通道，7耐火浇注头，71耐火浇注头固定块。

具体实施方式

为了方便理解本发明的技术内容，下面结合附图对其技术方案作进一步说明。

如图1至图5所示，一种干煤粉流化床气化炉高效型煤粉烧嘴，包括同轴设置的外圆环体1和内圆环体2。

所述外圆环体1的前端为开口端。所述外圆环体1包括外壁11、环状结构的中间隔层12、内壁13，所述外壁11的前端和所述内壁13的前端密封连接，中间隔层12将外圆环体1的壁体（即外壁11和内壁13之间的部分）分割为前端相互连通的外层环状通道14和内层环状通道15，二者构成外层冷却套的进、出水腔道。

所述外壁11的前端径向向外圆环体1的轴心方向倾斜并轴向延伸，同样地，所述内壁13的前端也径向向外圆环体的轴心方向倾斜并轴向延伸（所述外壁11和内壁13的倾斜角度最好一致），从而使得所述外圆环体1的前端头部分为锥形头，该锥形头部分的型腔为缩口的锥形腔。同时应注意的是，所述中间隔层12的前端头是与外圆环体1的前端头相适应的，即中间隔层12的前端头径向向外圆环体1的轴心方向倾斜并轴向向前延伸。

所述中间隔层12的前端头为轴向向前延伸且径向尺寸逐渐扩大的膨大端头，使得所述内层环状通道15的前端沿其流向（自后向前）呈渐缩口腔道，使得所述外层环状通道14的前端沿其流向（自前向后）呈渐扩口腔道，即所述外层环状通道14和内层环状通道连通15的端头部分构成的腔道是一渐缩口——渐扩口式的腔道。即冷却水由内层环状通道15进入后，在流至外圆环体1的前端头时，流道口缩小，从而使得水流的流速提高，水流高速流经外圆环体1的前端头进入所述外层环状通道14流出。因为冷却水在流经外圆环体1的锥形头部分时的流速很高，所以水流在烧嘴端头的停留时间很短，消除了冷却水与烧嘴头部高温区的接触时间，使得冷却水在烧嘴的头部分布均匀，避免产生局部高温，降低汽化生成的蒸汽量，增加换热均匀性，提高对烧嘴的冷却降温效果，延长使用寿命。此外，由于中间隔层12的前端头为膨大端头，所以能够使烧嘴前端的壁厚趋于一致，从而使烧嘴前端各部分受热均匀，避免了热裂现象，减少烧嘴的损坏，进一步延长使用寿命。

所述内圆环体2的前端也为开口端。所述内圆环体2包括内环体外壁21、环状结构的中间隔板22、内环体内壁23。所述内环体外壁21的前端和所述内环体内壁23的前端密封连接，中间隔板22将内圆环体2的壁体（即内环体外壁21和内环体内壁23之间的部分）分割为前端相互连通的内层冷却水进水环状通道25和内层冷却水出水环状通道24，二者构成内层冷却套。

所述内环体外壁21的前端径向向内圆环体2的轴心方向倾斜并轴向延伸，同样地，所述内环体内壁23的前端也径向向内圆环体的轴心方向倾斜并轴向延伸（同样，所述内环体外壁21和内环体内壁23的倾斜方向最好一致)，从而使得所述内圆环体2的前端头部分为锥形头，该锥形头部分的型腔为缩口的锥形腔。所述内圆环体2包括一中心通道6，所述中心通道6与所述内圆环体2前端的锥形腔相通，该中心通道6与锥形腔连通后用来输送氧气（此处的限定并不构成对本发明的技术方案的限制，即输送的气体也可以为氧气之外的其它任何气体）。

所述外圆环体1的锥形头的锥形角大于所述内圆环体2的锥形头的锥形角。即所述外圆环体1的外壁11和内壁13的前端分别径向向外圆环体1的轴心方向倾斜的角度大于所述所述内圆环体2的内环体外壁21和内环体内壁23的前端分别径向向内圆环体2的轴心方向倾斜的角度。

所述外圆环体1的内壁13与所述内圆环体2的内环体外壁21围成煤粉环状通道5，因为所述外圆环体1锥形头部分的锥形角大于所述内圆环体2锥形头部分的锥形角。因此，所述外圆环体1锥形头部分的内锥形腔面与所述内圆环体2锥形头部分的外锥形面之间围成渐缩口式的锥形环腔，即煤粉环状通道5的前端流道为渐缩式的锥形环状流道，所述煤粉环状通道5在烧嘴的前端面上构成一煤粉喷出环口51。

所述中间隔板22的前端头同样为轴向向前延伸且径向尺寸逐渐扩大的膨大端头，使得所述内层冷却水进水环状通道25的前端沿其流向（自后向前）呈渐缩口腔道，使得所述内层冷却水出水环状通道24的前端沿其流向（自前向后）呈渐扩口腔道，即所述内层冷却水进水环状通道25和内层冷却水出水环状通道24连通的端头部分构成的腔道也是一渐缩口——渐扩口式的腔道。即，冷却水由内层冷却水进水环状通道25进入后，在流至内圆环体2的前端头时，流道口缩小，从而使得水流的流速提高，水流高速流过内圆环体2的前端头部分后进入所述内层冷却水出水环状通道24流出。其所产生的效果如上述对所述外圆环体1对应结构的描述，此处不再赘述。

本发明采用内、外双层冷却结构且采取端部变腔流道的形式，相比现有的折流板式的冷却水套形式，冷却水能够均布进入到烧嘴头部的整个截面，对烧嘴的降温均匀，避免局部高温，同时提高了水流流速，防止冷却水汽化，提高冷却效果，避免烧嘴前端头部长期存在的应力性损坏。

如图1和图3所示，在所述煤粉环状通道5的后端（该部分为直筒型的环状流道）周向均布设有三个能够形成旋转射流的煤粉旋流器4；所述煤粉旋流器4固定在所述外圆环体1的内壁13与所述内圆环体2的内环体外壁21之间。如图4所示，所述煤粉旋流器4包括旋流器柱41和旋流片42，所述旋流片42的螺旋方向（即旋流片42外缘在螺旋上升方向上的切线方向）与所述旋流器柱41轴向之间的夹角为α角，所述α角的取值范围为15°至45°，优选20°；在所述煤粉旋流器4的旋流器柱41上布置的旋流片42的片数为两片或者三片。

如图1和图2所示，在所述内圆环体2的锥形腔的后端端部（即中心通道6的前端）设有能够形成旋转射流的氧气旋流器3（“氧气旋流器”中的“氧气”不能够认为是对本发明的技术方案的限制，即当用该氧气旋流器3对其它气体进行旋流时，也可以称为其它相应气体的旋流器，如氮气旋流器、氨气旋流器等）。所述氧气旋流器3包括中心轴枢31和多片旋流叶片32，所述旋流叶片32的外缘接触所述中心通道6的内壁，所述旋流叶片32的螺旋方向与所述中心轴枢31之间夹角的范围是15°至75°。

所述煤粉旋流器4与所述氧气旋流器3的旋流方向相反。对氧气和干煤粉进行旋流是为了减缓它们各自在轴向上的速度，同时保证旋向相反是为了使氧气和干煤粉充分混合。如果氧气或干煤粉的轴向速度大，容易存在氧气流将干煤粉吹散的现象，此时形成的气粉混合物不容易被点燃，即使被点燃所生成的火焰也会不连续，即所谓的断火。煤粉旋流器4还起到对煤粉的分散作用，来增大煤粉和氧气接触时的接触面积。

干煤粉通过所述煤粉环状通道5进入后，经过所述煤粉旋流器4的旋流作用，使干煤粉集结成束，最终以旋转射流的形式，经由所述煤粉环状通道5的锥形环腔以r角的角度喷出（r角的角度取决于所述外圆环体1的内壁13前端的倾斜角度与所述内圆环体2的内环体外壁21前端的倾斜角度），因为所述煤粉环状通道5的锥形环腔相对于所述煤粉环状通道5前面的直腔通道为渐缩口的形式，所以成束的干煤粉在经过所述煤粉环状通道5的锥形环腔时有一定的加速，即干煤粉以旋转射流的形式以较高速度由所述煤粉喷出环口51喷出。因为前面干煤粉已经受到旋流分散作用，此时煤粉的主体流动方向很离散，在此出口处如果不进行一定加速，干煤粉就不能够以一个主流流向射出，那么生成的火焰就失去刚性。

氧气被送入所述中心通道6后，经过所述氧气旋流器3后，以旋转射流的形式喷出，同样因为所述内圆环体2的前端口为锥形缩口，所以会对由所述氧气旋流器3喷出的氧气流进行一定程度的加速。

另外，因为所述煤粉旋流器4与所述氧气旋流器3的旋流方向相反，所以经所述煤粉旋流器4作用喷出的干煤粉旋转射流的旋向与经所述氧气旋流器3作用喷出的氧气旋转射流的旋向也相反，二者在烧嘴的前端面前的一定距离处交叉，会相互作用，彼此阻止对方的旋向，使氧气流和干煤粉流充分混合。

由于旋流的作用，在烧嘴的前端中心部分会形成一个漩涡低压区。在燃烧过程中会产生大量高温烟气，而此低压区会使其前方的一部分高温烟气回卷，回卷的高温烟气会对干煤粉与氧气的混合体进行预加热，提高燃烧性，使燃烧火焰更加稳定，此外，还缩短了燃烧黑区，使燃烧更剧烈、完全。

如图1所示，在所述外圆环体1的前端设有耐火浇注头7，所述耐火浇注头7的中心设有通孔，该通孔的边缘位于所述煤粉环状通道5前端射口的边缘外侧，即通孔的边缘位于图2中煤粉喷出环口51的外圈边缘之外；在所述外圆环体1的前端头的外壁上设有用来将所述耐火浇注头7固定在所述外圆环体1前端的耐火浇注头固定块71。

在烧嘴的前端设置所述耐火浇注头7后，使烧嘴不再直接与高温火焰接触，对烧嘴进行高温保护，延长使用寿命。

上述仅是对发明的一种最佳实施方式进行的描述，本发明并不仅限于此。因此，上述描述不应该当作是本发明范围的限制，本发明的保护范围由所附权利要求进行限定。对于本领域的技术人员来说，在不付出创造性劳动，不背离本发明的设计精神的前提下，可以对本发明作出任何改变或者等同替换，其都应当落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种干煤粉流化床气化炉高效型煤粉烧嘴，其特征是：包括同轴设置的外圆环体和内圆环体，所述外圆环体的前端为开口端，且外圆环体的前端头部分为锥形头，该锥形头部分的型腔为缩口的锥形腔；在外圆环体的壁体内设有外层冷却套；所述内圆环体的前端为开口端，内圆环体的前端头部分为锥形头，内圆环体的锥形头部分的型腔为缩口的锥形腔；所述内圆环体包括一中心通道，所述中心通道与所述内圆环体前端的锥形腔相通；在内圆环体的壁体内设有内层冷却水套；所述外圆环体的内壁与所述内圆环体的内环体外壁围成煤粉环状通道，且所述外圆环体锥形头的锥形角大于所述内圆环体锥形头的锥形角，确保所述外圆环体锥形头部分的内锥形腔面与所述内圆环体锥形头部分的外锥形面之间构成渐缩口的锥形环腔；在所述煤粉环状通道的后端设有能够形成旋转射流的煤粉旋流器；在所述内圆环体的锥形腔的后端端部设有能够形成旋转射流的氧气旋流器；所述煤粉旋流器与所述氧气旋流器的旋流方向相反。

2.根据权利要求1所述的干煤粉流化床气化炉高效型煤粉烧嘴，其特征是：由所述煤粉环状通道的锥形环腔喷射出煤粉射流在煤粉烧嘴的轴线处的交叉点相对所述外圆环体的前端面的轴向距离为100mm至500mm。

3.根据权利要求1所述的干煤粉流化床气化炉高效型煤粉烧嘴，其特征是：所述煤粉旋流器包括旋流器柱和多于一片的旋流片，所述旋流片的螺旋方向与所述旋流器柱轴向之间的夹角为α，所述α的取值范围为15°至45°。

4.根据权利要求3所述的干煤粉流化床气化炉高效型煤粉烧嘴，其特征是：所述α角为20°。

5.根据权利要求3所述的干煤粉流化床气化炉高效型煤粉烧嘴，其特征是：在所述煤粉旋流器的旋流器柱上布置的旋流片的片数为两片或者三片。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的干煤粉流化床气化炉高效型煤粉烧嘴，其特征是：所述氧气旋流器包括中心轴枢和多片旋流叶片，所述旋流叶片的外缘与所述中心通道的内壁接触，所述旋流叶片的螺旋方向与所述中心轴枢之间夹角的范围是15°至75°。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的干煤粉流化床气化炉高效型煤粉烧嘴，其特征是：

所述外层冷却套包括轴向延伸的外层环状通道和内层环状通道；所述的外层环状通道和内层环状通道由环状的中间隔层分割而成；所述外层环状通道的前端与所述内层环状通道的前端连通；所述中间隔层的前端与所述外圆环体的锥形头相对应，呈锥形；所述中间隔层的锥形头为轴向渐扩的膨大端头，且膨大端头的渐扩结构，使得所述内层环状通道的前端沿其流向呈渐缩口腔道，使得所述外层环状通道的前端沿其流向呈渐扩口腔道；

所述外层冷却套包括轴向延伸的内层冷却水进水环状通道和内层冷却水出水环状通道；所述的内层冷却水进水环状通道和内层冷却水出水环状通道由环状的中间隔板分割而成；所述内层冷却水进水环状通道的前端与所述内层冷却水出水环状通道的前端连通；所述中间隔板的前端与所述内圆环体的锥形头相对应，呈锥形；所述中间隔板的锥形头为轴向渐扩的膨大端头，且膨大端头的渐扩结构，使得所述内层冷却水进水环状通道的前端沿其流向呈渐缩口腔道，使得所述内层冷却水出水环状通道的前端沿其流向呈渐扩口腔道。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的干煤粉流化床气化炉高效型煤粉烧嘴，其特征是：在所述外圆环体的前端设有耐火浇注头，所述耐火浇注头的中心设有通孔，该通孔的边缘位于所述煤粉环状通道前端射口的边缘外侧；在所述外圆环体的前端头的外壁上设有耐火浇注头固定块。

9.根据权利要求6所述的干煤粉流化床气化炉高效型煤粉烧嘴，其特征是：所述外层冷却套包括轴向延伸的外层环状通道和内层环状通道；所述的外层环状通道和内层环状通道由环状的中间隔层分割而成；所述外层环状通道的前端与所述内层环状通道的前端连通；所述中间隔层的前端与所述外圆环体的锥形头相对应，呈锥形；所述中间隔层的锥形头为轴向渐扩的膨大端头，且膨大端头的渐扩结构，使得所述内层环状通道的前端沿其流向呈渐缩口腔道，使得所述外层环状通道的前端沿其流向呈渐扩口腔道；

10.根据权利要求6所述的干煤粉流化床气化炉高效型煤粉烧嘴，其特征是：在所述外圆环体的前端设有耐火浇注头，所述耐火浇注头的中心设有通孔，该通孔的边缘位于所述煤粉环状通道前端射口的边缘外侧；在所述外圆环体的前端头的外壁上设有耐火浇注头固定块。