一种复合式煤粉气化烧嘴及其使用方法与流程

[0001]
本发明涉及煤粉气化用燃烧设备技术领域，具体是一种复合式煤粉气化烧嘴及其使用方法。


背景技术：

[0002]
目前用于煤粉气化技术上的燃烧设备主要有以下5种：（1）壳牌煤气化技术，其特点是点火、开工、工艺运行三个功能分别由三种燃烧设备独立完成，其中工艺运行燃烧设备（通常称为工艺烧嘴）水平安装于炉子周围，均匀分布4支或6支（目前国内已有装置布置方式）。点火燃烧设备（通常称为点火烧嘴或辅助烧嘴）水平安装于炉子侧面，垂直位置与工艺烧嘴相同，具有自动点火和火焰检测功能，并配有独立的执行装置，用于将点火烧嘴推进炉膛和拉出炉膛。其炉膛入口处安装有阀门和密封装置，用于密封此入口。开工燃烧设备（通常称为开工烧嘴或升温烧嘴）在点火烧嘴上方布置，并以一定角度向下伸入炉膛，其中心线与点火烧嘴中心线相交于炉膛内部，开工烧嘴也配有与点火烧嘴相同的执行装置、阀门和密封装置，功能相同。使用时，工艺烧嘴已安装到位，点火烧嘴和开工烧嘴伸入炉膛，两个阀门处于打开位置，点火烧嘴开始工作，点燃开工烧嘴，待炉膛压力提高至规定压力后启动工艺烧嘴，随后点火烧嘴和工艺烧嘴先后退出炉膛，阀门关闭。壳牌技术原理先进，操作方便，但是过程过于繁琐，实际使用问题较多，维护成本相对较大。点火烧嘴才用气体燃料（液化气lpg），开工烧嘴才用液体燃料（柴油），带有两套水冷却系统。工艺烧嘴带有一套水冷却系统。
[0003]
（2）科林煤气化技术，其特点是点火、开工和火焰检测功能集成到一直烧嘴上（通常称为点火开工一体化烧嘴，一下简称点火烧嘴），置于炉子顶部中心垂直向下安装，其周围布置三台工艺烧嘴垂直向下安装。其点火烧嘴结构复杂，采用紫外火检，点火燃料气和开工燃料气从同一喷嘴喷出，氧气分别通过两个喷嘴喷出，并带有两套水冷却系统。工艺烧嘴结构复杂，为两通道水冷却型，中心通道为氧气通道并带有旋流叶片，环隙通道为煤粉通道，煤粉通道为旋流通道，通过几根金属棒盘旋而成，形状类似弹簧，加工复杂，其外部和内部分别布置一套水冷却系统。使用时，首先点燃点火烧嘴，由于点火烧嘴的燃料气喷嘴同时具备点火和升温功能，而两个功能所系的燃料气量不是一个数量级，所以在点火和升温功能切换时存在操作困难的问题，需要实时根据火焰检测器的信号调整，如果操作不好，容易出现熄火等故障，造成安全隐患，此种结构烧嘴的使用寿命与操作水平密切相关，如果点火状态和升温状态不能够快速顺利切换，容易造成烧嘴头的迅速损坏。工艺烧嘴由于是三台烧嘴置于炉顶，加上点火烧嘴一共四台烧嘴，对于炉顶的狭小空间而言，这四台烧嘴的安装和拆卸是比较困难的。其优点在于其操作过程没有了壳牌技术的密封装置、阀门和执行机构，简化了系统，但对操作者提出了更高的要求。
[0004]
（3）西门子gsp煤气化技术，其特点是将点火、开工和工艺运行功能集中于一台烧嘴上（通常称为一体化烧嘴），并且具备类似于科林煤气化技术的火焰检测功能，相比科林技术，其进一步简化了设备的结构，但是对于操作者的要求进一步提高。其中心通道为点火
通道（包括燃料气通道和氧气通道），其外配有冷却水系统，再往外分别是工艺氧气通道、冷却水系统、煤粉通道、冷却水系统。其工艺氧气通道出口处配有旋流叶片，煤粉通道有多跟对称分布的煤粉管道旋转盘绕至烧嘴出口，结构相对科林烧嘴简单。使用时，先点火，此时点火通道工作，火焰检测器监控火焰，然后煤通道通入升温燃料气，工艺氧气入口通入氧气，然后煤通道切入煤粉氧气量根据煤粉的通入量调整，随着煤粉量的增加减小煤通道中燃料气的量。西门子gsp煤气化技术在使用过程中没有明显的点火、开工、工艺运行的三个过程，操作起来相当复杂和困难，所以在该装置首次运行时费尽周折。
[0005]
（4）航天炉ht-l煤气化技术，其结构是在西门子gsp煤气化技术上加以改进而来，其结构比较复杂，与西门子gsp相比较，其缺少火焰检测功能，但是增加了开工通道，使其在操作上大大简化，但是结构复杂，体积较大，成本较高。
[0006]
（5）西安热工院两段式煤气化技术，其特点相对于壳牌煤气化技术，煤粉通过炉子两个高度位置进入炉膛，两个位置的工艺烧嘴均为水平安装，点火烧嘴和工艺烧嘴的结构和工作方法与壳牌相同。
[0007]
综上所述现有的煤粉气化烧嘴中，均为煤粉气化燃烧器，存在无法直接处理废气废液的问题，故现提供一种复合式煤粉气化烧嘴及使用方法，通过使用本技术产品为通过气化工艺处理废气废液提供新的途径。


技术实现要素：

[0008]
本发明的目的在于提供一种复合式煤粉气化烧嘴，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0009]
为实现上述目的，本发明提供如下一种技术方案：一种复合式煤粉气化烧嘴，包括：喷口部和输料部；喷口部包括点火喷口，所述点火喷口的外侧依次同心设置第一粉煤灰喷口、第一氧气喷口、第一屏蔽气喷口、第二氧气喷口和第二屏蔽气喷口。
[0010]
作为本发明进一步的方案：所述输料部包括设置在中心的点火通道；所述点火通道外侧依次套设有粉煤灰通道、氧气通道和屏蔽气通道，屏蔽气通道与第一屏蔽气喷口和第二屏蔽气喷口连通，氧气通道与第一氧气喷口和第二氧气喷口连通。
[0011]
作为本发明进一步的方案：所述粉煤灰通道上设置有粉煤灰入口，用于向粉煤灰通道内部输送煤粉或者其他需要燃烧的介质，并且粉煤灰入口为单个入口或多个入口。
[0012]
作为本发明再进一步的方案：所述喷口部和输料部之间设置有分布器。
[0013]
作为本发明再进一步的方案：所述分布器中间位置设置有第三通孔，所述第三通孔外侧依次同心设置有第二通孔和第一通孔，所述第二通孔和第一通孔之间设置有第三出口；所述第三通孔套设在点火通道外侧，且间隙设置，第三通孔与点火通道外侧围成粉煤灰通道；点火喷口与点火通道连通；所述第二通孔和第一通孔分别将第一氧气喷口和第二氧气喷口与氧气通道连通。
[0014]
作为本发明再进一步的方案：所述第二通孔72和第一通孔73均为多个周向布置的圆孔组成。
[0015]
作为本发明再进一步的方案：所述分布器固定套设在氧气通道端部，且设置于屏蔽气通道内部，屏蔽气通道中输送的屏蔽气通过分布器外侧与屏蔽气通道内壁围成区域与
第二屏蔽气喷口连通，同时分布器内部还设置有将分布器外侧与第三出口连通的连通孔，所述第三出口与第一屏蔽气喷口连通。
[0016]
作为本发明再进一步的方案：所述屏蔽气通道外侧还套设有冷却水通道，冷却水通道内部输入循环的冷却水，水冷却通道与蒸汽通道之间设置有空气夹层。
[0017]
作为本发明再进一步的方案：还包括温度传感器。
[0018]
作为本发明再进一步的方案：所述温度传感器固定安装在输料部，且其探头设置在喷口部。
[0019]
本发明提供如下另一种技术方案：一种复合式煤粉气化烧嘴的使用方法，包括以下步骤：向点火通道内部通入点火空气和点火燃气，进行点火；向屏蔽气通道内部通入开工燃料气，向氧气通道内部通入开工氧气，开工火焰被点燃；停止向点火通道内部通入点火空气和点火燃气，点火火焰熄灭，向粉煤灰通道内部通入工艺煤粉，向氧气通道内部通入氧气，煤粉火焰被开工火焰点燃；停止向屏蔽气通道内部通入开工燃气，停止向氧气通道内部通入开工氧气，同时向屏蔽气通道内部通入屏蔽气体或者废气废液。
[0020]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过点火喷口喷出点火气体，进行点燃，第一粉煤灰喷口喷出粉煤灰，第一氧气喷口和第二氧气喷口喷出氧气、第一屏蔽气喷口和第二屏蔽气喷口喷出屏蔽气体，进行燃烧；通过设置第一氧气喷口、第一屏蔽气喷口、第二氧气喷口和第二屏蔽气喷口将喷出的氧气与屏蔽气体进行交叉，进而使得氧气更加分散，使得煤粉能够更加均匀的与氧气进行混合，使得燃烧更加充分；再者可以在燃烧过程中向第一屏蔽气喷口和第二屏蔽气喷口中喷出废气或者液体废料，达到处理工业废气和废液的目的。本发明通过气化工艺处理废气废液提供新的途径。
附图说明
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图1为复合式煤粉气化烧嘴的结构示意图。
[0022]
图2为复合式煤粉气化烧嘴中喷口部的结构示意图。
[0023]
图3为复合式煤粉气化烧嘴中分布器的结构示意图。
[0024]
图4为复合式煤粉气化烧嘴中喷口部的点火过程状态图。
[0025]
图5为复合式煤粉气化烧嘴中喷口部的开工过程状态图。
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图6为复合式煤粉气化烧嘴中喷口部的开工投料过程状态图。
[0027]
图7为复合式煤粉气化烧嘴中喷口部的工艺投料过程状态图。
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图中：点火喷口-1、第一粉煤灰喷口-2、第一氧气喷口-3、第一屏蔽气喷口-4、第二氧气喷口-5、第二屏蔽气喷口-6、分布器-7、温度传感器-11、冷却水出口-13、冷却水入口-14、屏蔽气入口-15、氧气入口-16、粉煤灰入口-17、点火空气入口-18、点火燃气入口-19、点火通道-20、粉煤灰通道-21、氧气通道-22、屏蔽气通道-23、冷却水通道-24、空气夹层-25、第三通孔-71、第二通孔-72、第一通孔-73、第三出口-74、连通孔-75。
具体实施方式
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下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，其中包括并不限于增加煤粉通道及煤粉喷口的数量等。
[0030]
如图1-2所示，为本发明实施例提供的一种复合式煤粉气化烧嘴的结构图，包括：喷口部和输料部；喷口部包括点火喷口1，所述点火喷口1的外侧依次同心设置第一粉煤灰喷口2、第一氧气喷口3、第一屏蔽气喷口4、第二氧气喷口5和第二屏蔽气喷口6。
[0031]
在本发明实施例中，通过点火喷口1喷出点火气体，进行点燃，第一粉煤灰喷口2喷出粉煤灰，第一氧气喷口3和第二氧气喷口5喷出氧气、第一屏蔽气喷口4和第二屏蔽气喷口6喷出屏蔽气体，进行燃烧；通过设置第一氧气喷口3、第一屏蔽气喷口4、第二氧气喷口5和第二屏蔽气喷口6将喷出的氧气与屏蔽气体进行交叉，进而使得氧气更加分散，使得煤粉能够更加均匀的与氧气进行混合，使得燃烧更加充分；再者可以在燃烧过程中向第一屏蔽气喷口4和第二屏蔽气喷口6中喷出废气或者液体废料，达到处理工业废气和废液的目的。
[0032]
为了能够为喷口部提供原料，因此所述输料部包括设置在中心的点火通道20；所述点火通道20外侧依次套设有粉煤灰通道21、氧气通道22和屏蔽气通道23，屏蔽气通道23与第一屏蔽气喷口4和第二屏蔽气喷口6连通，氧气通道22与第一氧气喷口3和第二氧气喷口5连通。该设置使得喷嘴部结构更加简单。
[0033]
所述喷口部和输料部之间设置有分布器7。设置分布器7用于将喷口部各个喷口与输料部各个流道连通。
[0034]
如图3所示，作为本发明的一种优选实施例，所述分布器7中间位置设置有第三通孔71，所述第三通孔71外侧依次同心设置有第二通孔72和第一通孔73，所述第二通孔72和第一通孔73之间设置有第三出口74；所述第三通孔71套设在点火通道20外侧，且间隙设置，第三通孔71与点火通道20外侧围成粉煤灰通道。
[0035]
点火喷口1与点火通道20连通；所述第二通孔72和第一通孔73分别将第一氧气喷口3和第二氧气喷口5与氧气通道22连通；所述分布器7固定套设在氧气通道22端部，且设置于屏蔽气通道23内部，屏蔽气通道23中输送的屏蔽气通过分布器7外侧与屏蔽气通道23内壁围成区域与第二屏蔽气喷口6连通，同时分布器7内部还设置有将分布器7外侧与第三出口74连通的连通孔75，所述第三出口74与第一屏蔽气喷口4连通。具体，第三通孔71与点火通道20外侧围成粉煤灰通道，输送粉煤灰通过第一粉煤灰喷口2喷出。点火通道20中的点火气体输送至点火喷口1中喷出；第一通孔73和第二通孔72将氧气通道22中的氧气分别输送至第一氧气喷口3和第二氧气喷口5喷出；连通孔75将屏蔽气通道23中的屏蔽气体输出至第一屏蔽气喷口4喷出。通过设置分布器7实现了氧气与屏蔽气的交叉输出。
[0036]
所述第二通孔72和第一通孔73均为多个周向布置的圆孔组成。
[0037]
为了能够对本发明进行冷却，因此所述屏蔽气通道23外侧还套设有冷却水通道24，冷却水通道24内部输入循环的冷却水，进而烧嘴进行冷却。
[0038]
所述屏蔽气通道23和冷却水通道24之间设置有空气夹层25。
[0039]
所述点火通道20上设置有点火空气入口18和点火燃气入口19，设置点火空气入口18和点火燃气入口19用于向点火通道20内部输送点火空气和点火燃气。
[0040]
所述粉煤灰通道21上设置有粉煤灰入口17，用于向粉煤灰通道21内部输送煤粉或
者其他需要燃烧的介质，并且粉煤灰入口17可为单个入口，也可为多个入口。
[0041]
所述氧气通道22上设置有氧气入口16，用于向氧气通道22内部输送氧气。
[0042]
所述屏蔽气通道23上设置有屏蔽气入口15，用于向屏蔽气通道23内部输送屏蔽气或者需要处理的废气、废液。
[0043]
所述粉煤灰通道21、氧气通道22和屏蔽气通道23为环形，优选的可以为圆环状，也可以为其他环状。
[0044]
所述点火通道20可以为一个圆管或者其他管道组成，所述粉煤灰通道21、氧气通道22和屏蔽气通道23可以为其他依次套设点火通道20外侧的圆管或者其他形状的管道组成。
[0045]
本发明还包括温度传感器11，所述温度传感器11固定安装在输料部，且其探头设置在喷口部，该设置便于测量本发明的工作温度。所述温度传感器11为热电偶。
[0046]
所述冷却水通道24上还设置有冷却水出口13和冷却水入口14，该设置便于将冷却水通道24内部注入循环的冷却液。
[0047]
如图4-7所示，本发明实施例还提供的一种复合式煤粉气化烧嘴的使用方法，包括以下步骤：向点火通道20内部通入点火空气和点火燃气，进行点火；向屏蔽气通道23内部通入开工燃料气，向粉煤灰通道21内部通入开工氧气，开工火焰被点燃；停止向点火通道20内部通入点火空气和点火燃气，点火火焰熄灭，向粉煤灰通道21内部通入工艺煤粉，向氧气通道22内部通入氧气，煤粉火焰被开工火焰点燃；停止向屏蔽气通道23内部通入开工燃气，停止向氧气通道22内部通入开工氧气，同时向屏蔽气通道23内部通入屏蔽气体或者废气废液。
[0048]
具体的：1、点火过程：将本发明安装于气化炉顶部，首先通过点火空气入口18通入点火空气，点火燃气入口19通入点火燃料气，通过高能点火器将点火火焰点燃，火焰点燃后点火烧嘴内火检探头感知火焰并输出开关量火检信号。
[0049]
2、开工过程：通过屏蔽气通道23通入开工燃料气，通过氧气通道22通入开工氧气，开工火焰被点火火焰点燃，同时升高气化炉压力和温度，在升温升压过程中，点火火焰伴烧。
[0050]
3、开工投料过程：关闭点火燃料气、点火空气，点火火焰熄灭。通过粉煤灰通道21通入工艺煤粉，通过氧气通道22通入工艺氧气，煤粉火焰被开工火焰点燃，同时升高气化炉压力和温度，在此过程中开工火焰伴烧。
[0051]
4、工艺投料过程：关闭开工燃料气、开工氧气，同时通过屏蔽气通道23通入屏蔽气体或废气废液，点火火焰熄灭。烧嘴进入工艺投料工作阶段。
[0052]
本发明通过设置第一氧气喷口3、第一屏蔽气喷口4、第二氧气喷口5和第二屏蔽气喷口6将喷出的氧气与屏蔽气体进行交叉，进而使得氧气更加分散，使得煤粉能够更加均匀的与氧气进行混合，使得燃烧更加充分；再者可以在燃烧过程中向第一屏蔽气喷口4和第二屏蔽气喷口6中喷出废气或者液体废料，达到处理工业废气和废液的目的。
[0053]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论
从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
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此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。