一種干煤粉氣化組合燒嘴的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種干煤粉氣化組合燒嘴，包括煤粉燒嘴和點(diǎn)火燒嘴。煤粉燒嘴從外向內(nèi)依次包括第一水冷夾套、煤粉通道、第一氧化劑通道和內(nèi)筒，煤粉通道與第一氧化劑通道直接相鄰，煤粉通道在靠近向火端處向煤粉燒嘴的軸線方向收縮。第一水冷夾套包括第一進(jìn)水通道、窗式冷卻水槽和第一出水通道，第一進(jìn)水通道通過窗式冷卻水槽與第一出水通道連通，窗式冷卻水槽在煤粉燒嘴的向火端螺旋盤繞。點(diǎn)火燒嘴設(shè)在內(nèi)筒內(nèi)，點(diǎn)火燒嘴包括第二水冷夾套、第二氧化劑通道、燃料通道、點(diǎn)火器和中心氮?dú)馔ǖ?。本?shí)用新型的干煤粉氣化組合燒嘴簡化了點(diǎn)火工藝，提高點(diǎn)火和投運(yùn)粉煤可靠性；有效控制了火焰直徑，避免了燒損膜式水冷壁的情況，提高了氣化爐的可靠性。
【專利說明】一種干煤粉氣化組合燒嘴
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種干煤粉氣化燒嘴。
【背景技術(shù)】
[0002]煤氣化是指把經(jīng)過適當(dāng)處理的煤(例如煤粉、焦炭顆粒、可燃物粉末等)送入反應(yīng)器如氣化爐內(nèi)，在一定的煤氣化技術(shù)工藝流程的溫度和壓力下，通過氧化劑(空氣或氧氣和蒸汽)以一定的方式轉(zhuǎn)化成氣體，得到合成氣(如co、h2、h2o、co2等)的過程，通過煤氣化生成的合成氣可廣泛用于各種化工行業(yè)中。在煤氣化過程中，燒嘴是一種不可或缺的重要組成部分。
[0003]現(xiàn)有的粉煤氣化爐投料方式一般有兩種，一是采用開工燒嘴將氣化爐進(jìn)行升溫(升壓)，達(dá)到一定條件后，將開工燒嘴退出，然后煤粉燒嘴開始投運(yùn)煤粉，并開始進(jìn)行氣化反應(yīng)；二是采用點(diǎn)火燒嘴和煤粉燒嘴聯(lián)合運(yùn)行的形式，先用點(diǎn)火燒嘴點(diǎn)火升壓，將氣化爐加熱到高溫、高壓狀態(tài)后用煤粉燒嘴投煤。
[0004]通過現(xiàn)有裝置運(yùn)行的情況來看，第一種點(diǎn)火方式中采用常壓點(diǎn)火，依靠點(diǎn)火、開工燒嘴將氣化爐進(jìn)行升溫、升壓，當(dāng)煤粉燒嘴點(diǎn)燃后，點(diǎn)火和開工燒嘴將從氣化爐上退出。在點(diǎn)火過程中，點(diǎn)火燒嘴和開工燒嘴為單獨(dú)設(shè)備，還必須配備伺服機(jī)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)龐大，操作復(fù)雜，開工燒嘴容易出現(xiàn)故障；尤為重要的是，當(dāng)煤粉燒嘴因故跳車時(shí)，氣化爐必須停爐、降溫、置換，然后重新點(diǎn)火，耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力。第二種點(diǎn)火方式能夠在低壓條件下點(diǎn)火，并升溫、升壓，達(dá)到一定條件后，可以投運(yùn)煤粉燒嘴；當(dāng)煤粉燒嘴跳車后，點(diǎn)火燒嘴依然在運(yùn)行，可以在系統(tǒng)修復(fù)后，繼續(xù)投運(yùn)煤粉燒嘴，因此具有一定的先進(jìn)性。但是，從目前的運(yùn)行效果來看，也存在一些問題。第一種問題是點(diǎn)火燒嘴容易燒損，同時(shí)目前點(diǎn)火燒嘴采用高壓點(diǎn)火器，點(diǎn)火穩(wěn)定性、可重復(fù)性差，點(diǎn)火能量較低(2J左右)，不耐水、不耐污，會造成延緩點(diǎn)燃?xì)怏w甚至不能點(diǎn)燃?xì)怏w的情況。第二種問題是由于著火點(diǎn)靠近點(diǎn)火燒嘴噴頭端面，火焰貼壁，長時(shí)間運(yùn)行易導(dǎo)致燒損，故點(diǎn)火燒嘴外部端面處需要設(shè)置水冷夾套，例如有的點(diǎn)火燒嘴需要從外到內(nèi)設(shè)置3層水冷夾套，中間的水冷夾套即設(shè)置在點(diǎn)火燒嘴的煤粉通道和氧化劑通道之間。這樣，煤粉通道及氧化劑通道之間就會留有一定的距離，從氧化劑通道中流出的氧化劑(例如氧氣)與從煤粉通道中流出的煤粉需要在從點(diǎn)火燒嘴的端部往前一段距離才有可能相遇并燃燒。由于氧化劑進(jìn)入氣化爐后空間迅速放大，導(dǎo)致氧化劑的流速迅速衰減，當(dāng)氧化劑與煤粉相遇時(shí)氧化劑傳遞給煤粉的動(dòng)能也迅速下降，導(dǎo)致氧化劑與煤粉的混合物流動(dòng)能不足并且較彌散，無法控制火焰直徑，燃燒后產(chǎn)生的高溫火焰容易沖刷爐膛壁面，或者過于靠近爐膛壁面，導(dǎo)致爐膛壁面熱負(fù)荷過高而燒損膜式水冷壁。
[0005]另外，為了監(jiān)測氣化爐內(nèi)的火焰燃燒情況，一般會通過點(diǎn)火燒嘴的中心氮?dú)馔ǖ涝O(shè)置火焰檢測系統(tǒng)，但由于燒嘴端部溫度較高(氣化爐運(yùn)行過程中的正常溫度為1450-1650°C )，一般沒有攝像頭能承受該溫度，故目前的火焰檢測系統(tǒng)僅能對是否有火焰進(jìn)行檢測，而無法檢測火焰溫度，更無法觀測到火焰圖像。在氣化爐運(yùn)行過程中，無法判斷點(diǎn)火失敗是電氣的點(diǎn)火器發(fā)生了問題、儀表的火檢檢測不到火焰、還是工藝介質(zhì)不合格導(dǎo)致的。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的是將點(diǎn)火燒嘴與煤粉燒嘴進(jìn)行優(yōu)化組合，從而提供一種新型的干煤粉氣化組合燒嘴，無需將燒嘴多次插入或拔出，同時(shí)克服無法控制燃燒火焰直徑以及由此產(chǎn)生的容易燒損膜式水冷壁的問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取了如下的技術(shù)方案:
[0008]本實(shí)用新型提供了一種干煤粉氣化組合燒嘴，包括煤粉燒嘴和點(diǎn)火燒嘴。所述煤粉燒嘴從外向內(nèi)依次包括第一水冷夾套、煤粉通道、第一氧化劑通道和內(nèi)筒，所述煤粉通道與所述第一氧化劑通道直接相鄰，所述煤粉通道在靠近向火端處逐漸向所述煤粉燒嘴的軸線方向收縮。所述第一水冷夾套包括第一進(jìn)水通道、窗式冷卻水槽和第一出水通道，所述第一進(jìn)水通道通過所述窗式冷卻水槽與所述第一出水通道連通，所述窗式冷卻水槽在所述煤粉燒嘴的向火端螺旋盤繞。所述點(diǎn)火燒嘴設(shè)在所述煤粉燒嘴的內(nèi)筒內(nèi)，所述點(diǎn)火燒嘴從外向內(nèi)依次包括第二水冷夾套、第二氧化劑通道、燃料通道和中心氮?dú)馔ǖ溃诳拷蚧鸲颂幵谒鋈剂贤ǖ篮退鲋行牡獨(dú)馔ǖ乐g設(shè)有點(diǎn)火器。
[0009]優(yōu)選地，所述窗式冷卻水槽螺旋盤繞3、4或5圈。
[0010]優(yōu)選地，所述第一氧化劑通道在靠近向火端處還設(shè)有旋流葉片，使氧化劑從所述第一氧化劑通道流出時(shí)具備高速、高旋流的氣流狀態(tài)，從而可以在與煤粉混合時(shí)對其進(jìn)行拽引、剪切和霧化，使煤粉與氧化劑混合更充分均勻。
[0011]優(yōu)選地，所述煤粉通道包括煤粉出口通道和煤粉入口通道，所述煤粉出口通道設(shè)在向火端，所述煤粉入口通道設(shè)在背火端，所述煤粉入口通道通過連接端與所述煤粉出口通道相通。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述煤粉入口通道為3、4或5個(gè)，沿所述煤粉燒嘴的周向均勻分布，例如當(dāng)所述煤粉入口通道為3個(gè)時(shí)，這3個(gè)煤粉入口通道彼此呈120°。當(dāng)然，所述煤粉出口通道及煤粉入口通道為一體結(jié)構(gòu)也可以，即所述煤粉通道總體呈環(huán)筒狀。
[0012]優(yōu)選地，所述煤粉出口通道在向火端逐漸收縮，所述煤粉出口通道的內(nèi)壁在向火端與所述煤粉燒嘴的軸線的夾角為15°?40°，進(jìn)一步優(yōu)選為20°?35°，例如22°、27°、30°或33°，使得煤粉從所述煤粉出口通道出來后能夠迅速與從所述第一氧化劑通道中流出的氧化劑混合，從而煤粉能夠從氧化劑中獲得更多的動(dòng)能并且湍動(dòng)更強(qiáng)。
[0013]優(yōu)選地，所述點(diǎn)火器為點(diǎn)火能量在30J以上的點(diǎn)火器(即帶有蓄能裝置的高能點(diǎn)火器)，所述點(diǎn)火器為中空結(jié)構(gòu)并套在所述中心氮?dú)馔ǖ赖南蚧鸲?，由于所述高能點(diǎn)火器的點(diǎn)火能量明顯高于傳統(tǒng)點(diǎn)火燒嘴中采用的高壓點(diǎn)火器(2J左右)，保證了點(diǎn)火器在低溫、潮濕、沾污環(huán)境中穩(wěn)定點(diǎn)火，同時(shí)中空的結(jié)構(gòu)又能夠保證氮?dú)鈴狞c(diǎn)火器中心穿過。
[0014]優(yōu)選地，所述干煤粉氣化組合燒嘴還包括用于監(jiān)測火焰燃燒情況的火焰檢測系統(tǒng)，所述火焰檢測系統(tǒng)安裝在組合燒嘴背火端，所述火焰檢測系統(tǒng)包括用于檢測火焰的火焰檢測器和用于提供火焰視頻和火焰溫度的火焰成像和測溫系統(tǒng)。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述火焰檢測系統(tǒng)和所述中心氮?dú)馔ǖ乐g設(shè)有隔離窗。
[0015]本實(shí)用新型的干煤粉氣化組合燒嘴將煤粉燒嘴和點(diǎn)火燒嘴合二為一，使得操作簡單，提高了煤粉與氧化劑的混合程度及湍動(dòng)動(dòng)能，有效控制了火焰直徑，避免了燒損膜式水冷壁的情況，提高了氣化爐的可靠性與安全性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的干煤粉氣化組合燒嘴的截面圖；
[0017]圖2為圖1中所示的點(diǎn)火燒嘴的放大圖；
[0018]圖3為本實(shí)用新型的干煤粉氣化組合燒嘴運(yùn)行的效果說明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案做詳細(xì)描述。
[0020]如圖1所示，本實(shí)用新型的干煤粉氣化組合燒嘴包括煤粉燒嘴I和點(diǎn)火燒嘴2。煤粉燒嘴I主體呈筒狀，由外向內(nèi)依次包括第一水冷夾套、煤粉通道、第一氧氣通道7和內(nèi)筒，其中第一水冷夾套包括第一進(jìn)水通道3、第一出水通道4和窗式冷卻水槽5,第一進(jìn)水通道3通過窗式冷卻水槽5與第一出水通道4連通，窗式冷卻水槽5在煤粉燒嘴I的向火端螺旋盤繞4圈。所述煤粉通道從向火端到背火端分別包括煤粉出口通道9及3個(gè)煤粉入口通道6，3個(gè)煤粉入口通道6沿煤粉燒嘴I的周向均勻分布，即彼此呈120°，煤粉出口通道9為與煤粉燒嘴I同軸線的環(huán)形通道，但煤粉出口通道9在靠近向火端處內(nèi)壁逐漸向軸線方向收縮，與煤粉燒嘴I的軸線呈25° (即圖1中的α角)。煤粉入口通道6通過連接端8與煤粉出口通道9相通。第一進(jìn)水通道3、第一出水通道4、第一氧氣通道7及煤粉出口通道9主體成環(huán)形的筒狀。第一氧氣通道7與煤粉通道直接相鄰，即二者中間沒有冷卻用的水冷夾套。在第一氧氣通道7的靠近向火端處設(shè)有旋流葉片11,在第一氧氣通道7中流動(dòng)的氧氣在經(jīng)過旋流葉片11后便具備了高速、高旋流的氣流狀態(tài)。點(diǎn)火燒嘴2插入煤粉燒嘴I的內(nèi)筒中。
[0021]點(diǎn)火燒嘴2的結(jié)構(gòu)見圖2，從外向內(nèi)依次包括第二進(jìn)水通道21、第二出水通道22、第二氧氣通道23、燃料通道24和中心氮?dú)馔ǖ?5，在靠近向火端處在燃料通道24和中心氮?dú)馔ǖ?5之間設(shè)有高能點(diǎn)火器26，第二進(jìn)水通道21及第二出水通道22構(gòu)成第二水冷夾套。第二進(jìn)水通道21、第二出水通道22、第二氧氣通道23和燃料通道24主體呈環(huán)形的筒狀。高能點(diǎn)火器26帶有蓄能裝置，點(diǎn)火能量可以達(dá)到30J或更高，為中空結(jié)構(gòu)，中心氮?dú)馔ǖ?5穿過高能點(diǎn)火器26的中空通道與氣化爐連通。從第二氧氣通道23中流出的氧氣與從燃料通道24中流出的液化石油氣在點(diǎn)火燒嘴2的出口處強(qiáng)化混合，由高能點(diǎn)火器26點(diǎn)火引燃，從而開始對氣化爐進(jìn)行升溫升壓，在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)將液化石油氣更換為甲醇裝置引過來的高壓燃?xì)狻?br> [0022]第一進(jìn)水通道3和第一出水通道4之間通過窗式冷卻水槽5連通，當(dāng)冷卻水流經(jīng)螺旋盤繞的窗式冷卻水槽5時(shí)，通過高速螺旋流動(dòng)，冷卻水可減薄甚至破壞湍流流動(dòng)的向火面層流底層，提高換熱效果，有效保護(hù)燒嘴向火面，提高組合燒嘴的使用壽命及連續(xù)運(yùn)行時(shí)間，為氣化爐長周期穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造必要條件。采用該方式冷卻后的向火面溫度只比冷卻水溫度高100-150°C。也正是由于窗式冷卻水槽出色的冷卻效果，本實(shí)用新型的組合燒嘴僅需要在煤粉燒嘴I和點(diǎn)火燒嘴2中分別設(shè)置一個(gè)水冷夾套就能實(shí)現(xiàn)足夠的冷卻效果，由此在第一氧氣通道7和煤粉通道之間不必再額外設(shè)置一個(gè)水冷夾套，從而使得從煤粉出口通道9與第一氧氣通道7緊密靠近，從二者中流出的煤粉射流與氧氣射流能夠在出口處立即混合。[0023]在正常生產(chǎn)過程中，為防止煤粉燒嘴I火焰熄滅，點(diǎn)火燒嘴2需保持連續(xù)運(yùn)行。將待氣化的煤粉通過3個(gè)煤粉入口通道6輸送進(jìn)環(huán)筒形的煤粉出口通道9中進(jìn)行自混，然后沿逐漸向煤粉燒嘴I的軸線方向收縮的煤粉出口通道9的壁流至煤粉燒嘴I的口部并與第一氧氣通道7流出的高速、高旋流的氧氣立即充分混合，此時(shí)氧氣動(dòng)能衰減程度較低，由此煤粉射流被氧氣射流拽引、剪切和霧化，如圖3所示，既能夠保證煤粉射流具備足夠旋轉(zhuǎn)動(dòng)量，又有效控制了煤粉射流旋轉(zhuǎn)直徑D1，保證Dl小于爐膛12的直徑D2，在不斷提高碳轉(zhuǎn)化率，達(dá)到所需燃燒溫度的基礎(chǔ)上，有效保護(hù)了爐膛壁面，避免了膜式水冷壁被燒損，提高了氣化爐的安全性與可靠性。
[0024]同時(shí)，干煤粉氣化組合燒嘴還包括一體化火焰檢測系統(tǒng)30，一體化火焰檢測系統(tǒng)30安裝在點(diǎn)火燒嘴尾部(即背火端)，通過耐壓的玻璃透鏡29將一體化火焰檢測系統(tǒng)與中心氮?dú)馔ǖ栏綦x開，從而有效保護(hù)火焰檢測系統(tǒng)。一體化火焰檢測系統(tǒng)30依據(jù)的是普朗克能量定律，采用雙色測溫和火焰強(qiáng)度匹配的方法進(jìn)行測溫。一體化火焰檢測系統(tǒng)30通過對在玻璃透鏡29上采集到的火焰光譜信號進(jìn)行分離處理，一路光信號給火焰檢測器27用于提供火焰檢測信號(開關(guān)量用于聯(lián)鎖，模擬量用于顯示火焰強(qiáng)度)；一路光信號給火焰成像和測溫系統(tǒng)28用于提供火焰視頻和火焰溫度。最后將這三種火焰信息集成傳輸至控制系統(tǒng)，為氣化爐的正常穩(wěn)定運(yùn)行提供了一種實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備。
[0025]上述實(shí)施例僅供說明本實(shí)用新型之用，而并非是對本實(shí)用新型的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)屬于本實(shí)用新型的范疇，本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍應(yīng)由各權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種干煤粉氣化組合燒嘴，其特征在于，所述干煤粉氣化組合燒嘴包括煤粉燒嘴和點(diǎn)火燒嘴； 所述煤粉燒嘴從外向內(nèi)依次包括第一水冷夾套、煤粉通道、第一氧化劑通道和內(nèi)筒，所述煤粉通道與所述第一氧化劑通道直接相鄰，所述煤粉通道在靠近向火端處逐漸向所述煤粉燒嘴的軸線方向收縮； 所述第一水冷夾套包括第一進(jìn)水通道、窗式冷卻水槽和第一出水通道，所述第一進(jìn)水通道通過所述窗式冷卻水槽與所述第一出水通道連通，所述窗式冷卻水槽在所述煤粉燒嘴的向火端螺旋盤繞； 所述點(diǎn)火燒嘴設(shè)在所述煤粉燒嘴的內(nèi)筒內(nèi)，所述點(diǎn)火燒嘴從外向內(nèi)依次包括第二水冷夾套、第二氧化劑通道、燃料通道和中心氮?dú)馔ǖ?，在靠近向火端處在所述燃料通道和所述中心氮?dú)馔ǖ乐g設(shè)有點(diǎn)火器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干煤粉氣化組合燒嘴，其特征在于，所述窗式冷卻水槽螺旋盤繞3、4或5圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干煤粉氣化組合燒嘴，其特征在于，所述第一氧化劑通道在靠近向火端處還設(shè)有旋流葉片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干煤粉氣化組合燒嘴，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，所述煤粉出口通道設(shè)在向火端，所述煤粉入口通道設(shè)在背火端，所述煤粉入口通道通過連接端與所述煤粉出口通道相通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的干煤粉氣化組合燒嘴，其特征在于，所述煤粉入口通道為3、4或5個(gè)，沿所述煤粉燒嘴的周向均勻分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的干煤粉氣化組合燒嘴，其特征在于，所述煤粉出口通道在向火端逐漸收縮，所述煤粉出口通道的內(nèi)壁在向火端與所述煤粉燒嘴的軸線的夾角為15。?40°。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的干煤粉氣化組合燒嘴，其特征在于，所述煤粉出口通道的內(nèi)壁在向火端與所述煤粉燒嘴的軸線的夾角為20°?35°。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干煤粉氣化組合燒嘴，其特征在于，所述點(diǎn)火器為點(diǎn)火能量在30J以上的點(diǎn)火器，所述點(diǎn)火器為中空結(jié)構(gòu)并套在所述中心氮?dú)馔ǖ赖南蚧鸲恕?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干煤粉氣化組合燒嘴，其特征在于，還包括用于監(jiān)測火焰燃燒情況的火焰檢測系統(tǒng)，所述火焰檢測系統(tǒng)安裝在組合燒嘴背火端，所述火焰檢測系統(tǒng)包括用于檢測火焰的火焰檢測器和用于提供火焰視頻和火焰溫度的火焰成像和測溫系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的干煤粉氣化組合燒嘴，其特征在于，所述火焰檢測系統(tǒng)和所述中心氮?dú)馔ǖ乐g設(shè)有隔離窗。
【文檔編號】C10J3/50GK203569048SQ201320632899
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】焦洪橋, 郭偉, 羅春桃, 井云環(huán), 黃斌, 雍曉靜, 侯茂林, 楊磊 申請人:神華集團(tuán)有限責(zé)任公司, 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司