一种用于富氧燃烧内热式煤干馏的分立式烧嘴及调控方法

本发明属于煤化工的低温干馏领域，尤其涉及一种用于富氧燃烧内热式煤干馏的分立式烧嘴及调控方法。

背景技术：

1、低变质煤(褐煤、长焰煤等)具有低灰、低硫、低磷、高挥发分的特点，是优质工业气化、液化和动力用煤。采用煤低温干馏方法对低阶煤进行提质加工转化，可得到高反应活性的半焦、焦油和煤气产品，是一种简便高效、分质综合利用的有效方法。由于目前低温干馏工艺主要采用内热式直立炉，利用空气与过量煤气在炉膛下部的火道进行不完全燃烧为干馏炉提供热源，但产生的煤气热值低，氮气含量高，氢气含量低，因此极大限制了煤气的有效利用。而富氧低温干馏技术利用富氧助燃，能够有效降低混合烟气中的氮气含量，提高煤气热值，为煤气的高附加值利用奠定基础。富氧干馏技术展示出了良好的产业化应用前景，目前已经进入工业化应用阶段。

2、但是，从常规空气助燃内热式干馏转变为富氧燃烧内热式干馏时，烧嘴处助燃气流量减小且氧浓度增大、煤气流量增大，常规空气干馏同轴烧嘴已无法满足干馏炉下部的温度控制需求，容易出现局部超温、结渣等问题。

3、目前，内热式干馏炉的设计理念是在火道中实现回炉煤气和助燃空气的快速混合，限制其着火燃烧，从火眼喷吹后再进行燃烧。在富氧干馏工况下，这一设计理念要求极高的回炉煤气和助燃气流速，系统阻损较大。因此，需要开发新型的烧嘴结构，兼顾炉内温度控制和系统阻损要求。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于富氧燃烧内热式煤干馏的分立式烧嘴及调控方法，以解决现有技术兼顾温度控制和系统阻损要求，易出现局部超温、结渣从而影响富氧干馏长周期稳定运行的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开的一种用于富氧燃烧内热式煤干馏的分立式烧嘴，包括分立布设于炉墙上的三个烧嘴，分别为惰性介质烧嘴、富氧空气烧嘴和煤气烧嘴；所述惰性介质烧嘴，用于对火道进行冷却保护，富氧空气烧嘴和煤气烧嘴分别用于通入富氧空气和煤气，在每个烧嘴的管路上均对应设置调节阀和流量计；

4、在炉墙上还设有伸入火道中的热电偶，通过热电偶示数实时反馈调节富氧空气和煤气的进气量，维持火道内均匀、稀释燃烧状态。

5、优选地，炉墙分立布置三个烧嘴，从上至下依次为惰性介质烧嘴、富氧空气烧嘴、煤气烧嘴，依次通入惰性介质、富氧空气(或纯氧)和回炉煤气，煤气烧嘴末端设置有球阀和观察窗。

6、优选地，热电偶放置于惰性介质烧嘴与富氧空气烧嘴之间位置，与炉墙之前采用耐火泥密封。

7、优选地，在炉墙内对应三个烧嘴分别开设有孔，在孔中均砌有烧嘴套砖，烧嘴套砖内部形成圆锥台形的烧嘴套砖内孔，其靠近火道一侧的孔径小；

8、所述惰性介质烧嘴、富氧空气烧嘴和煤气烧嘴的前端的锥度和其对应的烧嘴套砖内孔的锥度保持一致，三个烧嘴前端部分均嵌入烧嘴套砖内孔中，嵌入深度为烧嘴套砖的1/3-1/2。

9、进一步优选地，烧嘴套砖均为高铝质异型耐火砖，沿气流方向呈渐缩型，惰性介质烧嘴对应的烧嘴套砖为第一烧嘴套砖，第一烧嘴套砖靠近火道一侧的孔径小于50mm；富氧空气烧嘴对应的烧嘴套砖为第二烧嘴套砖，第二烧嘴套砖靠近火道一侧的孔径小于30mm；煤气烧嘴对应的烧嘴套砖为第三烧嘴套砖，第三烧嘴套砖靠近火道一侧的孔径小于80mm。

10、进一步优选地，富氧空气烧嘴前端出口管径为10～30mm；煤气烧嘴前端出口管径为54～78mm。

11、进一步优选地，惰性介质烧嘴、富氧空气烧嘴、煤气烧嘴分别通过法兰与炉壳连接紧固后，在烧嘴套砖处采用密封圈变形密封，再向分别向惰性介质烧嘴、富氧空气烧嘴、煤气烧嘴与炉墙的缝隙中灌注耐火泥，实现进一步密封。

12、优选地，惰性介质烧嘴、富氧空气烧嘴、煤气烧嘴在进气端分别设有惰性介质调节阀、富氧空气调节阀和煤气调节阀，且三个调节阀均为电动调节阀，并分别惰性介质流量计、富氧空气流量计和煤气流量计关联。

13、优选地，基于热电偶显示的温度，调节富氧空气与回炉煤气的流量，若热电偶示数偏高，适当增大煤气调节阀开度，亦或减小富氧空气调节阀开度；若示数偏低，增大富氧空气调节阀开度，亦或减小煤气调节阀开度；确保低温干馏所需温度，为干馏炉内提供稳定热源；

14、优选地，惰性介质烧嘴、富氧空气烧嘴和煤气烧嘴材质建议采用304耐热不锈钢及以上，最优选择310s不锈钢。

15、本发明公开了基于上述的用于富氧燃烧内热式煤干馏的分立式烧嘴的调控方法，包括：

16、基于热电偶示数实时反馈火道内的燃烧状态，并通过调控富氧空气和煤气的进气流量维持火道内的均匀、稀释燃烧状态；

17、当热电偶示数急剧上升时，通过惰性介质烧嘴采用大流量脉冲式调节直至温度下降，实现对火道的冷却保护。

18、优选地，21％～100％富氧比与之对应煤气流量/富氧空气流量(或纯氧)比值在1.8～13.5之间；

19、优选地，惰性介质包括但不限于水蒸气、二氧化碳、氮气等惰性介质；

20、优选地，惰性介质调节采用大流量脉冲式调节。当发现热电偶温度急剧上升时，快速将惰性介质调节阀开度调至80％，待温度下降后，及时将惰性介质调节阀关闭。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、本发明公开的用于富氧燃烧内热式煤干馏的分立式烧嘴，包括三个分立式布设的烧嘴，分别为富氧空气烧嘴、煤气烧嘴和惰性介质烧嘴，三个烧嘴分别独立穿过炉墙与火道相通，在每个烧嘴的管路上均对应设置流量调节阀和流量计，通过热电偶示数实时反馈调节富氧空气和煤气的进气量，维持火道内均匀、稀释燃烧状态。本发明这种创新的分立式烧嘴设计，可实现火道内富氧空气与煤气二者的无焰燃烧。无焰燃烧是体积燃烧，氧化的更加缓慢，温度分布相当均匀，净辐射通量大幅增加，nox生成量大幅减少，可以更好地控制燃烧过程及气流和温度分布，是富氧干馏长周期稳定运行的关键。

23、本发明公开的基于上述分立式烧嘴的无焰燃烧调控方法是基于热电偶示数反馈火道内的燃烧状态，并通过富氧空气调节阀和煤气调节阀联合调控富氧空气和煤气的进气流量，维持火道内的均匀、稀释燃烧状态。当热电偶示数急剧上升时，增大惰性介质调节阀开度，对火道进行冷却保护。

技术特征：

1.一种用于富氧燃烧内热式煤干馏的分立式烧嘴，其特征在于，包括分立布设于炉墙(17)上的三个烧嘴，分别为惰性介质烧嘴(3)、富氧空气烧嘴(7)和煤气烧嘴(16)；所述惰性介质烧嘴(3)，用于对火道(18)进行冷却保护，富氧空气烧嘴(7)和煤气烧嘴(16)分别用于通入富氧空气和煤气，在每个烧嘴的管路上均对应设置调节阀和流量计；

2.根据权利要求1所述的用于富氧燃烧内热式煤干馏的分立式烧嘴，其特征在于，所述富氧空气烧嘴(7)设置在炉墙(17)的中部，惰性介质烧嘴(3)设置于富氧空气烧嘴(7)的上部，煤气烧嘴(16)设置于富氧空气烧嘴(7)的下部，在煤气烧嘴(16)末端设置有球阀(11)和观察窗(12)。

3.根据权利要求1所述的用于富氧燃烧内热式煤干馏的分立式烧嘴，其特征在于，热电偶(6)置于惰性介质烧嘴(3)与富氧空气烧嘴(7)之间的位置，热电偶(6)与炉墙(17)之前采用耐火泥密封。

4.根据权利要求1所述的用于富氧燃烧内热式煤干馏的分立式烧嘴，其特征在于，在炉墙(18)内对应三个烧嘴分别开设有孔，在孔中均砌有烧嘴套砖，烧嘴套砖内部形成圆锥台形的烧嘴套砖内孔，其靠近火道(18)一侧的孔径小；

5.根据权利要求4所述的用于富氧燃烧内热式煤干馏的分立式烧嘴，其特征在于，富氧空气烧嘴(7)前端出口管径为10～30mm；煤气烧嘴(16)前端出口管径为54～78mm。

6.根据权利要求4所述的用于富氧燃烧内热式煤干馏的分立式烧嘴，其特征在于，惰性介质烧嘴(3)对应的烧嘴套砖为第一烧嘴套砖(19)，第一烧嘴套砖(19)靠近火道(18)一侧的孔径小于50mm；富氧空气烧嘴(7)对应的烧嘴套砖为第二烧嘴套砖(21)，第二烧嘴套砖(19)靠近火道(18)一侧的孔径小于30mm；煤气烧嘴(16)对应的烧嘴套砖为第三烧嘴套砖(23)，第三烧嘴套砖(23)靠近火道(18)一侧的孔径小于80mm。

7.根据权利要求4所述的用于富氧燃烧内热式煤干馏的分立式烧嘴，其特征在于，惰性介质烧嘴(3)、富氧空气烧嘴(7)和煤气烧嘴(16)分别通过法兰(2)与炉壳(1)连接紧固，烧嘴套砖处采用密封圈(20)变形密封，在惰性介质烧嘴(3)、富氧空气烧嘴(7)和煤气烧嘴(16)与炉墙(17)安装的缝隙中灌注有耐火泥(22)。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的用于富氧燃烧内热式煤干馏的分立式烧嘴，其特征在于，在惰性介质烧嘴(3)、富氧空气烧嘴(7)和煤气烧嘴(16)的进气端分别设有惰性介质调节阀(4)、富氧空气调节阀(10)和煤气调节阀(13)，且上述三个调节阀均为电动调节阀，三个调节阀分别对应与惰性介质流量计(5)、富氧空气流量计(9)和煤气流量计(14)关联。

9.根据权利要求1～7中任意一项所述的用于富氧燃烧内热式煤干馏的分立式烧嘴，其特征在于，惰性介质烧嘴(3)、富氧空气烧嘴(7)和煤气烧嘴(16)的材质采用耐热不锈钢。

10.基于权利要求1～9中任意一项所述的用于富氧燃烧内热式煤干馏的分立式烧嘴的调控方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种用于富氧燃烧内热式煤干馏的分立式烧嘴及调控方法，属于煤化工的低温干馏领域，包括分立布设于炉墙上的三个烧嘴，分别为惰性介质烧嘴、富氧空气烧嘴和煤气烧嘴；所述惰性介质烧嘴，用于对火道进行冷却保护，富氧空气烧嘴和煤气烧嘴分别用于通入富氧空气和煤气，在每个烧嘴的管路上均对应设置调节阀和流量计；在炉墙上还设有伸入火道中的热电偶，通过热电偶示数实时反馈调节富氧空气和煤气的进气量，维持火道内均匀、稀释燃烧状态。本发明这种创新的分立式烧嘴设计，可实现火道内富氧空气与煤气二者的无焰燃烧，可以更好地控制燃烧过程及气流和温度分布，是富氧干馏长周期稳定运行的关键。技术研发人员：任萌萌,谈荣龙,赵俊学,康毅,王鑫,赵梓彤受保护的技术使用者：西安建筑科技大学技术研发日：技术公布日：2024/3/21