烧嘴和具有该烧嘴的气化炉
技术领域
本发明涉及煤化工领域，具体地，涉及烧嘴和具有该烧嘴的气化炉。
背景技术
煤气化技术是洁净煤技术的重要途径之一，也是煤化工产业的源头技术。烧嘴是气化炉的关键设备之一，直接影响气化过程的安全、稳定、高效运行。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供烧嘴和具有该烧嘴的气化炉。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供烧嘴，所述烧嘴包括：本体，所述本体具有分气腔、多个第一安装通道和多个含氧气体通道组，每个所述含氧气体通道组包括多个第一含氧气体通道，每个所述第一含氧气体通道与所述分气腔连通；多个含氧气体管，多个所述含氧气体管一一对应地设在多个所述第一安装通道内，每个所述含氧气体管具有第二含氧气体通道，每个所述第一安装通道的壁面与相应的所述含氧气体管之间限定出横截面为圆环形的固体燃料通道，所述固体燃料通道的出口端部构造成收缩状，其中，多个所述含氧气体通道组与多个所述固体燃料通道一一对应地配合，每个所述含氧气体通道组的多个所述第一含氧气体通道环绕相应的所述固体燃料通道设置，每个所述含氧气体通道组的多个所述第一含氧气体通道的中心线、相应的所述出口端部的中心线和相应的所述第二含氧气体通道的中心线相交于一点以便形成撞击点，每个所述撞击点与所述本体的邻近所述出口端部的端面间隔第一距离，所述出口端部的中心线与所述端面相交于第一点，相应的所述第二含氧气体通道的中心线与所述端面相交于第二点，所述第一点与所述第二点间隔第二距离，所述第一距离与所述第二距离之比大于等于1且小于等于10，含氧气体和固体燃料经相应的所述第一含氧气体通道、所述第二含氧气体通道和所述固体燃料通道引入气化室中碰撞燃烧形成平焰并发生气化反应；和固体燃料分配器，所述固体燃料分配器包括：主管，所述主管具有进料口和出料口；以及盖板，所述盖板设在所述主管上，所述盖板封盖所述出料口，其中所述盖板上设有多个分配孔，多个所述分配孔一一对应地与多个所述固体燃料通道连通，优选地，每个所述固体燃料通道和相应的所述第二含氧气体通道同轴设置，优选地，所述主管具有依次相连的收缩段、等截面段和扩张段，其中所述收缩段邻近所述进料口，所述扩张段邻近所述出料口，所述收缩段的横截面积沿从所述进料口到所述出料口的方向减小，所述等截面段的横截面积沿从所述进料口到所述出料口的方向不变，所述扩张段的横截面积沿从所述进料口到所述出料口的方向增大。
根据本发明实施例的烧嘴具有使用寿命长的优点。
优选地，所述本体包括：主体，所述主体具有多个所述第一安装通道、所述分气腔和多个所述含氧气体通道组；和多个固体燃料管，多个所述固体燃料管一一对应地设在多个所述第一安装通道内，其中多个所述含氧气体管一一对应地设在多个所述固体燃料管内，所述固体燃料管与相应的所述含氧气体管之间限定出所述固体燃料通道，优选地，每个所述固体燃料管包括第一直段、第二直段和弧形的过渡段，所述第一直段和所述第二直段通过所述过渡段相连，其中每个所述第一直段的一部分设在相应的所述第一安装通道内，每个所述含氧气体通道组的多个所述第一含氧气体通道环绕相应的所述第一直段设置，多个所述含氧气体管一一对应地设在多个所述第一直段内，每个所述第一直段与相应的所述含氧气体管之间限定出所述固体燃料通道，多个所述分配孔一一对应地与多个所述第二直段连通，更加优选地，每个所述第一直段和相应的所述含氧气体管同轴设置，优选地，每个所述第一含氧气体通道与相应的所述第一直段之间的夹角为15度-45度，更加优选地，每个所述第一含氧气体通道与相应的所述第一直段之间的夹角为23度-37度，最优选地，每个所述第一含氧气体通道与相应的所述第一直段之间的夹角为30度，优选地，每个所述含氧气体管包括第三直段和第四直段，所述第三直段与所述第四直段相连，其中所述第三直段设在相应的所述第一直段内，每个所述第一直段与相应的所述第三直段之间限定出所述固体燃料通道，相应的所述第三直段的中心线与所述端面相交于所述第二点，更加优选地，每个所述第三直段的远离所述第二含氧气体通道的出气口的端部构造成圆锥状，更加优选地，每个所述第一直段和相应的所述第三直段同轴设置，优选地，所述第一距离与所述第二距离之比大于等于3且小于等于6，优选地，每个所述第一直段的邻近所述固体燃料通道的出料口的部分上设有多个旋流片，更加优选地，每个所述旋流片与水平面的夹角为25度-45度；优选地，所述本体进一步具有点火通道，多个所述固体燃料通道环绕所述点火通道设置，更加优选地，所述本体进一步包括点火管，所述主体具有第二安装通道，其中所述点火管设在所述第二安装通道内，所述点火管具有所述点火通道；优选地，所述本体具有多个换热通道，多个所述换热通道一一对应地与多个所述固体燃料通道、多个所述含氧气体通道和多个所述含氧气体通道组配合，每个所述换热通道环绕相应的所述固体燃料通道、相应的所述含氧气体通道和相应的所述含氧气体通道组。
优选地，所述主管的横截面为圆形，所述等截面段为圆柱状，所述收缩段和所述扩张段中的每一个为圆台状，优选地，所述收缩段的最大截面面积和最小截面面积之比为1.05-4.5:1，所述扩张段的最大截面面积和最小截面面积之比为1.1-5:1，更加优选地，所述收缩段的最大截面面积和最小截面面积之比为1.25-2:1，所述扩张段的最大截面面积和最小截面面积之比为1.5-2.5:1。
优选地，所述固体燃料分配器进一步包括吹扫管，所述吹扫管套设在所述主管上，所述吹扫管在所述主管的径向上与所述收缩段、所述等截面段和所述扩张段中的至少一个相对，其中所述吹扫管与所述主管之间形成环形的吹扫腔，所述吹扫管上设有与所述吹扫腔连通的吹扫气进口，所述收缩段、所述等截面段和所述扩张段中的所述至少一个的壁面上设有与所述吹扫腔连通的通孔，优选地，所述固体燃料分配器进一步包括过滤层，所述过滤层设在所述吹扫气进口与所述通孔之间。
优选地，每个所述分配孔的中心线与所述主管的中心线的夹角大于等于2度且小于等于60度，优选地，每个所述分配孔的中心线与所述主管的中心线的夹角大于等于20度且小于等于45度，优选地，多个所述分配孔的横截面积之和大于等于所述进料口的横截面积，优选地，多个所述分配孔沿所述主管的周向等间距地设在所述盖板上。
优选地，所述固体燃料分配器进一步包括分配件，所述分配件设在所述盖板上，所述分配件位于所述主管内，其中所述分配件的横截面积沿从所述进料口到所述主管的所述出料口的方向增大，优选地，所述分配件为圆锥状或棱锥状，优选地，所述分配件的中心线与所述主管的中心线在水平方向上的间距小于等于第二预设值，更加优选地，所述分配件的中心线与所述主管的中心线重合。
优选地，相邻两个所述分配孔之间设有分隔件，所述分隔件设在所述盖板上，所述分隔件从所述盖板向邻近所述进料口的方向延伸，优选地，所述分隔件为多个，多个所述分隔件沿所述主管的周向等间距地设置，更加优选地，多个所述分隔件的内端彼此相连。
优选地，所述分隔件的第一边沿的一部分与所述盖板相连，所述分隔件的第一边沿的其余部分与所述分配件的周面相连，优选地，所述分隔件的第一边沿的内端、所述分隔件的第二边沿的内端和所述分配件的顶端重合，所述第一边沿与所述第二边沿相对，更优选地，所述分隔件的第二边沿构造成向所述盖板凹陷的流线型。
优选地，所述盖板具有多个向远离所述进料口的方向凹陷的分配部，多个所述分配部沿所述主管的周向间隔开地设置，每个所述分配部设有一个所述分配孔，优选地，所述盖板的位于相邻两个所述分配部之间的部分构成所述分隔件，更加优选地，所述分配孔位于所述分配部的底部。
本发明第二方面提供气化炉，所述气化炉包括：炉体；和烧嘴，所述烧嘴为根据本发明第一方面所述的烧嘴，其中所述烧嘴设在所述炉体上。
根据本发明实施例的气化炉具有气化反应速率高、减少固体颗粒的返混和短路情况、体积小、制造成本低、操作成本低的优点。
附图说明
图1是根据本发明实施例的烧嘴的固体燃料分配器的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的烧嘴的固体燃料分配器的剖视图；
图3是图2的沿D-D方向的剖视图；
图4是根据本发明实施例的固体燃料分配器的局部结构示意图；
图5是根据本发明实施例的烧嘴的结构示意图；
图6是图5的沿A-A方向的剖视图；
图7是图5的沿B-B方向的剖视图；
图8是根据本发明实施例的烧嘴的局部结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述根据本发明实施例的烧嘴1。如图1-图8所示，根据本发明实施例的烧嘴1包括本体200、固体燃料分配器100和多个含氧气体管300。
本体200具有分气腔211、多个第一安装通道和多个含氧气体通道组。每个该含氧气体通道组包括多个第一含氧气体通道212，每个第一含氧气体通道212与分气腔211连通。
其中，多个该含氧气体通道组与多个固体燃料通道221一一对应地配合，每个该含氧气体通道组的多个第一含氧气体通道212环绕相应的固体燃料通道221(与该含氧气体通道组配合的固体燃料通道221)设置。
多个含氧气体管300一一对应地设在多个该第一安装通道内，每个含氧气体管300具有第二含氧气体通道310。换言之，含氧气体管300的数量等于该第一安装通道的数量，一个含氧气体管300设在一个该第一安装通道内。
每个该第一安装通道的壁面与相应的含氧气体管300之间限定出横截面为圆环形的固体燃料通道221，即每个该第一安装通道及位于其内的含氧气体管300之间限定出固体燃料通道221。
固体燃料通道221的出口端部2211构造成收缩状。也就是说，出口端部2211的外径(内径)沿邻近固体燃料通道221的出口的方向减小。例如，出口端部2211的外径(内径)沿由上向下的方向减小。
多个该含氧气体通道组与多个固体燃料通道221一一对应地配合，每个该含氧气体通道组的多个第一含氧气体通道212环绕相应的固体燃料通道221(与该含氧气体通道组配合的固体燃料通道221)设置。
每个该含氧气体通道组的多个第一含氧气体通道212的中心线、相应的出口端部2211的中心线和相应的第二含氧气体通道310的中心线相交于一点以便形成撞击点P，每个该撞击点P与本体200的邻近出口端部2211的端面214间隔第一距离S1，即该撞击点P与本体200的端面214的距离为该第一距离S1。
本体200的端面214也邻近第一含氧气体通道212和第二含氧气体通道310的出口。换言之，第一含氧气体通道212的出口、第二含氧气体通道310的出口和固体燃料通道221的出口均开设在端面214上。
出口端部2211的中心线与端面214相交于第一点，相应的第二含氧气体通道310的中心线与端面214相交于第二点，该第一点与该第二点间隔第二距离S2，即该第一点与该第二点的距离为该第二距离S2。该第一距离S1与该第二距离S2之比大于等于1且小于等于10。含氧气体和固体燃料经相应的第一含氧气体通道212、第二含氧气体通道310和固体燃料通道221引入气化室中碰撞燃烧形成平焰并发生气化反应。
固体燃料分配器100包括主管110和盖板120。主管110具有进料口111和出料口112。盖板120设在主管110上，盖板120封盖出料口112。其中，盖板120上设有多个分配孔121，多个分配孔121一一对应地与多个固体燃料通道221连通。换言之，分配孔121的数量等于固体燃料通道221的数量，一个分配孔121与一个固体燃料通道221连通。
由于固体燃料通道221的横截面为圆环形，因此出口端部2211为圆环状，即出口端部2211的横截面为圆环形。出口端部2211具有内周壁面、外周壁面和中间面。例如，该内周壁面可以是含氧气体管300的外周面的一部分，该外周壁面可以是该第一安装通道的壁面的一部分。
其中，该中间面在出口端部2211的径向上与该内周壁面的距离等于该中间面在出口端部2211的径向上与该外周壁面的距离。该中间面与经过第二含氧气体通道310的中心线的平面相交于第一直线L1和第二直线L2。第一直线L1和第二直线L2中的每一者都可以是出口端部2211的中心线。
相配合的固体燃料通道221、含氧气体管300(含氧气体通道310)和该含氧气体通道组可以构成一个工艺烧嘴部，因此根据本发明实施例的烧嘴1具有多个该工艺烧嘴部，即根据本发明实施例的烧嘴1将多个工艺烧嘴集成在一起。
与现有的设置单个烧嘴的技术方案相比，根据本发明实施例的烧嘴1通过集成多个烧嘴，从而可以降低火焰长度，使温度在烧嘴1附近的分布更加均匀。由此可以降低温度的峰值，从而可以延长烧嘴1的使用寿命。
由于含氧气体管300位于固体燃料通道221内，因此可以形成“煤包气”的供料方式。“煤包气”的供料方式不仅有助于调节火焰长度，而且可以利用含氧气体管300提供的含氧气体将固体燃料通道221提供的固体燃料快速分散，从而可以使气化炉的高温区温度分布地更加均匀面积，即可以使温度在烧嘴1附近的分布更加均匀。
由于每个该含氧气体通道组的多个第一含氧气体通道212的中心线、相应的出口端部2211的中心线和相应的第二含氧气体通道310的中心线相交于一点以便形成撞击点P，因此每个第一含氧气体通道212喷射的含氧气体、相应的固体燃料通道221喷射的固体燃料(例如粉煤)和相应的第二含氧气体通道310喷射的含氧气体会在烧嘴1的下方(当烧嘴1安装到气化炉的炉体上时)碰撞，从而可以使含氧气体和固体燃料更加快速地、更加均匀地混合和分散，以便可以提高气化反应速率。
而且，由于固体燃料和含氧气体通过多个该工艺烧嘴部输送到气化炉的炉体内，因此可以使含氧气体和固体燃料更加快速地、更加均匀地混合和分散，以便可以提高气化反应速率。
进而，可以使含氧气体和固体燃料在更短的停留时间内燃尽以便完成气化反应，由于更短的停留时间代表更小的气化炉体积，因此通过利用烧嘴1，从而可以减小气化炉的体积、降低气化炉的制造成本。
对于同一炉体来说，即在炉体体积相同的情况下，设置单喷嘴的气化炉具有的平均停留时间tm＝4.41s，同时72.54％的颗粒在平均停留时间之前离开了气化炉，这说明设置单喷嘴的气化炉存在严重短路和气固混合效率低的缺陷；设有烧嘴1的气化炉具有的平均停留时间tm＝16.09s以及最小的无量纲方差σθ2＝0.2，同时只有58.57％的颗粒在平均停留时间之前离开气化炉。因此，设有烧嘴1的气化炉具有更均匀的颗粒停留时间分布、更高的混合效率、相同炉体体积下更大的停留时间。
由于设有烧嘴1的气化炉的平均停留时间是设置单喷嘴的气化炉的平均停留时间的四倍，因此在具有相同的平均停留时间的情况下，设有烧嘴1的气化炉的炉体体积可以是设置单喷嘴的气化炉的炉体体积的1/4。由此即便减小设有烧嘴1的气化炉的炉体体积，也能满足反应需求，从而可以减小气化炉的体积、降低气化炉的制造成本。
通过使该第一距离S1与该第二距离S2之比大于等于1且小于等于10，优选为2-4倍，从而能够形成多簇相互平行、彼此间隔的火焰，该火焰的数量(簇数)等于该工艺烧嘴部的数量。其中，每簇火焰的长度约为该第一距离S1的5-30倍，优选为10-20倍，直径大约为该第二距离S2的2-3倍，因此根据本发明实施例的烧嘴1喷射的火焰为平焰。
经试验证明，通过控制该第一距离S1、该第二距离S2、以及含氧气体和固体燃料的流速，能够调节含氧气体和固体燃料碰撞后聚拢向下燃烧的火焰宽度和长度，在保证挂渣的同时，避免爆炸式的火焰破坏气化室内壁。多股含氧气体和固体燃料充分混合形成的火焰簇，一边燃烧一边向下流动，使得每一股火焰中固体燃料燃烧的更加充分，进而反应速率显著提高。
通过设置第一含氧气体通道212，可以在同轴射流场中引入对撞流，加速氧化剂与固体燃料的混合速率，同时可以调整火焰的长度和宽度。过于细长的火焰不利于气化炉内形成挂渣，而利用对撞流增加火焰宽度和颗粒在径向的运动距离有助于形成稳定的挂渣。
相较于现有技术的多喷嘴物流对撞式气化技术，本申请的平焰型气化技术具有气化反应速度快、火焰短、反应停留时间短、过程热量高等特点，故能显著提高煤种适应性，再者，由于火焰长度和反应停留时间均短，故对气化反应空间需求少，从而降低整个系统的总体投资和运行成本。
而且，根据本发明实施例的烧嘴1通过设置固体燃料分配器100，从而只需要设置一条用于向烧嘴1输送固体燃料的输送管道，就可以实现均匀地将固体燃料输送到气化炉的炉体内，从而可以极大地减小固体燃料输送的投资成本(输送管线的设备与监控系统投资)和操作成本。因此，通过设置固体燃料分配器100，从而可以在不增加投资成本和操作成本的情况下，为多个固体燃料通道221提供固体燃料，以便实现在气化炉的炉体上设置多个工艺烧嘴部。
因此，根据本发明实施例的烧嘴1具有使用寿命长等优点，通过设置根据本发明实施例的烧嘴1，从而可以增强气固混合速率，进而提高气化反应效率、减少固体颗粒在气化炉内的短路情况、缩小气化炉的体积、降低气化炉的制造成本、降低气化炉的操作成本。
如图1-图8所示，在本发明的一些实施例中，烧嘴1可以包括本体200、固体燃料分配器100和多个含氧气体管300，本体200可以包括主体210和多个固体燃料管220。
主体210具有多个该第一安装通道、分气腔211和多个该含氧气体通道组。多个固体燃料管220一一对应地设在多个该第一安装通道内，每个固体燃料管220具有固体燃料通道221。
也就是说，该第一安装通道的数量可以等于固体燃料管220的数量，一个固体燃料管220安装在一个该第一安装通道内。其中，分气腔211可以与含氧气体总管连通，即利用含氧气体总管向分气腔211内输送含氧气体，以便利用分气腔211对含氧气体总管提供的含氧气体进行缓冲，然后分气腔211内的含氧气体再进入到第一含氧气体通道212内。
本体200的邻近出口端部2211的端面214也是主体210的邻近出口端部2211的端面。
其中，多个含氧气体管300一一对应地设在多个固体燃料管220内，固体燃料管220与相应的含氧气体管300(位于固体燃料管220内的含氧气体管300)之间限定出固体燃料通道221。
此外，本体200也可以具有分气腔211、多个第一含氧气体通道212和多个固体燃料通道组。每个该固体燃料通道组包括多个固体燃料通道221，每个第一含氧气体通道212与分气腔211连通。其中，多个该固体燃料通道组与多个第一含氧气体通道212一一对应地配合，每个该固体燃料通道组的多个固体燃料通道221环绕相应的第一含氧气体通道212(与该固体燃料通道组配合的第一含氧气体通道212)设置。
此外，本体200也可以具有多个固体燃料管220。多个固体燃料管220一一对应地设在多个该第一安装通道内，每个固体燃料管220具有固体燃料通道221，每个该第一安装通道的壁面与相应的固体燃料管220之间限定出横截面为圆环形的第二含氧气体通道310。
优选地，每个固体燃料通道221和相应的第二含氧气体通道310(含氧气体管300)同轴设置，即每个固体燃料通道221及位于其内的含氧气体通道310(含氧气体管300)同轴设置。换言之，对于固体燃料通道221及位于其内的含氧气体通道310(含氧气体管300)来说，固体燃料通道221的中心线与含氧气体通道310的中心线(含氧气体管300的中心线)重合。由此可以使烧嘴1的结构更加合理。
如图6和图7所示，在本发明的一个实施例中，每个固体燃料管220包括第一直段222、第二直段223和弧形的过渡段224，第一直段222和第二直段223通过过渡段224相连。具体而言，过渡段224的第一端与第一直段222的第一端相连，过渡段224的第二端与第二直段223的第一端相连，第二直段223的第二端为固体燃料管220的进料端，第一直段222的第二端为固体燃料管220的出料端。
当烧嘴1处于使用状态时或安装完毕后，即当烧嘴1安装到气化炉的炉体上时，过渡段224的下端与第一直段222的上端相连，过渡段224的上端与第二直段223的下端相连，第二直段223的上端为固体燃料管220的进料端，第一直段222的下端为固体燃料管220的出料端，固体燃料通道221的下端部为出口端部2211。上下方向如图2和图6中的箭头C所示。当烧嘴10处于使用状态时或安装完毕后，第一直段122可以竖直地设置，第二直段123可以倾斜地设置。
其中，每个第一直段222的一部分设在相应的该第一安装通道内，每个该含氧气体通道组的多个第一含氧气体通道212环绕相应的第一直段222(与该含氧气体通道组配合的第一直段222)设置。多个含氧气体管300一一对应地设在多个第一直段222内，多个分配孔121一一对应地与多个第二直段223连通。每个第一直段222与相应的含氧气体管300(位于第一直段222的内侧的含氧气体管300)之间限定出固体燃料通道221。由此可以使固体燃料管220的结果更加合理。
优选地，每个第一直段222和相应的含氧气体管300同轴设置，即每个第一直段222及设在其内的含氧气体管300同轴设置。也就是说，对于第一直段222及设在其内的含氧气体管300来说，第一直段222的中心线和含氧气体管300的中心线重合。由此可以使烧嘴1的结构更加合理。
如图6所示，每个含氧气体管300包括第三直段320和第四直段330，第三直段320与第四直段330相连，第三直段320设在相应的第一直段222内。也就是说，对于固体燃料管220及设在其内的含氧气体管300来说，含氧气体管300的第三直段320设在固体燃料管220的第一直段222内。
每个第一直段222与相应的第三直段320(位于第一直段222的内侧的第三直段320)之间限定出固体燃料通道221，相应的第三直段320的中心线与端面214相交于该第二点。由此可以使烧嘴1的结构更加合理。当烧嘴1处于使用状态时或安装完毕后，第三直段320可以竖直地设置，第四直段330可以水平地设置。
优选地，该第一距离S1与该第二距离S2之比大于等于3且小于等于6。每簇火焰的长度约为该第一距离S1的5-30倍，直径大约为该第二距离S2的2倍。
每个第一直段222包括竖直段和收缩段，该竖直段和该收缩段相连，该收缩段与位于其内侧的第三直段320之间限定出出口端部2211。其中，该竖直段和该收缩段之间的夹角为135度-165度。每个第一含氧气体通道212与相应的第一直段222(该竖直段)之间的夹角为15度-45度。
通过改变该竖直段和该收缩段之间的夹角以及第一含氧气体通道212与相应的第一直段222之间的夹角，可以改变该第一距离S1，即改变该撞击点P与本体200的端面214的距离，进而可以改变该第一距离S1与该第二距离S2之比，以便调整烧嘴1的火焰的长度。
更加优选地，该竖直段和该收缩段之间的夹角为143度-157度。最优选地，该竖直段和该收缩段之间的夹角为150度。
更加优选地，每个第一含氧气体通道212与相应的第一直段222之间的夹角为23度-37度，最优选地，每个第一含氧气体通道212与相应的第一直段222之间的夹角为30度。
更加优选地，烧嘴1的出口处的含氧气体的流体速度可约为70m/s，固体燃料的流体速度可约为8m/s，含氧气体的流体速度优选为固体燃料的流体速度的2-10倍。换言之，第一含氧气体通道212的出口处的含氧气体的流体速度可约为70m/s，第二含氧气体通道310的出口处的含氧气体的流体速度可约为70m/s，固体燃料通道221的出口处的固体燃料的流体速度可约为8m/s。
由于烧嘴1包括多个该工艺烧嘴部，因此烧嘴1运行时存在多个该撞击点P，多个该撞击点P大体上位于同一个平面上，以利于形成本发明所称的平焰。
优选地，每个第一直段222和相应的第三直段320同轴设置，即每个第一直段222及设在其内的第三直段320同轴设置。也就是说，对于第一直段222及设在其内的第三直段320来说，第一直段222的中心线和第三直段320的中心线重合，第一直段222限定出固体燃料通道221的第一部分，第三直段320限定出含氧气体通道310的第一部分，固体燃料通道221的该第一部分的中心线和含氧气体通道310的该第一部分的中心线重合。由此可以使烧嘴1的结构更加合理。
如图6所示，每个第三直段320的远离含氧气体通道310的出气口的端部321构造成圆锥状，即第三直段320的远离固体燃料通道221的出料口的端部321构造成圆锥状。
由于第三直段320设在第一直段222内，因此固体燃料通道221的一部分被第三直段320占据。也就是说，固体燃料通道221的一部分由第一直段222与第三直段320之间限定出，即第一直段222与第三直段320之间的空间(空隙)构成固体燃料通道221的该一部分。
通过将第三直段320的远离含氧气体通道310的出气口的端部321构造成圆锥状，从而可以利用第三直段320的端部321对固体燃料通道221内的固体燃料进行分料，以便可以使固体燃料均匀地分布在固体燃料通道221的该一部分内，即可以使固体燃料均匀地分布在第一直段222与第三直段320之间的空间内。
当烧嘴1处于使用状态时或安装完毕后，第三直段320的上端部构造成圆锥状，含氧气体通道310的下端口(第三直段320的下端口)构成含氧气体通道310的出气口，固体燃料通道221的下端口(固体燃料管220的下端口)构成固体燃料通道221的出料口。
优选地，每个第一直段222的邻近固体燃料通道221的出料口的部分上设有多个旋流片。由此可以使固体燃料以旋流方式射入气化炉的炉体内，从而不仅有利于固体燃料在炉体内快速地与含氧气体(气化剂)进行混合，并将反应的热量迅速扩散，而且有利于增加固体燃料在气化炉中的停留时间，以便获得更高的碳转化率。
更加优选地，每个旋流片与水平面的夹角为25度-45度。由此不仅更加有利于固体燃料在炉体内快速地与含氧气体(气化剂)进行混合，并使反应的热量更加迅速扩散，而且进一步增加固体燃料在气化炉中的停留时间，以便获得更高的碳转化率。
如图6和图7所示，本体200进一步具有点火通道231，多个固体燃料通道221环绕点火通道231设置。通过设置点火通道231，从而在气化过程中能够实现原料供给的快速切换，以便降低气化炉的运行成本。
其中，可以利用天然气、液化石油气、柴油等辅助燃料对气化炉进行烘炉升温，或利用高压电弧、等离子体等手段协助工艺烧嘴完成投煤的点火操作，达到常温气化炉投料点火的目的。点火通道231可以包括同轴设置的内环和外环，氧化剂可以通过该内环和该外环中的一者进入气化炉内，燃料可以通过该内环和该外环中的另一者进入气化炉内。
具体地，本体200进一步包括点火管230，主体210具有第二安装通道，其中点火管230设在该第二安装通道内，点火管230具有点火通道231。由此可以使烧嘴1的结构更加合理。
如图6和图7所示，本体200(主体210)具有多个换热通道213，多个换热通道213一一对应地与多个固体燃料通道221、多个含氧气体通道310和多个该含氧气体通道组配合，每个换热通道213环绕相应的固体燃料通道221、相应的含氧气体通道310和相应的该含氧气体通道组，以便对相应的工艺烧嘴部进行冷却。优选地，多个换热通道213可以彼此连通，由此只需在本体200(主体210)上设置一个冷却液进口和一个冷却液出口，从而可以使烧嘴1的结构更加简单。
如图2所示，在本发明的一些示例中，主管110具有依次相连的收缩段113、等截面段114和扩张段115。收缩段113邻近进料口111，扩张段115邻近出料口112，即在收缩段113、等截面段114和扩张段115这三者中，进料口111最接近收缩段113，出料口112最接近扩张段115。换言之，沿着从进料口111到出料口112的方向，依次为收缩段113、等截面段114和扩张段115。也就是说，收缩段113位于进料口111与等截面段114之间，扩张段115位于等截面段114与出料口112之间。
收缩段113的横截面积沿从进料口111到出料口112的方向减小，等截面段114的横截面积沿从进料口111到出料口112的方向不变，扩张段115的横截面积沿从进料口111到出料口112的方向增大。其中，从进料口111到出料口112的方向为固体燃料的流动方向。
固体燃料通过进料口111进入到主管110内，即进入到固体燃料分配器100内，固体燃料在主管110内依次经过收缩段113、等截面段114和扩张段115。其中，收缩段113用于对固体燃料颗粒进行加速，等截面段114用于稳定固体燃料颗粒的速度场，以便避免因固体燃料颗粒的流动出现大的波动而导致固体燃料颗粒在下游分布不均，扩张段115用于固体燃料颗粒依据速度惯性在各个分配孔121平均分配。
也就是说，固体燃料颗粒在收缩段113内加速，固体燃料颗粒经过等截面段114稳流后进入到扩张段115内，最后通过多个分配孔121进入到多个固体燃料分输送管道500内，以便实现固体燃料颗粒的均匀分配。
根据本发明实施例的固体燃料分配器100通过设置依次相连的收缩段113、等截面段114和扩张段115，从而可以稳定固体燃料颗粒的速度场，进而可以依据速度惯性将固体燃料颗粒平均分配到多个分配孔121内。
根据本发明实施例的烧嘴1通过设置固体燃料分配器100，从而可以将固体燃料均匀地分配成多股。由此可以进一步降低火焰长度，使温度在烧嘴1附近的分布更加均匀，从而可以进一步降低温度的峰值，以便可以进一步延长烧嘴1的使用寿命。
通过利用根据本发明实施例的固体燃料分配器100，可以将固体燃料颗粒均匀地分配到与多个分配孔121一一对应地连通的多个固体燃料通道221内。由此只需要设置一条用于向固体燃料分配器100输送固体燃料的固体燃料主输送管道(该固体燃料主输送管道可以与固体燃料分配器100的主管110的进料口111相连)，就可以实现均匀地将固体燃料输送到气化炉的炉体内，从而可以极大地减小固体燃料输送的投资成本(输送管线的设备与监控系统投资)和操作成本。也就是说，当烧嘴1具有多个工艺烧嘴部时，通过设置固体燃料分配器100，可以省掉N-1个用于向该工艺烧嘴部输送固体燃料的输送管道以及用于监控这些输送管道的监控系统，N为该工艺烧嘴部的数量。
其中，该固体燃料可以是筛分后的煤、石油焦、半焦等，该固体燃料可以用N2、CO2等输送气进行输送，也可以制成水煤浆进行输送，该固体燃料的输送压力可以是0.1MPag-6MPag，优选地，该固体燃料的输送压力可以是2MPag-5.5MPag。
具体地，固体燃料分配器100可以设置在气化炉的炉体的上部，固体燃料分配器100的主管110的上端部可以通过法兰、卡套、焊接或其他连接方式与该固体燃料主输送管道相连。主管110的接口处的内径与该固体燃料主输送管道的内径可以相同，该固体燃料主输送管道的邻近主管110的部分可以保持直管状态，以避免管道阻力的突然变化。该固体燃料主输送管道可以与发料罐相连。
多个分配孔121可以一一对应地通过多个固体燃料分输送管道500与多个固体燃料管220相连。具体地，多个固体燃料分输送管道500的上端可以一一对应地与多个分配孔121相连，多个固体燃料分输送管道500的下端部可以一一对应地伸入到多个固体燃料管220(的第二直段223)内。也就是说，该固体燃料可以通过位于出料口112处的多个分配孔121离开固体燃料分配器100。
由此该固体燃料经过固体燃料分配器100的分配，均匀地分配到多个固体燃料分输送管道500内，进而通过多个固体燃料分输送管道500进入到多个固体燃料通道221内。
具体地，每个固体燃料分输送管道500可以通过法兰、卡套、焊接或其他连接方式与盖板120相连。多个固体燃料分输送管道500可以相对于固体燃料分配器100的中心线对称。
如图2所示，等截面段114的上端可以与收缩段113的下端相连，等截面段114的下端可以与扩张段115的上端相连。优选地，主管110的横截面可以是圆形，等截面段114可以是圆柱状，收缩段113和扩张段115中的每一个都可以是圆台状。由此可以使固体燃料分配器100的结构更加合理。
收缩段113的最大截面面积和最小截面面积之比可以是1.05-4.5:1，扩张段115的最大截面面积和最小截面面积之比可以是1.1-5:1。优选地，收缩段113的最大截面面积和最小截面面积之比可以是1.25-2:1，扩张段115的最大截面面积和最小截面面积之比可以是1.5-2.5:1。
优选地，多个分配孔121的横截面积之和可以大于等于进料口111的横截面积，多个分配孔121的横截面积之和大于等于该固体燃料主输送管道的横截面积，多个固体燃料分输送管道500的横截面积之和大于等于该固体燃料主输送管道的横截面积，多个固体燃料分输送管道500的横截面积之和大于等于进料口111的横截面积。进料口111的横截面积大于等于该固体燃料主输送管道的横截面积。
更加优选地，多个分配孔121的横截面积之和可以等于进料口111的横截面积，多个分配孔121的横截面积之和等于该固体燃料主输送管道的横截面积，多个固体燃料分输送管道500的横截面积之和等于该固体燃料主输送管道的横截面积，多个固体燃料分输送管道500的横截面积之和等于进料口111的横截面积。进料口111的横截面积等于该固体燃料主输送管道的横截面积。
如图1和图2所示，在本发明的一个示例中，固体燃料分配器100可以进一步包括吹扫管130。吹扫管130可以套设在主管110上，吹扫管130可以在主管110的径向上与收缩段113、等截面段114和扩张段115中的至少一个相对。换言之，吹扫管130可以套设在收缩段113、等截面段114和扩张段115中的至少一个上。
吹扫管130与主管110之间可以形成环形的吹扫腔131。吹扫管130上可以设有与吹扫腔131连通的吹扫气进口132，收缩段113、等截面段114和扩张段115中的该至少一个的壁面上可以设有与吹扫腔131连通的通孔。
其中，吹扫气可以通过吹扫气进口132进入到吹扫腔131内，进而通过该通孔进入到主管110内。通过利用吹扫气吹扫主管110内的固体燃料颗粒，从而不仅可以避免固体燃料颗粒积累在主管110的内壁上，而且可以对主管110的壁面附近的固体燃料颗粒进行加速，以便使固体燃料颗粒在主管110内的流动接近活塞流，尤其使固体燃料颗粒在等截面段114和扩张段115内接近活塞流分布。
也就是说，通过在主管110外套设吹扫管130，从而可以防止因固体燃料颗粒在主管110的壁面上累积而造成的堵塞或固体燃料颗粒流动不稳，并对靠近主管110的壁面处的固体燃料颗粒进行加速。
优选地，吹扫管130可以在主管110的径向上与等截面段114相对。具体而言，吹扫管130的上端可以与等截面段114的上端平齐，吹扫管130的下端可以与等截面段114的下端平齐，以便使整个等截面段114内的固体燃料颗粒处于被吹扫的状态。由此可以在基本确保上述的吹扫效果的情况下，减小吹扫管130的长度。
此外，吹扫管130的上端可以高于等截面段114的上端，吹扫管130的下端可以低于等截面段114的下端，即吹扫管130可以在主管110的径向上与收缩段113的至少一部分以及扩张段115的至少一部分相对。由此可以避免因固体燃料颗粒流经主管110的管道截面积突然变化处而造成的压力突变(压力突变处易造成固体燃料颗粒堆积堵塞)。
如图2所示，固体燃料分配器100可以进一步包括过滤层133，过滤层133可以设在吹扫气进口132与该通孔之间。换言之，过滤层133可以套设在主管110上，过滤层133可以位于吹扫管130与等截面段114之间，吹扫气依次通过吹扫气进口132、过滤层133和该通孔进入到主管110内。由此可以利用过滤层133过滤进入到主管110内的吹扫气。具体地，过滤层133可以由烧结金属制成。
优选地，吹扫气进口132可以是多个，该通孔可以是多个。多个吹扫气进口132可以沿吹扫管130的周向等间距地设在吹扫管130上，多个该通孔可以沿主管110的周向和径向等间距地设在主管110上。由此可以使吹扫气更加均匀地进入到主管110内，从而可以进一步提高吹扫效果。该吹扫气可以是N2、CO2等用于输送固体燃料的输送气，也可以是气化炉产生的合成气等气体介质，以便减少对固体燃料气化后得到的合成气中的有效气体成分的影响。
如图3和图4所示，多个分配孔121可以沿主管110的周向等间距地设在盖板120上。也就是说，多个分配孔121可以沿盖板120的周向等间距地设在盖板120上。由此可以使固体燃料分配器100能够更加均匀地将固体燃料分配到多个分配孔121内，进而分配到多个固体燃料分输送管道500内。
每个分配孔121的中心线与主管110的中心线的夹角可以大于等于2度且小于等于60度。优选地，每个分配孔121的中心线与主管110的中心线的夹角可以大于等于20度且小于等于45度。优选地，多个分配孔121可以相对于固体燃料分配器100的中心线(即主管110的中心线)对称。
如图4所示，在本发明的一个示例中，固体燃料分配器100可以进一步包括分配件140，分配件140可以设在盖板120上，分配件140可以位于主管110内。其中，分配件140的横截面积可以沿从进料口111到出料口112的方向增大。具体地，分配件140可以设在盖板120的上表面上，分配件140的横截面积可以从上向下增大。
由于分配件140的横截面积可以沿从出料口112到进料口111的方向减小，即分配件140的横截面积可以从下向上减小，因此分配件140对流经它的固体燃料颗粒具有尖劈作用，以便对固体燃料颗粒进行分割。由此分配件140可以使固体燃料颗粒沿环系空间进行分配，从而可以避免因固体燃料在主管110的轴心处和靠近壁面处(尤其是在扩张段115的轴心处和靠近壁面处)分布不均匀而造成的分配差异。其中，该环系空间可以是分配件140与主管110(扩张段115)的壁面之间的空间。分配件140可以被视为具有堵塞作用的塞子。
优选地，分配件140可以是圆锥状或棱锥状。由此可以更好地对固体燃料颗粒进行尖劈，从而可以更加均匀地沿该环系空间分配固体燃料颗粒。分配件140可以焊接在盖板120上，分配件140还可以通过螺纹或法兰与盖板120相连。
在本发明的一个具体示例中，分配件140的中心线与主管110的中心线(扩张段115的中心线)在水平方向上的间距小于等于第二预设值。由此可以使分配件140的中心线邻近主管110的中心线，从而可以将固体燃料颗粒沿邻近主管110的中心线处进行分割，以便可以更加均匀地沿该环系空间分配固体燃料颗粒。
优选地，分配件140的中心线与主管110的中心线重合。由此可以将固体燃料颗粒沿主管110的中心线处进行分割，从而可以更加均匀地沿该环系空间分配固体燃料颗粒。
如图3和图4所示，相邻两个分配孔121之间设有分隔件150，分隔件150设在盖板120上，分隔件150从盖板120向邻近进料口111的方向延伸。具体地，分隔件150设在盖板120的上表面上，分隔件150从盖板120向上延伸。由此相邻两个分配孔121可以通过分隔件150分隔开。
通过在相邻两个分配孔121之间设置分隔件150，分隔件150可以是多个，多个分隔件150可以沿主管110的周向等间距地设置，从而不仅可以利用分隔件150对固体燃料进行初分配，而且可以对流向各个分配孔121的固体燃料进行限流，以便减小因固体燃料沿主管110(扩张段115)的切线方向混流而造成的流向分配孔121的固体燃料的流量波动。
更加优选地，多个分隔件150的内端彼此相连，即多个分隔件150可以呈放射状。由此可以使固体燃料分配器100的结构更加合理。
如图3和图4所示，在本发明的一个具体实施例中，固体燃料分配器100可以进一步包括上述的分配件140和分隔件150。其中，分隔件150的第一边沿的一部分与盖板120相连，分隔件150的第一边沿的其余部分与分配件140的周面相连。具体地，分隔件150的下边沿的一部分与盖板120相连，分隔件150的下边沿的其余部分与分配件140的周面相连。
由此分配件140和分隔件150可以更好地、更均匀地对固体燃料进行初分配，分隔件150可以更好地对流向各个分配孔121的固体燃料进行限流，以便进一步减小因初分配后的固体燃料沿主管110(扩张段115)的切线方向混流而造成的流向分配孔121的固体燃料的流量波动。
优选地，分隔件150的第一边沿的内端、分隔件150的第二边沿的内端和分配件140的顶端重合，该第一边沿与该第二边沿相对。具体地，该第一边沿为分隔件150的下边沿，该第二边沿为分隔件150的上边沿。由此可以使固体燃料分配器100的结构更加合理。
如图4所示，分隔件150的第二边沿构造成向盖板120凹陷的流线型。由此可以避免分隔件150具有结构突然变化的边沿，从而可以防止产生涡流。其中，从上向下看分隔件150的第二边沿时，分隔件150的第二边沿向盖板120凹陷，即分隔件150的第二边沿向下凹陷。从下向上看分隔件150的第二边沿时，分隔件150的第二边沿向盖板120凸出，即分隔件150的第二边沿向下凸出。
优选地，如图4所示，盖板120可以具有多个向远离进料口111的方向凹陷的分配部122，多个分配部122沿主管110的周向间隔开地设置，每个分配部122设有一个分配孔121。由此可以使分配孔121的四周比分配孔121高一些，从而可以避免固体燃料在分配孔121的周围积累不流动。
其中，从上向下看盖板120时，分配部122向下凹陷。从下向上看盖板120时，分配部122向下凸出。
优选地，分配孔121可以位于分配部122的底部。由此可以进一步避免固体燃料在分配孔121的周围积累不流动。盖板120的位于相邻两个分配部122之间的部分可以构成分隔件150。由此可以使固体燃料分配器100的结构更加合理。
本发明还提供了气化炉。根据本发明实施例的气化炉包括炉体和根据本发明上述实施例的烧嘴1，其中烧嘴1设在该炉体上。
因此，根据本发明实施例的气化炉具有气化反应速率高、减少固体颗粒的返混和短路情况、体积小、制造成本低、操作成本低等优点。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
