阅读说明：本技术 气化烧嘴、气化炉及气化方法 (Gasification burner, gasification furnace and gasification method ) 是由 赵辉 王晟 张振武 刘海峰 代正华 许建良 梁钦锋 龚欣 *** 于广锁 王亦飞 于 2019-03-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种气化烧嘴、气化炉及气化方法。所述气化烧嘴的浆体通道内设有气泡生成器,所述气泡生成器包括气体腔室,所述气体腔室的侧壁及底壁上均匀布设有文丘里管式的开孔结构,所述开孔结构沿所述气泡生成器的内壁至外壁的方向依次具有进气口、喉部和出气口,所述开孔结构的进气口的收缩角为110-160°,所述开孔结构的喉部的内径为d,且0＜d≤3.5mm,所述开孔结构的出气口的扩张角为60-100°；所述气体腔室的底壁距所述气化烧嘴的出口底面的距离为15-300mm。本发明的气化烧嘴,通过气泡生成器,掺入大量小气泡,增强浆体的不稳定性,从而促进浆体的破裂与雾化,进而提高了气化烧嘴的雾化效果及气化效率。(The invention discloses a gasification burner, a gasification furnace and a gasification method. The gasification burner comprises a gasification burner and is characterized in that a slurry channel of the gasification burner is internally provided with a bubble generator, the bubble generator comprises a gas chamber, the side wall and the bottom wall of the gas chamber are uniformly provided with Venturi tube type opening structures, the opening structures are sequentially provided with a gas inlet, a throat part and a gas outlet along the direction from the inner wall to the outer wall of the bubble generator, the contraction angle of the gas inlet of the opening structure is 110-160 degrees, the inner diameter of the throat part of the opening structure is d, d is more than 0 and less than or equal to 3.5mm, and the expansion angle of the gas outlet of the opening structure is 60-100 degrees; the distance between the bottom wall of the gas chamber and the bottom surface of the outlet of the gasification burner is 15-300 mm. According to the gasification burner disclosed by the invention, a large amount of small bubbles are doped through the bubble generator, so that the instability of slurry is enhanced, the fracture and atomization of the slurry are promoted, and the atomization effect and gasification efficiency of the gasification burner are further improved.)

气化烧嘴、气化炉及气化方法

技术领域

本发明涉及一种气化烧嘴、气化炉及气化方法。

背景技术

气化是指含煤、焦、有机固废或生物质等的气化原料在高温条件下与气化剂反应，转化为气体产物和残渣的过程。气化剂主要是水蒸气、空气、氧气或其混合气，气化反应包括了一系列均相与非均相化学反应。气化可用于生产燃料煤气、工业窑炉用气和民用燃气等，也用于制氢、冶金、合成氨、醇类和液体燃料等。

气流床气化技术高温、高压、混合好等特点代表了气化技术发展的主流方向，其处理速度更快，温度更高，有机物分解更完全，更加洁净环保。气流床气化技术是利用流体力学中射流卷吸的原理，将气化原料与气化剂通过气化烧嘴高速喷入气化炉内。气化烧嘴将气化原料雾化成为大量的小液滴，极大提高了气液接触面积，强化混合，非常有利于气化反应的充分进行。气化烧嘴对气化效率和产品成分等影响巨大，如何提升雾化效果是气流床气化技术的关键之一。

然而，现有的气化烧嘴的雾化效果仍旧不够理想，为了使得气化反应更为充分，现有的气化烧嘴的雾化效果仍须进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有的气化烧嘴的雾化效果不够理想的缺陷，而提供一种新型的气化烧嘴、气化炉及气化方法。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：

本发明提供一种气化烧嘴，所述气化烧嘴的浆体通道内设有气泡生成器，所述气泡生成器包括气体腔室，所述气体腔室的侧壁及底壁上均匀布设有文丘里管式的开孔结构，所述开孔结构沿所述气泡生成器的内壁至外壁的方向依次具有进气口、喉部和出气口，所述开孔结构的进气口的收缩角为110-160°，所述开孔结构的喉部的内径为d，且0＜d≤3.5mm，所述开孔结构的出气口的扩张角为60-100°；所述气体腔室的底壁距所述气化烧嘴的出口底面的距离为15-300mm。

上述气化烧嘴中，所述气泡生成器用于向所述浆体通道通入不与所述浆体通道内的浆体反应的气体，所述气体例如可为合成气、氮气、氢气、一氧化碳和二氧化碳中的一种或多种。

上述气化烧嘴中，所述气泡生成器的轴线较佳地与所述浆体通道的轴线重合。

上述气化烧嘴中，较佳地，所述开孔结构的喉部的内径d为0.5-3.5mm。

上述气化烧嘴中，较佳地，所述气体腔室的底壁距所述气化烧嘴的出口底面的距离为90-110mm，例如可为100mm。

上述气化烧嘴中，较佳地，设于所述气体腔室的侧壁上的所述开孔结构的喉部的内径沿所述气体腔室的顶部至底部的方向依次变大。更佳地，放大倍数为1.01-1.1，例如可为1.05。

上述气化烧嘴中，设于所述气体腔室的侧壁上的相邻两个所述开孔结构的间距较佳地为30mm以下，更佳地为15-30mm，进一步更佳地为20-30mm，所述间距指的是设于所述气体腔室的侧壁上的相邻两个所述开孔结构的轴线之间的距离。

上述气化烧嘴中，设于所述气体腔室的底壁上的相邻两个所述开孔结构的间距较佳地为30mm以下，更佳地为5-30mm，进一步更佳地为20-30mm，所述间距指的是设于所述气体腔室的底壁上的相邻两个所述开孔结构的轴线之间的距离。

上述气化烧嘴中，所述气化烧嘴的烧嘴主体可为现有技术中的三通道烧嘴或四通道烧嘴。

当为三通道烧嘴时，所述烧嘴主体从内向外依次为第一气化剂通道、第一浆体通道及第二气化剂通道，此时，所述气泡生成器设于所述第一浆体通道内。

其中，所述第一气化剂通道中的气化剂可为本领域常规使用的气化剂，例如可为蒸汽、空气、富氧和纯氧中的一种或多种。

其中，所述第一浆体通道用于将含有机物的浆体通入气化炉内，所述含有机物的浆体一般由液体和固体颗粒混合制成，其中，所述固体为煤、焦、生物质、生活污泥、含油污泥和固体有机废弃物中的一种或多种，所述液体为水、油和生产生活废弃液体(所述生产生活废液包括但不限于生活污水、造纸废液和淀粉废水)中的一种或多种。所述第一浆体通道可用于将水煤浆通入气化炉内。

其中，所述第二气化剂通道中的气化剂可为本领域常规使用的气化剂，例如可为蒸汽、空气、富氧和纯氧中的一种或多种。

其中，较佳地，围成所述第一气化剂通道的中心喷头的外收缩角α为60-80°，围成所述第一浆体通道的内环喷头的外收缩角β为50-70°，围成所述第二气化剂通道的中环喷头外收缩角γ为40-60°，且α＞β＞γ。其中，所述中心喷头的外收缩角指的是所述中心喷头的内壁面与所述中心喷头的出口端面的夹角；所述内环喷头的外收缩角指的是所述内环喷头的内壁面与所述内环喷头的出口端面的夹角；所述中环喷头的外收缩角指的是所述中环喷头的内壁面与所述中环喷头的出口端面的夹角。

当为四通道烧嘴时，所述烧嘴主体在前述的三通道烧嘴的基础上，还包括设于所述第二气化剂通道的外侧的第二浆体通道，此时，所述气泡生成器设于所述第一浆体通道内和/或所述第二浆体通道内。

其中，所述第二浆体通道内的浆体的种类的定义同所述第一浆体通道内的浆体的种类的定义。

其中，围成所述第二浆体通道的外环喷头的外收缩角θ可为30-60°，所述外环喷头的外收缩角指的是所述外环喷头的内壁面与所述外环喷头的出口端面的夹角。

在本发明一较佳实施方式中，所述开孔结构的进气口的收缩角为110-160°，所述开孔结构的喉部的内径分别为0.6-3.5mm，所述开孔结构的出气口的扩张角为60-100°；所述气体腔室的底壁距所述气化烧嘴的出口底面的距离为100-300mm；设于所述气体腔室的侧壁上的相邻两个所述开孔结构的间距为15-30mm；设于所述气体腔室的底壁上的相邻两个所述开孔结构的间距为5-30mm；围成所述第一气化剂通道的中心喷头的外收缩角α为60-80°，围成所述第一浆体通道的内环喷头的外收缩角β为50-70°，围成所述第二气化剂通道的中环喷头外收缩角γ为40-60°。其中，围成所述第二浆体通道的外环喷头的外收缩角θ较佳地为30-55°。

在本发明一更佳实施方式中，所述开孔结构的进气口的收缩角为160°，位于最上层和最下层的所述开孔结构的喉部的内径分别为0.6mm和0.8mm，所述开孔结构的出气口的扩张角为60°；所述气体腔室的底壁距所述气化烧嘴的出口底面的距离为100mm；设于所述气体腔室的侧壁上的所述开孔结构的喉部的内径沿所述气体腔室的顶部至底部的方向依次变大，放大倍数为1.05；设于所述气体腔室的侧壁上的相邻两个所述开孔结构的间距为20mm；设于所述气体腔室的底壁上的相邻两个所述开孔结构的间距为20mm；围成所述第一气化剂通道的中心喷头的外收缩角α为75°，围成所述第一浆体通道的内环喷头的外收缩角β为70°，围成所述第二气化剂通道的中环喷头外收缩角γ为60°，围成所述第二浆体通道的外环喷头的外收缩角θ为55°。

本发明还提供一种气化炉，所述气化炉设有前述的气化烧嘴。

上述气化炉中，较佳地，所述气化烧嘴设于所述气化炉的顶部，所述气化炉的底部设有液态出渣口，所述气化炉的侧壁设有合成气出口。

其中，当所述气泡生成器中使用的气体是合成气时，所述合成气的出口管道上设于一通向所述气体腔室的合成气支路。

本发明还提供一种气化方法，所述气化方法在前述的气化炉中进行，所述气化方法包括如下步骤：通入所述气泡生成器内的气体的体积流量与通入所述气化烧嘴的气化剂的总体积流量之比为1％-20％。

上述气化方法中，当所述气化烧嘴为所述三通道烧嘴或所述四通道烧嘴时，所述第一气化剂通道内的气化剂的出口速度可为本领域常规的出口速度，例如可为60-160m/s。

上述气化方法中，所述浆体通道内的浆体的出口速度可为本领域常规的出口速度，例如可为1-12m/s，例如可为6m/s。

当所述气化烧嘴为前述的三通道烧嘴时，所述浆体通道指的是前述的第一浆体通道。

当所述气化烧嘴为前述的四通道烧嘴时，所述浆体通道内既指前述的第一浆体通道，也指前述的第二浆体通道。也即，所述第一浆体通道内的浆体的出口速度可为本领域常规的出口速度，例如可为1-12m/s，例如可为6m/s。所述第二浆体通道内的浆体的出口速度可为本领域常规的出口速度，例如可为1-12m/s，例如可为6m/s。

上述气化方法中，当所述气化烧嘴为所述三通道烧嘴或所述四通道烧嘴时，所述第二气化剂通道内的气化剂的出口速度可为本领域常规的出口速度，例如可为60-160m/s。

上述气化方法中，当所述气化烧嘴为前述的四通道烧嘴时，较佳地，通入所述气泡生成器内的气体的体积流量与通入所述气化烧嘴的气化剂的总体积流量之比为1％，所述第一气化剂通道内的气化剂为纯氧，所述第一浆体通道的浆体为质量分数为59wt％的水煤浆，所述第二气化剂通道内的气化剂为纯氧，所述第二浆体通道的浆体为质量分数为59wt％的水煤浆，所述气泡生成器内的气体为合成气，所述第一气化剂通道内的气化剂的出口速度160m/s，所述第一浆体通道内的浆体的出口速度12m/s，所述第二气化剂通道内的气化剂的出口速度160m/s，所述第二浆体通道内的浆体的出口速度1m/s。

本发明中，放大倍数指的是下层的开孔结构的喉部的内径与其紧邻的上层的开孔结构的喉部的内径的比值。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：本发明的气化烧嘴，通过在浆体通道内设置气泡生成器，掺入大量小气泡，增强浆体的不稳定性，从而促进浆体的破裂与雾化，进而提高了气化烧嘴的雾化效果及气化效率。

附图说明

图1为实施例1的气化烧嘴的结构示意图；

图2为实施例2的气化烧嘴的结构示意图；

图3为实施例3的气化烧嘴的结构示意图；

图4为实施例1-3的气化炉的结构示意图；

图5为实施例1-3的气化烧嘴的开孔结构的结构示意图；

图6为实施例1及2的气化烧嘴的设于气体腔室的侧壁上的开孔结构的排布图。

附图标记说明：

第一气化剂通道10

第一浆体通道20

第二气化剂通道30

第二浆体通道40

气泡生成器50

开孔结构51

喉部511

中心喷头60

内环喷头70

中环喷头80

外环喷头90

合成气出口100

合成气支路110

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

下述实施例中，中心喷头的外收缩角α指的是中心喷头的内壁面与中心喷头的出口端面的夹角；内环喷头的外收缩角β指的是内环喷头的内壁面与内环喷头的出口端面的夹角；中环喷头的外收缩角γ指的是中环喷头的内壁面与中环喷头的出口端面的夹角；外环喷头的外收缩角θ指的是外环喷头的内壁面与外环喷头的出口端面的夹角。

下述实施例中，放大倍数指的是下层的开孔结构的喉部的内径与其紧邻的上层的开孔结构的喉部的内径的比值。

实施例1

(1)气化烧嘴

如图1所示的气化烧嘴，气化烧嘴具有四个通道，从内向外依次为第一气化剂通道10、第一浆体通道20、第二气化剂通道30及第二浆体通道40，第二浆体通道40内设有气泡生成器50，气泡生成器50包括气体腔室，气体腔室的侧壁及底壁上均匀布设有如图5所示的文丘里管式的开孔结构51，开孔结构51沿气泡生成器50的内壁至外壁的方向依次具有进气口、喉部511和出气口，开孔结构51的进气口的收缩角δ为160°，开孔结构51的出气口的扩张角ε为60°；气体腔室的底壁距气化烧嘴的出口底面的距离为100mm。

其中，第一气化剂通道10中的气化剂为纯氧。

其中，第一浆体通道20用于将质量分数为59wt％的水煤浆通入气化炉内。

其中，第二气化剂通道30中的气化剂为纯氧。

其中，第二浆体通道40用于将质量分数为59wt％的水煤浆通入气化炉内。

其中，气泡生成器50用于向第二浆体通道40通入不与第二浆体通道40内的浆体反应的气体，气体为合成气。

其中，气泡生成器50的轴线与第二浆体通道40的轴线重合。

其中，设于气体腔室的侧壁上的开孔结构51的喉部511的内径沿气体腔室的顶部至底部的方向依次变大(如图6所示)，位于最上层的开孔结构51的喉部511的内径为0.6mm，放大倍数为1.05，位于最下层的开孔结构51的喉部511的内径为0.8mm。

其中，设于气体腔室的侧壁上的相邻两个开孔结构51的间距20mm，间距指的是设于气体腔室的侧壁上的相邻两个开孔结构51的轴线之间的距离。

其中，设于气体腔室的底壁上的相邻两个开孔结构51的间距为20mm，间距指的是设于气体腔室的底壁上的相邻两个开孔结构51的轴线之间的距离。

其中，围成第一气化剂通道10的中心喷头60的外收缩角α为75°，围成第一浆体通道20的内环喷头70的外收缩角β为70°，围成第二气化剂通道30的中环喷头80外收缩角γ为60°，围成第二浆体通道40的外环喷头90的外收缩角θ为55°，且α＞β＞γ＞θ。

(2)气化方法

在如图4所示的气化炉中进行，其中，上述气化烧嘴设于气化炉的顶部，气化炉的底部设有液态出渣口，气化炉的侧壁设有合成气出口100；合成气的出口管道上设于一通向所述气体腔室的合成气支路110；

气化方法的步骤如下：通入气泡生成器50内的气体的体积流量与通入气化烧嘴的气化剂的总体积流量之比为1％。

其中，第一气化剂通道10内的气化剂的出口速度为160m/s，流量为4000Nm³/h。

其中，第一浆体通道20内的浆体的出口速度为12m/s，流量为33m³/h。

其中，第二气化剂通道30内的气化剂的出口速度为160m/s，流量为14500Nm³/h。

其中，第二浆体通道40内的浆体的出口速度为1m/s，流量为6m³/h。

效果数据：水煤浆雾化平均粒径为85微米，与CN201410804533.5的实施例1相比，减小了10％。

实施例2

(1)气化烧嘴

如图2所示的气化烧嘴，气化烧嘴具有三个通道，从内向外依次为第一气化剂通道10、第一浆体通道20及第二气化剂通道30，第一浆体通道20内设有气泡生成器50，气泡生成器50包括气体腔室，气体腔室的侧壁及底壁上均匀布设有如图5所示的文丘里管式的开孔结构51，开孔结构51沿气泡生成器50的内壁至外壁的方向依次具有进气口、喉部511和出气口，开孔结构51的进气口的收缩角δ为160°，开孔结构51的出气口的扩张角ε为100°；气体腔室的底壁距气化烧嘴的出口底面的距离为15mm。

其中，第一气化剂通道10中的气化剂为空气。

其中，第一浆体通道20用于将质量分数为62wt％的水煤浆通入气化炉内。

其中，第二气化剂通道30中的气化剂为质量分数为39wt％的富氧。

其中，气泡生成器50用于向第一浆体通道20通入不与第一浆体通道20内的浆体反应的气体，气体为氮气。

其中，气泡生成器50的轴线与第一浆体通道20的轴线重合。

其中，设于气体腔室的侧壁上的开孔结构51的喉部511的内径沿气体腔室的顶部至底部的方向依次变大(如图6所示)，位于最上层的开孔结构51的喉部511的内径为0.5mm，放大倍数为1.05，位于最下层的开孔结构51的喉部511的内径为0.7mm。

其中，设于气体腔室的侧壁上的相邻两个开孔结构51的间距为15mm，间距指的是设于气体腔室的侧壁上的相邻两个开孔结构51的轴线之间的距离。

其中，设于气体腔室的底壁上的相邻两个开孔结构51的间距为5mm，间距指的是设于气体腔室的底壁上的相邻两个开孔结构51的轴线之间的距离。

其中，围成第一气化剂通道10的中心喷头60的外收缩角α为80°，围成第一浆体通道20的内环喷头70的外收缩角β为70°，围成第二气化剂通道30的中环喷头80外收缩角γ为60°，且α＞β＞γ。

(2)气化方法

在如图4所示的气化炉中进行，其中，上述气化烧嘴设于气化炉的顶部，气化炉的底部设有液态出渣口，气化炉的侧壁设有合成气出口100；

气化方法步骤如下：通入气泡生成器50内的气体的体积流量与通入气化烧嘴的气化剂的总体积流量之比2％。

其中，第一气化剂通道10内的气化剂的出口速度为60m/s，流量为1500Nm³/h。

其中，第一浆体通道20内的浆体的出口速度为12m/s，流量为35m³/h。

其中，第二气化剂通道30内的气化剂的出口速度为160m/s，流量为15000Nm³/h。

效果数据：水煤浆雾化平均粒径为90微米。

实施例3

(1)气化烧嘴

如图3所示的气化烧嘴，气化烧嘴具有四个通道，从内向外依次为第一气化剂通道10、第一浆体通道20、第二气化剂通道30及第二浆体通道40，第一浆体通道20及第二浆体通道40内均设有气泡生成器50，气泡生成器50包括气体腔室，气体腔室的侧壁及底壁上均匀布设有如图5所示的文丘里管式的开孔结构51，开孔结构51沿气泡生成器50的内壁至外壁的方向依次具有进气口、喉部511和出气口，开孔结构51的进气口的收缩角δ为110°，开孔结构51的喉部511的内径d为3.5mm，开孔结构51的出气口的扩张角ε为60°；气体腔室的底壁距气化烧嘴的出口底面的距离为300mm。

其中，第一气化剂通道10中的气化剂为蒸汽。

其中，第一浆体通道20用于将质量分数为58wt％的水煤浆通入气化炉内。

其中，第二气化剂通道30中的气化剂为质量分数为32wt％的富氧。

其中，第二浆体通道40用于将质量分数为58wt％的水煤浆通入气化炉内。

其中，位于第一浆体通道20内的气泡生成器50用于向第一浆体通道20通入不与第一浆体通道20内的浆体反应的气体，气体为氢气。位于第二浆体通道40内的气泡生成器50用于向第二浆体通道40通入不与第二浆体通道40内的浆体反应的气体，气体为二氧化碳。

其中，位于第一浆体通道20内的气泡生成器50的轴线与第一浆体通道20的轴线重合。位于第二浆体通道40内的气泡生成器50的轴线与第二浆体通道40的轴线重合。

其中，设于气体腔室的侧壁上的开孔结构51的喉部511的内径沿气体腔室的顶部至底部的方向不变化。

其中，设于气体腔室的侧壁上的相邻两个开孔结构51的间距为30mm，间距指的是设于气体腔室的侧壁上的相邻两个开孔结构51的轴线之间的距离。

其中，设于气体腔室的底壁上的相邻两个开孔结构51的间距为30mm，间距指的是设于气体腔室的底壁上的相邻两个开孔结构51的轴线之间的距离。

其中，围成第一气化剂通道10的中心喷头60的外收缩角α为60°，围成第一浆体通道20的内环喷头70的外收缩角β为50°，围成第二气化剂通道30的中环喷头80外收缩角γ为40°，围成第二浆体通道40的外环喷头90的外收缩角θ为30°，且α＞β＞γ＞θ。

(2)气化方法

在如图4所示的气化炉中进行，其中，上述气化烧嘴设于气化炉的顶部，气化炉的底部设有液态出渣口，气化炉的侧壁设有合成气出口100；

气化方法步骤如下：通入气泡生成器50内的气体的总体积流量与通入气化烧嘴的气化剂的总体积流量之比20％，且通入位于第一浆体通道20内的气泡生成器50的气量与通入位于第二浆体通道40内的气泡生成器50的气量的比值为3：1。

其中，第一气化剂通道10内的气化剂的出口速度为160m/s，流量为4000Nm³/h。

其中，第一浆体通道20内的浆体的出口速度为6m/s，流量为35m³/h。

其中，第二气化剂通道30内的气化剂的出口速度为160m/s，流量为14500Nm³/h。

其中，第二浆体通道40内的浆体的出口速度为1m/s，流量为6m³/h。

效果数据：水煤浆雾化平均粒径为90微米。

对比例1

开孔结构的进气口的收缩角为100°，其余同实施例1。

效果数据：水煤浆雾化平均粒径为95微米。

对比例2

开孔结构的进气口的收缩角为100°，开孔结构的喉部的内径为4mm，开孔结构的出气口的扩张角为50°，其余同实施例1。

效果数据：水煤浆雾化平均粒径为120微米。

对比例3

气体腔室的底壁距气化烧嘴的出口底面的距离为3mm，其余同实施例1。

效果数据：水煤浆雾化平均粒径为140微米。