CN114621793B - 一种煤气化设备的烧嘴 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种煤气化设备的烧嘴，该烧嘴包括基座、导管、夹套和定位筒，导管、夹套和定位筒沿由内往外的顺序依次同轴套设，且定位筒连接于基座；导管上设有用于主氧通道、助燃通道以及煤粉通道；主氧通道具有至少2n个出氧孔；助燃通道配设为至少两条并相对于导管的轴线对称设置；煤粉通道配置为至少2n条并绕导管的轴线方向螺旋环绕，n为大于1的自然数；助燃通道的出口、主氧通道的出口以及煤粉通道的出口；烧嘴还包括点火装置；夹套的底部凸出于导管的底部。烧嘴还包括用于降温的换热装置；定位筒位于避让孔中，且定位筒上设有用于导入惰性气体的介入通道。由此，解决现有技术中烧嘴的适应性差、适用范围狭窄且难以保证转化效率的问题。

Description

一种煤气化设备的烧嘴

技术领域

本公开涉及化工设备技术领域，具体地，涉及一种煤气化设备的烧嘴。

背景技术

煤粉气化反应原理：煤粉与气化剂（O₂）和蒸汽通过烧嘴喷入燃烧室内，煤粉颗粒夹带在气流中（氮气、二氧化碳等惰性气体），由于固体颗粒的含量较低，可以认为各颗粒是被气体隔开的，颗粒之间难以互相碰撞。此后，各颗粒独立进行燃烧和气化反应。煤颗粒在高温环境中快速发生热裂解，裂解产物在高浓度的氧中迅速燃烧，从而提供了维持高温环境和进行吸热气化反应的热量，并生成高温的水煤气或者工艺气。

当前常用的主要有扩散式烧嘴、单烧嘴以及多烧嘴这三类。

扩散式烧嘴在应用时，可燃物与助燃物单独被送入烧嘴末端，并进一步地喷入燃烧室。基于烧嘴的结构设计，能够使煤粉在离开烧嘴后同方向旋转（旋转是为了缩短喷射距离加大扩散面积）并且扩散。在燃烧室的内温度及长明灯的作用下，发生连续煤粉的气化燃烧反应。由于这种扩散式烧嘴的结构比较单一，存在较多的设计不足。根据目前的数据，目前干煤粉气化炉的细灰可燃物在40%左右，最低的仅有26%左右，不能满足工业生产节能减排降耗的行业需求。

在扩散式烧嘴的雾化角较大的情况下，煤粉在离开烧嘴后，烧嘴喷射的煤粉距离燃烧室的距离比较近，部分煤粉没有来得及有效地进行气化反应，就会被喷射在燃烧室的水冷壁上，并迅速降温，不利于气化反应。而且燃烧室的水冷壁采用以渣抗渣的结构，此时，未能达到熔融态的煤粉被喷射在水冷壁上，会影响水冷壁的挂渣强度。渣层不稳定，会影响水冷壁的热交换效率，同时也容易造成水冷壁的损坏。而雾化角较小的情况，雾化角上部的回流区面积大低温区面积大，相对较多的煤粉处在低温回流区中，难以有效地进行气化反应。煤粉分散的面积小，煤粉与煤粉之间的距离近，减少的物料的反应时间。在这种情况下，氧化剂不能与煤粉充分结合，而且此时的热量分散也不是均匀的，也就距离我们理想中的煤粉气化的前提条件发生较大的偏移。在燃烧室中，回流区距离稍远，距离燃烧室出口近，这又会造成部分还未完全发生气化反应的煤粉流失，气化效果就会变差转化率降低。

而对于单烧嘴而言，由于采用了单通路的设计，因此煤粉的流量一定，燃烧室的流场也相对稳定。在燃烧过程中，如果因外界因素造成煤粉在输送过程中堵塞，势必会在成***停车，而且雾化角从烧嘴结构上看也不具备调节条件，致使单烧嘴对于工作环境比较敏感，适应性差，适用范围也极为有限。

多烧嘴的设计，可以使多路煤粉同时进入燃烧室，相对于单烧嘴的设计而言，多烧嘴在使时出现煤粉堵塞的几率明显降低。但同时会产生了新的问题，例如：不同通路的煤粉流速、煤粉流量是不同的，同时烧嘴的雾化角度也是不同的，致使进入燃烧室内煤粉的流场发生变化。

烧嘴的雾化角度及燃烧室的直径、长度在一定的条件下，不同的煤种（热值、含碳量、灰份、挥发分）在该提前预设的反应设备中进行气化反应需要的雾化角度会有不同的要求。同时，由于现在煤种为原料有所不同，而且煤气化设备在运行中原料经常发生变化。故，针对现有技术中烧嘴的适应性差、适用范围狭窄且难以保证转化效率的问题，还需要对当前烧嘴或者具有烧嘴的煤气化设备进行改进，从而解决当前的技术问题。

发明内容

本公开的目的是提供一种煤气化设备的烧嘴，以解决现有技术中烧嘴的适应性差、适用范围狭窄且难以保证转化效率的问题。

为了实现上述目的，本公开提供一种煤气化设备的烧嘴，包括基座、导管、夹套和定位筒，所述导管、所述夹套和所述定位筒沿由内往外的顺序依次同轴套设，且所述定位筒连接于所述基座；

所述导管上设有用于导入主氧气的主氧通道、用于导入点燃氧的助燃通道以及用于导入煤粉的煤粉通道；其中，所述主氧通道具有至少2n个出氧孔，所述出氧孔设置于所述导管的底部并沿所述导管的圆周方向均匀间隔布设；所述助燃通道配设为至少两条并相对于所述导管的轴线对称设置；所述煤粉通道配置为至少2n条并绕所述导管的轴线方向螺旋环绕，以使得煤粉能够在导出后形成旋流，其中，n为大于1的自然数；

所述助燃通道的出口、所述主氧通道的出口以及所述煤粉通道的出口，这三者相对于所述导管的轴线沿由内往外的方向依次设置；

所述烧嘴还包括点火装置，所述点火装置的末端延伸至所述导管的底部；

所述助燃通道的出口位于所述点火装置的末端外侧，以能够形成助燃区；

所述夹套的底部凸出于所述导管的底部，以能够形成预混区；

所述烧嘴还包括用于降温的换热装置，所述换热装置呈筒状结构并形成有与所述定位筒相适配的避让孔；所述定位筒位于所述避让孔中，且所述定位筒上设有用于导入惰性气体的介入通道，所述介入通道的出气口位于所述导管下方，以能够将预混区的混合气推送至介入通道的出气口下方，所述介入通道的出气口下方的区域形成为燃烧区。

在一种可能的设计中，所述煤粉通道包括进煤管、竖直段和螺旋段，所述进煤管倾斜设置并且连通于所述导管；所述竖直段竖直设置，其一端连通于所述进煤管，另一端连通于所述螺旋段；所述螺旋段绕所述导管的轴线螺旋设置。

在一种可能的设计中，其中，所述进煤管的倾角为γ，20°≤γ≤70°；所述螺旋段的螺旋角为β，30°≤β≤60°。

在一种可能的设计中，所述出氧孔倾斜设置，以形成具有一定角度的出射角，所述出射角指向所述导管的轴线；所述出射角的角度为α，45°≤α≤75°。

在一种可能的设计中，所述烧嘴还包括第一括弧环和第二括弧环，所述第一括弧环连接于所述定位筒并且凸向所述换热装置；所述第二括弧环连接于所述定位筒并且凸向所述导管；所述第一括弧环与所述第二括弧环相对设置，且两者之间的间距沿所述惰性气体的流动方向先逐渐变大后再逐渐减小，以能够增大所述惰性气体在喷出时的压力。

在一种可能的设计中，所述烧嘴还包括进气嘴，所述基座上设有密封气通道，所述进气嘴连通于所述密封气通道，所述基座、所述定位筒与所述换热装置共同形成有空隙区，所述密封气通道连通于该空隙区。

在一种可能的设计中，所述点火装置包括绝缘密封高压端子、导线、绝缘筒和导电件，所述绝缘密封高压端子连接于所述导管，所述导电件通过所述绝缘筒连接于所述导管；

所述导电件具有与所述导管的同轴设置的内孔；所述导线沿所述导管的轴线方向牵设并连接于所述导电件，所述导电件的底部还设有环形的放电槽；

所述点火装置还包括用于导入惰性气体的推送通道和用于导入燃料气的燃气通道；所述推送通道设置于所述导管中心，并连通于所述导电件，以能够从所述导电件的内孔流出；所述燃气通道位于所述推送通道的外侧，以能够从所述导电件的外边缘流出；

所述导电件包括基体和多根曲形齿，所述基体可拆卸地连接于所述导管，所述曲形齿沿所述基体的圆周方向均匀地布设；每根曲形齿均螺旋设置，以使得相邻曲形齿之间能够形成导向槽，所述导向槽用于限定所述燃料气的流向；所述曲形齿的螺旋方向与所述煤粉通道的螺旋方向大致相同。

通入惰性气体可以起到一定的吹扫通道、降温的作用，由此防止窜入煤粉而造成堵塞，或者窜入可燃气体形成***性混合物。

在一种可能的设计中，所述换热装置包括防护筒和多根换热管，所述防护筒连接于所述基座；

其中，所述换热管具有用于导入冷媒的进料口和用于导出冷媒的出料口，所述进料口和所述出料口均设置于所述基座上；

每根换热管沿所述防护筒的轴线方向盘绕，且相邻层的换热管依次焊接，以能够形成多层盘状的换热主体，每个换热主体均形成有避让孔，多个所述换热主体沿竖直方向依次堆叠，并焊接成一体；

所述换热装置还包括多个抓钉，多个抓钉间隔地布设于换热主体的向火面；且每根抓钉之间均设有浇注料，以使凝固后的浇筑料能够形成耐火层。

在一种可能的设计中，所述防护筒包括同轴设置的内护筒和外护筒；所述外护筒套设于所述内护筒外周，且所述内护筒的外壁与所述外护筒的内壁之间设有间隙，所述间隙中填设有耐高温材料。

在一种可能的设计中，所述换热管的根数配置为2n根，其中，n为大于1的自然数。

在一种可能的设计中，所述烧嘴还包括火焰监测器和防护玻璃；所述防护玻璃密封连接于所述导管的顶部，其中，所述防护玻璃为耐高温的透明玻璃；所述火焰监测器用于透过所述防护玻璃观察当前火焰燃烧状态。

基于介入通道的设置，能够导入惰性气体，而在惰性气体的压力下，有益于使预混好的煤粉从预混区有效地喷射到燃烧区（燃烧区在燃烧室内）。而煤粉在扩散过程中，由于所处的位置从通道变成腔室，因此在相同的压力下空间发生了变化。因为煤粉是颗粒其他的物料是气体，这时煤粉颗粒与颗粒之间的间隙会变大，再加上物料本身的搅动混合效果会很好；与此同时，煤粉在减压后粒径增大，由此进一步地增大了煤粉与氧气的接触面积，进而提高了煤粉混合的均匀性。另外，介入通道的设置，能够形成类似于气体节流器这样的结构，由此通过调整此处惰性气体的气流大小，间接的调整煤粉落入至燃烧区时的喷射角，进而使煤粉进入燃烧室后可以起到较好的雾化效果，同时也避免了回火的发生，以保证了烧嘴的运行安全。此外，介入通道的设计提高了煤粉与混合气体的推送速度，能够起到一定的降温作用。

在本申请中，由于设置了多条煤粉通道，并且将煤粉通道设置为螺旋环绕的通道，有益于使煤粉在导入至燃烧室的过程中能够形成很好的旋流状态，而煤粉在旋流通道的末端，多路旋流状态的煤粉会汇集成一路（旋流方向一样），从而与从导管内部旋流出来的氧气及蒸汽的混合气体接触，从而均匀充分地混合，而提高后期的转化效率。

通过上述技术方案，能够使气化炉在作业时燃烧反应快、温度高，同时火焰传播速度快，反应混合气体不扩散，在可燃混合气中引入一火源即产生一个火焰中心，成为热量与化学活性粒子集中源。在燃烧过程中，火焰以湍流方式传播，燃烧速度取决于化学反应的速度，火焰面的温度取决于燃料空气掺混比。因此，可控性好。

基于各通道的结构设计，有益于产生旋流帮助煤粉充分均匀地混合，由此提高转化效率。同时，基于主氧通道、助燃通道、煤粉通道和介入通道这些多通道的设计，能够使不同的流体煤粉同时进入燃烧室，同时，还能够根据实际情况分别对不同的流体进行分别控制。由于各个通道之间相对独立，导料过程互不干扰，不仅可以极大地降低流体的堵料几率，还有益于减少维护时间和维护成本，提高设备在运行过程中的稳定性。另外，即使出现一些堵料的情况，可以通过对其它通道流量的调节使得整个气化工作能够有效运行。由此，降低了该烧嘴的气化炉对工作环境的要求，容差性好，有效地提高了烧嘴的适用范围。

其效果总结为：

1、同等掺混比下，能够产生更多的热量，并且还能够使得热量集中。

2、多通道设计最后汇合成一路，故即使有一条通路出现堵塞的情况，也不会影响燃烧室的流况，容差性好。

3、经过螺旋通道流出的煤粉能够形成旋流，并与燃料气充分混合。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是煤气化设备的烧嘴的结构示意图；

图2是图1中A部分的结构放大示意图；

图3是图1中B部分的结构放大示意图；

图4是煤气化设备的烧嘴中导管和煤粉通道的结构示意图。

附图标记说明

11-基座，12-导管，13-夹套，14-定位筒，21-主氧通道，22-助燃通道，23-煤粉通道，24-介入通道，25-推送通道，26-燃气通道，3-点火装置，31-绝缘密封高压端子，34-导电件，41-括弧环，42-括弧环，51-进气嘴，52-密封气通道，6-换热装置，61-换热管，62-内护筒，63-外护筒，64-耐高温材料，65-进料口，66-出料口，7-燃烧室，8-火焰监测器，9-防护玻璃。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。

根据本公开的具体实施方式，提供了一种煤气化设备的烧嘴，该烧嘴可以用于任意合适的煤气化设备，例如气化炉。下文，将以该烧嘴在气化炉上的应用为例详述本公开。

煤粉导入气化炉的煤粉通道23后，其途径大致分成三个区域：（一）裂解和挥发燃烧区；（二）燃烧和气化区；（三）气化区。

首先，需要对煤的挥发分这一概念进行阐述。煤的挥发分，是指煤在一定温度下隔绝空气加热，溢出物质（气体或液体）中减掉水分后的含量。煤的挥发分不仅是炼焦、气化要考虑的一个指标，也是动力用煤的一个重要指标，是动力煤按发热量计价的一个辅助指标它反映了煤的变质程度，挥发分由大到小，煤的变质程度由小到大。如泥炭的挥发分高达70%，褐煤一般为40~60%，烟煤一般为10~70%，高变质的无烟煤则小于10%。煤的挥发分和煤岩组成有关，角质类的挥发分最高，镜煤、亮煤次之，丝碳最低。所以世界各国和我国都以煤的挥发分作为煤分类的最重要的指标。

需要说明的是，主氧是水蒸气和氧气的混合物。但是可以控制单独进这两种物料的其中一种物料，即调节主氧中的氧气的占比，进而使这两种物料按照一定比例同时导入主氧通道。

可以理解的是，挥发产物的数量与煤的品位、环境温度、煤粒子大小、升温速度有关。例如，煤粒喷入燃烧室7内的过程属于快速加热过程，煤裂解产生的挥发分迅速发生燃烧。因为这一区域氧浓度高，所以挥发分的燃烧是完全的，同时，挥发分在燃烧时还产生了大量的热量。

在工作过程中，点火的燃料气也会和煤粉等物料混合，因为煤粉是颗粒其他的物料是气体，这时煤粉颗粒与颗粒之间的间隙会变大，再加上物料本身的搅动混合效果会很好，而且我们设计的这种结构是在搅动效果非常好的情况下又是在同一空间内。其他的都是在扩散混合的同时进行气化反应的，我们的技术是这两者分开的。因为这时物料的着火温度点不同，燃料气会先和氧气反应，产生分层燃烧，因为此时的燃烧在煤粉的颗粒中间这时煤粉收到热量很容易就有一部分被气化了，这样减少了物料的消耗增加了气化效率降低的能耗。

在裂解和挥发燃烧区，煤粉颗粒一喷入燃烧室7内高温区域，将迅速地被加热，并释放出挥发分。

在燃烧和气化区，脱去挥发分的煤焦，一方面与残余的氧发生反应（产物是CO和CO₂的混合物），另一方面煤焦与H₂O（g）和CO₂反应生成CO和H₂，产物CO和H₂又可以在气相中与残余的氧反应，产生更多的热量。

在气化区，这时燃烧的产物进入气化区后，发生下列反应：煤焦和CO₂的反应、煤焦和H₂O（g）的反应、煤焦和氢的反应、甲烷转化反应和水煤气转化反应。

由于在不同的压力和温度条件下，气化反应的基本原理是不同的。化学反应会造成气压变化，气压变化会反向影响化学反应的平衡状态，而对于温度在各种情况下，都影响化学反应平衡状态。

气化炉的反应在高温加压条件下发生多相反应，影响因素较多，其过程极为复杂，煤气化工艺过程中的气化反应可以简要地用以下总体反应来进行描述：

在高温条件下主要发生的气化反应：

燃烧反应：C+O₂→CO₂，C+1/2 O₂→CO；燃烧是放热反应，释放的热量为△H=–393J。它为下列气化反应提供反应热量。

气化反应：C+CO₂→2CO，气化反应是吸热反应，吸收的热量为△H= +171kJ；

非均相水气转换反应：C+H₂O→CO+H₂，非均相水气转换反应是吸热反应，吸收的热量为△H= +131kJ；

均相水气转换反应：CO₂+H₂→CO+H₂O，均相水气转换反应是吸热反应，吸收的热量为△H= +40kJ；

甲烷化反应：CH₄+H₂O→CO+3H₂，吸收的热量为△H= +206kJ；CH₄+CO₂→2CO+2H₂，吸收的热量为△H=+246kJ。

从反应方程式中可以看出，高温条件下发生气化反应生成的合成气中主要成分CO+H₂。

参阅图1至图4所示，该烧嘴包括基座11、导管12、夹套13和定位筒14，所述导管12、所述夹套13和所述定位筒14沿由内往外的顺序依次同轴套设，且所述定位筒14连接于所述基座11。

所述导管12上设有用于导入主氧气的主氧通道21、用于导入点燃氧的助燃通道22以及用于导入煤粉的煤粉通道23；其中，所述主氧通道21具有至少2n个出氧孔，所述出氧孔设置于所述导管12的底部并沿所述导管12的圆周方向均匀间隔布设；所述助燃通道22配设为至少两条并相对于所述导管12的轴线对称设置；所述煤粉通道23配置为至少2n条并绕所述导管12的轴线方向螺旋环绕，以使得煤粉能够在导出后形成旋流，其中，n为大于1的自然数。

所述助燃通道22的出口、所述主氧通道21的出口以及所述煤粉通道23的出口，这三者相对于所述导管12的轴线沿由内往外的方向依次设置。

所述烧嘴还包括点火装置3，所述点火装置3的末端延伸至所述导管12的底部；所述助燃通道22的出口位于所述点火装置3的末端外侧，以能够形成助燃区；所述夹套13的底部凸出于所述导管12的底部，以能够形成预混区。

所述烧嘴还包括用于降温的换热装置6，所述换热装置6呈筒状结构并形成有与所述定位筒14相适配的避让孔；所述定位筒14位于所述避让孔中，且所述定位筒14上设有用于导入惰性气体的介入通道24，所述介入通道24的出气口位于所述导管下方，以能够将预混区的混合气推送至介入通道的出气口下方，所述介入通道24的出气口下方的区域形成为燃烧区。

该烧嘴应用于气化炉时，参阅图1至图4所示，主氧气从主氧通道21导入至预混区，点燃氧从助燃通道22导入至点火装置3末端，由此，使得点燃氧和主氧气能够在预混区形成可燃混合气体，后文简称该气体为预混气体。当点火装置3启动时，能够将该预混气体点燃，即为预混燃烧。

点火时氧气是与点火燃料气进行反应的。煤粉、主氧等物料进入后，点火氧气和点火燃料气就不再单独燃烧了，点火氧气和点火燃料气会和煤粉、主氧等物料混合后，一起被喷出后，由此有效进行燃烧气化反应。

基于介入通道24的设置，能够导入惰性气体，而在惰性气体的压力下，有益于使预混好的煤粉从预混区有效地喷射到燃烧区（燃烧区在燃烧室内）。而煤粉在扩散过程中，由于体积膨胀压力变小，煤粉之间的间隙随之变大；与此同时，煤粉在减压后粒径增大，由此进一步地增大了煤粉与氧气的接触面积，进而提高了煤粉混合的均匀性。另外，介入通道24的设置，能够形成类似于气体节流器这样的结构，由此通过调整此处惰性气体的气流大小，间接的调整煤粉落入至燃烧区时的喷射角，进而使煤粉进入燃烧室后可以起到较好的雾化效果，同时也避免了回火的发生，以保证了烧嘴的运行安全。此外，介入通道24的设计提高了煤粉与混合气体的推送速度，能够起到一定的降温作用。

在本申请中，由于设置了多条煤粉通道23，并且将煤粉通道23设置为螺旋环绕的通道，有益于使煤粉在导入至燃烧室7的过程中能够形成很好的旋流状态，而煤粉在旋流通道的末端，多路旋流状态的煤粉会汇集成一路（旋流方向一样），从而与从导管12内部旋流出来的氧气及蒸汽的混合气体接触，从而均匀充分地混合，而提高后期的转化效率。

通过上述技术方案，能够使气化炉在作业时燃烧反应快、温度高，同时火焰传播速度快，反应混合气体不扩散，在可燃混合气中引入一火源即产生一个火焰中心，成为热量与化学活性粒子集中源。在燃烧过程中，火焰以湍流方式传播，燃烧速度取决于化学反应的速度，火焰面的温度取决于燃料空气掺混比。因此，可控性好。

基于各通道的结构设计，有益于产生旋流帮助煤粉充分均匀地混合，由此提高转化效率。同时，基于主氧通道21、助燃通道22、煤粉通道23和介入通道24这些多通道的设计，能够使不同的流体煤粉同时进入燃烧室，同时，还能够根据实际情况分别对不同的流体进行分别控制。由于各个通道之间相对独立，导料过程互不干扰，不仅可以极大地降低流体的堵料几率，还有益于减少维护时间和维护成本，提高设备在运行过程中的稳定性。另外，即使出现一些堵料的情况，可以通过对其它通道流量的调节使得整个气化工作能够有效运行。由此，降低了该烧嘴的气化炉对工作环境的要求，容差性好，有效地提高了烧嘴的适用范围。

在本公开中，煤粉通道23配置为6条，且每条煤粉通道23均绕导管12的轴线方向螺旋绕设。这样有益于使煤粉以一定的角度导出，从而形成旋流。在其它实施例中，煤粉通道23还可以配置为4条、8条或者10条等任意合适的数量，对此，本领域技术人员可以根据实际燃烧室7的规格和煤粉通道23的规格灵活设置。可以理解的是，n为大于1的整数，例如2、3、4、5、6... ....。

应当说明的是，不论煤粉通道23的数量配置为多少，其旋向保持一致，这样有益于产生稳定的旋流。

在本公开提供的一种实施例中，所述煤粉通道23包括进煤管、竖直段和螺旋段，所述进煤管倾斜设置并且连通于所述导管12；所述竖直段竖直设置，其一端连通于所述进煤管，另一端连通于所述螺旋段；所述螺旋段绕所述导管12的轴线螺旋设置。

参阅图4所示，煤粉可以通过进煤管导入，由于进煤管倾斜设置，有益于将煤粉顺畅地导入至竖直段，同时还可以对竖直段起到一定的冲洗作应防止堆积煤粉。而竖直段的设计，有益于起到一定的整流效果，可以使煤粉以一定的重力加速度顺畅地下落，而在进入至螺旋段时，能够在重力势能的作用下，使煤粉快速地进入螺旋段，并顺着螺旋段导出。基于螺旋段的特殊设计，使煤粉会随之形成很好的旋流状态。在螺旋段中，煤粉为多路的方式导入。而煤粉在流动至旋流通道的末端时，因多个煤粉通道23的旋向一致，能够使多路旋流状态的煤粉汇集成一路，并与从主氧通道21逆向旋流出来的氧气及蒸汽的混合气体接触。由此，使得煤粉能够与气体充分均匀地混合，提高后续进行气化反应时的转化效率，具有较好的经济性。

在进煤管、竖直段和螺旋段，煤粉的流动速度分别为Ⅴj、Ⅴs和Ⅴl，其中，Ⅴs＞Ⅴj＞Ⅴl。这样一来，既能够使得煤粉能够在煤粉通道23中顺畅地移动，又能够避免煤粉在煤粉通道23中堆积。

在一种可能的设计中，所述进煤管的倾角为γ。具体地，20°≤γ≤70°。这样设计，有助于使煤粉顺畅地导入至进煤管中，同时，还有益于控制煤粉的在进煤管中的流速和流量，避免其在竖直段中堆积。

在本公开中，进煤管的倾角可以是20°、30°、40°、45°、55°、60°或者70°等任意合适的角度，由此使煤粉顺畅地滑落。优选地，进煤管的倾角配置为50°，这样可便于使煤粉以最佳的角度导入至竖直段。

在一种可能的设计中，所述螺旋段的螺旋角为β。具体地，30°≤β≤60°。这样一来，有助于使煤粉以一定的角度顺畅地从螺旋段导出，由此形成旋流。

在本公开中，螺旋角可以是30°、40°、45°、55°或者60°等任意合适的角度，由此使煤粉以一定的角度流出，从而形成具有一定动能的旋流。优选地，进煤管的倾角配置为45°，这样可便于使煤粉以最佳的角度流出。

在本公开提供的一种实施例中，所述出氧孔倾斜设置，以形成具有一定角度的出射角，所述出射角指向所述导管12的轴线，从而使得主氧气能够与煤粉充分地混合；所述出射角的角度为α，45°≤α≤75°。这样，能够使主氧气以一定的角度射入，从而与煤粉充分均匀地混料。

在本公开中，出射角可以是45°、50°、60°、65°或者75°等任意合适的角度，由此使主氧气以一定的角度流出，从而冲射至煤粉旋流中，从而增加煤粉之间的间距，使煤粉能够均匀地扩散，提高后续的气化效率。优选地，出氧孔的出射角配置为60°，这样可便于使主氧气与煤粉充分均化混合。

在本公开提供的一种实施例中，所述烧嘴还包括第一括弧环41和第二括弧环42，所述第一括弧环41连接于所述定位筒14并且凸向所述换热装置6；所述第二括弧环42连接于所述定位筒14并且凸向所述导管12；所述第一括弧环41与所述第二括弧环41相对设置，且两者之间的间距沿所述惰性气体的流动方向先逐渐变大后再逐渐减小，以能够增大所述惰性气体在喷出时的压力，由此提高惰性气体在喷出时速度。

参阅图3所示，第一括弧环41和第二括弧环42能够形成为口径由小变大，再由大变小的出气嘴，这样一来，有益于形成一个小型压缩结构，使得惰性气体被压缩，进而以一定的压力射出，进而将混合气体有效地推送至燃烧区。

其中，对于第一括弧环41和第二括弧环42的材料，应配置为耐高温、耐酸碱腐蚀类材料。对此，本领域技术人员可以根据现有材料灵活配设，故而不做限制。另外，第一括弧环41和第二括弧环42之间的间距也可以根据实际需求灵活设置。

在本公开提供的一种实施例中，所述烧嘴还包括进气嘴51，所述基座11上设有密封气通道52，所述进气嘴51连通于所述密封气通道52，所述基座11、所述定位筒14与所述换热装置6共同形成有空隙区，所述密封气通道52连通于该空隙区。这样一来，一方面可以间接地换热装置6起到一定的降温效果，另一方面，有益于使得整个气化燃烧室7内压力能够保持相对平衡。

在本公开提供的一种实施例中，所述点火装置3包括绝缘密封高压端子31、导线、绝缘筒和导电件34，所述绝缘密封高压端子31连接于所述导管12，所述导电件34通过所述绝缘筒连接于所述导管12；所述导电件34具有与所述导管12的同轴设置的内孔；所述导线沿所述导管12的轴线方向牵设并连接于所述导电件34，所述导电件34的底部还设有环形的放电槽。这样有益于引导电流汇聚与此，提高放电几率和点火成功几率。

所述点火装置3还包括用于导入惰性气体的推送通道25和用于导入燃料气的燃气通道26；所述推送通道25设置于所述导管12中心，并连通于所述导电件34，以能够从所述导电件34的内孔流出；所述燃气通道26位于所述推送通道25的外侧，以能够从所述导电件34的外边缘流出。

所述导电件34包括基体和多根曲形齿，所述基体可拆卸地连接于所述导管12，所述曲形齿沿所述基体的圆周方向均匀地布设；每根曲形齿均螺旋设置，以使得相邻曲形齿之间能够形成导向槽，所述导向槽用于限定所述燃料气的流向；所述曲形齿的螺旋方向与所述煤粉通道23的螺旋方向大致相同。

惰性气体能够顺着推送通道25导出，而与此同时，基于导向件的曲形齿结构，有益于使燃料气顺着导向槽流出。当绝缘密封高压端子31启动后，导线能够通电并使电源传导至导电件34，基于曲形齿和放电环的设计，有益于使电流顺着曲形齿并最终在放电环处汇集，由此产生足够大的电流。在这种情况下，能够产生电火花并将混合燃料点燃，由此提高放电几率和点火成功几率。

另外，通过上述方案还可以提升燃烧反应速率，并且由于整体温度较高，加之在惰性气体的有效推送下，可以进一步地提高火焰的传播速度。同时，由于反应混合气体不扩散，因此在可燃混合气中引入一个火源即可产生一个火焰中心，从而使得燃烧室7内能够进行有效的气化反应。

需要说明的是，大致相同，是指曲形齿的倾斜方向与煤粉通道的旋向相同，并非指具体的倾斜角度完全相同。例如，可以是曲形齿倾斜角度为60°，则煤粉通道的倾角可以配置为55°，两者之间的倾斜角度允许不同，只要整体倾斜方向一致即可。

将曲形齿以倾斜的方式设置，能够营造出的曲形的导向槽，由此对于燃料气起到旋流的作用，进而使可燃物与助燃物快速混合。应当说明的是，曲形齿的倾斜角度不能太大，以防止可燃气体在混合区内燃烧。

具体地，在本公开提供的一种实施例中，导向件通过热胀联接的方式连接于绝缘筒，该绝缘筒通过热胀联接的方式连接于导向件，从而保持导向件的位置。

导管12上还设有用于束缚导线的支耳，其中，支耳配置为多组并沿导管12的轴线方向均匀的间隔设置，这样可以使导线在被约束的同时，还能与导管12之间保持一定的间距，可以减少温度对导线的影响。另外，这样设置，还可以避免导线的绝缘外管破损而出现漏电的情况，进而保证了点火装置3在运行中的安全性和可靠性。

在本公开提供的一种实施例中，所述换热装置6包括防护筒和多根换热管61，所述防护筒连接于所述基座11；其中，所述换热管61具有用于导入冷媒的进料口65和用于导出冷媒的出料口66，所述进料口65和所述出料口66均设置于所述基座11上，以便于连接外部设备，从而有效地导入冷媒或者导出冷媒。

每根换热管61沿所述防护筒的轴线方向盘绕，且相邻层的换热管61依次焊接，以能够形成多层盘状的换热主体，基于这种不同层换热管61之间焊接的连接方式，不仅可以保证多根换热管61之间的连接强度，还有益于消除管与管之间的间隙。

每个换热主体均形成有避让孔，多个所述换热主体沿竖直方向依次堆叠，并焊接成一体，进而保证换热主体之间的连接强度。由此，使得换热主体能够形成具有一定体量的换热装置6，增大了其换热区域。

所述换热装置6还包括多个抓钉，多个抓钉间隔地布设于换热主体的向火面；且每根抓钉之间均设有浇注料，以使凝固后的浇筑料能够形成耐火层。这样一来，可以通过耐火层起到一定的阻隔作用，从而减少高温对底部换热管61的影响，并起到一定的耐酸碱腐蚀和防物料磨损的作用。另外，还可以通过耐火层形成相对平滑的壁面，进而减少对燃烧室7内流体的影响。

换热管61配置为多根，这样就能够同时或者交替地导进或者导出冷媒，由此提高换热效率。

需要说明的是，在本公开中，冷媒配置为水。而在其它实施例中，冷媒还可以配置为油液、冷却液或者其它任意合适的流体，对此，本领域技术人员可以根据实际工作情况灵活地配设。

在本公开提供的一种实施例中，所述防护筒包括同轴设置的内护筒62和外护筒63；所述外护筒63套设于所述内护筒62外周，且所述内护筒62的外壁与所述外护筒63的内壁之间设有间隙，所述间隙中填设有耐高温材料64。具体在应用时，可以通过内护筒62对换热管61起到一定的限位保护作用，同时，可以将换热管61焊接至内护筒62的内壁，由此保证两者之前的连接强度。而间隙中填充的耐高温材料64，可以起到一定的阻隔效果，从而减少对外护筒63的影响，间接地，减少对外部环境的影响。

在本公开提供的一种实施例中，耐高温材料64配置为耐火纤维毡。具体地，该耐火纤维毡以含热固性有机结合剂的纤维为原料，经集棉、预压、热压固化定型及后处理（纵、横剪切）等工序制成，这种热固性有机结合剂，除保持制品结构和形状的定形外，还可使制品具有优良强度、韧性和加工性能，其密度轻、抗拉强度高，具有优良的抗风蚀性能和高温结合强度。并且该耐火纤维毡可根据需要剪成或切割成各种不同形状使用，因其具有柔软的成型性，对于炉衬拐角处以及各种复杂的炉型，均能适用。

在本公开提供的一种实施例中，基座11的下边缘延伸有凸缘，而防护筒具有与该凸缘相适配的外展缘，这样一来，可以使凸缘搭接于外展缘，然后采用金属焊接的方式，将凸缘与外展缘焊接成一体，从而保证换热装置6与基座11之间的连接强度。并且基于凸缘和外展缘熔焊的连接方式，还有益于使得基座11相对密封地连接于换热装置6，进而还能够消除气隙，减少对外部环境的影响，并保证压力的稳定性。

在本公开提供的一种实施例中，所述换热管61的根数配置为2n根，其中，n为大于1的自然数。这样，能够同时或者交替地导进或者导出冷媒，由此提高换热效率。另外，因换热管61配置为偶数条，在实际应用时，还可以调整相邻的换热管61内冷媒的流通状态，进而提高换热效率。

应当说明是，在本公开中，换热管61均配置为耐高温的金属钢管，以能够适应燃烧室7内的高温高压环境。

在一种可能的设计中，所述烧嘴还包括火焰监测器8和防护玻璃9；所述防护玻璃9密封连接于所述导管12的顶部，其中，所述防护玻璃9为耐高温的透明玻璃，所述火焰监测器8用于透过所述防护玻璃9观察当前火焰燃烧状态。

这样设计，可以通过该防护玻璃9起到较好的隔热和密封的效果，避免高温对外部环境造成影响，尤其是对火焰监测器8的摄像头造成影响。而基于防护玻璃9的特性，其具有高强度、高透光的性能，因而在投入使用时，防护玻璃9不仅具有较佳的防护效果，同时还具备了较好的透视效果，操作人员可以通过火焰监测器8，清楚地观察到火焰的点燃情况，从而及时地控制各类流体的导通状态以及相应装置的工作状态。直接地说，即是让操作人员可以直观的观察到是否点火成功，从而判断当前是否具备进行下一阶段的操作的条件，进而保证燃烧室7内的气化反应能够有效地进行。

还需要说明的是，火焰检测器和防护玻璃9，均为现有技术，本领域技术人员在本公开的技术构思下，可以根据工作环境对其进行灵活的组配，故在此不展开赘述。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

Claims (9)

1.一种煤气化设备的烧嘴，其特征在于，包括基座（11）、导管（12）、夹套（13）和定位筒（14），所述导管（12）、所述夹套（13）和所述定位筒（14）沿由内往外的顺序依次同轴套设，且所述定位筒（14）连接于所述基座（11）；

所述导管（12）上设有用于导入主氧气的主氧通道（21）、用于导入点燃氧的助燃通道（22）以及用于导入煤粉的煤粉通道（23）；其中，所述主氧通道（21）具有至少2n个出氧孔，所述出氧孔设置于所述导管的底部并沿所述导管（12）的圆周方向均匀间隔布设；所述助燃通道（22）配设为至少两条并相对于所述导管（12）的轴线对称设置；所述煤粉通道（23）配置为至少2n条并绕所述导管（12）的轴线方向螺旋环绕，以使得煤粉能够在导出后形成旋流，其中，n为大于1的自然数；

所述助燃通道（22）的出口、所述主氧通道（21）的出口以及所述煤粉通道（23）的出口，这三者相对于所述导管（12）的轴线沿由内往外的方向依次设置；

所述烧嘴还包括点火装置（3），所述点火装置（3）的末端延伸至所述导管（12）的底部；

所述助燃通道（22）的出口位于所述点火装置（3）的末端外侧，以能够形成助燃区；

所述夹套（13）的底部凸出于所述导管（12）的底部，以能够形成预混区；

所述烧嘴还包括用于降温的换热装置（6），所述换热装置（6）呈筒状结构并形成有与所述定位筒（14）相适配的避让孔；所述定位筒（14）位于所述避让孔中，且所述定位筒（14）上设有用于导入惰性气体的介入通道（24），所述介入通道（24）的出气口位于所述导管（12）下方，以能够将预混区的气体推送至介入通道（24）的出气口下方，所述介入通道（24）的出气口下方的区域形成为燃烧区；

所述点火装置（3）包括绝缘密封高压端子（31）、导线、绝缘筒和导电件（34），所述绝缘密封高压端子（31）连接于所述导管（12），所述导电件（34）通过所述绝缘筒连接于所述导管（12）；

所述导电件（34）具有与所述导管（12）的同轴设置的内孔；所述导线沿所述导管（12）的轴线方向牵设并连接于所述导电件（34），所述导电件（34）的底部还设有环形的放电槽；

所述点火装置（3）还包括用于导入惰性气体的推送通道（25）和用于导入燃料气的燃气通道（26）；所述推送通道（25）设置于所述导管（12）中心，并连通于所述导电件（34），以使惰性气体能够从所述导电件（34）的内孔流出；所述燃气通道（26）位于所述推送通道（25）的外侧，以使燃料气能够从所述导电件（34）的外边缘流出；

所述导电件（34）包括基体和多根曲形齿，所述基体可拆卸地连接于所述导管（12），所述曲形齿沿所述基体的圆周方向均匀地布设；每根曲形齿均螺旋设置，以使得相邻曲形齿之间能够形成导向槽，所述导向槽用于限定所述燃料气的流向；所述曲形齿的螺旋方向与所述煤粉通道的螺旋方向相同。

2.根据权利要求1所述的煤气化设备的烧嘴，其特征在于，所述煤粉通道（23）包括进煤管、竖直段和螺旋段，所述进煤管倾斜设置并且连通于所述导管（12）；所述竖直段竖直设置，其一端连通于所述进煤管，另一端连通于所述螺旋段；所述螺旋段绕所述导管（12）的轴线螺旋设置。

3.根据权利要求2所述的煤气化设备的烧嘴，其特征在于，其中，所述进煤管的倾角为γ，20°≤γ≤70°；所述螺旋段的螺旋角为β，30°≤β≤60°。

4.根据权利要求1所述的煤气化设备的烧嘴，其特征在于，所述出氧孔倾斜设置，以形成具有一定角度的出射角，所述出射角指向所述导管（12）的轴线；所述出射角的角度为α，45°≤α≤75°。

5.根据权利要求1所述的煤气化设备的烧嘴，其特征在于，所述烧嘴还包括第一括弧环（41）和第二括弧环（42），所述第一括弧环（41）连接于所述定位筒（14）并且凸向所述换热装置（6）；所述第二括弧环（42）连接于所述定位筒（14）并且凸向所述导管（12）；所述第一括弧环（41）与所述第二括弧环（42）相对设置，且两者之间的间距沿所述惰性气体的流动方向先逐渐变大后再逐渐减小，以能够增大所述惰性气体在喷出时的压力。

6.根据权利要求1所述的煤气化设备的烧嘴，其特征在于，所述烧嘴还包括进气嘴（51），所述基座（11）上设有密封气通道（52），所述进气嘴（51）连通于所述密封气通道（52），所述基座（11）、所述定位筒（14）与所述换热装置共同形成有空隙区，所述密封气通道（52）连通于该空隙区。

7.根据权利要求1~6中任一项所述的煤气化设备的烧嘴，其特征在于，所述换热装置（6）包括防护筒和多根换热管（61），所述防护筒连接于所述基座（11）；

其中，所述换热管（61）具有用于导入冷媒的进料口（65）和用于导出冷媒的出料口（66），所述进料口（65）和所述出料口（66）均设置于所述基座（11）上；

每根换热管（61）沿所述防护筒的轴线方向盘绕，且相邻层的换热管（61）依次焊接，以能够形成多层盘状的换热主体，每个换热主体均形成有避让孔，多个所述换热主体沿竖直方向依次堆叠，并焊接成一体；

所述换热装置（6）还包括多个抓钉，多个抓钉间隔地布设于换热主体的向火面；且每根抓钉之间均设有浇注料，以使凝固后的浇筑料能够形成耐火层。

8.根据权利要求7所述的煤气化设备的烧嘴，其特征在于，所述防护筒包括同轴设置的内护筒（62）和外护筒（63）；所述外护筒（63）套设于所述内护筒（62）外周，且所述内护筒（62）的外壁与所述外护筒（63）的内壁之间设有间隙，所述间隙中填设有耐高温材料（64）。

9.根据权利要求7所述的煤气化设备的烧嘴，其特征在于，所述换热管（61）的根数配置为2n根，其中，n为大于1的自然数。

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