CN203569048U - 一种干煤粉气化组合烧嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种干煤粉气化组合烧嘴，包括煤粉烧嘴和点火烧嘴。煤粉烧嘴从外向内依次包括第一水冷夹套、煤粉通道、第一氧化剂通道和内筒，煤粉通道与第一氧化剂通道直接相邻，煤粉通道在靠近向火端处向煤粉烧嘴的轴线方向收缩。第一水冷夹套包括第一进水通道、窗式冷却水槽和第一出水通道，第一进水通道通过窗式冷却水槽与第一出水通道连通，窗式冷却水槽在煤粉烧嘴的向火端螺旋盘绕。点火烧嘴设在内筒内，点火烧嘴包括第二水冷夹套、第二氧化剂通道、燃料通道、点火器和中心氮气通道。本实用新型的干煤粉气化组合烧嘴简化了点火工艺，提高点火和投运粉煤可靠性；有效控制了火焰直径，避免了烧损膜式水冷壁的情况，提高了气化炉的可靠性。

Description

一种干煤粉气化组合烧嘴

技术领域

本实用新型涉及一种干煤粉气化烧嘴。

背景技术

煤气化是指把经过适当处理的煤（例如煤粉、焦炭颗粒、可燃物粉末等）送入反应器如气化炉内,在一定的煤气化技术工艺流程的温度和压力下,通过氧化剂(空气或氧气和蒸汽)以一定的方式转化成气体，得到合成气（如CO、H₂、H₂O、CO₂等）的过程，通过煤气化生成的合成气可广泛用于各种化工行业中。在煤气化过程中，烧嘴是一种不可或缺的重要组成部分。

现有的粉煤气化炉投料方式一般有两种，一是采用开工烧嘴将气化炉进行升温（升压），达到一定条件后，将开工烧嘴退出，然后煤粉烧嘴开始投运煤粉，并开始进行气化反应；二是采用点火烧嘴和煤粉烧嘴联合运行的形式，先用点火烧嘴点火升压，将气化炉加热到高温、高压状态后用煤粉烧嘴投煤。

通过现有装置运行的情况来看，第一种点火方式中采用常压点火，依靠点火、开工烧嘴将气化炉进行升温、升压，当煤粉烧嘴点燃后，点火和开工烧嘴将从气化炉上退出。在点火过程中，点火烧嘴和开工烧嘴为单独设备，还必须配备伺服机构，所以结构庞大，操作复杂，开工烧嘴容易出现故障；尤为重要的是，当煤粉烧嘴因故跳车时，气化炉必须停炉、降温、置换，然后重新点火，耗费大量的人力、物力、财力。第二种点火方式能够在低压条件下点火，并升温、升压，达到一定条件后，可以投运煤粉烧嘴；当煤粉烧嘴跳车后，点火烧嘴依然在运行，可以在***修复后，继续投运煤粉烧嘴，因此具有一定的先进性。但是，从目前的运行效果来看，也存在一些问题。第一种问题是点火烧嘴容易烧损，同时目前点火烧嘴采用高压点火器，点火稳定性、可重复性差，点火能量较低（2J左右），不耐水、不耐污，会造成延缓点燃气体甚至不能点燃气体的情况。第二种问题是由于着火点靠近点火烧嘴喷头端面，火焰贴壁，长时间运行易导致烧损，故点火烧嘴外部端面处需要设置水冷夹套，例如有的点火烧嘴需要从外到内设置3层水冷夹套，中间的水冷夹套即设置在点火烧嘴的煤粉通道和氧化剂通道之间。这样，煤粉通道及氧化剂通道之间就会留有一定的距离，从氧化剂通道中流出的氧化剂（例如氧气）与从煤粉通道中流出的煤粉需要在从点火烧嘴的端部往前一段距离才有可能相遇并燃烧。由于氧化剂进入气化炉后空间迅速放大，导致氧化剂的流速迅速衰减，当氧化剂与煤粉相遇时氧化剂传递给煤粉的动能也迅速下降，导致氧化剂与煤粉的混合物流动能不足并且较弥散，无法控制火焰直径，燃烧后产生的高温火焰容易冲刷炉膛壁面，或者过于靠近炉膛壁面，导致炉膛壁面热负荷过高而烧损膜式水冷壁。

另外，为了监测气化炉内的火焰燃烧情况，一般会通过点火烧嘴的中心氮气通道设置火焰检测***，但由于烧嘴端部温度较高（气化炉运行过程中的正常温度为1450-1650℃），一般没有摄像头能承受该温度，故目前的火焰检测***仅能对是否有火焰进行检测，而无法检测火焰温度，更无法观测到火焰图像。在气化炉运行过程中，无法判断点火失败是电气的点火器发生了问题、仪表的火检检测不到火焰、还是工艺介质不合格导致的。

实用新型内容

本实用新型的目的是将点火烧嘴与煤粉烧嘴进行优化组合，从而提供一种新型的干煤粉气化组合烧嘴，无需将烧嘴多次***或拔出，同时克服无法控制燃烧火焰直径以及由此产生的容易烧损膜式水冷壁的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取了如下的技术方案：

本实用新型提供了一种干煤粉气化组合烧嘴，包括煤粉烧嘴和点火烧嘴。所述煤粉烧嘴从外向内依次包括第一水冷夹套、煤粉通道、第一氧化剂通道和内筒，所述煤粉通道与所述第一氧化剂通道直接相邻，所述煤粉通道在靠近向火端处逐渐向所述煤粉烧嘴的轴线方向收缩。所述第一水冷夹套包括第一进水通道、窗式冷却水槽和第一出水通道，所述第一进水通道通过所述窗式冷却水槽与所述第一出水通道连通，所述窗式冷却水槽在所述煤粉烧嘴的向火端螺旋盘绕。所述点火烧嘴设在所述煤粉烧嘴的内筒内，所述点火烧嘴从外向内依次包括第二水冷夹套、第二氧化剂通道、燃料通道和中心氮气通道，在靠近向火端处在所述燃料通道和所述中心氮气通道之间设有点火器。

优选地，所述窗式冷却水槽螺旋盘绕3、4或5圈。

优选地，所述第一氧化剂通道在靠近向火端处还设有旋流叶片，使氧化剂从所述第一氧化剂通道流出时具备高速、高旋流的气流状态，从而可以在与煤粉混合时对其进行拽引、剪切和雾化，使煤粉与氧化剂混合更充分均匀。

优选地，所述煤粉通道包括煤粉出口通道和煤粉入口通道，所述煤粉出口通道设在向火端，所述煤粉入口通道设在背火端，所述煤粉入口通道通过连接端与所述煤粉出口通道相通。进一步优选地，所述煤粉入口通道为3、4或5个，沿所述煤粉烧嘴的周向均匀分布，例如当所述煤粉入口通道为3个时，这3个煤粉入口通道彼此呈120°。当然，所述煤粉出口通道及煤粉入口通道为一体结构也可以，即所述煤粉通道总体呈环筒状。

优选地，所述煤粉出口通道在向火端逐渐收缩，所述煤粉出口通道的内壁在向火端与所述煤粉烧嘴的轴线的夹角为15°～40°，进一步优选为20°～35°，例如22°、27°、30°或33°，使得煤粉从所述煤粉出口通道出来后能够迅速与从所述第一氧化剂通道中流出的氧化剂混合，从而煤粉能够从氧化剂中获得更多的动能并且湍动更强。

优选地，所述点火器为点火能量在30J以上的点火器（即带有蓄能装置的高能点火器），所述点火器为中空结构并套在所述中心氮气通道的向火端，由于所述高能点火器的点火能量明显高于传统点火烧嘴中采用的高压点火器（2J左右），保证了点火器在低温、潮湿、沾污环境中稳定点火，同时中空的结构又能够保证氮气从点火器中心穿过。

优选地，所述干煤粉气化组合烧嘴还包括用于监测火焰燃烧情况的火焰检测***，所述火焰检测***安装在组合烧嘴背火端，所述火焰检测***包括用于检测火焰的火焰检测器和用于提供火焰视频和火焰温度的火焰成像和测温***。进一步优选地，所述火焰检测***和所述中心氮气通道之间设有隔离窗。

本实用新型的干煤粉气化组合烧嘴将煤粉烧嘴和点火烧嘴合二为一，使得操作简单，提高了煤粉与氧化剂的混合程度及湍动动能，有效控制了火焰直径，避免了烧损膜式水冷壁的情况，提高了气化炉的可靠性与安全性。

附图说明

图1为本实用新型的干煤粉气化组合烧嘴的截面图；

图2为图1中所示的点火烧嘴的放大图；

图3为本实用新型的干煤粉气化组合烧嘴运行的效果说明图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的一个优选实施方案做详细描述。

如图1所示，本实用新型的干煤粉气化组合烧嘴包括煤粉烧嘴1和点火烧嘴2。煤粉烧嘴1主体呈筒状，由外向内依次包括第一水冷夹套、煤粉通道、第一氧气通道7和内筒，其中第一水冷夹套包括第一进水通道3、第一出水通道4和窗式冷却水槽5，第一进水通道3通过窗式冷却水槽5与第一出水通道4连通，窗式冷却水槽5在煤粉烧嘴1的向火端螺旋盘绕4圈。所述煤粉通道从向火端到背火端分别包括煤粉出口通道9及3个煤粉入口通道6，3个煤粉入口通道6沿煤粉烧嘴1的周向均匀分布，即彼此呈120°，煤粉出口通道9为与煤粉烧嘴1同轴线的环形通道，但煤粉出口通道9在靠近向火端处内壁逐渐向轴线方向收缩，与煤粉烧嘴1的轴线呈25°（即图1中的α角）。煤粉入口通道6通过连接端8与煤粉出口通道9相通。第一进水通道3、第一出水通道4、第一氧气通道7及煤粉出口通道9主体成环形的筒状。第一氧气通道7与煤粉通道直接相邻，即二者中间没有冷却用的水冷夹套。在第一氧气通道7的靠近向火端处设有旋流叶片11，在第一氧气通道7中流动的氧气在经过旋流叶片11后便具备了高速、高旋流的气流状态。点火烧嘴2***煤粉烧嘴1的内筒中。

点火烧嘴2的结构见图2，从外向内依次包括第二进水通道21、第二出水通道22、第二氧气通道23、燃料通道24和中心氮气通道25，在靠近向火端处在燃料通道24和中心氮气通道25之间设有高能点火器26，第二进水通道21及第二出水通道22构成第二水冷夹套。第二进水通道21、第二出水通道22、第二氧气通道23和燃料通道24主体呈环形的筒状。高能点火器26带有蓄能装置，点火能量可以达到30J或更高，为中空结构，中心氮气通道25穿过高能点火器26的中空通道与气化炉连通。从第二氧气通道23中流出的氧气与从燃料通道24中流出的液化石油气在点火烧嘴2的出口处强化混合，由高能点火器26点火引燃，从而开始对气化炉进行升温升压，在运行状态时将液化石油气更换为甲醇装置引过来的高压燃气。

第一进水通道3和第一出水通道4之间通过窗式冷却水槽5连通，当冷却水流经螺旋盘绕的窗式冷却水槽5时，通过高速螺旋流动，冷却水可减薄甚至破坏湍流流动的向火面层流底层，提高换热效果，有效保护烧嘴向火面，提高组合烧嘴的使用寿命及连续运行时间，为气化炉长周期稳定运行创造必要条件。采用该方式冷却后的向火面温度只比冷却水温度高100-150℃。也正是由于窗式冷却水槽出色的冷却效果，本实用新型的组合烧嘴仅需要在煤粉烧嘴1和点火烧嘴2中分别设置一个水冷夹套就能实现足够的冷却效果，由此在第一氧气通道7和煤粉通道之间不必再额外设置一个水冷夹套，从而使得从煤粉出口通道9与第一氧气通道7紧密靠近，从二者中流出的煤粉射流与氧气射流能够在出口处立即混合。

在正常生产过程中，为防止煤粉烧嘴1火焰熄灭，点火烧嘴2需保持连续运行。将待气化的煤粉通过3个煤粉入口通道6输送进环筒形的煤粉出口通道9中进行自混，然后沿逐渐向煤粉烧嘴1的轴线方向收缩的煤粉出口通道9的壁流至煤粉烧嘴1的口部并与第一氧气通道7流出的高速、高旋流的氧气立即充分混合，此时氧气动能衰减程度较低，由此煤粉射流被氧气射流拽引、剪切和雾化，如图3所示，既能够保证煤粉射流具备足够旋转动量，又有效控制了煤粉射流旋转直径D1，保证D1小于炉膛12的直径D2，在不断提高碳转化率，达到所需燃烧温度的基础上，有效保护了炉膛壁面，避免了膜式水冷壁被烧损，提高了气化炉的安全性与可靠性。

同时，干煤粉气化组合烧嘴还包括一体化火焰检测***30，一体化火焰检测***30安装在点火烧嘴尾部（即背火端），通过耐压的玻璃透镜29将一体化火焰检测***与中心氮气通道隔离开，从而有效保护火焰检测***。一体化火焰检测***30依据的是普朗克能量定律，采用双色测温和火焰强度匹配的方法进行测温。一体化火焰检测***30通过对在玻璃透镜29上采集到的火焰光谱信号进行分离处理，一路光信号给火焰检测器27用于提供火焰检测信号（开关量用于联锁，模拟量用于显示火焰强度）；一路光信号给火焰成像和测温***28用于提供火焰视频和火焰温度。最后将这三种火焰信息集成传输至控制***，为气化炉的正常稳定运行提供了一种实时监控设备。

上述实施例仅供说明本实用新型之用，而并非是对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由各权利要求限定。

Claims (10)

1.一种干煤粉气化组合烧嘴，其特征在于，所述干煤粉气化组合烧嘴包括煤粉烧嘴和点火烧嘴；

所述煤粉烧嘴从外向内依次包括第一水冷夹套、煤粉通道、第一氧化剂通道和内筒，所述煤粉通道与所述第一氧化剂通道直接相邻，所述煤粉通道在靠近向火端处逐渐向所述煤粉烧嘴的轴线方向收缩；

所述第一水冷夹套包括第一进水通道、窗式冷却水槽和第一出水通道，所述第一进水通道通过所述窗式冷却水槽与所述第一出水通道连通，所述窗式冷却水槽在所述煤粉烧嘴的向火端螺旋盘绕；

所述点火烧嘴设在所述煤粉烧嘴的内筒内，所述点火烧嘴从外向内依次包括第二水冷夹套、第二氧化剂通道、燃料通道和中心氮气通道，在靠近向火端处在所述燃料通道和所述中心氮气通道之间设有点火器。

2.根据权利要求1所述的干煤粉气化组合烧嘴，其特征在于，所述窗式冷却水槽螺旋盘绕3、4或5圈。

3.根据权利要求1所述的干煤粉气化组合烧嘴，其特征在于，所述第一氧化剂通道在靠近向火端处还设有旋流叶片。

4.根据权利要求1所述的干煤粉气化组合烧嘴，其特征在于，所述煤粉通道包括煤粉出口通道和煤粉入口通道，所述煤粉出口通道设在向火端，所述煤粉入口通道设在背火端，所述煤粉入口通道通过连接端与所述煤粉出口通道相通。

5.根据权利要求4所述的干煤粉气化组合烧嘴，其特征在于，所述煤粉入口通道为3、4或5个，沿所述煤粉烧嘴的周向均匀分布。

6.根据权利要求4或5所述的干煤粉气化组合烧嘴，其特征在于，所述煤粉出口通道在向火端逐渐收缩，所述煤粉出口通道的内壁在向火端与所述煤粉烧嘴的轴线的夹角为15°～40°。

7.根据权利要求6所述的干煤粉气化组合烧嘴，其特征在于，所述煤粉出口通道的内壁在向火端与所述煤粉烧嘴的轴线的夹角为20°～35°。

8.根据权利要求1所述的干煤粉气化组合烧嘴，其特征在于，所述点火器为点火能量在30J以上的点火器，所述点火器为中空结构并套在所述中心氮气通道的向火端。

9.根据权利要求1所述的干煤粉气化组合烧嘴，其特征在于，还包括用于监测火焰燃烧情况的火焰检测***，所述火焰检测***安装在组合烧嘴背火端，所述火焰检测***包括用于检测火焰的火焰检测器和用于提供火焰视频和火焰温度的火焰成像和测温***。

10.根据权利要求9所述的干煤粉气化组合烧嘴，其特征在于，所述火焰检测***和所述中心氮气通道之间设有隔离窗。

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