CN203878121U - 带点火装置的组合式水煤浆烧嘴 - Google Patents

Abstract

一种带点火装置的组合式水煤浆烧嘴，包括同轴设置的外喷头、中喷头、内喷头及中心管，中心管的外壁上设有点火电缆，中心管的前端设有能够形成旋转射流的旋流器，旋流器设有轴向通孔，中心管的前端相对旋流器的通孔的前端有一定的缩量，旋流器的部分或者全部周向边缘与内喷头的前端内腔壁接触；旋流器的前端面相对于内喷头的端面基准面有一定的缩入量，形成了一个预混腔Ｂ。其将气化炉中的点火烧嘴与工艺烧嘴的功能合二为一，使得整个气化过程中不再需要来回变换点火烧嘴与工艺烧嘴，减化了气化过程的操作繁杂性，且点火所需电流小，改善了对水煤浆的可燃效果，点火成功率高，生成火焰稳定。

Description

带点火装置的组合式水煤浆烧嘴

技术领域

本实用新型涉及一种水煤浆气化炉用烧嘴，具体地说是一种带点火装置的组合式水煤浆烧嘴。

背景技术

由于我国缺油、少气、煤炭资源相对而言比较丰富，无论作为能源还是化工原料，煤炭在今后较长一段时间里仍占主导地位。将煤转化为化工原料首先要将煤进行气化，煤的气化在煤碳深加工和煤气化工序中起着举足轻重的作用。煤炭的加压气化在提高能源利用效率、环境保护、实现操作自动化、节省占地面积、大型化生产等方面有绝对优势。目前，传统的水煤浆气化炉都是设有点火烧嘴、工艺烧嘴（水煤浆烧嘴）。点火烧嘴用以提升炉温，炉温提升到温度以后，替换到工艺烧嘴。

如图1所述，为目前普遍采用的工艺烧嘴的剖面结构示意图，该烧嘴的设计要素有：（1）结构形式，为同心的三套管，由内而外为外喷头1，用来作为外氧输送管；中喷头2，用来作为水煤浆的输送管道；内喷头3，用来作为中心氧的输送管。烧嘴的中心氧输送管的出口设计为缩口形式，目的是对中心氧进行加速，同时该烧嘴的端面相对于烧嘴的端面基准面有一定的缩入量，这样形成一个水煤浆和中心输送氧气的预混合腔（即第一预混腔4）；水煤浆的出口管路也设计成缩口形式，使进入预混合腔的水煤浆具有一定的速度；在预混合腔内，利用中心输送的氧气对水煤浆进行稀释和初加速，改变水煤浆的流变性能，目的是保证水煤浆在离开烧嘴后的雾化效果；外氧输送管的缩入量更大一些，以便在气化炉内达到良好的气化效果。（2）流道通道，无论是水煤浆还是外氧气的流通通道面积，均应满足各自介质的流量要求。在供应压力允许的情况下。力争达到良好的混合和雾化效果。特别是对于中心输送氧气的要求有一定的限制，一般为总氧量的5％至25％，其余为外部氧气输送量。（3）流速，中心输送的氧气在出口处的速度一般为150m/s至180m/s，水煤浆出口流速一般为2m/s至4m/s，预混合腔出口流速一般为12m/s至20m/s，外氧的出口流速一般为160m/s至200m/s。（4）冷却单元，一般在所述外喷头1的***设置冷却水盘管5。

实际应用过程中，点火烧嘴与工艺烧嘴（即现有的水煤浆烧嘴）同时在不同的阶段使用，存在的不足是：因为点火烧嘴与工艺烧嘴为独立的两个烧嘴，且二者应用在不同的阶段，点火烧嘴用于初期的点火加热，工艺烧嘴应用在点火烧嘴将炉温升到一定温度后，二者的更替需要借助推进装置来实现。具体为：首先，用推进装置将点火烧嘴送入工作区，完成点火预热后，推进装置将点火烧嘴送回原位；然后更换并送入工艺烧嘴至工作区。因为存在对两烧嘴的使用、更换，所以使得点火加热工艺复杂，操作繁复，间接延长加热炉温所用的时间。此外，推进装置的结构比较复杂，容易存在故障，所以会对生产工艺造成困难。

实用新型内容

针对上述存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种集工艺烧嘴与点火烧嘴的功能于一体的采套筒结构的组合式水煤浆烧嘴，将该烧嘴应用在水煤浆气化过程后，单独完成点火及工艺加热，使整个工艺简单，操作简洁，不需要推进装置来完成繁杂的更换动作，从而减少了动作步骤，简化了结构，提高了工艺连续的可靠性。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型解公开了一种带点火装置的组合式水煤浆烧嘴，包括供氧气流通的外喷头，设置在所述外喷头内的供水煤浆流通的中喷头，设置在所述中喷头内的供氧气流通的内喷头，以及设置在所述内喷头内的供燃料气流通的采用金属材质制造的中心管，所述中心管分为前、后两段，中心管的前、后段通过陶瓷绝缘环套绝缘固连为一体，所述外喷头、中喷头、内喷头以及中心管同轴设置；所述外喷头出口端内腔为锥形缩口腔；所述中喷头的出口端外形呈锥形且内腔为锥形缩口腔；所述内喷头的出口端外形呈锥形；外喷头出口端锥形内壁与中喷头出口端锥形外壁之间构成锥形缩口环腔，中喷头出口端锥形内壁与内喷头的出口端锥形外壁之间构成锥形缩口环腔；外喷头出口端锥形内壁与中喷头出口端锥形外壁之间构成的锥形缩口环腔的锥形角θ2大于中喷头出口端锥形内壁与内喷头的出口端锥形外壁之间构成锥形缩口环腔的锥形角θ1；在所述中心管的外壁上设有点火电缆，所述点火电缆的放电端部通过金属固定钉固装在所述中心管前段部分的外壁上，在所述中心管的前段端部设置有能够形成旋转射流的旋流器，在所述中心管与所述旋流器的接触面之间设有陶瓷绝缘层，所述旋流器设有轴向的并与所述中心管连通的通孔，所述中心管的前端相对所述旋流器的通孔的前端有一定的缩量，所述旋流器外壁的部分或者全部周向边缘与所述内喷头的前端内腔壁接触；所述旋流器的前端面相对于所述内喷头的端面基准面有一定的缩入量，从而形成燃料气和来自内喷头的氧气的一个预混腔Ｂ。

作为对本实用新型的进一步改进，由所述的中喷头出口端与内喷头出口端之间构成的锥形缩口环腔喷射出的水煤浆射流的交叉点，轴向相距所述内喷头前端面的间距H1处在150mm至200mm。需要说明的是H1的值不易过大，否则不容易点燃水煤浆。H1的值也不能过小，否则便使火焰的烈性减弱，不利于加热工艺。确保H1处在150mm至200mm的适当范围内的优点是：一方面可确保喷射出的水煤浆射流容易被点燃，另一方面能够拉长火焰，使火焰的外焰远离烧嘴头部，增加烧嘴的使用寿命。由所述的外喷头出口端与中喷头出口端之间构成的锥形缩口环腔喷射出的氧气射流的交叉点，轴向相距所述内喷头前端面的间距H2处在130mm至1500mm，H2的值也不易过大，原因与上述基本相似，所以不再赘述。

作为对本实用新型的进一步改进，在所述中心管前段的端面上设轴向延伸的环状凸缘，所述环状凸缘的轴向高度H3不大于所述环状凸缘的外圈边缘相对所述中心管前段端部的外边缘之间的间距L1，所述旋流器上的通孔的前端为倒锥形扩口，所述中心管的前端设置在该倒锥形扩口的后端边缘处。

作为对本实用新型的进一步改进，所述内喷头的前端面相对于烧嘴的端面基准面有一定的缩入量，从而形成水煤浆和来自所述内喷头的氧气的一个预混腔Ａ。

作为对本实用新型的进一步改进，所述内喷头的出口端的内腔为锥形缩口腔，相应地，所述旋流器的前端为锥形端头，在该锥形端头上设有旋流片，所述旋流片的部分周向边缘与所述内喷头的前端内腔壁接触。

作为对本实用新型的进一步改进，所述旋流片相对于所述旋流器的前端面的倾角为α角。

作为对本实用新型的进一步改进，所述旋流片相对于所述旋流器的前端面的倾角α为45°至75°。

作为对本实用新型的进一步改进，在所述外喷头的***设置有冷却水盘管。

作为对本实用新型的进一步改进，至少在所述中喷头前端内壁上以及所述内喷头前端外壁上附置有钴氏合金或耐磨材料。

本实用新型的有益效果是：通过在现有的工艺烧嘴的基础上添加点火装置，不仅实现了点火烧嘴与水煤浆工艺烧嘴的功能二合一，使得整个气化过程中不再需要来回变换点火烧嘴与水煤浆工艺烧嘴，简化了气化操作的繁杂性；采用中心管通入燃料气，内喷头通入氧气，并且首先使燃料气与氧气混合，然后被点燃，燃料气与氧气混合后其可燃性得以提高，所以能够实现低电流点火，使点火成功率提高，经内喷头射出的氧气经过旋流器作用，轴向速度被降低，缩短了轴向射程，使得大量的燃料气与氧气集中在预混腔B位置，形成稳定火焰（点燃水煤浆用）；因为θ2大于θ1，所以由外喷头出口端锥形内壁与中喷头出口端锥形外壁之间构成的锥形缩口环腔加速射出的氧气流，会在烧嘴的轴向上，与中喷头出口端锥形内壁与内喷头的出口端锥形外壁之间构成锥形缩口环腔射出的水煤浆射流交叉混合，增加了水煤浆的可燃性，从而改善水煤浆不易被燃烧的特性。

附图说明

图1为现有的水煤浆气化炉工艺烧嘴的剖面结构示意图；

图2为本实用新型所涉及组合式水煤浆烧嘴的剖面结构示意图；

图3本实用新型所涉及组合式水煤浆烧嘴端头处的局部结构放大示意图；

图4为旋流器的主视结构示意图；

图5为旋流器的左端面的结构示意图；

图中：1外喷头，2中喷头，3内喷头，4预混腔A，5冷却水盘管，6中心管，61金属固定钉，62点火电缆，63环状凸缘，7旋流器，71旋流片，8预混腔B，9陶瓷绝缘层，10陶瓷绝缘环套。

具体实施方式

为便于理解本实用新型的技术内容，下面结合附图对其技术方案作进一步的说明。

如图2、图3所示，一种带点火装置的组合式水煤浆烧嘴，包括供氧气流通的外喷头1，设置在所述外喷头1内的供水煤浆流通的中喷头2，设置在所述中喷头2内的供氧气流通的内喷头3，以及设置在所述内喷头3内的供燃料气流通的采用金属材质制造的中心管6。为了保证使用寿命，至少在所述中喷头2前端内壁上以及所述内喷头3前端外壁上附置有钴氏合金或耐磨材料，以增强抗水煤浆的冲刷性。

所述中心管6分为前、后两段，中心管6的前、后段通过陶瓷绝缘环套10绝缘固连为一体，所述外喷头1、中喷头2、内喷头3以及中心管6同轴设置。所述外喷头1出口端内腔为锥形缩口腔；所述中喷头2的出口端外形呈锥形且内腔为锥形缩口腔；所述内喷头3的出口端外形呈锥形；外喷头1出口端锥形内壁与中喷头2出口端锥形外壁之间构成锥形缩口环腔，中喷头2出口端锥形内壁与内喷头的出口端锥形外壁之间构成锥形缩口环腔；外喷头1出口端锥形内壁与中喷头2出口端锥形外壁之间构成的锥形缩口环腔的锥形角θ2大于中喷头2出口端锥形内壁与内喷头3的出口端锥形外壁之间构成锥形缩口环腔的锥形角θ1。

所述外喷头1、所述中喷头2以及所述内喷头3的出口均为缩口形式。所述外喷头1、所述中喷头2以及所述内喷头3的出口处的内腔均可以为锥形腔，以使三者的出口为渐缩口的形式，但是此时三者的缩口变化率并非一致。

如图3所示，由所述的中喷头2出口端与内喷头3出口端之间构成的锥形缩口环腔喷射出的水煤浆射流的交叉点，轴向相距所述内喷头3前端面的间距H1处在150mm至200mm。需要说明的是H1的值不易过大，否则不容易点燃水煤浆。H1的值也不能过小，否则便使火焰的烈性减弱，不利于加热工艺。确保H1处在150mm至200mm的适当范围内的优点是：一方面可确保喷射出的水煤浆射流容易被点燃，另一方面能够拉长火焰，使火焰的外焰远离烧嘴头部，增加烧嘴的使用寿命。由所述的外喷头1出口端与中喷头2出口端之间构成的锥形缩口环腔喷射出的氧气射流的交叉点，轴向相距所述内喷头3前端面的间距H2处在130mm至1500mm，H2的值也不易过大，原因与上述基本相似，所以不再赘述。

如图2、图3所示，在所述外喷头1的***设置有冷却水盘管5。所述内喷头3的前端面相对于烧嘴的端面基准面有一定的缩入量，从而形成水煤浆和来自所述内喷头3的氧气的一个预混腔A4。

在所述中心管6的外壁上设有点火电缆62，所述点火电缆62的放电端部通过金属固定钉61固装在所述中心管6前段部分的外壁上，点火电缆62通电，仅使所述中心管6前段形成高压（即携带高压电）。

在所述中心管6前段的端面上设轴向延伸的环状凸缘63，所述环状凸缘63的轴向高度H3不大于所述环状凸缘63的外圈边缘相对所述中心管6前段端部的外边缘之间的间距L1，一般取H3取的值为1mm至1.5mm，L1的值为2mm至3mm。

在所述中心管6的前段端部设置有能够形成旋转射流的旋流器7。在所述中心管6与所述旋流器7的接触面之间设有陶瓷绝缘层9，所述旋流器7设有轴向的并与所述中心管6连通的通孔（该通孔的轴线与所述中心管6的轴线一致），所述中心管6的前端相对所述旋流器7的通孔的前端口有一定的缩量，最好将所述旋流器7的通孔的前端口设为倒锥形扩口，并使所述中心管6的前端设置在该倒锥形扩口的后端边缘处，使所述环状凸缘63的前端面伸入到该倒锥形扩口的后端锥腔内1mm左右的长度。燃料气通过该中心管6及旋流器7上的该通孔，由旋流器7的前端面射出。点火电缆62放电使中心管6前段形成高压体，高压电流通至所述环状凸缘63后，会在所述环状凸缘63的前端面寻找对应的两凹凸点放电，形成弧状的连续电弧，提高了烧嘴的点火性，轻松实现稳定点火，适应恶劣点火环境下的应用。

所述旋流器7的部分或者全部周向边缘与所述内喷头3的前端内腔壁接触；所述旋流器7的前端面相对于所述内喷头3的端面基准面有一定的缩入量，从而形成燃料气和来自内喷头的氧气的一个预混腔B8。

如图2至图5所示，当所述内喷头3的出口处的内腔为锥形腔时，相应地，使所述旋流器7的前端为锥形端头，并在该锥形端头上设旋流片71，所述旋流片71的部分周向边缘与所述内喷头3的前端锥形腔的腔壁接触。所述旋流片71相对于所述旋流器7的前端面（旋流器7的前端面垂直于旋流器7的轴线）的倾角为α角，为确保氧气能够形成合理的旋转射流，所述旋流片71相对于所述旋流器7的前端面的倾角α为45°至75°。

在开始点火时，只通入燃料气和氧气而不通入水煤浆。燃料气由所述中心管6经所述旋流器7上的通孔由旋流器7的前端射出。经所述内喷头3通入的氧气（下面称为一次氧）经旋流器7作用以旋转射流的形式射出，并在旋流器7的前端处与燃料气混合。因为所述旋流器7的前端面相对于所述内喷头3的端面基准面有一定的缩入量（即存在一个预混腔B8），燃料气和一次氧会在该处进行预混后由所述内喷头3的前端射出。

电流经过所述点火电缆62的放电端头传递到所述金属固定钉61，并经过所述金属固定钉61传递到所述中心管6，并最终在所述中心管6的前端头处形成放电，而将燃料气与一次氧的混合气体点燃。由于喷出的一次氧具有旋流特性，从而增加了一次氧与燃料气混合的均匀性，使混合后的混合气可燃性明显提高，一方面能够提高了点火成功率；另一方面，对由所述点火电缆62放出的电流值的要求不需要太大，即能够实现低电流点燃。

一次氧经过旋流器7的旋流作用后，轴向速度被降低，使得大量的燃料气与一次氧混合气集中在预混腔B位置，受火电缆62放点被点燃而形成稳定火焰（点燃水煤浆用）。又所述内喷头3的出口为缩口形式，所以会对燃料气与一次氧混合气体进行一定的轴向加速，使二者混合后点燃形成的火焰有较长的轴向射程，从而保证进一步点燃水煤浆。

由外喷头1内壁与中喷头2外壁之间构成的环腔射出的氧气流（下面称为二次氧），经所对应的锥形缩口环腔进行加速后，以较高的速度射出，其射出方向向烧嘴的轴向倾斜，并与烧嘴的轴线呈一定的夹角（为θ2的一半）。

由中喷头2内壁与内喷头3外壁之间构成的环腔射出的水煤浆射流，经所对应的锥形缩口环腔进行加速后，以较高的速度射出，其射出方向向烧嘴的轴向倾斜，并与烧嘴的轴线呈一定的夹角（为θ1的一半）。因为θ1小于θ2，所以在烧嘴的轴向前端一定距离处，水煤浆流和二次氧会形成交叉混合。混合有氧气的水煤浆的可燃性明显得到提高，克服了目前存在的水煤浆点燃困难的问题。二次氧与水煤浆流形成交叉混合是由水煤浆射流形成的锥形面的外部向里进入的，于此同时水煤浆射流形成的锥形面内部是含有由内喷嘴3射出的一次氧的，所以水煤浆的氧化程度得到更进一步的提高，可燃性增强。如前陈述，因为一次氧与燃料气的混合气体被点燃后，会射出一定的轴向长度，所以最终会点燃被充分氧气化的水煤浆，实现工艺点火。

因为所述旋流器7上的通孔前端为一倒锥形扩口，所以会对点燃后形成的烟气有一定的倒吸作用，倒吸回的烟气会对一次氧与燃料气的混合气进行一定的预热，所以会进一步提高一次氧与燃料气的混合气的燃烧特性，增加烧嘴点火的可靠性及燃烧的稳定性。

以上技术特征构成了本实用新型的最佳实施方式，其具有较强的适应性和最佳的实施效果，可以根据需要增减非必要的技术特征，来满足实际使用中的不同实际情况。但是，本实用新型的保护范围并不局限于上述具体方案，其保护范围最终受到本实用新型的权利要求书的限定。在不背离本实用新型的设计思想的情况下，对于本领域的技术人员来说，可以对本实用新型作出多种公知性的变换或者替换，其都应落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种带点火装置的组合式水煤浆烧嘴，包括供氧气流通的外喷头，设置在所述外喷头内的供水煤浆流通的中喷头，以及设置在所述中喷头内的供氧气流通的内喷头，其特征是：还包括设置在所述内喷头内的供燃料气流通的采用金属材质制造的中心管，所述中心管分为前、后两段，中心管的前、后段通过陶瓷绝缘环套绝缘固连为一体，所述外喷头、中喷头、内喷头以及中心管同轴设置；所述外喷头出口端内腔为锥形缩口腔；所述中喷头的出口端外形呈锥形且内腔为锥形缩口腔；所述内喷头的出口端外形呈锥形；外喷头出口端锥形内壁与中喷头出口端锥形外壁之间构成锥形缩口环腔，中喷头出口端锥形内壁与内喷头的出口端锥形外壁之间构成锥形缩口环腔；外喷头出口端锥形内壁与中喷头出口端锥形外壁之间构成的锥形缩口环腔的锥形角θ2大于中喷头出口端锥形内壁与内喷头的出口端锥形外壁之间构成锥形缩口环腔的锥形角θ1；在所述中心管的外壁上设有点火电缆，所述点火电缆的放电端部通过金属固定钉固装在所述中心管前段部分的外壁上，在所述中心管的前段端部设置有能够形成旋转射流的旋流器，在所述中心管与所述旋流器的接触面之间设有陶瓷绝缘层，所述旋流器设有轴向的并与所述中心管连通的通孔，所述中心管的前端相对所述旋流器的通孔的前端有一定的缩量，所述旋流器外壁的部分或者全部周向边缘与所述内喷头的前端内腔壁接触；所述旋流器的前端面相对于所述内喷头的端面基准面有一定的缩入量，从而形成燃料气和来自内喷头的氧气的一个预混腔Ｂ。

2.根据权利要求1所述的带点火装置的组合式水煤浆烧嘴，其特征是：由所述的中喷头出口端与内喷头出口端之间构成的锥形缩口环腔喷射出的水煤浆射流的交叉点，轴向相距所述内喷头前端面的间距H1处在150mm至200mm；由所述的外喷头出口端与中喷头出口端之间构成的锥形缩口环腔喷射出的氧气射流的交叉点，轴向相距所述内喷头前端面的间距H2处在130mm至1500mm。

3.根据权利要求1或2所述的带点火装置的组合式水煤浆烧嘴，其特征是：在所述中心管前段的端面上设轴向延伸的环状凸缘，所述环状凸缘的轴向高度H3不大于所述环状凸缘的外圈边缘相对所述中心管前段端部的外边缘之间的间距L1，所述旋流器上的通孔的前端为倒锥形扩口，所述中心管的前端设置在该倒锥形扩口的后端边缘处。

4.根据权利要求3所述的带点火装置的组合式水煤浆烧嘴，其特征是：所述内喷头的前端面相对于烧嘴的端面基准面有一定的缩入量，从而形成水煤浆和来自所述内喷头的氧气的一个预混腔Ａ。

5.根据权利要求4所述的带点火装置的组合式水煤浆烧嘴，其特征是：所述内喷头的出口端的内腔为锥形缩口腔，相应地，所述旋流器的前端为锥形端头，在该锥形端头上设有旋流片，所述旋流片的部分周向边缘与所述内喷头的前端内腔壁接触。

6.根据权利要求5所述的带点火装置的组合式水煤浆烧嘴，其特征是：所述旋流片相对于所述旋流器的前端面的倾角为α角。

7.根据权利要求6所述的带点火装置的组合式水煤浆烧嘴，其特征是：所述旋流片相对于所述旋流器的前端面的倾角α为45°至75°。

8.根据权利要求1或2或4至7中任一项所述的带点火装置的组合式水煤浆烧嘴，其特征是：在所述外喷头的***设置有冷却水盘管。

9.根据权利要求8所述的带点火装置的组合式水煤浆烧嘴，其特征是：在所述中心管前段的端面上设轴向延伸的环状凸缘，所述环状凸缘的轴向高度H3不大于所述环状凸缘的外圈边缘相对所述中心管前段端部的外边缘之间的间距L1，所述旋流器上的通孔的前端为倒锥形扩口，所述中心管的前端设置在该倒锥形扩口的后端边缘处。

10.根据权利要求1或2所述的带点火装置的组合式水煤浆烧嘴，其特征是：至少在所述中喷头前端内壁上以及所述内喷头前端外壁上附置有钴氏合金或耐磨材料。