CN106147876A - 气化烧嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气化烧嘴，包括：气化剂套管，气化剂套管内具有气化剂通道；套设于气化剂套管外的煤粉套管，煤粉套管内壁与气化剂套管外壁间为环形煤粉通道；套设于煤粉套管外的水冷套管，水冷套管内壁与煤粉套管外壁间为水冷通道，水冷套管的第一端口与煤粉套管出口端通过环形接板连接；煤粉套管外壁设有N个煤粉进口孔，N个煤粉进口管通过N个煤粉进口孔与煤粉通道连通；煤粉进口管中心线到气化剂套管中心线距离L>0；煤粉进口孔中心到煤粉通道出口端的对端距离H>0；煤粉进口管中心线与气化剂套管中心线夹角为β，20°<β<100°。该气化烧嘴结构简单，保证了煤粉和气化剂混合均匀，显著提高了煤粉的燃烧效率和碳转化率。

Description

气化烧嘴
技术领域
本发明涉及一种烧嘴，尤其涉及一种气化烧嘴。
背景技术
在对煤炭的清洁高效利用进程中，气流床气化技术以其煤处理量大、热效率高、煤种适应性广等优点逐渐成为煤气化领域的主导技术。
干煤粉气化是气流床气化技术中的重要一支，近年来得到长足的发展。在干煤粉气化炉中，烧嘴是向气化炉内输送煤粉的一个重要设备。烧嘴设计的好坏直接影响煤粉在气化炉中的混合情况，进而影响燃烧效率及碳转化率等。
在干煤粉气化烧嘴的设计中，如何能够使烧嘴出口的煤粉和气化剂均匀混合是设计的关键。当煤粉通道为环形通道时，要保证煤粉和气化剂的均匀混合就需要使煤粉在环形通道的出口均匀分布。目前，干煤粉烧嘴多采用多条煤粉螺线管进料的方式，这种方式的煤粉烧嘴结构复杂且在煤粉环形通道出口的煤粉很难保证均匀的分布。
发明内容
本发明提供一种气化烧嘴，用于克服现有技术中的煤粉烧嘴结构复杂并且难以保证煤粉与气化剂均匀混合的缺陷。
本发明提供一种气化烧嘴，包括：
气化剂套管，所述气化剂套管内具有气化剂通道；
煤粉套管，所述煤粉套管套设于所述气化剂套管外部，所述煤粉套管的内壁与所述气化剂套管的外壁之间限定出环形煤粉通道；
水冷套管，所述水冷套管套设于所述煤粉套管外部，所述水冷套管的内壁与所述煤粉套管的外壁之间限定出环形水冷通道，所述水冷套管的第一端口与所述煤粉套管的出口端通过环形接板密封连接；
所述煤粉套管的外壁上设置有N个煤粉进口孔，N个煤粉进口管分别通过N个所述煤粉进口孔与所述煤粉通道连通，N为大于等于1的正整数；
其中，所述煤粉进口管的中心线到所述气化剂套管中心线距离为L，L>0；所述煤粉进口孔的中心到所述煤粉通道的出口端的对端距离为H，H>0；所述煤粉进口管中心线与所述气化剂套管中心线的夹角为β，20°<β<100°。
在一实施方式中，所述煤粉进口管的个数为N，1≤N≤4。
在一实施方式中，还包括旋流装置，所述旋流装置设置在所述气化剂通道的出口端。
在一实施方式中，所述旋流装置由中心轴和均匀围绕在所述中心轴四周的旋流叶片组成，其中，所述旋流叶片的倾斜角为α，10°<α<70°。
在一实施方式中，所述煤粉通道可分为第一锥形通道、直段通道和第二锥形通道，其中，所述第一锥形通道的窄口端与所述直段通道的一端连接，所述直段通道的另一端与所述第二锥形通道的广口端连接；所述煤粉进口管设置在所述第一锥形通道的侧壁上且与所述第一锥形通道连通。
在一实施方式中，还包括一夹层套管，所述夹层套管设于所述水冷通道中用于将所述水冷通道分隔成内层水冷通道和外层水冷通道，所述夹层套管远离所述环形接板使所述内层水冷通道和所述外层水冷通道在靠近所述环形接板的一端连通；
其中，所述内层水冷通道由所述夹层套管与所述煤粉套管所限定的空间组成，所述外层水冷通道由所述夹层套管与所述水冷套管所限定的空间组成。
在一实施方式中，所述内层水冷通道上设置有水冷进口，所述外层水冷通道上设置有水冷出口。
在一实施方式中，所述气化剂通道的出口端容设于所述煤粉套管中。
本发明的气化烧嘴结构简单，出口煤粉和气化剂混合均匀，能够显著提高煤粉的燃烧效率和碳转化率。
附图说明
图1为本发明气化烧嘴的剖面结构的平视示意图；
图2a为煤粉进口管A方向的结构示意图；
图2b为煤粉进口管的结构平视示意图；
图3a为旋流装置A方向的结构示意图；
图3b为旋流装置结构的平视示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、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做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为本发明气化烧嘴的剖面结构的平视示意图，图2a为煤粉进口管A方向的结构示意图，图2b为煤粉进口管的结构平视示意图，请同时参考图1、图2a和图2b，本发明的气化烧嘴，包括：气化剂套管10，气化剂套管10内具有气化剂通道11；煤粉套管30，煤粉套管30套设于气化剂套管10外部，煤粉套管30的内壁与气化剂套管10的外壁之间限定出环形煤粉通道31；水冷套管40，水冷套管40套设于煤粉套管30外部，水冷套管40的第一端口与煤粉套管30的出口端通过环形接板50密封连接，在水冷套管40的内壁与煤粉套管30的外壁之间限定出环形水冷通道；煤粉套管30的外壁上设置有N个煤粉进口孔34，N个煤粉进口管32分别通过N个煤粉进口孔34与煤粉通道31连通，N为大于等于1的正整数；其中，煤粉进口管32的中心线到气化剂套管10中心线距离为L，L>0；煤粉进口孔34的中心到煤粉通道31的出口端的对端距离为H，H>0；煤粉进口管32中心线与气化剂套管10中心线的夹角为β，20°<β<100°。
其中，煤粉套管30为在其中轴线方向上具有两个开口的管体，其中一个开口为煤粉套管30的出口端，则另一个开口为煤粉套管30的出口端的对端。
本发明煤粉进口管32的设置保证了惰性气体携带煤粉从煤粉进口管32进入煤粉通道31后，在煤粉通道31内煤粉通过与壁面以及煤粉流股之间的撞击混合作用使得煤粉在向下流出煤粉通道31时能够在环形通道截面上均匀分布，其中，惰性气体可以是氮气或者二氧化碳等气体。一般的，1≤N≤4，当煤粉进口管32多于一个时，多个煤粉进口管32均匀设置在煤粉套管30的外壁上。
本发明的气化烧嘴结构简单，使用寿命长，煤粉切向进入煤粉通道31中并且与煤粉通道31的内壁碰撞从而均匀分布在煤粉通道31中，均匀分布的煤粉与气化剂在煤粉通道31的出口端310相遇充分混合，从而有效提高了煤粉的燃烧效率和碳转化率。
进一步地，本发明的气化烧嘴还包括一旋流装置20，图3a为旋流装置A方向的结构示意图，图3b为旋流装置结构的平视示意图，请同时参考图1、图3a和图3b，该旋流装置20设置在气化通道11的出口端。具体的，该旋流装置20由中心轴21和均匀围绕在中心轴21四周的旋流叶片22组成，旋流叶片22的一端与中心轴21连接，其中，旋流叶片22的中心线与中心轴21的中轴线的夹角为α，10°<α<70°。在本发明的一个实施例中选择旋流叶片22个数为6，α为25°。气化剂在气化剂通道11内流经旋流装置20，在旋流叶片22的作用下，气化剂的流动方向将由平行于轴线改变为沿轴线并向四周扩散的形式。其中，气化剂具体为空气与水蒸气的混合气体或者富氧空气与水蒸气的混合气体或者纯氧与水蒸气的混合气体。
在一具体实施方式中，为了进一步提高煤粉在煤粉通道31中的均匀分布程度，可以对煤粉套管30的形状进行限定，煤粉通道31可分为第一锥形通道311、直段通道312和第二锥形通道313，其中，第一锥形通道311的窄口端与直段通道312的一端连接，直段通道312的另一端与第二锥形通道313的广口端连接；第一锥形通道311从上气化剂通道入口方向至出口方向呈收缩型结构，第一锥形通道311的广口端(即煤粉通道30出口端的对端)由环形的盖板33封闭，第二锥形通道313从气化剂通道入口方向至出口方向呈收缩型结构。煤粉进口管32设置在第一锥形通道311的侧壁上且与第一锥形通道311连通。
煤粉通道31设置为上述具体形状后，煤粉首先从煤粉进口管32进入煤粉通道31的第一锥形通道311，沿第一锥形通道311的内壁切向流动，此时的煤粉呈一股煤粉束的状态，当煤粉束与新进入的煤粉束相撞后煤粉会发生弥散，并且在沿着第一锥形通道311内壁流动的过程中持续弥散。弥散后的煤粉会继续进入直段通道312，在直段通道312内煤粉进一步弥散，此时整个直段通道312中的煤粉分布逐渐趋于均匀状态。当煤粉进入第二锥形通道313时，随着第二锥形通道313的收缩，煤粉的流动逐渐向轴线方向收缩，流动速度加快，快速通过第二锥形通道313的窄口端并与气化剂发生碰撞混合，从而完成了煤粉与气化剂均匀混合的全部过程。
同时，气化剂通道11的出口端容设于煤粉套管30中，进而在气化剂通道11的出口端与煤粉套管30的出口端之间形成预混区60，从气化剂通道11喷出的气化剂与从煤粉通道31喷出的煤粉在预混区60内进行充分混合后喷出烧嘴。
为了避免烧嘴被烧坏，还可以在水冷通道内部插设一两端具有开口的夹层套管41，夹层套管41将水冷通道分为内层水冷通道42和外层水冷通道43，其中，内层水冷通道42由夹层套管41与煤粉套管30限定的空间组成，外层水冷通道43由夹层套管41与水冷套管40限定的空间组成。内层水冷通道42上设置有水冷进口44，外层水冷通道43上设置有水冷出口45。由于该夹层套管41并未与环形接板50接触，因此内层水冷通道42与外层水冷通道43在靠近环形接板50的一侧是相通的，由水冷进口44进入的冷却水流经内层水冷通道42和外层水冷通道43后，从水冷出口45流出并对烧嘴进行冷却防止烧嘴被烧坏。
本发明的气化烧嘴不仅结构简单、制造成本低、使用寿命长，并且能够使煤粉与气化剂均匀混合，有效提高煤粉的燃烧效率、碳转化率以及煤气热值，增强了煤粉气化系统的安全性。
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。

Claims (8)

1.一种气化烧嘴，其特征在于，包括：
气化剂套管，所述气化剂套管内具有气化剂通道；
煤粉套管，所述煤粉套管套设于所述气化剂套管外部，所述煤粉套管的内壁与所述气化剂套管的外壁之间限定出环形煤粉通道；
水冷套管，所述水冷套管套设于所述煤粉套管外部，所述水冷套管的内壁与所述煤粉套管的外壁之间限定出环形水冷通道，所述水冷套管的第一端口与所述煤粉套管的出口端通过环形接板密封连接；
所述煤粉套管的外壁上设置有N个煤粉进口孔，N个煤粉进口管分别通过N个所述煤粉进口孔与所述煤粉通道连通，N为大于等于1的正整数；
其中，所述煤粉进口管的中心线到所述气化剂套管中心线距离为L，L>0；所述煤粉进口孔的中心到所述煤粉通道的出口端的对端距离为H，H>0；所述煤粉进口管中心线与所述气化剂套管中心线的夹角为β，20°<β<100°。
2.根据权利要求1所述的气化烧嘴，其特征在于，1≤N≤4。
3.根据权利要求2所述的气化烧嘴，其特征在于，还包括旋流装置，所述旋流装置设置在所述气化剂通道的出口端。
4.根据权利要求3所述的气化烧嘴，其特征在于，所述旋流装置由中心轴和均匀围绕在所述中心轴四周的旋流叶片组成，其中，所述旋流叶片的倾斜角为α，10°<α<70°。
5.根据权利要求4所述的气化烧嘴，其特征在于，所述煤粉通道可分为第一锥形通道、直段通道和第二锥形通道，其中，所述第一锥形通道的窄口端与所述直段通道的一端连接，所述直段通道的另一端与所述第二锥形通道的广口端连接；所述煤粉进口管设置在所述第一锥形通道的侧壁上且与所述第一锥形通道连通。
6.根据权利要求5所述的气化烧嘴，其特征在于，还包括一夹层套管，所述夹层套管设于所述水冷通道中用于将所述水冷通道分隔成内层水冷通道和外层水冷通道，所述夹层套管远离所述环形接板使所述内层水冷通道和所述外层水冷通道在靠近所述环形接板的一端连通；
其中，所述内层水冷通道由所述夹层套管与所述煤粉套管所限定的空间组成，所述外层水冷通道由所述夹层套管与所述水冷套管所限定的空间组成。
7.根据权利要求6所述的气化烧嘴，其特征在于，所述内层水冷通道上设置有水冷进口，所述外层水冷通道上设置有水冷出口。
8.根据权利要求1或7所述的气化烧嘴，其特征在于，所述气化剂通道的出口端容设于所述煤粉套管中。
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