CN110093190A - 一种组合式气化烧嘴及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合式气化烧嘴及其使用方法，该烧嘴包括由外到内依次同轴套装的第一部件、第二部件、第三部件，所述的第一部件、第二部件和第三部件各部件相互独立，通过紧固件连接为整体；所述的第一部件和第三部件分别具有独立的燃料通道和氧化剂通道。在相同的总投料量、气化室反应空间及停留时间情况下，与仅有单路燃料、氧化剂的气化烧嘴相比，上述实施例中的组合式气化烧嘴增加了燃料通道和氧化剂通道的数量，增大了燃料及氧化剂的接触面积，保证了燃料、氧化剂快速地掺混充分、均匀，提高了燃料转化率及烧嘴性能。

Description

一种组合式气化烧嘴及其使用方法

技术领域

本发明涉及煤炭的高温高压气化反应设备技术领域，具体涉及一种气化烧嘴。

背景技术

在高温、高压煤气化领域，煤气化设备在工业应用的过程中，普遍存在气化反应速度慢和燃料转化率低这些问题。气化烧嘴是煤气化装置的核心设备之一，其使用性能直接决定了煤气化装置运行的安全性、稳定性及经济性。在气化室较小的反应空间及较短的停留时间内，使燃料和氧化剂尽可能充分、均匀地掺混，是加快气化反应速率，提高燃料转化率和气化烧嘴性能的关键因素。

在现有的煤气化技术中，保持总投料量、气化室反应空间及停留时间不变，增加气化烧嘴内燃料及氧化剂通道的数量，可有效增加燃料及氧化剂的接触面积，促进燃料和氧化剂充分、均匀掺混。但是在实际过程中，因为烧嘴的各路燃料或者氧化剂在通道口处的动量与速度各不相同，所以相邻通道处的燃料或者氧化剂之间必定会相互卷吸、掺混，影响烧嘴的运营性能。例如：由外向内依次为一次燃料-一次氧化剂-二次氧化剂-二次燃料的多通道气化烧嘴，其一次氧化剂的速度、动量如大于二次氧化剂，必定会有部分二次氧化剂被卷吸至一次氧化剂中，使一次燃料/氧化剂的氧煤比高于预定值，导致外侧向火面超温、烧蚀，缩短烧嘴使用寿命；而二次燃料/氧化剂的氧煤比低于预定值，导致内侧温度低，气化反应不充分，气化效率低。

例如在CN108728168A中涉及一种气化烧嘴，包括母烧嘴，母烧嘴的内侧设置有N级子烧嘴，N为大于或等于1的整数，母烧嘴和各级子烧嘴分别具有独立的燃料通道和氧化剂通道，母烧嘴和各级子烧嘴设置为由外至内依次同轴套装的结构；母烧嘴的内径大于第一级子烧嘴的外径，每一级子烧嘴的内径均大于其下一级子烧嘴的外径；其在有限的反应空间和停留时间内，能够保证燃料和氧化剂充分且均匀地混合，加快燃烧反应速率，从而提高燃料转化率和装置气化性能；但是存在问题在于，各级氧化剂相互卷吸、掺混，从而影响烧嘴燃烧性能。

此外在化工设备的运行过程中会生了大量的废液，为了利用其中的化学能以及避免直接排放而造成的环境破坏，一般在主烧嘴周围设置若干个独立烧嘴用于燃烧废液。但是，此种布置方式不仅增加了气化炉炉盖的加工难度及主烧嘴、辅助烧嘴的安装难度，而且从辅助烧嘴喷出的高速气流，会对主烧嘴流场产生干扰，影响主烧嘴性能。

为此，提供一种结构创新的、具备废液燃烧功能、具备保护气通路的组合式烧嘴，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组合式气化烧嘴，以克服上述现有技术的不足，该烧嘴具有多路燃料以及氧化剂通道，同时具备废液燃烧功能。

为了实现上述目的，本发明提供一种组合式气化烧嘴，包括由外到内依次同轴装套的第一部件、第二部件、第三部件，各个部件相互独立，通过紧固件连接。

所述第一部件，包括由外到内同轴设置的第一部件外管和第一部件内管；所述的第一部件外管长度小于所述的第一部件内管长度，所述的第一部件外管尾部和所述的第一部件内管身部通过第一部件环板连接，构成环形空间，所述环形空间构成一次燃料通道；所述第一部件环板上设置有一次燃料进口；所述第一部件内管侧壁设置有一次氧化剂进口。

进一步地，所述第一部件环板上设置有一次燃料进口；所述第一部件内管侧壁设置有一次氧化剂进口；所述第一部件外管身部设置有第一部件身部法兰；所述第一部件内管尾部设置有第一部件尾部法兰。

所述第二部件，包括第二部件套管；所述第二部件套管侧壁设置有废液/保护气进口；所述第一部件内管内壁和第二部件套管外壁之间的环隙构成一次氧化剂通道。

进一步地，所述第二部件套管身部设置有第二部件身部法兰；所述第二部件套管尾部设置有第二部件尾部法兰。

所述第三部件，包括由外到内同轴布置的第三部件外管和第三部件内管；所述第二部件套管内壁和第三部件外管外壁之间的环隙构成废液/保护气通道；所述的第三部件外管长度小于所述第三部件内管长度，所述第三部件外管尾部和所述第三部件内管身部通过第三部件环板连接，构成环形空间，所述环形空间构成二次氧化剂通道；所述第三部件内管内侧构成二次燃料通道。

具体地，当化工***产生废液的情况下，所述废液/保护气通道通入废液；当化工***不产生废液的情况下，所述废液/保护气通道可切换为保护气。

进一步地，所述第三部件外管侧壁设置有二次氧化剂进口；所述第三部件内管尾部设置有二次燃料进口；所述第三部件外管身部设置有第三部件身部法兰。

进一步地，所述第一部件尾部法兰通过紧固件与第二部件身部法兰连接；所述第二部件尾部法兰通过紧固件与第三部件身部法兰连接；所述第一部件身部法兰通过紧固件与气化炉炉盖连接。

可选地，所述的一次燃料通道和一次氧化剂通道的空间位置可互换，所述二次氧化剂通道和二次燃料通道的空间位置可互换。优选地，各介质通道由外向内的排列顺序依次为一次燃料通道-一次氧化剂通道-废液/保护气通道-二次氧化剂通道-二次燃料通道。这样，当废液/保护气通道通入废液后，其两侧的一次氧化剂通道、二次氧化剂通道喷出的高速氧气流，既可以助燃，又充当了废液的雾化气。当废液/保护气通道通入保护气后，保护气可有效阻隔一次氧化剂和二次氧化剂，避免因一、二次氧化剂相互卷吸、掺混而影响烧嘴性能。

进一步地，所述第一部件环板的一次燃料进口处接有燃料输送管。优选地，所述燃料输送管伸入到所述一次燃料通道内，所述燃料输送管有N根(N为大于等于1的整数)通过所述燃料输送管在所述一次燃料通道内形成旋流场；优选地，所述燃料输送管沿圆周方向均布，单根燃料输送管为螺旋管或出口端有产生旋流结构的直管(所述旋流结构为切向喷嘴、导流叶片等)。这样，所述燃料输送管结构能够增加燃料在喷口处的切向速度，促进燃料和氧化剂两者的掺混。

进一步地，所述一次氧化剂通道和所述二次氧化剂通道出口处均设置有氧化剂旋流装置(所述气化剂旋流装置为切向喷嘴、导流叶片等)。这样，能够增加氧化剂在喷口处地切向速度，促进氧化剂和燃料两者的掺混。

在另一种实施方式中，沿所述第一部件径向方向由内向外依次设置第一水冷夹层、一次燃料通道、第二水冷夹层。

进一步的，所述第一部件环板上表面设置为平面，下表面设置为与所述第一部件环板同圆心的环形凸台；所述环形凸台的外缘与所述第一部件环板的外缘留有空间，所谓环形凸台的内缘与所述第一部件环板的内缘留有空间，即，所述环形凸台将所述第一部件环板的下表面的环形分割为三个同心圆形，中间为具有一定厚度的环形凸台、最外和最内为厚度相同切与正常管壁厚度一致的圆形板；所述环形凸台内部沿所述第一部件径向方向设置有若干贯通管道，所述贯通管道至少为三个。所述第一部件环板上开设有垂直于所述第一部件上表面的一次燃料进口，所述一次燃料进口不与所述贯通通道位置相重叠。

进一步地，所述第一水冷夹层由所述第一部件内管外壁、第一水冷夹层套管壁、第一水冷环板以及第一水冷端盖之间的空间组成；所述第二水冷夹层由所述第一部件外管内壁、所述第二水冷夹层套管壁、第一部件环板以及第二水冷端盖之间的空间组成；所述第一部件外管尾部与所述第一部件环板外缘相连接；所述第一水冷夹层套管壁和所述第二水冷夹层套管壁之间通过所述第一部件环板上环形凸台的下表面的内缘和外缘连接，所述第一水冷夹层套管壁、所述第二水冷夹层套管壁和所述第一部件环板的下表面之间的空间为一次燃料通道。

进一步地，所述第一水冷夹层套管壁和所述第一部件内管外壁之间还设置有第一隔板，所述第一隔板的尾部与所述第一部件环板内缘垂直连接固定，所述第一隔板的头部设置有第一水冷钝体，所述第一水冷钝体与所述第一水冷夹层头部的所述第一水冷端盖之间留有空隙，使冷却介质能够通过。

进一步地，所述第二水冷夹层套管壁和所述第一部件外管内壁之间还设置有第二隔板，所述第一部件环板下表面上的环形凸台外缘和所述第一部件环板外缘之间的空间与所述第二隔板的尾部相连接，所述第二隔板的头部设置有第二水冷钝体，所述第二水冷钝体与所述第二水冷夹层头部的所述第二水冷端盖之间留有空隙，使冷却介质能够通过。

进一步的，所述第一部件外管外侧尾部开设有第一水冷进口，所述第一水冷夹层套管壁外侧尾部开设有第一水冷出口。

沿所述第二部件径向方向由内向外设置有第三水冷夹层。所述第三水冷夹层由所述第二部件套管外壁、第三水冷夹层套管壁、第二水冷环板以及第三水冷端盖之间的空间组成；所述第三水冷夹层套管壁尾部和所述第二部件套管外壁尾部之间通过第二水冷环板连接，所述第三水冷夹层套管壁头部和所述第二部件套管外壁头部之间通过第三水冷端盖连接。

进一步地，所述第三水冷夹层套管壁和所述第二部件套管外壁之间还设置有第三隔板，所述第三隔板的尾部与所述第二水冷环板垂直连接固定，所述第三隔板的头部设置有第三水冷钝体，所述第三水冷钝体与所述第三水冷夹层头部的所述第三水冷端盖之间留有空隙，使冷却介质能够通过。

进一步的，所述第三水冷夹层套管壁外侧尾部分别开设有第二水冷进口和第二部件水冷出口。

沿所述第三部件径向方向由内向外依次设置第四水冷夹层、二次氧化剂通道、第五水冷夹层。

进一步的，所述第三部件环板上表面设置为平面，下表面设置为与所述第三部件环板同圆心的环形凸台；所述环形凸台的外缘与所述第三部件环板的外缘留有空间，所谓环形凸台的内缘与所述第三部件环板的内缘留有空间；所述环形凸台内部沿所述第三部件径向方向设置有若干贯通管道，所述贯通管道至少为三个。

进一步地，所述第四水冷夹层由所述第三部件内管外壁、第四水冷夹层套管壁、第三水冷环板以及第四水冷端盖之间的空间组成；所述第五水冷夹层由所述第三部件外管内壁、所述第五水冷夹层套管壁、第三部件环板以及第五水冷端盖之间的空间组成；所述第三部件外管尾部与所述第三部件环板外缘相连接；所述第四水冷夹层套管壁和所述第五水冷夹层套管壁之间通过所述第三部件环板上环形凸台的内外缘连接，所述第四水冷夹层套管壁、所述第五水冷夹层套管壁和所述第三部件环板下表面之间的空间为二次氧化剂通道。

进一步地，所述第四水冷夹层套管壁和所述第三部件内管外壁之间还设置有第四隔板，所述第四隔板的尾部与所述第三部件环板内缘垂直连接固定，所述第四隔板的头部设置有第四水冷钝体，所述第四水冷钝体与所述第四水冷夹层头部的所述第四水冷端盖之间留有空隙，使冷却介质能够通过。

进一步地，所述第五水冷夹层套管壁和所述第三部件外管内壁之间还设置有第五隔板，所述第三部件环板下表面上的环形凸台外缘和所述第三部件环板外缘之间的空间与所述第五隔板的尾部相连接，所述第五隔板的头部设置有第五水冷钝体，所述第五水冷钝体与所述第五水冷夹层头部的所述第五水冷端盖之间留有空隙，使冷却介质能够通过。

进一步的，所述第三部件外管外侧尾部开设有第三水冷进口，所述第五水冷夹层套管壁外侧尾部开设有第三水冷出口

这样，能够增强烧嘴头部向火端面抗高温烧蚀能力，延长烧嘴使用寿命。同时，对于第一部件及第三部件，通过在相应的部件环板中设置有贯穿的冷却水通道，连通了相应部件内、外两层冷却水通道，使内、外两层冷却水共用一组冷却水进、出口，简化了烧嘴管口数量，降低了烧嘴的加工难度。

所述的气化烧嘴的使用方法，所述气化烧嘴具有两组流量能够独立调节的燃料和氧化剂给料通道，以及一路流量能够独立调节的废液或保护气通道；所述一次燃料通过所述第一燃料进口输入到所述燃料输送管内，从所述燃料输送管出口端进入所述一次燃料通道，并喷入气化室；所述二次燃料通过所述二次燃料进口进入到所述二次燃料通道，并喷入气化室；燃料在进入气化室时在喷口入的速度范围为1-50m/s；，所述一次氧化剂通过所述一次氧化剂进口进入到所述一次氧化剂通道，所述二次氧化剂通过所述二次氧化剂进口进入到所述二次氧化剂通道，所述一次氧化剂通过所述一次氧化剂通道喷入气化室，所述二次氧化剂通过所述二次氧化剂通道喷入气化室；所述一次氧化剂和所述二次氧化剂在烧嘴喷口处的速度范围为1-200m/s；

进一步地，当化工装置产生废液时，所述废液通过废液/保护气进口进入到所述废液/保护气通道；所述废液在气化室出口处的速度为1-100m/s；

进一步地，当化工装置不产生废液时，所述废液/保护气进口通入保护气，所述保护气在气化室出口处的速度为1-200m/s。

本发明方法具有如下优点：

1、本发明的气化烧嘴，具有两路独立的燃料及氧化剂通道，在总投料量、气化室反应空间及停留时间不变的前提下，相比单路燃料及氧化剂通道烧嘴，有效增加了燃料及氧化剂的接触面积，促进了燃料和氧化剂充分、均匀地掺混，加快了气化反应速率，提高燃料转化率和气化烧嘴性能。

2、本发明的气化烧嘴，在一、二次氧化剂通道之间通入保护气，不仅有效地阻隔了一、二次氧化剂，避免因一、二次氧化剂卷吸、掺混而影响烧嘴性能，而且通入的保护气对烧嘴头部向火端面有明显的冷却保护作用，延长了烧嘴使用寿命。

3、水蒸气为气化反应的反应物之一，现有其他技术因结构限制，水蒸气一般与氧化剂掺混后喷入气化室，为避免水蒸气冷凝，必须通过氧气预热器将氧化剂预热至水蒸气在对应压力的饱和温度以上。本发明的气化烧嘴可在废液/保护气通道单独通入水蒸气作为保护气，不再与一、二次氧化剂掺混，因此可降低一、二次氧化剂的预热温度，节省能量。

4、本发明的气化烧嘴，相比于单路燃料及氧化剂通道的烧嘴，运行过程中的调节手段灵活、多样：可以通过调整一、二次燃料及氧化剂投料量的配比，或是通入保护气的流量，调节燃烧火焰形态，实现与气化室相匹配的流场、温度场。

5、本发明的气化烧嘴，集成有废液焚烧功能：当化工***产生废液时，可在废液/保护气通道中通入废液，相邻一、二次氧化剂通道喷出的高速旋流氧化剂，既充当燃烧反应的反应物，又充当了废液的雾化剂。同时，废液流与一、二次燃料及氧化剂流同轴喷出，避免了废液侧喷对主烧嘴流场的干扰。

6、本发明的气化烧嘴，可装备水冷冷却***，在每个部件的管壁上都附着有水冷夹层。这样，能够增强烧嘴头部向火端面抗高温烧蚀能力，延长烧嘴使用寿命。

7、本发明的气化烧嘴，可装备水冷冷却***，对于第一部件及第三部件，通过在相应的部件环板中设置有贯穿的冷却水通道，连通了相应部件内、外两层冷却水通道，使内、外两层冷却水共用一组冷却水进、出口，简化了烧嘴管口数量，降低了烧嘴的加工难度。

附图说明

图1是本发明提供的组合式气化烧嘴的剖面示意图；

图2是本发明提供的组合式气化烧嘴第一部件剖面示意图；

图3是本发明提供的组合式气化烧嘴第二部件剖面示意图；

图4是本发明提供的组合式气化烧嘴第三部件剖面示意图；

图5是本发明提供的组合式气化烧嘴第一部件套管水冷结构的剖面示意图；

图6是本发明提供的组合式气化烧嘴第二部件套管水冷结构的剖面示意图；

图7是本发明提供的组合式气化烧嘴第三部件套管水冷结构的剖面示意图；

图8是本发明提供的组合式气化烧嘴第一部件环板的仰视剖面示意图。

图中，1为第一部件，2为第二部件，3为第三部件，4为第一部件外管，5为第一部件内管，6为第一部件环板，7为一次燃料进口，8为一次氧化剂进口，9为第一部件身部法兰，10为第一部件尾部法兰，11为第二部件套管，12为废液/保护气进口，13为第二部件身部法兰，14为第二部件尾部法兰，15为第三部件外管，16为第三部件内管，17为第三部件环板，18为二次氧化剂进口，19为二次燃料进口，20为第三部件身部法兰，21为一次燃料通道，22为一次氧化剂通道，23为废液/保护气通道，24为二次氧化剂通道，25为二次燃料通道，26为燃料输送管，27为氧化剂旋流装置，28A第一隔板，29A为第一水冷夹层套管壁，30A为第一水冷钝体，30B为第二水冷钝体，30C第三水冷钝体，30D为第四水冷钝体，30E为第五水冷钝体，31A为第一水冷端盖，32A为第一水冷环板，33A为第一水冷进口，34A为第一水冷出口，28B第二隔板，29B为第二水冷夹层套管壁，31B为第二水冷端盖，32B为第二水冷环板，33B为第二水冷进口，34B为第二水冷出口，28C第三隔板，29C为第三水冷夹层套管壁，31C为第三水冷端盖，32C为第三水冷环板，33C为第三水冷进口，34C为第三水冷出口，28D第四隔板，29D为第四水冷夹层套管壁，31D为第四水冷端盖，28E第五隔板，29E为第五水冷夹层套管壁，31E为第五水冷端盖。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、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，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

实施例1

图1为本发明提供的组合式气化烧嘴的一个实施例的剖面示意图，如图1所示：

本实施例的组合式气化烧嘴包括：由外到内依次同轴套装的第一部件1、第二部件2和第三部件3，各部件相互独立，通过紧固件连接为整体。第一部件1的内径大于第二部件2的外径，第二部件2的内径大于第三部件3的外径。第一部件1和第三件3分别具有独立的燃料通道和氧化剂通道。

图2为图1所示实施例的第一部件剖面示意图，如图2所示：

第一部件1包括由外到内依次同轴布置的第一部件外管4和第一部件内管5，第一部件外管4和第一部件外管5通过第一部件环板6连接；第一部件环板6上设置有一次燃料进口7；第一部件外管4身部设置有第一部件身部法兰8；第一部件内管5尾部设置有第一部件尾部法兰9。

图3为图1所示实施例的第二部件剖面示意图，如图3所示：

第二部件2包括第二部件套管11；第一部件套管11侧壁设置有废液/保护气进口12；所述第二部件套管11身部设置有第二部件身部法兰13；第二部件套管11尾部设置有第二部件尾部法兰14。

图4为图1所示实施例的第三部件剖面示意图，如图4所示：

第三部件3包括由外至内同轴布置的第三部件外管15和第三部件内管16，第三部件外管15和第三部件内管16通过第三部件环板17连接；第三部件外管15侧壁设置有二次氧化剂进口18；第三部件内管16尾部设置有二次燃料进口19；第三部件外管15身部设置有第三部件身部法兰20。

优选地，第一部件外管4、第一部件内管5、第二部件套管11、第三部件外管15和第三部件内管16为具有一定厚度的不锈钢管或镍基合金管，具有足够的强度及抗腐蚀能力。

本实施例的组合式气化烧嘴，各部件相互独立，通过紧固件连接为整体，具体地，第一部件尾部法兰10通过紧固件与第二部件身部法兰13连接，第二部件尾部法兰14通过紧固件与第三部件身部法兰20连接，第一部件身部法兰9通过紧固件与气化炉炉盖连接。这样，当某一部件损坏后，仅需将损坏部件单独拆下维修，不必对烧嘴进行整体分解维修，有效降低了维修工作量。

在本实施例中，第一部件外管4内壁和第一部件内管5外壁之间的环隙构成一次燃料通道21；第一部件内管5内壁和第二部件套管11外壁之间的环隙构成一次氧化剂通道22；第二部件套管11内壁和第三部件外管外壁15之间的环隙构成废液/保护气通道23；第三部件外管15内壁和第三部件内管16外壁之间构成二次氧化剂通道24；第三部件内管16内侧构成二次燃料通道25。

需要说明的是，本实施例中，一次燃料通道21和一次氧化剂通道22的空间位置可互换，二次氧化剂通道24和二次燃料通道25的空间位置可互换，各路介质沿烧嘴径向由外至内的排列方式有如下四种：一次燃料-一次氧化剂-废液/保护气-二次氧化剂-二次燃料、一次燃料-一次氧化剂-废液/保护气-二次燃料-二次氧化剂、一次氧化剂-一次燃料-废液/保护气-二次燃料-二次氧化剂、一次氧化剂-一次燃料-废液/保护气-二次氧化剂-二次燃料。本实施例为便于说明，采用了一次燃料-一次氧化剂-废液/保护气-二次氧化剂-二次燃料的排列方式。

为了增加烧嘴出口处燃料的切向速度，促进燃料和氧化剂的掺混，本实施例优选地在一次燃料通道21内设置有N根燃料输送管26，燃料输送管26入口端连接一次燃料进口7，出口端为旋流结构；更优选地，燃料输送管26沿圆周方向均布，单根燃料输送管为螺旋管或出口端有导流叶片或切向喷嘴。

为了增加烧嘴出口处氧化剂的切向速度，促进氧化剂和燃料的掺混，本实施例优选地在一次氧化剂通道22和二次氧化剂通道24出口处设置有氧化剂旋流装置27(导流叶片或者切向喷嘴)。

具体工作过程为：本实施例中的组合式气化烧嘴，具有两组流量能够独立调节的燃料和氧化剂，及一路流量能够独立调节的废液或保护气。一次燃料通过第一燃料进口7输入到燃料输送管26内，从燃料输送管26出口端进入一次燃料通道21，并喷入气化室；二次燃料通过二次燃料进口19进入到二次燃料通道25，并喷入气化室；燃料在喷口处的速度范围为1～50m/s。相应的，一次氧化剂通过一次氧化剂进口8进入到一次氧化剂通道22，二次氧化剂通过二次氧化剂进口18进入到二次氧化剂通道24，并由各自的氧化剂通道出口喷入气化室；氧化剂在喷口处的速度范围1～200m/s。当化工装置产生废液时，废液通过废液/保护气进口12进入到废液/保护气通道23，废液在出口处的速度为1～100m/s。当化工装置不产生废液时，可将废液切换为保护气，保护气在出口处的速度为1～200m/s。上述各路燃料及氧化剂喷出烧嘴后，带有一定的切向速度，相互之间充分接触、掺混，并在气化室内发生气化反应，气化压力为1～10MPa，气化温度1200～1800℃。

在相同的总投料量、气化室反应空间及停留时间情况下，与仅有单路燃料、氧化剂的气化烧嘴相比，上述实施例中的组合式气化烧嘴增加了燃料通道和氧化剂通道的数量，增大了燃料及氧化剂的接触面积，保证了燃料、氧化剂快速地掺混充分、均匀，提高了燃料转化率及烧嘴性能。同时，因为各路燃料、氧化剂的流量可以单独调节，在总负荷不变的前提下，可以通过适当调整一、二次燃料或氧化剂的配比，重新组织流场，灵活调整燃烧火焰形态。通过在一、二次氧化剂通道之间通入保护气或水蒸气，有效地阻隔了一、二次氧化剂，避免因一、二次氧化剂卷吸、掺混造成一、二次氧煤比偏离设计值或头部流场紊乱进而影响烧嘴性能及寿命。同时，通入的保护气对烧嘴头部向火端面有明显的冷却保护作用，避免向火端面高温烧蚀，延长烧嘴寿命。此外，通过适当增减保护气流量，可适当调整烧嘴头部流场，灵活调整燃烧火焰形态，保证烧嘴稳定运行。

水蒸气为气化反应的反应物之一，现有其他技术因结构限制，水蒸气一般只能与氧化剂掺混后喷入气化室，为避免水蒸气冷凝，必须通过氧气预热器，将氧化剂预热至水蒸气在对应压力的饱和温度以上。上述实施例的气化烧嘴可在废液/保护气通道单独通入水蒸气，不再与一、二次氧化剂掺混，因此可降低一、二次氧化剂的预热温度，节省能量。

当化工装置产生废液时，直接排放将严重污染环境。为避免污染环境并回收废液中蕴含的化学能，可在废液/保护气通道中通入废液，相邻一、二次氧化剂通道喷出的高速旋流氧化剂，既充当了废液燃烧反应的氧化剂，又充当了废液的雾化剂：带有一定切向速度的高速气流，。同时，废液流与一、二次燃料及氧化剂流同轴喷出，避免了废液侧喷对主烧嘴流场的干扰。

在上述实施例中，组合式气化烧嘴的燃料为粉煤或煤浆，氧化剂为氧气或空气的一种或其与水蒸气、二氧化碳等组成的混合物，保护气为氮气、二氧化碳或水蒸气中的一种或几种的混合物，废液为有机废液、无机废液或重金属废液。但本领域技术人员应当明白，这种组合式气化烧嘴也可以用其他固态、液态、气态可燃物质作为燃料，也可以用其他固态、液态、气态物质作为废液。

优选的，提供一种可供选择的实施例。如图5所示，沿所述第一部件1径向方向由内向外依次设置第一水冷夹层、一次燃料通道21、第二水冷夹层。

进一步的，如图8所示，所述第一部件环板6上表面设置为平面，下表面设置为与所述第一部件环板6同圆心的环形凸台；所述环形凸台的外缘与所述第一部件环板6的外缘留有空间，所谓环形凸台的内缘与所述第一部件环板6的内缘留有空间；所述环形凸台内部沿所述第一部件1径向方向设置有若干贯通管道，所述贯通管道至少为三个。所述第一部件环板6上开设有垂直于所述第一部件1上表面的一次燃料进口，所述一次燃料进口不与所述贯通通道位置相重叠。

进一步地，所述第一水冷夹层由所述第一部件内管5外壁、第一水冷夹层套管壁29A、第一水冷环板32A以及第一水冷端盖31A之间的空间组成；所述第二水冷夹层由所述第一部件外管4内壁、所述第二水冷夹层套管壁29B、第一部件环板6以及第二水冷端盖31B之间的空间组成；所述第一水冷夹层套管壁29A和所述第二水冷夹层套管壁29B之间通过所述第一部件环板6上环形凸台的内外缘连接，所述第一水冷夹层套管壁29A、所述第二水冷夹层套管壁29B和所述第一部件环板6下表面之间的空间为一次燃料通道21。

进一步地，所述第一水冷夹层套管壁29A和所述第一部件内管5外壁之间还设置有第一隔板28A，所述第一隔板28A的尾部与所述第一部件环板6内缘垂直连接固定，所述第一隔板28A的头部设置有第一水冷钝体30A，所述第一水冷钝体30A与所述第一水冷夹层头部的所述第一水冷端盖31A之间留有空隙，使冷却介质能够通过。

进一步地，所述第二水冷夹层套管壁29B和所述第一部件外管4内壁之间还设置有第二隔板28B，所述第一部件环板6下表面上的环形凸台外缘和所述第一部件环板6外缘之间的空间与所述第二隔板28B的尾部相连接，所述第二隔板28B的头部设置有第二水冷钝体30B，所述第二水冷钝体30B与所述第二水冷夹层头部的所述第二水冷端盖31B之间留有空隙，使冷却介质能够通过。

进一步的，所述第一部件外管4外侧尾部开设有第一水冷进口33A，所述第一水冷夹层套管壁29A外侧尾部开设有第一水冷出口34A。

进一步的，冷却剂由第一水冷进口33A进入到第一部件外管4内壁与第二隔板28B之间的空间，通过头部的第二水冷钝体30B后，再进入到第二隔板28B与第二水冷夹层套管壁29B之间的空间，再通过第一部件环板6下表面上的环形凸台内部的贯通管道，再流入第一水冷夹层套管壁29A与第一隔板28A之间的空间，通过头部的第一水冷钝体30A后，再通过第一隔板28A与第一部件内管5外壁之间的空间，最后经由第一水冷出口34A流出。

优选的，提供一种可供选择的实施例。如图6所示沿所述第二部件2径向方向由内向外设置有第三水冷夹层。所述第三水冷夹层由所述第二部件套管11外壁、第三水冷夹层套管壁29C、第二水冷环板32B以及第三水冷端盖31C之间的空间组成；所述第三水冷夹层套管壁29C尾部和所述第二部件套管11外壁尾部之间通过第二水冷环板32B连接，所述第三水冷夹层套管壁29C头部和所述第二部件套管11外壁头部之间通过第三水冷端盖31C连接。

进一步地，所述第三水冷夹层套管壁29C和所述第二部件套管11外壁之间还设置有第三隔板28C，所述第三隔板28C的尾部与所述第二水冷环板32B垂直连接固定，所述第三隔板28C的头部设置有第三水冷钝体30C，所述第三水冷钝体30C与所述第三水冷夹层头部的所述第三水冷端盖31C之间留有空隙，使冷却介质能够通过。

进一步的，所述第三水冷夹层套管壁29C外侧尾部分别开设有第二水冷进口33B和第二水冷出口34B。

进一步的，冷却剂由第二水冷进口33B进入到第三水冷夹层套管壁29C与第三隔板28C之间的空间，通过头部的第三水冷钝体30C后，再进入到第三隔板28C与第二部件套管11外壁之间的空间，最后经由第二水冷出口34B流出。

优选的，提供一种可供选择的实施例。如图7所示，沿所述第三部件3径向方向由内向外依次设置第四水冷夹层、二次氧化剂通道24、第五水冷夹层。

进一步地，所述第四水冷夹层由所述第三部件内管16外壁、第四水冷夹层套管壁29D、第三水冷环板32C以及第四水冷端盖31D之间的空间组成；所述第五水冷夹层由所述第三部件外管15内壁、所述第五水冷夹层套管壁29E、第三部件环板17以及第五水冷端盖31E之间的空间组成；所述第三部件外管15尾部与所述第三部件环板17外缘相连接；所述第四水冷夹层套管壁29D和所述第五水冷夹层套管壁29E之间通过所述第三部件环板上环形凸台的内外缘连接，所述第四水冷夹层套管壁29D、所述第五水冷夹层套管壁29E和所述第三部件环板17下表面之间的空间为二次氧化剂通道24。

进一步地，所述第四水冷夹层套管壁29D和所述第三部件内管16外壁之间还设置有第四隔板28D，所述第四隔板28D的尾部与所述第三部件环板17内缘垂直连接固定，所述第四隔板28D的头部设置有第四水冷钝体30D，所述第四水冷钝体30D与所述第四水冷夹层头部的所述第四水冷端盖31D之间留有空隙，使冷却介质能够通过。

进一步地，所述第五水冷夹层套管壁29E和所述第三部件外管15内壁之间还设置有第五隔板28E，所述第三部件环板17下表面上的环形凸台外缘和所述第三部件环板17外缘之间的空间与所述第五隔板28E的尾部相连接，所述第五隔板28E的头部设置有第五水冷钝体30E，所述第五水冷钝体30E与所述第五水冷夹层头部的所述第五水冷端盖31E之间留有空隙，使冷却介质能够通过。

进一步的，所述第三部件外管15外侧尾部开设有第三水冷进口33C，所述第五水冷夹层套管壁29E外侧尾部开设有第三水冷出口34C。

进一步的，冷却剂由所述第三水冷进口33C进入到所述第三部件外管15内壁与所述第五隔板28E之间的空间，通过所述第五水冷钝体30E后，再进入到所述第五隔板28E与所述第五水冷夹层套管壁29E之间的空间，再通过所述第三部件环板17下表面上环形凸台内部的贯通管道，再流入所述第四水冷夹层套管壁29D与所述第四隔板28D之间的空间，通过头部的第四水冷钝体30D后，再通过所述第四隔板28D与所述第三部件内管16外壁之间的空间，最后经由所述第三水冷出口34C流出。

进一步的，以上实施例可以自由组合。

优选的，冷却剂可以为水或其他合适的冷却介质。

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 (9)

1.一种组合式气化烧嘴，其特征在于，包括由外到内依次同轴套装的第一部件(1)、第二部件(2)和第三部件(3)，所述的第一部件(1)、第二部件(2)和第三部件(3)各部件相互独立，通过紧固件连接为整体；所述的第一部件(1)和第三部件(3)分别具有独立的燃料通道和氧化剂通道。

2.如权利要求1所述的组合式气化烧嘴，其特征在于，所述第一部件(1)包括由外到内同轴布置的第一部件外管(4)和第一部件内管(5)，所述第一部件外管(4)长度小于所述第一部件内管(5)长度，所述第一部件外管(4)尾部和所述第一部件内管(5)身部通过第一部件环板(6)连接，形成第一环形空间；所述第一部件环板(6)上设置有一次燃料进口(7)；所述第一部件内管(5)侧壁未被所述第一部件外管覆盖的身部的设置有一次氧化剂进口(8)；所述第一部件外管(4)身部设置有第一部件身部法兰(9)；所述第一部件内管(5)尾部设置有第一部件尾部法兰(10)。

3.如权利要求1所述的组合式气化烧嘴，其特征在于，所述第二部件(2)包括第二部件套管(11)；所述第二部件套管(11)的未被所述第一部件覆盖的身部侧壁设置有废液/保护气进口(12)；所述第二部件套管(11)身部略低于所述废液/保护气进口(12)的位置设置有第二部件身部法兰(13)，用于与所述第一部件尾部法兰(10)紧固连接；所述第二部件套管(11)尾部设置有第二部件尾部法兰(14)。

4.如权利要求1所述的组合式气化烧嘴，其特征在于，所述第三部件(3)包括由外到内同轴布置的第三部件外管(15)和第三部件内管(16)，所述的第三部件外管(15)长度小于所述第三部件内管(16)长度，所述第三部件外管(15)尾部和所述第三部件内管(16)身部通过第三部件环板(17)连接,使所述第三部件外管(15)和所述第三部件内管(16)之间形成第二环形空腔；所述第三部件外管(15)侧壁设置有二次氧化剂进口(18)；所述第三部件内管(16)尾部设置有二次燃料进口(19)；所述第三部件外管(15)身部设置有第三部件身部法兰(20)，用于与所述第二部件尾部法兰(14)紧固连接。

5.如权利要求1-4中任一项所述的组合式气化烧嘴，其特征在于，所述第一部件身部法兰(9)与汽化炉炉盖通过紧固件连接；所述第一部件尾部法兰(10)与第二部件身部法兰(13)通过紧固件连接；所述第二部件尾部法兰(14)与第三部件身部法兰(20)通过紧固件连接。

6.如权利要求1-4中任一项所述的组合式气化烧嘴，其特征在于，所述第一环形空腔构成一次燃料通道(21)；所述第一部件内管(5)的内壁和第二部件套管(11)的外壁之间的环隙构成一次氧化剂通道(22)；所述第二部件套管(11)内壁和第三部件外管外壁(15)之间的环隙构成废液/保护气通道(23)；所述第二环形空间构成二次氧化剂通道(24)；所述第三部件内管(16)内侧构成二次燃料通道(25)。

7.如权利要求6所述的组合式气化烧嘴，其特征在于，所述一次燃料通道(21)内有N根燃料输送管(26)，N为大于等于1的整数；所述燃料输送管(26)入口端连接一次燃料进口(7)，并且所述燃料输送管(26)为螺旋盘管；优选地，所述燃料输送管(26)沿圆周方向均布，单根燃料输送管为螺旋管或出口端有旋流的直管。

8.如权利要求6所述的组合式气化烧嘴，其特征在于，所述一次氧化剂通道(22)和二次氧化剂通道(24)出口处均设置有氧化剂旋流装置(27)。

9.一种权利要求1-8任一项所述的气化烧嘴的使用方法，其特征在于，所述气化烧嘴具有两组流量能够独立调节的燃料和氧化剂给料通道，以及一路流量能够独立调节的废液或保护气通道；所述一次燃料通过所述第一燃料进口(7)输入到所述燃料输送管(26)内，从所述燃料输送管(26)出口端进入所述一次燃料通道(21)，并喷入气化室；所述二次燃料通过所述二次燃料进口(19)进入到所述二次燃料通道(25)，并喷入气化室；燃料在进入气化室时在喷口入的速度范围为1-50m/s；相应的，所述一次氧化剂通过所述一次氧化剂进口(8)进入到所述一次氧化剂通道(22)，所述二次氧化剂通过所述二次氧化剂进口(18)进入到所述二次氧化剂通道(24)，所述一次氧化剂通过所述一次氧化剂通道(22)喷入气化室，所述二次氧化剂通过所述二次氧化剂通道(24)喷入气化室；所述一次氧化剂和所述二次氧化剂在烧嘴喷口处的速度范围为1-200m/s；

当化工装置产生废液时，所述废液通过废液/保护气进口(12)进入到所述废液/保护气通道(23)，其中，所述废液在气化室出口处的速度为1-100m/s；

当化工装置不产生废液时，向所述废液/保护气进口(12)通入保护气，所述保护气在气化室出口处的速度为1-200m/s。