CN108676582B - 一种气化剂与粗煤气全混合烧嘴 - Google Patents

Abstract

一种气化剂与粗煤气全混合烧嘴，涉及一种烧嘴及利用该烧嘴的气化方法。是要解决现有烧嘴喷口结渣和下渣口堵渣的问题。烧嘴包括环形的外部气化剂通道、外部气化剂喷嘴、环形的煤气通道、中心气化剂通道、气化剂母管、中心气化剂流量调节阀、外部气化剂流量调节阀、中心气化剂输送管道及外部气化剂输送管道。方法：一、将烧嘴对准气化室，粗煤气经环形的煤气通道喷入气化室；二、气化剂经气化剂母管分成两股气流；三、这两股气化剂分别经过外部气化剂喷嘴和中心气化剂通道喷入气化室。本发明用于粗煤气净化领域。

Description

一种气化剂与粗煤气全混合烧嘴

技术领域

本发明涉及一种烧嘴及利用该烧嘴的气化方法。

背景技术

流化床、循环流化床等温度低于1300℃的低温煤气化系统，产生的粗煤气含有可燃物含量较高的飞灰和较多的焦油、酚类等有机物。飞灰可燃物含量高，导致有效气成分低，能耗高，降低了企业生产的经济效益。煤气中焦油、酚类等有机物，在洗涤过程中产生大量的含氨、酚、氰等废水。这类废水含较多有机物，造成水体的富营养化，影响水生生物的生存，甚至使水质恶化。酚类、氰类污染物具有毒性大的特点，大量排放对水生生态系统造成明显的危害。《污水综合排放标准》(GB8978)明确规定酚类和氰类为第二类污染物质，一、二级排放浓度均为0.5mg/L。2015年12月22日环保部印发的《现代煤化工建设项目环境准入条件》(试行)也提出了对煤化工废水排放治理的要求。

目前在我国使用的粗煤气净化方法，烧嘴设置在气化室炉壁中部二分之一以下的位置，并布置在同一个水平面附近。所有烧嘴出口方向分别同时偏离气化室中心和水平面以下一定角度，在0.5～60°之间。净化粗煤气的原理是向粗煤气通入少量的气化剂，利用两者燃烧产生的热量将未燃烧的粗煤气加热至焦油等有机物和飞灰能够进行相应的气化反应的温度。粗煤气为低热值煤气，绝热燃烧温度仅2300℃，比煤粉的绝热燃烧温度低了近1400℃；粗煤气与气化剂的体积流量比一般为18:1～20:1；粗煤气在气化炉内的停留时间较短，一般为3～7秒。上述条件下，少量粗煤气燃烧产生的热量需要将剩余大部分未燃烧的粗煤气快速地加热，这对组织气化剂与煤气混合燃烧的烧嘴提出了较高的要求。

实际使用的烧嘴有两种结构：外环供入气化剂，中心供入气化剂(下称“烧嘴一”)，外环供入煤气，中心供入气化剂(下称“烧嘴二”)。

“烧嘴一”(见图3)沿径向由内向外依次同轴装有煤气通道13和外部气化剂通道11，两个通道相互平行，外部气化剂通道11内通入温度100～120℃的气化剂，煤气通道13内通入温度750～850℃的粗煤气。这两个通道径向距离至少为两通道的总壁厚，一般为20～30mm。为避免上述通道的管壁被高温腐蚀，通常在两个通道之间安装水冷套(厚度一般为80～120mm)，因此煤气通道13和外部气化剂通道11之间的径向距离b，一般为100～150mm。

“烧嘴二”(见图4)沿径向由内向外依次同轴装有中心气化剂通道51、煤气通道31，两个通道相互平行。外部气化剂通道通入温度100～120℃的气化剂，煤气通道31通入温度750～850℃的粗煤气。这两个通道径向距离至少为两通道的总壁厚，一般为20～30mm。为避免上述通道的管壁被高温腐蚀，通常两个通道之间安装水冷套(厚度一般为80～120mm)，因此煤气通道31和外部气化剂通道之间的径向距离b，一般为100～150mm。

“烧嘴一”总计试车6次，运行时间411小时，存在的问题为气化室下渣口下渣不畅，固态渣向烧嘴喷口延伸，不断堆积后堵塞烧嘴的喷口；烧嘴喷口径向向外的壁面结渣。“烧嘴二”总计试车4次，运行时间259小时，存在问题为烧嘴喷口径向向外的壁面挂渣，向煤气喷口堆积，盖住大部分烧嘴喷口；下渣口堵渣。以上问题导致用于净化粗煤气的气化炉频繁停车，向该气化炉输送粗煤气的流化床、循环流化床等低温煤气化炉也被迫频繁停车。气化炉作为化工企业的生产源头，一旦停车，导致整个生产线全部停运，整个生产线停运一次给企业造成巨额经济损失。例如：一套造气量80000Nm³/h的煤气化生产线，停运后重新启炉需要花费4000万元左右。因此，亟需开发一种能连续稳定运行的净化粗煤气的气化烧嘴。

发明内容

本发明是要解决现有烧嘴喷口结渣和下渣口堵渣的问题，提供一种气化剂与粗煤气全混合烧嘴及气化方法。

本发明气化剂与粗煤气全混合烧嘴包括环形的外部气化剂通道、外部气化剂喷嘴、环形的煤气通道、中心气化剂通道、气化剂母管、中心气化剂流量调节阀、外部气化剂流量调节阀、中心气化剂输送管道及外部气化剂输送管道；

沿烧嘴径向由内向外，中心气化剂通道、环形的煤气通道和环形的外部气化剂通道同轴布置，三个通道相互平行；

外部气化剂通道靠近气化炉气化室的一端沿圆周方向均匀地连接20～60个外部气化剂喷嘴，外部气化剂喷嘴的中心线与环形的煤气通道的中心线的夹角α为45～80°；

外部气化剂喷嘴的总流通面积是外部气化剂通道的流通面积的1/50～1/10，外部气化剂喷嘴的中心线与环形的煤气通道的中心线相交于点O，外部气化剂喷嘴的出口端面与环形的煤气通道外壁面处于同一平面，外部气化剂喷嘴紧靠煤气通道喷口端面；

气化剂母管的一个出口端通过中心气化剂输送管道与中心气化剂通道的入口端连通，所述中心气化剂输送管道上设有中心气化剂流量调节阀；气化剂母管的另一个出口端通过外部气化剂输送管道与外部气化剂通道的入口端连通，所述外部气化剂输送管道上设有外部气化剂流量调节阀。

进一步的，所述外部气化剂喷嘴为圆形管、规则多边形管或非规则多边形管。

进一步的，所述外部气化剂喷嘴横截面的等面积圆的直径相同或不同。

本发明利用上述烧嘴进行气化剂与粗煤气全混合气化方法，包括以下步骤：

一、将烧嘴对准气化室，温度为750～850℃的粗煤气经环形的煤气通道以50～70m/s的速度喷入气化室；

二、温度为100～120℃的气化剂经气化剂母管分成两股气流，其中占总量40％～70％的气化剂经过外部气化剂输送管道供入烧嘴的外部气化剂通道，再通过外部气化剂喷嘴以60～90m/s的速度全部射入粗煤气；

三、剩余占总量30％～60％的气化剂经过中心气化剂输送管道供入烧嘴的中心气化剂通道，然后以20～40m/s的速度喷入气化室。

进一步的，所述气化剂是由气体A和水蒸气按任意比例组成的混合气体，其中所述气体A为氧气、空气中的一种或两种按任何比例组成的混合气体。

进一步的，气化剂加入的方式是和粗煤气一起通过烧嘴进入气化炉。

进一步的，所述粗煤气是固定床或流化床气化炉产生的含有焦油、酚类等有机物和可燃物含量较高的飞灰的煤气。

本发明的有益效果：

本发明中外部气化剂射入煤气的位置在煤气出口处，到烧嘴喷口端面的距离更近。本发明的烧嘴中外部气化剂通道出口连接外部气化剂喷嘴。沿烧嘴径向，外部气化剂喷嘴出口端面与煤气通道外壁面的距离为0；沿烧嘴轴向，且外部气化剂喷嘴紧挨煤气通道喷口端面。外部气化剂射流和煤气射流均是直流射流，气化剂射流从气化剂喷嘴喷出后就射入煤气，故本发明中外部气化剂射入煤气的位置在煤气通道出口处，到烧嘴喷口端面的距离约为0，远小于现有的“烧嘴一”。

本发明中外部气化剂混入煤气的速度更高。本发明中外部气化剂喷嘴的总流通面积仅为“烧嘴一”的外部气化剂通道流通面积的1/10，当外部气化剂体积流量相同时，气化剂在外部气化剂喷嘴出口处的速度是“烧嘴一”中气化剂在气化剂通道出口处速度的10倍。外部气化剂占气化剂总量的40％～70％，外部气化剂烧嘴出口速度为60～90m/s。气化剂射流从气化剂喷嘴喷出后就射入煤气，外部气化剂射入煤气的位置到烧嘴喷口端面的距离约为0，速度几乎没有衰减，射入煤气的速度为60～90m/s，是现有的“烧嘴一”的4～6倍。

本发明中参与燃烧使煤气射流升温的气化剂更多。本发明中气化剂经气化剂母管分成两股气流，分别供入外部气化剂通道与中心气化剂通道。占总量的40～70％的气化剂通入外部气化剂喷嘴，由于外部气化剂喷嘴紧挨煤气通道喷口端面，外部气化剂射流从气化剂喷嘴喷出后就射入煤气，外部气化剂100％射入到煤气，释放的热量全部用来加热煤气射流。中心气化剂占气化剂总量的30％～60％，通过中心气化剂通道喷入气化室。沿烧嘴径向由内向外，中心气化剂通道、环形的煤气通道依次同轴布置，中心气化剂被煤气包裹，100％自然扩散进入煤气，释放的热量也全部用来加热煤气射流。故本发明中外部和内部气化剂均100％与煤气射流混合燃烧，燃烧释放的热量全部用来加热煤气，是“烧嘴一”的两倍左右。

从烧嘴喷口径向向外的壁面上，已有烧嘴均存在低于灰渣熔融温度(约1350℃)的低温区，形成固态渣；本发明中从烧嘴喷口径向向外的壁面温度均高于1500℃，远大于灰渣熔融温度，不会形成固态渣。煤气和气化剂的温度分别为750～850℃和100～120℃，灰渣的熔融温度约为1350℃。本发明中外部气化剂射入煤气的位置在煤气通道出口处，到烧嘴喷口端面的距离约为0，外部气化剂射流从外部气化剂喷嘴喷出后就射入煤气，发生燃烧反应的区域紧挨烧嘴喷口端面，燃烧放出的热量直接将烧嘴喷口端面附近的煤气加热。气化剂射入煤气的速度为60～90m/s，气化剂和煤气混合强烈，燃烧反应速率大，单位时间释放的热量多，使烧嘴喷口端面附近的煤气升温速度快。外部气化剂100％射入到煤气，煤气与气化剂混合的区域里，燃烧在富氧条件下进行，外部气化剂与煤气的绝热燃烧温度约为2300℃。外部气化剂全部与煤气燃烧，快速、集中地放出热量，可将烧嘴喷口端面附近的煤气加热至1500℃以上。故从烧嘴喷口径向向外的壁面，温度迅速升高至1500℃以上，有效防止烧嘴结渣。

本发明煤气射流以从内向外和从外到内两种加热方式同时升温。煤气与气化剂的体积流量比一般为18:1～20:1，少量煤气燃烧产生的热量需要将剩余大部分未燃烧的煤气快速地加热，加热的方式对煤气的升温速度有着重要的影响。本发明中沿烧嘴径向由内向外，中心气化剂通道、煤气通道和外部气化剂通道依次同轴布置。气化剂经气化剂母管分成两股气流，分别供入外部气化剂通道与中心气化剂通道，占总量的40％～70％的气化剂通过外部气化剂喷嘴全部射入煤气，燃烧发生在煤气的外层区域，释放的热量从煤气射流的外层向中心传递；剩余占气化剂总量30％～60％的中心气化剂，通过中心气化剂通道喷入气化室，燃烧发生在煤气的中心区域，释放的热量从煤气射流的中心向外层传递。故本发明中燃烧同时在煤气的外层和中心区域进行，释放的热量同时从外向内和从内向外双向传递，加热煤气射流的速度显然比“烧嘴一”快。

本发明中下渣口的壁面温度更高，不易堵渣。气化炉底部为下渣口，顶部为气体出口，煤气射流离开烧嘴后，向气化室中心汇聚，同时与气化剂混合燃烧，释放的热量逐渐加热煤气射流。由于气化剂与煤气射流的体积流量比为1:18～1:20，在煤气射流汇聚前气化剂就已耗尽。被加热的煤气射流在气化室中心以较小切圆的形式旋转混合，形成高温区，旋转气流最后折转向上离开气化室。沿气化室中心线，该高温区正对气化炉的下渣口，并作为热源通过辐射和对流向下渣口壁面传递热量，下渣口壁面被加热逐渐升温。本发明中外部气化剂通过外部气化剂喷嘴全部射入煤气，释放的热量全部用来加热煤气射流；中心气化剂被煤气包裹，100％自然扩散进入煤气，释放的热量也全部用来加热煤气射流。外部气化剂和中心气化剂参与燃烧释放的热量是“烧嘴一”的两倍左右。燃烧同时在煤气的外层和中心区域进行，释放的热量同时从外向内和从内向外双向传递。外部气化剂喷嘴的中心线与煤气通道的中心线的夹角为45～80°(是“烧嘴二”的1.5～4倍)，外部气化剂射入煤气的位置在煤气通道出口处，到烧嘴喷口端面的距离约为0，外部气化剂射流从外部气化剂喷嘴喷出后就射入煤气。气化剂和煤气混合强烈，燃烧反应速率大，单位时间释放的热量多。故未燃烧的煤气从初始温度750～850℃升温的速度快，升温的幅度大。煤气射流汇聚时的平均温度高，导致气化室中心高温区温度高，因高温区辐射和对流传热而升温的下渣口壁面温度也较高，相比“烧嘴一”和“烧嘴二”，下渣口不易堵渣。

附图说明

图1是本发明气化剂与粗煤气全混合烧嘴的结构示意图；

图2是图1的A向视图；

图3是“烧嘴一”的结构示意图；

图4是“烧嘴二”的结构示意图；

图5是“烧嘴一”喷口结渣的照片；

图6是“烧嘴二”喷口结渣的照片。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式气化剂与粗煤气全混合烧嘴包括环形的外部气化剂通道(1)、外部气化剂喷嘴(2)、环形的煤气通道(3)、中心气化剂通道(5)、气化剂母管(7)、中心气化剂流量调节阀(8)、外部气化剂流量调节阀(9)、中心气化剂输送管道(10)及外部气化剂输送管道(11)；

沿烧嘴径向由内向外，中心气化剂通道(5)、环形的煤气通道(3)和环形的外部气化剂通道(1)同轴布置，三个通道相互平行；

外部气化剂通道(1)靠近气化炉气化室的一端沿圆周方向均匀地连接20～60个外部气化剂喷嘴(2)，外部气化剂喷嘴(2)的中心线(6)与环形的煤气通道(3)的中心线(4)的夹角α为45～80°；

外部气化剂喷嘴(2)的总流通面积是外部气化剂通道(1)的流通面积的1/50～1/10，外部气化剂喷嘴(2)的中心线(6)与环形的煤气通道(3)的中心线(4)相交于点O，外部气化剂喷嘴(2)的出口端面与环形的煤气通道(3)外壁面(12)处于同一平面，外部气化剂喷嘴(2)紧靠煤气通道(3)喷口端面；

气化剂母管(7)的一个出口端通过中心气化剂输送管道(10)与中心气化剂通道(5)的入口端连通，所述中心气化剂输送管道(10)上设有中心气化剂流量调节阀(8)；气化剂母管(7)的另一个出口端通过外部气化剂输送管道(11)与外部气化剂通道(1)的入口端连通，所述外部气化剂输送管道(11)上设有外部气化剂流量调节阀(9)。

本实施方式中沿烧嘴径向由内向外，中心气化剂通道、环形的煤气通道和环形的外部气化剂通道依次同轴布置，三个通道相互平行。外部气化剂射入煤气的位置在煤气通道出口处，到烧嘴喷口端面的距离约为0，外部气化剂射流从外部气化剂喷嘴喷出后就射入煤气，发生燃烧反应的区域紧挨烧嘴喷口端面，燃烧放出的热量直接将烧嘴喷口端面附近的煤气加热。气化剂射入煤气的速度为60～90m/s，气化剂和煤气混合强烈，燃烧反应速率大，单位时间释放的热量多，使烧嘴喷口端面附近的煤气升温速度快。外部气化剂100％射入煤气。煤气与气化剂混合的区域里，燃烧在富氧条件下进行，外部气化剂与煤气的绝热燃烧温度约为2300℃。外部气化剂全部与煤气燃烧，快速、集中地放出热量，可将烧嘴喷口端面附近的煤气加热至1500℃以上。故从烧嘴喷口径向向外的壁面，温度迅速升高至1500℃以上，有效防止烧嘴结渣。外部气化剂通过外部气化剂喷嘴全部射入煤气，释放的热量全部用来加热煤气射流；中心气化剂被煤气包裹，100％自然扩散进入煤气，释放的热量也全部用来加热煤气射流。燃烧同时在煤气的外层和中心区域进行，释放的热量同时从外向内和从内向外双向传递。未燃烧的煤气从初始温度750～850℃升温的速度快，升温的幅度大。煤气射流汇聚时的平均温度高，导致气化室中心高温区温度高，因高温区辐射和对流传热而升温的下渣口壁面温度也较高，下渣口不易堵渣。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述外部气化剂喷嘴(2)为圆形管、规则多边形管或非规则多边形管。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述外部气化剂喷嘴(2)横截面的等面积圆的直径相同或不同。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式气化剂与粗煤气全混合气化方法，包括以下步骤：

一、将烧嘴对准气化室，温度为750～850℃的粗煤气经环形的煤气通道(3)以50～70m/s的速度喷入气化室；

二、温度为100～120℃的气化剂经气化剂母管(7)分成两股气流，其中占总量40％～70％的气化剂经过外部气化剂输送管道(11)供入烧嘴的外部气化剂通道(1)，再通过外部气化剂喷嘴(2)以60～90m/s的速度全部射入粗煤气；

三、剩余占总量30％～60％的气化剂经过中心气化剂输送管道(10)供入烧嘴的中心气化剂通道(5)，然后以20～40m/s的速度喷入气化室。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述气化剂是由气体A和水蒸气按任意比例组成的混合气体，其中所述气体A为氧气、空气中的一种或两种按任何比例组成的混合气体。其它与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是：气化剂加入的方式是和粗煤气一起通过烧嘴进入气化炉。其它与具体实施方式四或五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是：步骤一中温度为800℃的粗煤气经环形的煤气通道(3)以60m/s的速度喷入气化室。其它与具体实施方式四至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是：步骤二中通过外部气化剂喷嘴(2)以70～80m/s的速度全部射入粗煤气。其它与具体实施方式四至七之一相同。

下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

某化工厂一台处理粗煤气量80000Nm³/h的气化炉，使用“烧嘴一”总共进行了6次试车，分别运行102小时、11小时、20小时、41小时、219小时和18小时就被迫停车，停车的原因是烧嘴喷口结渣，或者下渣口堵渣，向烧嘴喷口延伸，堆积后堵塞烧嘴喷口(见图5)。试车一次需要花费约4000万，使用“烧嘴一”造成的经济损失约2.4亿元。

该化工厂使用“烧嘴二”替换“烧嘴一”，又进行了4次试车，分别运行100小时、135小时、10小时和14小时就被迫停车，停车的原因是烧嘴喷口结渣(见图6)，或者下渣口排渣不畅。使用“烧嘴二”造成的经济损失约1.6亿元。

为解决“烧嘴一”和“烧嘴二”出现的问题，应用本发明的烧嘴进行气化剂与粗煤气全混合气化方法，具体如下：

本实施例气化剂与粗煤气全混合烧嘴包括环形的外部气化剂通道(1)、外部气化剂喷嘴(2)、环形的煤气通道(3)、中心气化剂通道(5)、气化剂母管(7)、中心气化剂流量调节阀(8)、外部气化剂流量调节阀(9)、中心气化剂输送管道(10)及外部气化剂输送管道(11)；

沿烧嘴径向由内向外，中心气化剂通道(5)、环形的煤气通道(3)和环形的外部气化剂通道(1)同轴布置，三个通道相互平行；

外部气化剂通道(1)靠近气化炉气化室的一端沿圆周方向均匀地连接30个外部气化剂喷嘴(2)，外部气化剂喷嘴(2)的中心线(6)与环形的煤气通道(3)的中心线(4)的夹角α为50°；

外部气化剂喷嘴(2)的流通面积是外部气化剂通道(1)的流通面积的1/30，外部气化剂喷嘴(2)的中心线(6)与环形的煤气通道(3)的中心线(4)相交于点O，外部气化剂喷嘴(2)的出口端面与环形的煤气通道(3)外壁面(12)处于同一平面，外部气化剂喷嘴(2)紧靠煤气通道(3)喷口端面；

气化剂母管(7)的一个出口端通过中心气化剂输送管道(10)与中心气化剂通道(5)的入口端连通，所述中心气化剂输送管道(10)上设有中心气化剂流量调节阀(8)；气化剂母管(7)的另一个出口端通过外部气化剂输送管道(11)与外部气化剂通道(1)的入口端连通，所述外部气化剂输送管道(11)上设有外部气化剂流量调节阀(9)。

进一步的，所述外部气化剂喷嘴(2)为圆形管，所述外部气化剂喷嘴(2)横截面的圆的直径相同。

本发明利用上述烧嘴进行气化剂与粗煤气全混合气化方法，包括以下步骤：

一、将烧嘴对准气化室，温度为800℃的粗煤气经环形的煤气通道(3)以60m/s的速度喷入气化室；

二、温度为120℃的气化剂经气化剂母管(7)分成两股气流，其中占总量60％的气化剂经过外部气化剂输送管道(11)供入烧嘴的外部气化剂通道(1)，再通过外部气化剂喷嘴(2)以70m/s的速度全部射入粗煤气；

三、剩余占总量40％的气化剂经过中心气化剂输送管道(10)供入烧嘴的中心气化剂通道(5)，然后以30m/s的速度喷入气化室。

所述气化剂为水蒸气与氧气的混合气体。气化剂加入的方式是和粗煤气一起通过烧嘴进入气化炉。

所述粗煤气是固定床或流化床气化炉产生的含有焦油、酚类等有机物和可燃物含量较高的飞灰的煤气。

经过对“烧嘴一”、“烧嘴二”和本发明烧嘴对比可知：

“烧嘴一”煤气通道和气化剂通道相互平行，煤气通道与气化剂通道径向距离b一般为100～150mm。外部气化剂射流和煤气射流均是直流射流，直流射流有一定的扩散角β，β一般为10～15°。沿烧嘴轴向，外部气化剂射流和煤气射流自然扩散一定的距离c后相交，此时外部气化剂扩散进入煤气。由于

计算得到c为180～420mm，是煤气通道与气化剂通道径向距离b的1.8～2.8倍。“烧嘴一”外部气化剂通道内气化剂的速度约为9～15m/s。外部气化剂从“烧嘴一”的外部气化剂通道的喷口扩散进入煤气的过程中速度不断衰减，进入煤气的速度小于外部气化剂通道出口气化剂的速度。外部气化剂射流和煤气射流沿烧嘴轴向平行喷入气化室，同时以一定的扩散角分别沿外部气化剂通道和煤气通道径向从内向外自然扩散。对于气化剂射流，占总量约50％的气化剂向远离煤气射流的方向扩散，与炉内气体混合燃烧，剩余占总量约50％的气化剂向靠近煤气射流的方向扩散，与煤气混合燃烧。气化剂自然扩散进煤气的量约占外部气化剂总量的50％。“烧嘴一”气化剂射流和煤气射流相交之前，气化剂还未扩散进入煤气，煤气没有燃烧，温度为750～850℃。沿烧嘴径向向外，从煤气通道外壁面到外部气化剂通道内壁面间的炉壁温度为100～850℃，会形成固态渣。从气化剂通道外壁面径向向外的炉壁，被气化室内回流的烟气加热升温，必然存在温度为100～1350℃的区域，该区域也会形成固态渣。故从烧嘴喷口径向向外，从煤气通道外壁面到烟气加热至灰渣熔融温度间的壁面(110～1350℃)均是结渣区。固态渣沿壁面向烧嘴喷口逐渐延伸，由于煤气和气化剂的温度均远低于灰渣的熔融温度，固态渣逐渐堆积，直至完全堵塞烧嘴的喷口，导致气化炉停车。煤气射流燃烧并使煤气射流升温的气化剂约占气化剂射流总量的50％，燃烧释放的可用于加热煤气射流的总热量相应地减少了50％。燃烧仅发生在煤气射流的外层区域，释放的热量从煤气射流的外层向中心单向传递，煤气升温速度慢。故未燃烧的煤气从初始温度750～850℃升温的速度慢，升温的幅度小。煤气射流汇聚时的平均温度低，导致气化室中心的高温区的温度低，因高温区辐射和对流传热而升温的下渣口壁面温度也较低，下渣口易结渣。

“烧嘴二”沿径向由内向外依次同轴装有中心气化剂通道和煤气通道，两个通道相互平行。气化剂通过中心气化剂通道喷入气化室，燃烧发生在煤气的中心区域，释放的热量从煤气射流的中心向外层单向传递。气化剂射流和煤气射流均是直流射流，直流射流的扩散角一般为10～15°，气化剂射流和煤气射流的夹角为20～30°。气化剂射流扩散进入煤气射流的位置到煤气通道喷口端面的距离一般为180～420mm。沿烧嘴径向，燃烧反应发生的位置到煤气通道外壁面的距离至少为煤气通道内、外半径的差值。“烧嘴一”煤气通道出口处，上述轴向和径向长度的煤气没有燃烧，温度为750～850℃。从煤气通道外壁面径向向外的炉壁，被气化室内回流的烟气加热，由煤气的初始温度750～850℃开始升温，必然存在温度为750～1350℃的区域，该区域会形成固态渣。固态渣向烧嘴喷口堆积，由于烧嘴喷口气化剂温度为100～120℃，煤气温度为750～850℃，固态渣不会融化，反而逐渐盖住大部分烧嘴喷口，使得气化炉停车。气化剂通过中心气化剂通道喷入气化室，燃烧发生在煤气的中心区域，释放的热量从煤气射流的中心向外层单向传递。气化剂混入煤气后，边扩散边燃烧，气化剂和煤气混合弱，燃烧反应速率小，单位时间释放的热量少。故未燃烧的煤气从初始温度750～850℃升温的速度慢。煤气与气化剂的体积流量比一般为18:1～20:1，煤气射流汇聚时未燃烧的部分升温的幅度小。煤气射流的平均温度低，导致气化室中心的高温区的温度低，因高温区辐射和对流传热而升温的下渣口壁面温度也较低，下渣口易结渣。

而本发明沿烧嘴径向由内向外，中心气化剂通道、环形的煤气通道和环形的外部气化剂通道依次同轴布置，三个通道相互平行。外部气化剂喷嘴的中心线与煤气通道的中心线的夹角为45～80°。外部气化剂射入煤气的位置在煤气通道出口处，到烧嘴喷口端面的距离约为0，外部气化剂射流从外部气化剂喷嘴喷出后就射入煤气，发生燃烧反应的区域紧挨烧嘴喷口端面，燃烧放出的热量直接将烧嘴喷口端面附近的煤气加热。气化剂射入煤气的速度为60～90m/s，气化剂和煤气混合强烈，燃烧反应速率大，单位时间释放的热量多，使烧嘴喷口端面附近的煤气升温速度快。外部气化剂100％射入煤气。煤气与气化剂混合的区域里，燃烧在富氧条件下进行，外部气化剂与煤气的绝热燃烧温度约为2300℃。外部气化剂全部与煤气燃烧，快速、集中地放出热量，可将烧嘴喷口端面附近的煤气加热至1500℃以上。故从烧嘴喷口径向向外的壁面，温度迅速升高至1500℃以上，可有效防止烧嘴结渣。外部气化剂通过外部气化剂喷嘴全部射入煤气，释放的热量全部用来加热煤气射流；中心气化剂被煤气包裹，100％自然扩散进入煤气，释放的热量也全部用来加热煤气射流。燃烧同时在煤气的外层和中心区域进行，释放的热量同时从外向内和从内向外双向传递。未燃烧的煤气从初始温度750～850℃升温的速度快，升温的幅度大。煤气射流汇聚时的平均温度高，导致气化室中心高温区温度高，因高温区辐射和对流传热而升温的下渣口壁面温度也较高，下渣口不易堵渣。

本实施例数值计算结果表明，本发明的烧嘴喷口径向向外的壁面温度在1500℃以上，远高于灰渣的熔融温度(约1350℃)，烧嘴喷口不结渣；下渣口壁面温度为1550～1650℃，远高于灰渣熔融温度，下渣口不结渣。

本发明可有效解决使用“烧嘴一”和“烧嘴二”的气化炉出现的烧嘴喷口和下渣口结渣的问题，保证气化炉长期连续稳定运行。

Claims (3)

1.一种气化剂与粗煤气全混合烧嘴，其特征在于该烧嘴包括环形的外部气化剂通道(1)、外部气化剂喷嘴(2)、环形的煤气通道(3)、中心气化剂通道(5)、气化剂母管(7)、中心气化剂流量调节阀(8)、外部气化剂流量调节阀(9)、中心气化剂输送管道(10)及外部气化剂输送管道(11)；

沿烧嘴径向由内向外，中心气化剂通道(5)、环形的煤气通道(3)和环形的外部气化剂通道(1)同轴布置，三个通道相互平行；

外部气化剂通道(1)靠近气化炉气化室的一端沿圆周方向均匀地连接20～60个外部气化剂喷嘴(2)，外部气化剂喷嘴(2)的中心线(6)与环形的煤气通道(3)的中心线(4)的夹角α为45～80°；

外部气化剂喷嘴(2)的总流通面积是外部气化剂通道(1)的流通面积的1/50～1/10，外部气化剂喷嘴(2)的中心线(6)与环形的煤气通道(3)的中心线(4)相交于点O，外部气化剂喷嘴(2)的出口端面与环形的煤气通道(3)外壁面(12)处于同一平面，外部气化剂喷嘴(2)紧靠煤气通道(3)喷口端面；

气化剂母管(7)的一个出口端通过中心气化剂输送管道(10)与中心气化剂通道(5)的入口端连通，所述中心气化剂输送管道(10)上设有中心气化剂流量调节阀(8)；气化剂母管(7)的另一个出口端通过外部气化剂输送管道(11)与外部气化剂通道(1)的入口端连通，所述外部气化剂输送管道(11)上设有外部气化剂流量调节阀(9)。

2.根据权利要求1所述的一种气化剂与粗煤气全混合烧嘴，其特征在于所述外部气化剂喷嘴(2)为圆形管、规则多边形管或非规则多边形管。

3.根据权利要求1或2所述的一种气化剂与粗煤气全混合烧嘴，其特征在于所述外部气化剂喷嘴(2)横截面的等面积圆的直径相同或不同。

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