[0001] 本发明涉及气化烧嘴技术领域，特别涉及一种气化烧嘴、气化炉及气化烧嘴的点火方法。

[0002] 高压气流床气化技术是煤炭清洁化利用的重要途径之一，根据原料进料方式不同，分为水煤浆气化及粉煤气化两大主流技术。其中：粉煤加压气化技术以其煤种适应性广、原料消耗低、碳转化率高、冷煤气效率高等技术优势获得广泛应用。

[0003] 粉煤加压气化技术的核心设备是气化炉，作为气化炉重要组成部分的气化烧嘴是实现气化炉顺利开车、安全、稳定、高效运行的关键。

[0004] 在本领域的现有技术中，粉煤加压气化炉的点火开车过程通常包括点火、开工、投料三个方面：首先，在炉内微负压、常温状态下，启动点火烧嘴；其次，利用点火火焰引燃开工烧嘴。开工烧嘴点燃后，退出点火烧嘴，同时启动开工烧嘴的升压、升负荷操作；当炉压升至0.8‑1.0MPaG，炉温升至约800‑1000℃后，启动粉煤烧嘴投料。投料成功后，开工烧嘴退出，粉煤烧嘴升至满负荷并承担气化生产任务。

[0005] 从现有装置的实际运行来看，当气化装置出现故障停车时，气化炉需要停炉、置换、降温、降压至常温、常压状态后，才能再次启动点火开车过程，尤其是因仪表故障频发、人员误操作等原因导致的短时停车，不能立即重新投产，耗费大量人力、物力、财力。

[0006] 针对以上问题，部分煤气化技术将点火、开工烧嘴合二为一，实现点火开工一体化，将传统的“点火+开工+投料”三级点火开车过程，缩短为“开工+投料”两级点火开车过程，有效简化了开车程序，一定程序上缩短了点火开车时间，但未从根本上解决非气化原因短时停车后，快速复工复产的目的。

[0007] 还有一些煤气化技术采用了“伴烧烧嘴”的技术方案，即首先在炉压0‑0.3MPaG低压下点燃点火烧嘴，通过增加点火烧嘴的燃料量和氧量，将气化炉升温、升压至投料状态后，启动投料；投料成功后，点火烧嘴不退出，继续伴烧；当粉煤烧嘴因故跳车时，由于点火烧嘴仍处于热备状态，可在不降压情况下，处理完故障后快速投料生产。该技术方案进一步解决了气化炉停车后快速复工复产的需求，但也具有很大局限性：

[0008] 一是，点火装置采用柔性结构，传输能量低，若粉煤烧嘴跳车时，点火烧嘴亦因故熄灭，则点火烧嘴不能通过点火装置实现高压下二次点燃。气化炉仍然需要停炉、置换、降温、降压至常温、常压后，再点火开车。二是，点火烧嘴设置两套燃料供应系统，点火投料阶段，为保证成功率，需采用高热值的液化石油气做燃料，投料成功后，切换成合成气或甲烷气，工艺系统复杂，建设成本大，操控性要求高。三是，点火烧嘴因长期伴烧且处于高温区，存在头部易烧蚀，使用寿命短等问题。

[0047] 此处参考附图描述本发明的各种方案以及特征。

[0048] 应理解的是，可以对此处申请的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本发明的范围和精神内的其他修改。

[0049] 包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与上面给出的对本发明的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本发明的原理。

[0050] 通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本发明的这些和其它特性将会变得显而易见。

[0051] 还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本发明进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本发明的很多其它等效形式，它们具有如上述“发明内容”的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

[0052] 当结合附图时，鉴于以下详细说明，本发明的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

[0053] 此后参照附图描述本发明的具体实施例；然而，应当理解，所申请的实施例仅仅是本发明的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本发明模糊不清。因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为上述“发明内容”的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本发明。

[0054] 本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本发明的相同或不同实施例中的一个或多个。

[0055] 为解决背景技术中的问题，本发明提供了一种气化烧嘴。

[0056] 如图1所示，该气化烧嘴包括：主烧嘴1和点火烧嘴2，其中，主烧嘴1包括由外至内依次同轴密封套置的一级冷却夹套4、粉煤通道5、主氧通道6、二级冷却夹套7、保护气通道8。点火烧嘴2包括由外至内依次同轴密封套置的三级冷却夹套9、点火氧通道10、点火燃料通道11、中心点火装置3；中心点火装置3配置为自动调节点火电压和点火能量。中心点火装置3采用高压高能点火装置，点火电压2000V至20000V自动可调，点火能量20J至50J自动可调，保证高压工况下点火能量充足，能够为高压工况下燃料的直接点火燃烧提供足够的能量。另外，采用可调的高压高能点火装置可以实现发火间隔短、稳定、连续，而且点火成功率高，燃料适应性广泛。

[0057] 针对点火烧嘴高温易烧蚀的问题，部分点火烧嘴2密封紧固安装于保护气通道8内，且点火烧嘴2的底端(出口端)从保护气通道8的顶端伸入至保护气通道8的底端(出口端)。保护气通道8上设置有保护气进口31，保护气进口31内设置有气体导流装置30，用于将保护气更好的导入至保护气通道8内。保护气通道8的出气口形成为收口29。点火烧嘴2与主烧嘴1之间通过法兰组38密封紧固，中心点火装置、点火烧嘴和主烧嘴等关键结构部件之间通过高压法兰组结构紧固密封，实现烧嘴一体布置的同时，有利于炉内流场的均匀，装置操作及运行稳定性高。结合图1、图2和图3，中心点火装置3的底端与保护气通道8的底端设有间距，点火燃料通道11的底端(出口端)设置有预混射流元件32，预混射流元件32用于预混呈比例通入的点火燃料和点火氧。点火燃料通道上设置有点火燃料进料39，点火燃料经点火燃料进口39进入点火燃料通道11内。点火氧通道10上设置有点火氧进口40，点火氧通过点火氧进口40进入点火氧通道10内。点火氧通道10的底部形成有预燃室33，预燃室33用于对由预混射流元件32射流来的点火燃料和点火氧的混合物进行燃烧，以实现气化炉在设定压力范围内直接点火。燃料和氧气通过预混射流元件以一定的比例预先混合，混合物以一定流速射流进入预燃室33内，遇电火花迅速着火燃烧；预燃室33出口沿烧嘴轴线方向向中心收缩，起到稳定火焰的作用。在预混射流元件和预燃室的联合作用下，点火烧嘴可实现高压下燃料和氧气混合充分、着火迅速、火焰燃烧稳定、不脱火、不回火，具备广泛的燃料适应性和大比例变负荷在线调节(调节比10以上)优点。

[0058] 中心点火装置3采用参数可调的点火装置，具有点火能量高、发火间隔短、点火成功率高、燃料适应性广的优点，能够为高压工况下燃料的直接点火燃烧提供足够的能量，以实现气化炉停车后在较高压力条件下直接点火，进而实现快速复工复产。另外，点火燃料通道11的底端设置有用于预混呈比例通入的点火燃料和点火氧的预混射流元件32，点火氧通道10的底端(出口端)形成有用于对由预混射流元件32射流来的点火燃料和点火氧的混合物进行燃烧的预燃室33，能够保证设定压力范围内燃料和氧气混合充分、着火迅速、火焰燃烧稳定，可满足不同热值、不同组分的燃料的着火及燃烧需求，可实现炉压在设定压力范围内直接点火，大比例在线负荷调节，具备足够的负荷能量保证主烧嘴1可靠投料，实现气化炉停车后快速复工复产。

[0059] 在一些实施例中，中心点火装置包括头部34、身部35和尾部36，头部34为电嘴，电嘴与身部35的底端可拆卸连接，同时损坏后便于更换；身部35位于点火燃料通道11内，如图4所示，身部35包括由内至外紧密同轴套置的金属芯41、绝缘层42和金属壳43，三层同轴套装形成棒式结构，便于中心布置，结构紧凑且不易损坏，能量传输损耗低、绝缘性好。点火装置头部34内缩至预混射流元件32内，并与身部35螺纹连接，头部34的底端与保护气通道8的底端设有间距，点火装置头部34可免受高温火焰直接烧蚀，使用寿命长，同时损坏后便于更换头部。尾部36与点火燃料通道11的顶端可拆卸、密封紧固连接，比如采用法兰组密封紧固，便于拆解维修。

[0060] 在一些实施例中，预混射流元件32至少采用以下导流孔结构或导流环缝结构或旋流装置结构，旋流装置结构为布置在预混射流元件32头部直段或斜段上的沿轴向的多组周向均布旋流叶片。预混射流元件的具体结构可以根据实际需要进行选择。

[0061] 在一些实施例中，预燃室33的出口朝向点火氧通道10的底端一侧，预燃室33的出口沿点火氧通道10的轴向向点火氧通道10的中心收缩形成收口，起到稳定火焰的作用。

[0062] 在一些实施例中，主烧嘴1的粉煤通道5与主氧通道6相邻，煤粉通道5的出口23沿煤粉通道5的轴向向煤粉通道5的中心收缩，煤粉通道5上设置有煤粉进料管24，一般设置二至六根煤粉进料管24，也可以设置一根。各煤粉进料管24沿煤粉通道5的周向同轴均匀布置，煤粉进料管24的上部为进料部，进料部为大圆弧形结构，比如，大圆弧结构的半径与煤粉进料管的管径比大于5，能够有效提升粉煤进料顺利和均匀性。且煤粉进料管24为沿煤粉通道5的轴向设置的螺旋空间弯头25，螺旋空间弯头25的空间旋流角度为5°至85°，实现煤粉物料旋流喷出，可实现煤、氧快速均匀充分的混合、高效气化燃烧。

[0063] 主氧通道6的出口设置有旋流装置26，有效强化煤氧介质混合和装置气化性能，碳转化率更高。主氧通道6上设置有二合一装置27，二合一装置27包括两个进氧管28，两个进氧管28的一端为分进氧口，另一端合并形成一个出氧口。粉煤通道与主氧通道的结构设置，可有效保证粉煤路进料与主氧侧向进气的均匀性；粉煤路与主氧通道出口相邻加上主氧通道的双旋流结构设置，保证煤氧喷入炉内遇点火烧嘴高温火焰后，能够快速均匀充分的混合、着火及燃烧。

[0064] 在一些实施例中，气化烧嘴整体采用三层冷却夹套，各级夹套之间同轴布置。三层冷却夹套分别为一级冷却夹套4、二级冷却夹套7和三级冷却夹套9，三层冷却夹套均构造为封闭式环状通道结构。封闭式环状通道结构包括夹套外壁管12、夹套分隔管13、夹套内层管14和头部端盖15，其中，夹套外壁管12与夹套分隔管13之间形成的环状通道为进水通道16，夹套分隔管13与夹套内壁管14之间形成的环状通道为出水通道17。夹套分隔管13与头部端盖15相邻的一端设有流线型的钝体18，流线型的钝体18与头部端盖15之间形成间隙均匀的导流通道19。夹套分隔管13另一端设有环状堵板20，夹套分隔管13与夹套内壁管14密封连接，在进水通道16身部设有进水管21、在出水通道17身部设有出水管22；进水管21与出水管
22等高设置。各介质通道采用同轴套装，各冷却夹套的冷却水进出口等高设置，尽可能缩短烧嘴整体高度，结构更加紧凑。另，再次结合图3，所述粉煤通道5与主氧通道6之间的煤氧管壁37也可根据需要设置为冷却夹套。多层冷却夹套的设置，有效保证烧嘴头部在炉内高温火焰环境中长期保持较低的温度，延长烧嘴使用寿命。在点火烧嘴外层布置冷却夹套，还通过保护气通道对点火烧嘴进行保护，通过气液双重冷却保护，有效延长点火烧嘴头部的使用寿命。

[0065] 常规点火烧嘴因受限于流量调节范围或燃料组分、热值变化影响，高压下被点燃的成功率降低。而本发明的点火烧嘴通过设置头部预混射流元件和预燃室，其中，预混射流元件可采用导流孔、导流环缝、旋流装置等结构，燃料和氧气通过预混射流元件后，可实现一定比例的预先混合，该部分混合物以一定流速射流进入预燃室内，遇电火花迅速着火燃烧，该火焰接触到剩余燃料和氧气，可进一步点燃整个燃料和氧；同时，预燃室出口沿烧嘴轴线方向向中心收缩结构，可起到稳定火焰的作用。以上结构设置，使烧嘴自身的调节比例达到10以上，对燃料热值、组分变化的影响也不再敏感，能够保证0.5MPaG至6.5MPaG压力范围内，燃料和氧气的快速着火，稳定燃烧。与常规的“伴烧烧嘴”方案的最大区别，即投料后，点火烧嘴可退出工作，主烧嘴跳车后，在高压下直接点火，该设置可有效降低点火烧嘴头部附近温度，延长使用寿命，同时还能节省燃料。

[0066] 另一方面，该点火烧嘴也可像“伴烧烧嘴”方案一样运行，通过布置于保护气通道内，且烧嘴外层布置冷却，气液双重冷却保护，可有效解决“伴烧烧嘴”头部烧蚀问题。

[0067] 本发明实施例还公开了一种气化炉，气化炉包括炉体及上述任一实施例的气化烧嘴。

[0068] 本发明实施例还公开了一种气化烧嘴的点火方法，包括：

[0069] 气化炉开车阶段：

[0070] 首先进行气化炉吹扫；

[0071] 吹扫结束后，启动气化炉升压程序，待气化炉升压至设定压力，比如，0.5MPaG至6.5MPaG(结合现场实际确定某一固定压力值)，且氧含量达到设定标准，比如，氧含量≤
0.5％，启动引氧程序。

[0072] 引氧结束后，打开火焰检测系统，启动中心点火装置3发火，通过预设的点火时序和点火流量(优选的时序为，预先测定燃料和氧气从切断阀到达喷口的时间，通过预设时间，保证开阀后燃料与氧气能够同时到达喷口，或者燃料优先于氧气一秒到两秒达到喷口)。控制点火燃料和点火氧分别沿各自通道进入气化烧嘴的预混射流元件进行预混，预混后的点火燃料和点火氧射流喷出并进行预燃。预燃的点火燃料和点火氧喷入气化炉内，点火燃料及点火氧混合物遇中心点火装置3发出的电火花后引燃着火并持续燃烧。

[0073] 待检测到点火烧嘴火焰且判定火焰稳定，启动主烧嘴1投料，粉煤和氧气分别沿各自通道喷入气化炉内，粉煤和氧气的起始投料流量优先推荐额定流量的20％‑60％，防止大流量通入无法完全燃烧，提高煤粉的燃烧率。粉煤在点火烧嘴2处着火后，点火烧嘴2退出并停止工作。

[0074] 气化炉后续运行过程中，主烧嘴1跳车阶段：

[0075] 气化炉炉体内依然维持高压状态，此时，首先对主烧嘴1的煤粉通道和氧气通道进行相对于开车阶段来说短时的吹扫，清除煤、氧介质通道及喷口残留物。

[0076] 吹扫结束后，维持粉煤循环通入，氧气通道引氧后，调整中心点火装置3的点火电压和点火能量以启动点火烧嘴2点火，待点火烧嘴2点燃，且气化炉的炉膛内参数(炉膛压力、粉煤流量、氧气流量等)负荷达到投料额定值后，启动主烧嘴1投料，起始投料流量优先推荐额定流量的30％至85％。

[0077] 主烧嘴跳车后，根据气化炉所处压力，自动匹配适应的点火能量参数，触发点火器的高能电嘴在高压下也能发出连续稳定的高能电火花，足够点燃点火烧嘴的燃料和氧气混合物，该结构和技术不仅可满足低压点火需求，更重要的可实现0.5MPaG至6.5MPaG压力范围内的高压直接点火。

[0078] 高压下负荷在线调节能力强，燃烧适应性广，能够保证高压下着火迅速，燃烧稳定，高压投料可靠，取代“烧嘴伴烧”技术，真正意义实现短时停车后的快速复工复产需求。

[0079] 以上对本发明多个实施例进行了详细说明，但本发明不限于这些具体的实施例，本领域技术人员在本发明构思的基础上，能够做出多种变型和修改实施例，这些变型和修改都应落入本发明所要求保护的范围之内。