本發(fā)明涉及再生能源利用領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種氣化燒嘴及其氣化方法。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)前的能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，氣流床氣化技術(shù)憑借其氣化壓力高、反應(yīng)溫度高、反應(yīng)速率快、氣體產(chǎn)物無(wú)焦油、氣化效率高、生產(chǎn)能力大且易于大型化等顯著優(yōu)勢(shì)，成為主流的氣化技術(shù)，尤其在生物質(zhì)制綠色甲醇領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。氣流床氣化技術(shù)分為水料漿進(jìn)料和干粉進(jìn)料兩種方式，生物質(zhì)具有纖維結(jié)構(gòu)，其制成的粉末顆粒多呈現(xiàn)針狀或者片狀，形狀不規(guī)則，與理想的球形顆粒差異較大，這使得生物質(zhì)粉的流動(dòng)性較差，鑒于生物質(zhì)吸水性能強(qiáng)、成漿性差的特點(diǎn)，其在應(yīng)用于氣流床氣化技術(shù)時(shí)，通常采用干粉氣力輸送的進(jìn)料方式。

2、然而，生物質(zhì)在干粉氣力輸送過(guò)程中存在諸多棘手問(wèn)題。干粉氣力輸送的流量穩(wěn)定對(duì)氣化爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著決定性作用，一旦流量出現(xiàn)波動(dòng)，將會(huì)引發(fā)爐溫的不穩(wěn)定，進(jìn)而影響產(chǎn)品氣體的質(zhì)量，導(dǎo)致排渣不暢甚至堵渣現(xiàn)象。更為嚴(yán)重的是，若干粉輸送管線發(fā)生堵塞而斷流，可能致使氣化爐內(nèi)出現(xiàn)過(guò)氧超溫的危險(xiǎn)情況，極端情況下還會(huì)引發(fā)爆炸事故。

3、面對(duì)干粉輸送管線斷流問(wèn)題，目前的干粉氣流床氣化爐技術(shù)普遍采用聯(lián)鎖停車的應(yīng)對(duì)方式。這種方式雖能確保氣化爐避免過(guò)氧超溫，保障運(yùn)行安全，但對(duì)于極易堵塞斷流的生物質(zhì)粉而言，氣化爐頻繁跳車會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重制約了生物質(zhì)制綠色甲醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4、如公布號(hào)為cn118360082a的發(fā)明專利中，其公開(kāi)的氣化燒嘴，包括第一噴出部件、第二噴出部件等多個(gè)部分，通過(guò)設(shè)置擾動(dòng)腔體、旋流裝置等結(jié)構(gòu)，在一定程度上解決了燃料噴出不均勻、助燃劑與燃料混合不充分等問(wèn)題，為氣化燒嘴的設(shè)計(jì)提供了新的思路。但該氣化燒嘴在應(yīng)對(duì)干粉輸送管線斷流問(wèn)題上，未提及針對(duì)性的解決方案，且在適應(yīng)不同原料進(jìn)料情況，尤其是像生物質(zhì)粉這種特殊物料方面，可能存在局限性。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)主要聚焦于燃料與助燃劑的混合和燃燒過(guò)程，對(duì)于原料進(jìn)料的穩(wěn)定性以及原料特性對(duì)氣化過(guò)程的復(fù)雜影響考慮不足。

5、與此同時(shí)，干粉氣流床氣化燒嘴的性能也亟待提升?，F(xiàn)有氣化燒嘴在多個(gè)方面存在不足：一是對(duì)氣化流場(chǎng)和反應(yīng)的調(diào)節(jié)手段有限，無(wú)法根據(jù)原料粉流量的變化精確調(diào)節(jié)氣化劑的流量，難以保證氣化反應(yīng)穩(wěn)定、高效地進(jìn)行；二是冷卻結(jié)構(gòu)缺乏有效性，在高溫環(huán)境下容易損壞，縮短了氣化燒嘴的使用壽命；三是內(nèi)部流道設(shè)計(jì)不合理，無(wú)法促進(jìn)原料粉和氣化劑充分混合，降低了氣化反應(yīng)效率；四是出口結(jié)構(gòu)不利于形成良好的火焰形態(tài)以及穩(wěn)定的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)，對(duì)氣化效果產(chǎn)生負(fù)面影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。

2、本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種氣化燒嘴，其增強(qiáng)了對(duì)生物質(zhì)粉等特殊原料的處理能力，保證干粉輸送的穩(wěn)定性，減少氣化爐跳車次數(shù)，降低經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)全面提升氣化反應(yīng)效率和氣化效果。

3、為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種氣化燒嘴，其從內(nèi)至外依次套設(shè)有：

4、點(diǎn)火燃料通道，其用于輸送點(diǎn)火燃料；

5、內(nèi)環(huán)氣化通道，其與內(nèi)環(huán)氣化入口通道連通以輸送助燃劑或者內(nèi)環(huán)氣化劑，且；

6、外環(huán)氣化通道，其與外環(huán)氣化入口通道連通以輸送外環(huán)氣化劑；以及

7、原料粉通道，其上設(shè)有多個(gè)連通至所述原料粉通道的原料粉入口通道以輸送原料粉；

8、其中，所述點(diǎn)火燃料通道或者所述內(nèi)環(huán)氣化通道點(diǎn)火處設(shè)有點(diǎn)火機(jī)構(gòu)。

9、優(yōu)選的是，所述任一原料粉入口通道上設(shè)有原料粉切斷閥和原料粉流量計(jì)；所述內(nèi)環(huán)氣化入口通道上依次設(shè)有內(nèi)環(huán)切斷閥、內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)閥和內(nèi)環(huán)流量計(jì)，所述外環(huán)氣化入口通道上依次設(shè)有外環(huán)切斷閥、外環(huán)調(diào)節(jié)閥和外環(huán)流量計(jì)，使得內(nèi)化氣化劑流量f1與外環(huán)氣化劑流量f2滿足：

10、f1/(f1+f2)等于任一正常運(yùn)行的原料粉入口通道中原料粉流量與所有正常運(yùn)行的原料粉入口通道中原料粉流量總和的比值。

11、優(yōu)選的是，所述氣化燒嘴還包括套設(shè)在所述內(nèi)環(huán)氣化通道與外環(huán)氣化通道之間的內(nèi)環(huán)冷卻水通道，以及套設(shè)在原料粉通道外側(cè)的外環(huán)冷卻水通道。

12、優(yōu)選的是，所述原料粉通道內(nèi)沿其軸線方向均勻排列有多個(gè)螺旋狀的第一擾流片，所述內(nèi)環(huán)氣化通道內(nèi)沿其軸線方向均勻排列有多個(gè)螺旋狀的第二擾流片，所述外環(huán)氣化通道內(nèi)沿其軸線方向均勻排列有多個(gè)螺旋狀的第三擾流片；其中，第一擾流片的設(shè)置規(guī)則如下：

13、原料粉顆粒平均粒徑＜30μm時(shí)，第一擾流片的高度為8~10mm，間距為25~30mm、寬度為10~15mm，螺旋角度為15~20°；

14、30μm≤原料粉顆粒平均粒徑＜50μm時(shí)，第一擾流片的高度為11~13mm，間距為31~35mm、寬度為16~18mm，螺旋角度為21~35°；

15、原料粉顆粒平均粒徑≥50μm時(shí)，第一擾流片的高度為14~16mm，間距為36~40mm、寬度為10~15mm，螺旋角度為36~45°；

16、第二擾流片的高度為12~18mm，間距為20~30mm、寬度為15~18mm，螺旋角度為30~45°；

17、第三擾流片的高度為8~13mm，間距為25~35mm、寬度為10~16mm，螺旋角度為20~35°。

18、優(yōu)選的是，所述內(nèi)環(huán)氣化通道出口為漸縮型；外環(huán)氣化通道出口設(shè)置為向所述內(nèi)環(huán)氣化通道出口傾斜的斜口，所述斜口與豎直方向的夾角為30~60°。

19、優(yōu)選的是，所述原料粉通道內(nèi)設(shè)有延伸至氣化燒嘴出口處的螺旋管道，任一原料粉入口通道與所述螺旋管道連通。

20、本發(fā)明進(jìn)一步要求保護(hù)所述氣化燒嘴的氣化方法，包括：

21、s1、向所述點(diǎn)火通道內(nèi)通入點(diǎn)火燃料，向所述內(nèi)環(huán)氣化通道內(nèi)通入助燃劑，并通過(guò)點(diǎn)火執(zhí)行機(jī)構(gòu)點(diǎn)火，形成第一火焰；

22、s2、通過(guò)多個(gè)原料粉入口通道向所述原料粉通道內(nèi)輸送原料粉，向所述外環(huán)氣化通道內(nèi)通入外環(huán)氣化劑，并通過(guò)所述第一火焰將原料粉點(diǎn)燃，形成第二火焰；

23、s3、停止向所述點(diǎn)火通道內(nèi)通入點(diǎn)火燃料，停止向所述內(nèi)環(huán)氣化通道內(nèi)通入助燃劑后，向所述內(nèi)環(huán)氣化通道內(nèi)通入內(nèi)環(huán)氣化劑，使得原料粉、外環(huán)氣化劑和內(nèi)環(huán)氣化劑形成第三火焰，原料粉發(fā)生氣化反應(yīng)；

24、s4、通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)閥和外環(huán)調(diào)節(jié)閥，使得內(nèi)化氣化劑流量f1與外環(huán)氣化劑流量f2滿足：f1/(f1+f2)等于任一正常運(yùn)行的原料粉入口通道中原料粉流量與所有正常運(yùn)行的原料粉入口通道中原料粉流量總和的比值；同時(shí)所述第三火焰的形態(tài)發(fā)生變化，以改變氣化燒嘴的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)；

25、s5、當(dāng)檢測(cè)到任一原料粉入口通道的原料粉流量低于預(yù)設(shè)閾值a或者任一原料粉入口通道的原料粉流量的波動(dòng)幅度超過(guò)預(yù)設(shè)閾值b，則切斷該原料粉入口通道上的原料切斷閥和內(nèi)環(huán)氣化入口通道上的內(nèi)環(huán)切斷閥，再次調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)閥和外環(huán)調(diào)節(jié)閥并打開(kāi)內(nèi)環(huán)切斷閥使得內(nèi)化氣化劑流量f1與外環(huán)氣化劑流量f2滿足：f1/(f1+f2)等于任一正常運(yùn)行的原料粉入口通道中原料粉流量與所有正常運(yùn)行的原料粉入口通道中原料粉流量總和的比值。

26、優(yōu)選的是，在步驟s5中再次調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)閥和外環(huán)調(diào)節(jié)閥的方法如下：

27、s501、根據(jù)氣化燒嘴歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用if-then形式表達(dá)模糊控制規(guī)則，并構(gòu)建模糊控制規(guī)則庫(kù)；

28、s502、根據(jù)內(nèi)環(huán)氣化劑實(shí)時(shí)流量、外環(huán)氣化劑實(shí)時(shí)流量以及各原料粉入口通道內(nèi)原料粉實(shí)時(shí)流量，計(jì)算內(nèi)環(huán)氣化劑流量與外環(huán)氣化劑流量的實(shí)際比例與預(yù)設(shè)比例的偏差e和偏差變化率ec；

29、s503、將s502中計(jì)算得到的偏差e和偏差變化率ec作為模糊控制器的輸入變量，并按照模糊子集劃分規(guī)則將所述偏差e和偏差變化率ec分別歸入相應(yīng)的模糊子集中得到所述偏差e和偏差變化率ec的模糊值；

30、s504、在s501構(gòu)建的模糊控制規(guī)則庫(kù)中選擇與s503所得偏差e和偏差變化率ec的模糊值匹配的模糊控制規(guī)則，并采用mamdani?推理法或?larsen?推理法得到內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)閥和外環(huán)調(diào)節(jié)閥的模糊開(kāi)度范圍；

31、s505、采用重心法或最大隸屬度法將s504所得內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)閥和外環(huán)調(diào)節(jié)閥的模糊開(kāi)度范圍轉(zhuǎn)化為內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)閥和外環(huán)調(diào)節(jié)閥精確的開(kāi)度值，并調(diào)節(jié)所述內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)閥和外環(huán)調(diào)節(jié)閥。

32、優(yōu)選的是，所述內(nèi)環(huán)氣化劑和所述外環(huán)氣化劑均為含氧氣體。

33、優(yōu)選的是，所述原料粉為秸稈粉、木屑粉、煤粉、焦炭粉、石油焦粉中的任一種。

34、本發(fā)明至少包括以下有益效果：

35、其一、本發(fā)明氣化燒嘴獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其能更好地適應(yīng)不同原料進(jìn)料情況，特別是針對(duì)生物質(zhì)粉這種流動(dòng)性差、易堵塞的原料；同時(shí)通過(guò)優(yōu)化內(nèi)部流道和進(jìn)料結(jié)構(gòu)，有效減少了干粉輸送管線堵塞和斷流的風(fēng)險(xiǎn)，保障了干粉氣力輸送的穩(wěn)定性，降低了因進(jìn)料問(wèn)題導(dǎo)致的氣化爐跳車次數(shù)，進(jìn)而減少經(jīng)濟(jì)損失；

36、其二、本發(fā)明配備精確的流量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，可根據(jù)原料粉流量的變化，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)氣化劑的流量，確保在不同工況下，氣化反應(yīng)都能穩(wěn)定進(jìn)行，提高了氣化反應(yīng)的效率，避免了因氣化劑與原料粉比例不當(dāng)而導(dǎo)致的反應(yīng)不充分或不穩(wěn)定問(wèn)題，提升了產(chǎn)品氣體的質(zhì)量；根據(jù)原料粉性質(zhì)和氣化反應(yīng)狀態(tài)的不同，可以通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)氣化劑流量f1和外環(huán)氣化劑流量f2之間的比例，調(diào)控氣化反應(yīng)；如氣化爐出口溫度偏低導(dǎo)致排渣不暢，可以提高內(nèi)環(huán)氣化劑流量，增加第三火焰的長(zhǎng)度，提高氣化爐出口溫度；如原料粉的灰分較低，可以提高外環(huán)氣化劑流量，增加第三火焰的旋流強(qiáng)度，從而使更多的原料熔渣卷吸到氣化爐壁面上，為壁面提供足夠的渣層保護(hù)，同時(shí)增加原料粉的壁面反應(yīng)時(shí)間，提高碳轉(zhuǎn)化率；

37、其三、本發(fā)明還設(shè)置了有效的冷卻通道，能夠及時(shí)帶走氣化燒嘴在高溫環(huán)境下產(chǎn)生的熱量，減少了燒嘴因高溫而損壞的風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)了氣化燒嘴的使用壽命；降低了設(shè)備維護(hù)成本和更換頻率，提高了生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性；

38、其四、本發(fā)明提供的氣化燒嘴內(nèi)部合理設(shè)計(jì)的流道和擾流片，促進(jìn)了原料粉和氣化劑的充分混合，使反應(yīng)更充分，提高了氣化反應(yīng)效率；同時(shí)，特定的出口結(jié)構(gòu)有利于形成良好的火焰形態(tài)和穩(wěn)定的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)，進(jìn)一步提升了氣化效果，增加了合成氣的產(chǎn)量和質(zhì)量；

39、其五、本發(fā)明通過(guò)保證干粉輸送穩(wěn)定性、減少氣化爐跳車次數(shù)、提升氣化反應(yīng)效率和效果等多方面的改進(jìn)，本發(fā)明降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；增強(qiáng)了生物質(zhì)制綠色甲醇過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益和競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)了該領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

40、本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。