浆粉耦合气化炉烧嘴的制作方法

本实用新型涉及气化技术领域，具体而言，涉及一种浆粉耦合气化炉烧嘴。

背景技术：

煤的高效、清洁利用是我国经济和社会可持续发展的战略选择，是保证我国能源稳定可靠供应以及可持续发展的重要科技基础。以煤气化为基础的能源及化工系统正在成为世界范围内高效、清洁、经济地开发和利用煤炭的热点技术和重要发展方向。煤的气化是使煤与气化剂作用，进行各种化学反应，把煤炭转变为燃料用煤气或合成用煤气。

浆粉耦合气化技术实质是在气化炉内同时喷入浆态含碳有机物和粉态含碳有机物，以减少水量带入，从而间接提高整体含碳有机物浓度，实现浆态含碳有机物和粉态含碳有机物的高效共气化。烧嘴为浆粉耦合气化炉的关键部件之一，通过它将浆态含碳有机物、粉态含碳有机物和气化剂以一定速度导入气化炉，在高速喷射的气化剂的气动力作用下，将浆态含碳有机物雾化成小液滴，并使粉态含碳有机物均匀分散，实现浆态含碳有机物、粉态含碳有机物与气化剂的充分混合，并发生化学反应。由于气化炉内反应温度高达1200℃～1400℃，压力约为1.0MPa～10MPa，因此对烧嘴要求非常高。烧嘴结构设计不当，将会导致烧嘴雾化效果差、分散不均、烧嘴端部烧蚀、烧嘴冷却系统泄漏等问题，产生严重后果。

现有的浆粉耦合气化炉中，炉体单个烧嘴一般仅注入浆态含碳有机物或者仅注入粉态含碳有机物；或者同时注入浆态含碳有机物和粉态含碳有机物，但粉态含碳有机物喷射通道设置在浆态含碳有机物喷射通道的内侧，中心高速的气化剂与粉态含碳有机物最先接触，且碰撞后速度降低，不利于外侧浆态含碳有机物的雾化，从而存在烧嘴雾化效果差、分散不均匀的问题。

技术实现要素：

鉴于此，本实用新型提出了一种浆粉耦合气化炉烧嘴，旨在目前的烧嘴的雾化效果差、分散不均匀的问题。

本实用新型提出了一种浆粉耦合气化炉烧嘴，该烧嘴包括：喷嘴本体，其具有多条通道，各通道分别为从内至外依次套设的用于输送中心气化剂的第一通道、用于输送浆态含碳有机物的第二通道、用于输送粉态含碳有机物的第三通道和用于输送外环气化剂的第四通道。

进一步地，上述浆粉耦合气化炉烧嘴中，靠近喷嘴本体的出口位置设置有用于使中心气化剂和浆态含碳有机物混合的混合区域。

进一步地，上述浆粉耦合气化炉烧嘴中，第四通道的出口的位置相较于第一通道的出口的位置更靠近喷嘴本体的出口；第四通道的出口的位置相较于第二通道的出口的位置靠近喷嘴本体的出口。

进一步地，上述浆粉耦合气化炉烧嘴中，各通道的出口均为收缩口，并且，从内至外的各收缩口所呈的夹角逐渐增大。

进一步地，上述浆粉耦合气化炉烧嘴中，第三通道的出口夹角为γ，30°≤γ≤60°；第四通道的出口夹角为δ，60°≤δ≤90°。

进一步地，上述浆粉耦合气化炉烧嘴中，第三通道内设置有使粉态含碳有机物以预设角度均匀分散的均布装置。

进一步地，上述浆粉耦合气化炉烧嘴中，均布装置为网栅结构或孔状结构。

进一步地，上述浆粉耦合气化炉烧嘴，还包括：用于对喷嘴本体进行冷却的冷却装置，其设置于喷嘴本体的外侧。

进一步地，上述浆粉耦合气化炉烧嘴中，第二通道包括：导管和喷头；其中，导管位于喷头的上方且与喷头相连通；喷头的下部的厚度大于喷头的上部的厚度。

进一步地，上述浆粉耦合气化炉烧嘴中，第二通道、第三通道和第四通道内均设置有对物料进行导流的导流装置，并且，各导流装置均靠近相对应的通道的出口。

本实用新型中，烧嘴的各个通道从内至外依次为用于输送中心气化剂的第一通道、用于输送浆态含碳有机物的第二通道、用于输送粉态含碳有机物的第三通道和用于输送外环气化剂的第四通道，即用于输送粉态含碳有机物的第三通道置于用于输送浆态含碳有机物的第二通道的外侧，中心高速的中心气化剂与浆态含碳有机物最先接触碰撞后，此时浆态含碳有机物被初步雾化，而后在粉态含碳有机物气流和外环气化剂的作用下充分雾化，均匀分散，可有效提高气化炉的气化效率和碳转化率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的内混式浆粉耦合气化炉烧嘴的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的外混式浆粉耦合气化炉烧嘴的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的内混式浆粉耦合气化炉烧嘴的又一结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的外混式浆粉耦合气化炉烧嘴的又一结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的内混式浆粉耦合气化炉烧嘴中，第二通道的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的外混式浆粉耦合气化炉烧嘴中，第二通道的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

参见图1，图中示出了本实施例提供的浆粉耦合气化炉烧嘴的优选结构。如图所示，该烧嘴包括：烧嘴本体，且烧嘴本体具有多条通道，这些通道分别为用于输送中心气化剂的第一通道1、用于输送浆态含碳有机物的第二通道2、用于输送粉态含碳有机物的第三通道3和用于输送外环气化剂的第四通道4，第一通道1、第二通道2、第三通道3和第四通道4从内至外依次套设。第四通道的出口即为喷嘴本体的出口，具体实施时，中心气化剂和外环气化剂均可以为氧气，浆态含碳有机物可以为煤浆，粉态含碳有机物可以为粉煤。

本实施例中，烧嘴的各个通道从内至外依次为用于输送中心气化剂的第一通道1、用于输送浆态含碳有机物的第二通道2、用于输送粉态含碳有机物的第三通道3和用于输送外环气化剂的第四通道4，即用于输送粉态含碳有机物的第三通道3置于用于输送浆态含碳有机物的第二通道2的外侧，中心高速的中心气化剂与浆态含碳有机物最先接触碰撞后，此时浆态含碳有机物被初步雾化，而后在粉态含碳有机物气流和外环气化剂的作用下充分雾化，均匀分散，可有效提高气化炉的气化效率和碳转化率。

上述实施例中，第二通道2、第三通道3和第四通道4内均设置有对物料进行导流的导流装置7，并且，各导流装置7均靠近相对应的通道的出口，导流装置7一方面可以对烧嘴起到支撑作用，以保证烧嘴结构的稳固，另一方面还可使物料均匀分布、改善物料流向。具体实施时，导流装置7可以位于各自相对应的通道的中下部，并且，导流装置7和与其相对应的通道出口之间的距离为该通道的长度的1/3-1/2。需要说明的是，导流装置7的结构为本领域技术人员所公知，此处不再赘述。

上述实施例中，各个通道的出口均为收缩口，其中，第二通道2、第三通道3和第四通道4均为向喷嘴本体内侧收缩的收缩口，从而使各个通道的出口处形成切向角，以使通道内的物料产生径向位移，一方面，收缩口有助于提高浆态含碳有机物的雾化效果，从而提高气化炉的气化效率和碳转化率；另一方面，由于物料在通道的出口的摩擦最为严重，该结构可提高气化烧嘴的使用寿命。从内至外的各收缩口所呈的夹角依次为α、β、γ和δ，且各夹角之间具有一定的大小关系，例如，α＜β＜γ＜δ。由于浆态含碳有机物的雾化主要依赖中心气化剂、以及粉态含碳有机物气流和外环气化剂的混合夹击，粉态含碳有机物气流在外环气化剂的作用下动能增加，可对浆态含碳有机物起到剪切雾化的效果，为了增加粉态含碳有机物与外环气化剂的混合及动量传力效果，第三通道3的出口夹角为30°≤γ≤60°，第四通道4的出口夹角为60°≤δ≤90°，在该结构下，浆态含碳有机物可达到最佳的剪切、雾化、分散效果；另外，20°≤α≤45°。

上述实施例中，靠近喷嘴本体的出口的位置设置有混合区域5，以使中心气化剂和浆态含碳有机物进行混合。混合区域5可以为内混式也可以外混式，具体实施时，第四通道4的出口的位置与第一通道1的出口的位置相比较，第四通道4的出口的位置更靠近喷嘴本体的出口，即如图1所示，第四通道4的出口的位置低于第一通道1的出口的位置，第一通道1的出口与第二通道2的出口之间的区域形成混合区域5。

第四通道4的出口与第一通道1的出口之间的距离为X，参见图1，当30mm≤X≤70mm时，混合区域5为内混式，第一通道1输送的中心气化剂与第二通道2输送的浆态含碳有机物在混合区域5内以一定交角相互撞击，实现预混合，在高速气流的冲击、碰撞和携带作用下，浆态含碳有机物与中心气化剂在这里发生湍混，浆态含碳有机物与中心气化剂的质点除了有向前的运动外，还产生径向位移，高黏度含碳物质被初步雾化；随后中心气化剂、水、浆态含碳有机物颗粒的混合湍流竖直向下喷出混合区域5时，首先与携带粉态含碳有机物的高压CO2相遇，第三通道的出口为缩口会导致粉态含碳有机物在出口处速度加快，携带粉态含碳有机物的高压CO2利用缩口的导向，从而斜向下与混合区域5内的混合物相撞击，从而对浆态含碳有机物进行二次雾化，最后被二次雾化的浆态含碳有机物颗粒和粉态含碳有机物混合物与外环气化剂在喷嘴本体的出口处相遇，已经被二次雾化的浆态含碳有机物被第四通道4喷出的外环气化剂进一步冲散，气液固三相流之间发生剧烈碰撞、合并、穿插和分离，从而实现了气化剂、浆态含碳有机物和粉态含碳有机物之间的充分混合，同时也实现了浆态含碳有机物的充分雾化、以及粉态含碳有机物的均匀分散。

参见图2，当5mm≤X≤20mm时，混合区域5为外混式，第一通道1输送的中心气化剂与第二通道2输送的浆态含碳有机物、第三通道3输送的粉态含碳有机物和第四通道4输送的外环气化剂在喷嘴本体的出口处以一定交角相遇，并在烧嘴前端产生相互撞击，在高速气流的冲击、碰撞和携带作用下，气液固三相流之间发生剧烈碰撞、合并、穿插和分离，从而实现了气化剂、浆态含碳有机物和粉态含碳有机物之间的充分混合，同时也实现了浆态含碳有机物的充分雾化、以及粉态含碳有机物的均匀分散。

上述实施例中，第一通道1、第二通道2和第三通道3中，位于外侧的通道的出口的位置相较于位于内侧的通道的出口的位置更靠近喷嘴本体的外侧，即如图1所示，位于外侧的通道的出口的位置低于位于内侧的通道的出口的位置，第三通道3的出口的高度与第四通道4的出口的高度相同，其中，第二通道2的出口与第四通道4的出口之间的距离为Y，第二通道2的出口为中心气化剂和被初次雾化的浆态含碳有机物的混合物料出口，第三通道3的出口为中心气化剂、粉态含碳有机物和被进一步雾化的浆态含碳有机物的混合物料出口，第四通道4的出口为中心气化剂、粉态含碳有机物、外环气化剂和被更进一步雾化的浆态含碳有机物的混合物料出口。具体实施时，5mm≤Y≤10mm，以减小物料对烧嘴头部的磨蚀，并保证物料的充分雾化和分散。

上述实施例中，第三通道3内设置有均布装置6，以使粉态含碳有机物以预设角度均匀分散，并且，均布装置6设置于第三通道3的出口。具体实施时，均布装置6为网栅结构或孔状结构，均布装置6的底部与第三通道3的出口之间的距离等于第三通道3的出口与第二通道2的出口之间的距离Y。

上述各实施例中，喷嘴本体的外侧设置有对喷嘴本体进行冷却的冷却装置8。参见图3，冷却装置8可以包括冷却盘管81，且盘设于位于第四通道4的外侧，具体实施时，第四通道4的底部的外壁开设有冷却腔85，冷却水进水管86通过冷却腔85与冷却盘管81相连通，以向冷却盘管81内输送冷却剂。参见图4，冷却装置8还可以包括：夹套82，其套设于第四通道4外，和/或设置于第四通道4和第三通道3之间。夹套82可以包括底部相连通的进水通道83和回水通道84，每个夹套82的进水通道83和回水通道84从内至外依次设置。具体实施时，可以单独采用冷却盘管81或单独采用夹套82进行冷却。需要说明的是，冷却盘管81和夹套82可应用于内混式浆粉耦合气化炉烧嘴，也可应用于外混式浆粉耦合气化炉烧嘴。

上述各实施例中，第二通道2可以包括：导管21和喷头22。其中，导管21位于喷头22的上方且与喷头22相连通，喷头22的出口为向喷嘴本体内侧收缩的收缩口，以使浆态含碳有机物产生径向位移，增强浆态含碳有机物的冲击雾化效果。参见5和图6，为减轻由于该喷头22出口管径的缩小，浆态含碳有机物对通道内壁的冲刷和磨蚀，以及为了延长烧嘴使用寿命，喷头22的下部的厚度大于喷头22的上部的厚度，具体实施时，喷头22的管材厚度从上至下均匀增加。喷头22管材最薄的部位的厚度为D1，最厚的部位的厚度为D2，具体实施时，当混合区域5为内混式时，D2＝(1.2-1.5)D1；当混合区域5为外混式时，D2＝(1.1-1.2)D1。需要说明的是，喷嘴本体的各个通道都可以由相连通的导管和喷头构成。

本实施例中，烧嘴的各个通道从内至外依次为用于输送中心气化剂的第一通道、用于输送浆态含碳有机物的第二通道、用于输送粉态含碳有机物的第三通道和用于输送外环气化剂的第四通道，即用于输送粉态含碳有机物的第三通道置于用于输送浆态含碳有机物的第二通道的外侧，中心高速的中心气化剂与浆态含碳有机物最先接触碰撞后，此时粉态含碳有机物被初步雾化，而后在粉态含碳有机物气流和外环气化剂的作用下充分雾化，均匀分散，可有效提高气化炉的气化效率和碳转化率。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。