CN107083258A - 一种气化烧嘴装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粉煤喷头，所述喷头是一根从上向下管径逐渐减小的弯管，该弯管的下端为下端粉煤喷口(31)，该弯管的侧壁上设有至少一个侧开粉煤喷口(32)，所述侧开粉煤喷口(32)是沿气流前进方向逐渐向外倾斜的斜口。本发明还公开了含有所述喷头的气化烧嘴装置，其还包括粉煤输送管和环形粉煤腔，所述环形粉煤腔包括内管、外管和变径管；其中，所述内管外套有变径管，变径管外套有外管，从而在内管和变径管之间形成第二环形腔体，在变径管和外管之间形成第三环形腔体。本发明能够大幅提高气化烧嘴装置喷口所喷出的粉煤在周向上的均布效果，而且成本低廉、控制难度低。

Description

一种气化烧嘴装置
技术领域
本发明涉及煤炭气流床气化技术领域，尤其涉及一种粉煤喷头和含有所述喷头的气化烧嘴装置。
背景技术
我国的能源结构长期“以煤为主”，但随着环保问题的日益突出，提高煤炭利用效率，减轻煤炭利用过程中对环境、生态的破坏已经刻不容缓。洁净煤技术能够有效减少污染物的排放，提高煤炭在加工、燃烧和转化过程中的利用效率，而煤炭气化技术是洁净煤转化的技术核心，因此煤炭气化技术是发展以煤炭为原料的大宗化工产品和联合循环发电的关键技术。
目前，已工业化的煤气化技术可分为以下三类：以Lurgi技术为代表的固定床气化技术、以HTW技术为代表的流化床技术和以Shell技术为代表的气流床气化技术；其中，煤炭气流床气化技术是目前发展最为成熟和工业应用最为广泛的技术。
气化烧嘴装置是煤炭气流床气化装置的核心设备之一，其主要作用是将原料(干粉煤)和氧化剂均匀喷入气化炉内。在现有的采用单烧嘴顶置下行制气的气流床气化设备中，煤粉通过气化烧嘴装置由气化炉的顶部进入气化炉内；如附图1、图2和图4所示，现有技术中气化烧嘴装置的主要结构可以包括三路粉煤输送管1、一个环形粉煤腔2以及每路粉煤输送管1底端设置的一个喷头3；环形粉煤腔2包括内管21和外管22，内管21和外管22组成夹套管路并在内管21和外管22之间形成第一环形腔体2A，设于每路粉煤输送管1底端的喷头3伸入到该第一环形腔体2A内；喷头3是一根上下直径相等的弯管，并且该弯管的上端与一路粉煤输送管1连通，该弯管的下端为下端粉煤喷口31；载气携带粉煤经粉煤输送管1输送，并通过喷头3喷入环形粉煤腔2的第一环形腔体2A内，然后由环形粉煤腔2的底端出口(即气化烧嘴装置的喷口)喷出，形成粉煤气流F进入气化炉内。
上述这种气化烧嘴装置存在喷口喷出的粉煤周向分布不均的问题。虽然将粉煤输送管1的数量增加并沿环形粉煤腔2的周向均布，可以提高该气化烧嘴装置所喷出的粉煤周向分布效果，但其成本大幅增加，而且多路粉煤输送管1需要独立控制，系统控制难度也大幅增加。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明一方面提供了一种粉煤喷头，能够大幅提高气化装置喷口所喷出的粉煤在周向上的均布效果，而且成本低廉、控制难度低。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种粉煤喷头，所述喷头是一根从上向下管径逐渐减小的弯管，该弯管的下端为下端粉煤喷口，该弯管的侧壁上设有至少一个侧开粉煤喷口。
优选地，所述的侧开粉煤喷口是沿气流前进方向逐渐向外倾斜的斜口。
本发明另一方面还提供了包括上述粉煤喷头的气化烧嘴装置。
优选地，该气化烧嘴装置还包括粉煤输送管和环形粉煤腔。
优选地，所述环形粉煤腔包括内管、外管和变径管；其中，所述内管外套有变径管，变径管外套有外管，从而在内管和变径管之间形成第二环形腔体，在变径管和外管之间形成第三环形腔体；
所述变径管的上部管径大于下部管径和任选的，变径管的顶端高于内管的顶端。
优选地，所述喷头的上端与粉煤输送管连通，所述喷头的下端伸入到第二环形腔体内，且所述喷头的下端粉煤喷口低于所述内管的顶端。
优选地，所述的变径管包括上部大管径等径直管和下部小管径等径直管。
优选地，所述上部大管径等径直管的底端与下部小管径等径直管的顶端通过变径直管连接。
优选地，所述的变径管通过定位螺栓与内管固定。
优选地，所述定位螺栓布置为两层。
更优选地，所述定位螺栓为每层4个，沿圆周方向均匀布置。
优选地，所述气化烧嘴装置的粉煤输送管为三路，并且均布在环形粉煤腔的圆周上。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的粉煤喷头3为从上向下管径逐渐减小的弯管，并且在该弯管的侧壁上开设了至少一个侧开粉煤喷口32，从而在粉煤输送管1数量不变的情况下，增加了周向上向环形粉煤腔2内喷入粉煤的粉煤喷口数量，并且使下端粉煤喷口31所喷出载气携带粉煤的动能大幅提高，因此能够使进入环形粉煤腔2的粉煤在圆周上分布更加均匀，并进一步提高了该气化烧嘴装置的喷口所喷出的粉煤在周向上的均布效果。
此外，本发明提供的气化烧嘴装置还设有新型的环形粉煤腔2，该环形粉煤腔2在内管21与外管22之间增设了上部管径大、下部管径小的变径管23，从而将现有的第一环形腔体2A分隔成第二环形腔体2B和第三环形腔体2C这两个腔体，大部分粉煤颗粒在惯性和自重作用下沿第二环形腔体2B向下运动，而依靠第二环形腔体2B和第三环形腔体2C这两个通道的阻力平衡，70％～80％的载气向变径管23顶部折流溢出并沿第三环形腔体2C向下运动，因而实现了载气与粉煤的隔离输送，降低了各自通道的流阻，而消除了大量载气占据粉煤通道空间而引起的粉煤均布效果不佳的问题，能够提高该气化烧嘴装置的喷口所喷出的粉煤在周向上的均布效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为现有技术中气化烧嘴装置的结构示意图；
图2为现有技术中粉煤喷头的结构示意图；
图3为本发明粉煤喷头的结构示意图；
图4为现有技术中环形粉煤腔的结构示意图；
图5为本发明环形粉煤腔的结构示意图；
图6为本发明环形粉煤腔的结构及环形粉煤腔内粉煤流和载气流的流动示意图；
图7为现有技术和本发明气化烧嘴装置所喷出粉体的均布效果对比示意图；
其中，1为粉煤输送管，2为环形粉煤腔，21为内管，22为外管，23为变径管，2A为第一环形腔体，2B为第二环形腔体，2C为第三环形腔体，23a为变径管的上部大管径等径直管，23b为变径管的下部小管径等径直管，23c为变径管的变径直管，3为喷头，31为下端粉煤喷口，32为侧开粉煤喷口，F1为粉煤流，F2为载气流，F为粉煤气流。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
参阅图3、图5和图6，本实施例的粉煤喷头为一根从上向下管径逐渐减小的弯管，该弯管的下端为下端粉煤喷口31，该弯管的侧壁上设有至少一个侧开粉煤喷口32，并且所述侧开粉煤喷口32是沿气流前进方向逐渐向外倾斜的斜口。
并且，本实施例还提供了含有上述喷头3的气化烧嘴装置。具体为，该气化烧嘴装置还包括粉煤输送管1和环形粉煤腔2。其中，该气化烧嘴装置的各部件具体可以包括以下：
1)所述喷头3是一根从上向下管径逐渐减小的弯管，并且该弯管的上端与粉煤输送管1连通，下端为下端粉煤喷口31，其伸入到第二环形腔体内且下端粉煤喷口31低于变径管的顶端，所述喷头3的侧壁上设有至少一个侧开粉煤喷口32。所述的侧开粉煤喷口32是沿气流前进方向逐渐向外倾斜的斜口，这可以使载气携带粉煤能够顺利从侧开粉煤喷口32喷出，而尽力减小受到侧开粉煤喷口32的壁厚阻挡。在实际应用中，侧开粉煤喷口32的开口形状可以是方形、圆形等任何形状，但最好使下端粉煤喷口31与每个侧开粉煤喷口32的出粉量保持一致。
2)所述环形粉煤腔2包括内管21、外管22和变径管23；其中，所述内管21外套有变径管23，变径管23外套有外管22，从而在内管21和变径管23之间形成第二环形腔体2B，在变径管23和外管22之间形成第三环形腔体2C；所述变径管23的上部管径大于下部管径，并且变径管23的顶端高于内管21的顶端。
所述的变径管23包括上部大管径等径直管23a和下部小管径等径直管23b，并且上部大管径等径直管23a的底端可与下部小管径等径直管23b的顶端通过变径直管23c连接，这有助于载气与粉煤更大程度分离，使更多的粉煤沿第二环形腔体2B向下运动，而更多的载气沿第三环形腔体2C向下运动，从而消除了大量载气占据第二环形腔体2B空间影响粉煤均布效果的问题。
在实际应用中，所述的变径管23通过定位螺栓与内管21固定，定位螺栓最好布置两层，并且每层最好4个，沿圆周方向均匀布置；通过定位螺栓对第二环形腔体2B进行调节，保证第二环形腔体2B沿圆周方向间隙相等。
3)所述的粉煤输送管1可以为一路、二路或多路，优选为三路，并且均布在环形粉煤腔2的圆周上，这有助于使进入环形粉煤腔2的粉煤在圆周上分布更加均匀。
在实际应用中，常压输送粉煤固气体积比优选为1:80～1:120(其中，固是粉煤，气是载气)，高压输送粉煤固气体积比优选为1:3～1:4，这有助于提高该气化烧嘴装置的喷口所喷出的粉煤在周向上的均布效果。
下面将详述含有本发明喷头3的气化烧嘴装置的工作原理。
1)喷头3：
与现有技术相比，本发明所提供的喷头3是一根从上向下管径逐渐减小的弯管，并且该弯管的下端为下端粉煤喷口31，该弯管的侧壁上设有至少一个侧开粉煤喷口32，因此当该喷头3的上端与粉煤输送管1连通后，进入该喷头3的载气携带粉煤先从侧开粉煤喷口32喷出一部分，剩余部分再从弯管下端的下端粉煤喷口31喷出，从而在粉煤输送管1数量不变的情况下，增加了周向上向环形粉煤腔2内喷入粉煤的粉煤喷口数量，这能够使进入环形粉煤腔2的粉煤在圆周上分布更加均匀，有助于提高该气化烧嘴装置的喷口所喷出的粉煤在周向上的均布效果。同时，由于本发明所提供的喷头3是一根从上向下管径逐渐减小的弯管，因此当一部分载气携带粉煤从侧开粉煤喷口32喷出后，剩余部分载气携带粉煤的动能并未减弱，反而大幅提高，喷出动能增大，撞击环形粉煤腔2的壁面后分散效果也就更好，这进一步提高了该气化烧嘴装置的喷口所喷出的粉煤在周向上的均布效果。
2)环形粉煤腔2：
在现有技术中，载气携带粉煤直接喷入环形粉煤腔2的第一环形腔体2A后，载气与粉煤混合物切向速度会大幅衰减，不利于圆周流化，粉煤在周方向上的均布效果并不理想。
与现有技术相比，本发明所提供的环形粉煤腔2在内管21与外管22之间增设了上部管径大、下部管径小的变径管23，从而将现有的第一环形腔体2A分隔成第二环形腔体2B和第三环形腔体2C这两个腔体；当载气携带粉煤直接喷入环形粉煤腔2的第二环形腔体2B上部，气粉混合物在收缩环腔和离心力作用下，旋转圈数增加，切向速度衰减降低，充分利用混合物动能实现圆周流化，气粉混合物撞击变径管23的上部壁面后，大部分粉煤颗粒速度迅速衰减并在惯性和自重作用下沿第二环形腔体2B向下运动，形成粉煤流F1；而依靠变径管23的阻挡以及第二环形腔体2B和第三环形腔体2C这两个通道的阻力平衡，70％～80％的载气向变径管23顶部折流溢出并沿第三环形腔体2C向下运动，形成载气流F2；此后粉煤流F1与载气流F2在该环形粉煤腔2的底端出口(即气化烧嘴装置的喷口)处汇聚形成粉煤气流F喷出。
以上方案实现了载气与粉煤的隔离输送，降低了各自通道的流阻，使第二环形腔体2B以运输粉煤为主，而第三环形腔体2C以运输载气为主，从而消除了大量载气占据粉煤通道空间而引起的粉煤均布效果不佳的问题。同时，由于第二环形腔体2B的空间比现有的第一环形腔体2A的空间小，粉煤的通道流通面积减小，因此粉煤颗粒的速度大幅提高，从而可以有效消除因气速降低而引起切向速度降低的问题，这进一步提高了该气化烧嘴装置的喷口所喷出的粉煤在周向上的均布效果。
实施例2
将现有的气化烧嘴装置和本发明实施例所提供的气化烧嘴装置进行以下对比实验：
将气化烧嘴装置的喷口所喷出的粉煤在圆周方向12等分，并统计每部分的粉煤占比，从而得到如图7所示的气化烧嘴装置所喷出粉体的均布效果对比示意图。
图7中的曲线越平说明粉体圆周均布效果越好。由图7可以看出：本发明实施例所提供的气化烧嘴装置其喷口所喷出的粉煤在周向上的均布效果远优于现有的气化烧嘴装置。
实施例3
将现有的气化烧嘴装置和本发明实施例所提供的气化烧嘴装置进行以下对比实验：分别采用一路粉煤输送管和三路粉煤输送管进行给粉，并检测相对标准差，从而可以得到如下表1所示结果：
表1现有技术的气化烧嘴装置和本发明气化烧嘴装置的效果对比
由表1可以看出：与现有的气化烧嘴相比，在采用一路粉煤输送管给粉时，本发明实施例所提供的气化烧嘴装置其相对标准差可从80.9％降低至17.2％，而在采用三路粉煤输送管给粉时，本发明实施例所提供的气化烧嘴装置其相对标准差可从33.1％降低至9.9％，显然本发明实施例所提供的气化烧嘴装置其喷口所喷出的粉煤在周向上的均布效果远优于现有的气化烧嘴装置。
综上可见，本发明实施例能够大幅提高喷口所喷出的粉煤在周向上的均布效果，而且成本低廉、控制难度低。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种粉煤喷头，其特征在于，所述喷头(3)是一根从上向下管径逐渐减小的弯管，该弯管的下端为下端粉煤喷口(31)，该弯管的侧壁上设有至少一个侧开粉煤喷口(32)。
2.根据权利要求1所述的粉煤喷头，其特征在于，所述的侧开粉煤喷口(32)是沿气流前进方向逐渐向外倾斜的斜口。
3.一种气化烧嘴装置，其特征在于，包括权利要求1或2所述的粉煤喷头(3)。
4.根据权利要求3所述的气化烧嘴装置，其特征在于，还包括粉煤输送管(1)和环形粉煤腔(2)。
5.根据权利要求4所述的气化烧嘴装置，其特征在于，所述环形粉煤腔(2)包括内管(21)、外管(22)和变径管(23)；
其中，所述内管(21)外套有变径管(23)，变径管(23)外套有外管(22)，从而在内管(21)和变径管(23)之间形成第二环形腔体(2B)，在变径管(23)和外管(22)之间形成第三环形腔体(2C)；
所述变径管(23)的上部管径大于下部管径和任选的，变径管(23)的顶端高于内管(21)的顶端。
6.根据权利要求5所述的气化烧嘴装置，其特征在于，所述喷头(3)的上端与粉煤输送管(1)连通，下端伸入到第二环形腔体(2B)内，且所述喷头(3)的下端粉煤喷口(31)低于所述内管(21)的顶端。
7.根据权利要求5所述的气化烧嘴装置，其特征在于，所述的变径管(23)包括上部大管径等径直管(23a)和下部小管径等径直管(23b)。
8.根据权利要求7所述的气化烧嘴装置，其特征在于，所述上部大管径等径直管(23a)的底端与下部小管径等径直管(23b)的顶端通过变径直管(23c)连接。
9.根据权利要求5所述的气化烧嘴装置，其特征在于，所述的变径管(23)通过定位螺栓与内管(21)固定。
10.根据权利要求5所述的气化烧嘴装置，其特征在于，所述的粉煤输送管(1)为三路，并且均布在环形粉煤腔(2)的圆周上。
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