气化烧嘴及气化炉
技术领域
本实用新型涉及一种气化烧嘴及气化炉。
背景技术
随着社会进步，对环境保护的要求也越来越高。有机废弃物每年产生量巨大，如果未经处理直接排放到环境中将会成为污染源。
现有的气流床煤气化技术如下：水煤浆(或煤粉)与氧气通过气化烧嘴进入气流床气化炉(单台炉日处理煤量可达3000吨)，产生的高温合成气 (CO、H2等)经净化后用于生产合成氨、甲醇、制氢和IGCC发电等。该气化技术是一种环境友好的大型先进煤气化技术，其具有如下优势：熔融液态炉渣经激冷固化后排出，煤中所含重金属大都固化在灰渣中，对环境影响小；整个气化工艺不排放SO2、NOx和二噁英等有机污染物；排放废水不含有机物，易于处理。
然而，若将上述气流床煤气化技术用于处理有机废弃物，由于烧嘴结构的原因，在烧嘴出口处未能将有机废弃物及气化剂充分混合，从而无法实现有机废弃物的高效资源化利用。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是为了克服现有技术中的四通道烧嘴在烧嘴出口处未能将有机废弃物及气化剂充分混合、从而无法实现有机废弃物的高效资源化利用的缺陷，而提供一种新型的气化烧嘴及气化炉。
本实用新型通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本实用新型提供一种气化烧嘴，所述气化烧嘴包括从外向内依次设置的外环喷头、中环喷头、内环喷头和中心喷头；所述中环喷头、所述内环喷头和所述中心喷头的出口端面均缩于所述外环喷头内；所述外环喷头的内侧壁和所述中环喷头的外侧壁之间形成第一浆体通道；将所述气化烧嘴沿其轴线剖开，所述第一浆体通道的出口端处，所述外环喷头的内侧壁和所述中环喷头的外侧壁呈弯向所述气化烧嘴的轴线的圆弧面；所述外环喷头的内侧壁的圆弧面的起点与所述气化烧嘴的轴线的距离为x2，所述外环喷头的内侧壁的圆弧面的终点与所述气化烧嘴的轴线的距离为x1；
所述外环喷头超出所述中环喷头、所述内环喷头和所述中心喷头的部分与所述中环喷头的出口端面、所述内环喷头的出口端面和所述中心喷头的出口端面之间形成混合出口部；所述混合出口部的内侧壁与所述混合出口部的出口端面的夹角δ为100-150°；所述内环喷头的出口端面与所述混合出口部的出口端面的距离h为10-150mm；且(x2-x1)/h为0.5-3。
上述气化烧嘴中，(x2-x1)/h例如可为0.8。
上述气化烧嘴中，x1较佳地为40-160mm，例如可为70mm。
上述气化烧嘴中，所述外环喷头的内侧壁的圆弧面的终点与所述混合出口部的出口端面的距离h1较佳地为5-100mm，例如可为100mm。
上述气化烧嘴中，所述外环喷头、所述中环喷头、所述内环喷头和所述中心喷头可按本领域常规同轴设置。
上述气化烧嘴中，所述第一浆体通道可按本领域常规是等宽度的。
上述气化烧嘴中，所述第一浆体通道一般用于将有机废弃物通入气化炉中，所述有机废弃物可为生活污水、造纸废液、淀粉废水、污泥浆、含油泥浆和生物质浆中的一种或多种。当有机废弃物量少时，所述第一浆体通道也可用于将水煤浆通入气化炉中。
其中，较佳地，所述气化烧嘴设有两个将物料输送至所述第一浆体通道的输送管道，其中，一个输送管道用于输送一种有机废弃物，另一个用于输送水煤浆或另一种有机废弃物，所述输送管道上分别设有阀门。当废弃物较多时，仅将有机废弃物输送进第一浆体通道即可。当有机废弃物较少时，仅将水煤浆输送进第一浆体通道即可。当几种有机废弃物不能一起制浆时，通过启用不同的输送管道，可以轮流处理不同的废弃物浆。上述技术方案，通过启用不同的输送管道，可以灵活调节和改变进入第一浆体通道的原料种类。
上述气化烧嘴中，较佳地，所述中环喷头、所述内环喷头和所述中心喷头的出口端面齐平。
上述气化烧嘴中，所述中环喷头的内侧壁和所述内环喷头的外侧壁之间形成第一气化剂通道，所述第一气化剂通道用于将气化剂通入气化炉中，所述气化剂的种类可为本领域常规的种类，例如可为蒸汽、空气、富氧和纯氧中的一种或多种。
上述气化烧嘴中，所述内环喷头的内侧壁和所述中心喷头的外侧壁之间形成第二浆体通道，所述第二浆体通道用于将水煤浆或煤粉通入气化炉中。
上述气化烧嘴中，所述中心喷头围合形成第二气化剂通道，所述第二气化剂通道用于将气化剂通入气化炉中，所述气化剂的种类可为本领域常规的种类，例如可为蒸汽、空气、富氧和纯氧中的一种或多种。
其中，所述第二气化剂通道的出口端的结构可按本领域常规呈空心圆柱。
上述气化烧嘴中，较佳地，所述中心喷头的外收缩角α为60-80°，所述内环喷头的外收缩角β为50-70°，所述中环喷头外收缩角γ为40-60°，所述外环喷头的外收缩角θ为30-55°，且α＞β＞γ＞θ；其中，所述中心喷头的外收缩角指的是所述中心喷头的内侧壁与所述混合出口部的出口端面的夹角；所述内环喷头的外收缩角指的是所述内环喷头的内侧壁与所述混合出口部的出口端面的夹角；所述中环喷头的外收缩角指的是所述中环喷头的内侧壁与所述混合出口部的出口端面的夹角；所述外环喷头的外收缩角指的是所述外环喷头的内侧壁与所述混合出口部的出口端面的夹角。
上述气化烧嘴中，所述气化烧嘴的出口端部的外侧可按本领域常规设置冷却系统。
在上述气化烧嘴的一较佳实施方式中，x1为40-160mm，所述外环喷头的内侧壁的圆弧面的终点与所述混合出口部的出口端面的距离h1为5- 100mm，所述外环喷头的外收缩角θ为30-55°。
本实用新型还提供一种气化炉，所述气化炉设有前述的气化烧嘴。
上述气化炉中，所述气化炉可为气流床气化炉。
本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型的气化烧嘴，能够使得有机废弃物与气化剂充分混合，从而更好地实现有机废弃物的雾化与反应，进而实现有机废弃物的高效资源化利用。具体来说，合成气中有效气的含量更高，灰渣的残碳含量更低。此外，本实用新型的气化烧嘴的磨蚀更小。
附图说明
图1为本实用新型各实施例的气化烧嘴的结构示意图；
图2为各对比例的气化烧嘴的结构示意图。
附图标记说明：
外环喷头 10
中环喷头 20
内环喷头 30
中心喷头 40
第一浆体通道 50
第一气化剂通道 60
第二浆体通道 70
第二气化剂通道 80
混合出口部 90
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在的实施例范围之中。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侧壁与混合出口部的出口端面的夹角；内环喷头的外收缩角β指的是内环喷头的内侧壁与混合出口部的出口端面的夹角；中环喷头的外收缩角γ指的是中环喷头的内侧壁与混合出口部的出口端面的夹角；外环喷头的外收缩角θ指的是外环喷头的内侧壁与混合出口部的出口端面的夹角。
实施例1气化烧嘴
如图1所示的气化烧嘴，气化烧嘴包括同轴设置的四个喷头，从外向内依次为外环喷头10、中环喷头20、内环喷头30和中心喷头40；中环喷头 20、内环喷头30和中心喷头40的出口端面均缩于外环喷头10内；外环喷头10的内侧壁和中环喷头20的外侧壁之间形成第一浆体通道50，将气化烧嘴沿其轴线剖开，第一浆体通道50的出口端处，外环喷头10的内侧壁和中环喷头20的外侧壁呈弯向气化烧嘴的轴线的圆弧面；外环喷头10的内侧壁的圆弧面的起点与气化烧嘴的轴线的距离为x2，外环喷头10的内侧壁的圆弧面的终点与气化烧嘴的轴线的距离为x1；
外环喷头10超出中环喷头20、内环喷头30和中心喷头40的部分与中环喷头20的出口端面、内环喷头30的出口端面和中心喷头40的出口端面之间形成混合出口部90；混合出口部90的内侧壁与混合出口部90的出口端面的夹角δ为120°；内环喷头30的出口端面与混合出口部90的出口端面的距离h为15mm；其余结构参数见上表。
其中，中环喷头20、内环喷头30和中心喷头40的出口端面齐平。
其中，第一浆体通道50是等宽度。
其中，第一浆体通道50用于将有机废弃物通入气化炉中。
其中，中环喷头20的内侧壁和内环喷头30的外侧壁之间形成第一气化剂通道60，第一气化剂通道60用于将气化剂通入气化炉中。
其中，内环喷头30的内侧壁和中心喷头40的外侧壁之间形成第二浆体通道70，第二浆体通道70用于将水煤浆通入气化炉中。
其中，中心喷头40围合形成第二气化剂通道80，第二气化剂通道80用于将气化剂通入气化炉中。
其中，第二气化剂通道80的出口端的结构呈空心圆柱。
其中，中心喷头40的外收缩角α为75°，内环喷头30的外收缩角β为 70°，中环喷头20外收缩角γ为60°，外环喷头10的外收缩角θ为50°。
其中，气化烧嘴的出口端部的外侧设置有冷却系统。
应用实施例1气化方法
将实施例1的气化烧嘴安装于申请号为98110616.1的专利文献公开的气化炉后，进行下述实验：
将有机废弃物通入第一浆体通道50，气化剂通入第一气化剂通道60和第二气化剂通道80，水煤浆通入第二浆体通道70即可。
其中，有机废弃物为52wt％的含油污泥浆，其流量为11.47m3/h，其流速为2.36m/s；气化剂的温度为25℃，气化剂的种类为体积浓度为98％的氧气，第一气化剂通道60内气化剂的流量为22199Nm3/h，第二气化剂通道80内气化剂的流量为4873Nm3/h，第一气化剂通道60内气化剂的流速为122.14m/s，第二气化剂通道80内气化剂的流速为126.74m/s；第二浆体通道70内的水煤浆为61wt％的水煤浆，其温度为50℃，其流量为45.87m3/h，其流速为8.38m/s；
其中，气化炉的操作压力为6.5MPa(G)。
技术效果：合成气中有效气组分(“有效气”指的是CO与H2，)达到85％ (v/v)，灰渣残炭为3wt％，产物(“产物”指的是合成气及灰渣)中不含苯系物、酚类、多氯联苯、二恶英、焦油等有机污染物。
实施例2气化烧嘴
如图1所示的气化烧嘴，具体结构参数见上表。
应用实施例2气化方法
采用实施例2的气化烧嘴，气化参数见上表，其余与应用实施例1中的气化方法相同。
技术效果：合成气中有效气组分(“有效气”指的是CO与H2，)为29％ (v/v)，灰渣残炭为5.3wt％，产物(“产物”指的是合成气及灰渣)中不含苯系物、酚类、多氯联苯、二恶英、焦油等有机污染物。
实施例3气化烧嘴
如图1所示的气化烧嘴，具体结构参数见上表。
应用实施例3气化方法
采用实施例3的气化烧嘴，气化参数见上表，其余与应用实施例1中的气化方法相同。
技术效果：合成气中有效气组分(“有效气”指的是CO与H2，)为49％ (v/v)，灰渣残炭为3wt％，产物(“产物”指的是合成气及灰渣)中不含苯系物、酚类、多氯联苯、二恶英、焦油等有机污染物。
对比例1气化烧嘴
如图2所示的气化烧嘴，中心喷头的外收缩角α为75°，内环喷头的外收缩角β为70°，中环喷头外收缩角γ为60°，外环喷头的外收缩角θ为50°，具体结构参数见专利文献ZL201410804533.5的实施例1。
应用对比例1气化方法
采用对比例1的气化烧嘴，其余与应用实施例1中的气化方法相同。
技术效果：合成气中有效气组分(“有效气”指的是CO与H2，)为84％ (v/v)，灰渣残炭为4.6wt％。
对比例2气化烧嘴
如图2所示的气化烧嘴，中心喷头的外收缩角α为60°，内环喷头的外收缩角β为50°，中环喷头外收缩角γ为40°，外环喷头的外收缩角θ为30°，具体结构参数见专利文献ZL201410804533.5的实施例1。
应用对比例2气化方法
采用对比例2的气化烧嘴，其余与应用实施例2中的气化方法相同。
技术效果：合成气中有效气组分(“有效气”指的是CO与H2，)为26％ (v/v)，灰渣残炭为5.8wt％。
对比例3气化烧嘴
如图2所示的气化烧嘴，中心喷头的外收缩角α为80°，内环喷头的外收缩角β为70°，中环喷头外收缩角γ为60°，外环喷头的外收缩角θ为55°，具体结构参数见专利文献ZL201410804533.5的实施例1。
应用对比例3气化方法
采用对比例3的气化烧嘴，其余与应用实施例3中的气化方法相同。
技术效果：合成气中有效气组分(“有效气”指的是CO与H2，)为43％ (v/v)，灰渣残炭为3.4wt％。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。
