1.本实用新型属于煤化工的节能环保技术领域，涉及一种可同时燃烧粉煤和有机废水的燃烧器。
背景技术：
2.目前，对于浓度低、结构复杂、杂质含量大、生物降解性不好、高毒性，如染料、农药、制药等工业的有机废水，至今仍缺乏经济而有效的实用方法。由于技术和经济原因，利用传统废水处理方法，如吸附法、萃取法、生化法，治理难度很大，己经满足不了越来越高的环保要求。因此，开发有效处理高毒性、难生物处理的有机废水技术和方法己经迫在眉睫。
3.有机废水主要具有以下特点：(1)有机物浓度高。其cod一般在2000mg/l以上，有的甚至高达几万至几十万mg/l，bod较低，很多废水可生化性较差。(2)成分复杂。往往含有生产原料、副反应产物和多种无机盐，较多的含有硫化物、氰化物、氮化物、碳水化合物等有毒物质。(3)色度高，有异味。有些废水散发出刺鼻的恶臭。给周围环境造成不良影响。(4)酸，碱、盐类众多。有机污水中具有强酸或者强碱性类的化合物较多，具有非常强的腐蚀性往往具有强酸或强碱性。
4.从近年来煤气化技术发展趋势看，干粉煤进料气化炉具有更高的碳转换率、低氧气消耗和煤质适应性，逐渐占有更多的气化炉技术市场。干粉煤进料气化炉混入有机废水，有机废水经气化炉高温分解产生有效合成气。本实用新型可以将处理有机废水与粉煤气化优势相结合，与气化炉结合使用，是煤气化领域核心设备。
技术实现要素：
5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种可同时燃烧粉煤和有机废水的燃烧器，在追求“高的碳转换率、低氧气消耗和煤质适应性”同时具备处置有机废水，对于提升煤化工领域的气化炉综合能效、减少系统投资和减少碳排放意义重大。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种可同时燃烧粉煤和有机废水的燃烧器，包括有腔体，所述腔体内由内到外依次套接有第一套管层、冷却水夹套层、第二套管层，所述第一套管层、第二套管层、腔体中空且下端开口，所述第一套管层、冷却水夹套层、第二套管层贯穿腔体上端且所述第一套管层、冷却水夹套层、第二套管层相对于腔体的凸出高度依次逐渐降低，所述第一套管层内形成第二气化剂通道，所述第一套管层、冷却水夹套层、第二套管层、腔体之间由内至外依次形成有机废水通道、第一气化剂通道、煤粉通道。
7.如上所述，本实用新型提供的一种可同时燃烧粉煤和有机废水的燃烧器，具有以下有益效果：
8.(1)本实用新型提供的一种可同时燃烧粉煤和有机废水的燃烧器，将处理有机废水与粉煤气化优势相结合，可同时具备燃烧干煤粉和有机废水，不仅能够处置有机废水，还能够提高气化炉的碳转化率，大大降低能耗、降低操作费用，符合绿色环保要求。
9.(2)本实用新型提供的一种可同时燃烧粉煤和有机废水的多功能燃烧器，在保证气化炉安全运行的条件下，能对有机废水无害化处理。有机物在气化炉内高温(1350-1550℃)环境内完全分解。不会产生二次污染和有害物质。并且有机物和氧气发生化学反应，可以产生合成气(co、h2)，属于绿色环保技术，符合节能环保要求。
10.(3)本实用新型提供的一种可同时燃烧粉煤和有机废水的多功能燃烧器，有机废水可以降低热通量，保护燃烧器，可以减少蒸汽加入量。
11.(4)本实用新型提供的一种可同时燃烧粉煤和有机废水的多功能燃烧器，有机废水从燃烧器的有机废水通道喷入气化炉炉膛，有机废水浆膜初始厚度低，易于雾化。其内侧为高速流动的第二气化剂，且与有机废水呈一定交汇角；第二气化剂通过撞击、振动等方式使有机废水雾化。本燃烧器结构使有机废水能充分与气化剂化学反应。
附图说明
12.图1显示为本实用新型中一种可同时燃烧粉煤和有机废水的燃烧器的整体结构示意图。
13.图2显示为本实用新型中图1的a-a区域剖面图。
14.图3显示为本实用新型中图2的a-a区域端部的放大剖面图。
15.图4显示为本实用新型中一种可同时燃烧粉煤和有机废水的燃烧器的以冷却水夹套层为外层套管的同轴套管结构示意图。
16.图5显示为本实用新型中图4的b-b区域示意图。
17.附图标记
18.1a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一冷却水进口
19.1b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一冷却水出口
20.2(2a、2b)
ꢀꢀ
粉煤进口
21.3(3a、3b)
ꢀꢀ
第一气化剂进口
22.4a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二冷却水进口
23.4b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二冷却水出口
[0024]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
有机废水进口
[0025]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二气化剂进口
[0026]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
煤粉通道
[0027]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一气化剂通道
[0028]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
有机废水通道
[0029]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二气化剂通道
[0030]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
腔体
[0031]
111
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一腔段
[0032]
112
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二腔段
[0033]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一套管层
[0034]
13
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却水夹套层
[0035]
14
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二套管层
[0036]
15
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
内隔离板层
[0037]
16
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却水管路
[0038]
α
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二腔段的侧壁与中轴线之间的夹角
[0039]
β
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却水夹套层的出口端管壁与中轴线之间的夹角
[0040]
γ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一套管层的出口端管壁与中轴线之间的夹角
[0041]
θ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
旋流片与中轴线的旋转角夹角
具体实施方式
[0042]
请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0043]
本实用新型提供一种可同时燃烧粉煤和有机废水的燃烧器，如图1-5所示，包括有腔体11，所述腔体11内由内到外依次套接有第一套管层12、冷却水夹套层13、第二套管层14，所述第一套管层12、第二套管层14、腔体11中空且下端开口，所述第一套管层12、冷却水夹套层13、第二套管层14贯穿腔体11上端且所述第一套管层12、冷却水夹套层13、第二套管层14相对于腔体11的凸出高度依次逐渐降低，所述第一套管层12内形成第二气化剂通道10，所述第一套管层12、冷却水夹套层13、第二套管层14、腔体11之间由内至外依次形成有机废水通道9、第一气化剂通道8、煤粉通道7。
[0044]
在上述燃烧器中，如图1-3所示，所述第一套管层12设于腔体11的中轴线位置。
[0045]
在上述燃烧器中，如图1-5所示，所述第一套管层12、冷却水夹套层13、第二套管层14在所述腔体11内呈同心圆分布。
[0046]
在上述燃烧器中，如图1、4所示，所述第一套管层12、冷却水夹套层13、第二套管层14作为同轴套管进行法兰连接。
[0047]
在上述燃烧器中，如图2、3所示，所述腔体11由上至下依次设有第一腔段111及第二腔段112，所述第一腔段111由上至下横截面积保持不变，所述第二腔段112由上至下横截面积逐渐变小。
[0048]
在一实施例中，如图3所示，所述第二腔段112的侧壁与中轴线之间的夹角α为10～40
°
，优选为20
°
。
[0049]
在上述燃烧器中，如图1、2所示，所述腔体11的外侧壁环绕设有冷却水管路16，所述冷却水管路16上分别设有第一冷却水进口1a和第一冷却水出口1b。所述腔体11的外侧壁被冷却水管路16环绕，采用盘管式冷却方式，冷却水管路16外围设有一层保护金属壁。冷却水管路16通过第一冷却水进口1a和第一冷却水出口1b与外界相连。冷却水可以避免上述燃烧器受高温影响，冷却向火面金属。
[0050]
在一实施例中，如图1所示，所述第一冷却水进口1a和第一冷却水出口1b设置在位于所述腔体11上部外侧壁外的冷却水管路16上。
[0051]
在一个优选的实施例中，如图1所示，所述第一冷却水进口1a和第一冷却水出口1b设置在位于所述第一腔段111上部外侧壁外的冷却水管路16上。
[0052]
在一实施例中，如图1所示，所述第一冷却水进口1a和第一冷却水出口1b沿腔体11的中轴线对称分布。
[0053]
在上述燃烧器中，如图1所示，所述腔体11上还设有若干个粉煤进口2，所述粉煤进口2与煤粉通道7相连通。上述煤粉通道2用于通过燃烧器输出煤粉。
[0054]
在一实施例中，如图1所示，所述粉煤进口2为2-4个。
[0055]
在一实施例中，如图1所示，所述粉煤进口2设于所述腔体11的顶面。
[0056]
在一实施例中，如图1所示，所述粉煤进口2沿腔体11的中轴线对称均匀分布。相邻所述粉煤进口2之间保持相间隔。
[0057]
上述燃烧器中，如图1、2所示，所述第二套管层14上设有若干第一气化剂进口3，所述第一气化剂进口3与第一气化剂通道8相连通。上述第一气化剂通道8用于通过燃烧器输出第一气化剂，第一气化剂一方面使粉煤均匀分散，使粉煤和气化剂充分混合，另一方面与粉煤发生化学反应。
[0058]
在一实施例中，如图1所示，所述第一气化剂进口3为2-4个。
[0059]
在一实施例中，如图1所示，所述第一气化剂进口3设于所述第二套管层14凸出于腔体11的管段管壁上。
[0060]
在一实施例中，如图1所示，所述第一气化剂进口3沿第二套管层14的中轴线对称分布。相邻所述第一气化剂进口3之间保持相间隔。
[0061]
在上述燃烧器中，如图1、2、3所示，所述冷却水夹套层13中空且内设有内隔离板层15以形成循环水路，所述冷却水夹套层13上设有第二冷却水进口4a和第二冷却水出口4b，所述第二冷却水进口4a和第二冷却水出口4b与循环水路相连通。所述冷却水夹套层13用于输入冷却水冷却燃烧器，具体来说，所述第二冷却水进口4a和第二冷却水出口4b与外界相连。采用夹套式冷却方式，冷却水通过第二冷却水进口4a进入冷却水夹套层13冷却燃烧器向火面金属，从第二冷却水出口4b排除。
[0062]
在一实施例中，如图1、4所示，所述第二冷却水进口4a和第二冷却水出口4b设于所述冷却水夹套层13凸出于腔体11的管段管壁上且第二冷却水出口4b所在位置高于所述第二冷却水进口4a。
[0063]
在上述燃烧器中，如图1、2、4所示，所述冷却水夹套层13上还设有有机废水进口5，所述有机废水进口5与有机废水通道9相连通。
[0064]
上述有机废水通道9用于通过燃烧器喷出有机废水。具体来说，有机废水从有机废水通道9喷出，可以降低液膜厚度，有利于液体雾化，增加与气化剂接触面积，从而提高转化率。
[0065]
在一实施例中，如图1、4所示，所述有机废水进口5设于所述冷却水夹套层13凸出于腔体11的管段管壁上。
[0066]
在上述燃烧器中，如图1、2、3、4所示，所述第一套管层12上端设有第二气化剂进口6，所述第二气化剂进口6与第二气化剂通道10相连通。所述第二气化剂通道10用于通过燃烧器输出第二气化剂，即助燃气体，一方面通过撞击、振动等方式使有机废水雾化，另一方面提供助燃气体和有机废水发生燃烧反应。
[0067]
在上述燃烧器中，如图3所示，所述冷却水夹套层13的出口端管壁与中轴线之间的夹角β为10～30
°
，优选为20
°
。
[0068]
在上述燃烧器中，如图3所示，所述第一套管层12的出口端管壁与中轴线之间的夹角γ为5～20
°
，优选为10
°
。
[0069]
在上述燃烧器中，如图5所示，所述第一气化剂通道8内设有旋流片，所述旋流片与中轴线的旋转角夹角θ为10～30
°
，优选为13
°
。所述旋流片以冷却水夹套层13为外层套管的同轴套管焊接在第一气化剂通道8内。
[0070]
上述燃烧器安装在气化炉设备上。
[0071]
下面结合图1-5，说明本实用新型中一种可同时燃烧粉煤和有机废水的燃烧器的具体使用过程。
[0072]
使用者在获得如图1-5所示的一种可同时燃烧粉煤和有机废水的燃烧器时，将燃烧器安装在气化炉上，在气化炉反应室内通过本燃烧器的煤粉通道喷入煤粉，通过本燃烧器的第一气化剂通道8喷入第一气化剂，再通过燃烧器的有机废水通道9喷入有机废水，通过燃烧器的第二气化剂通道10喷入第二气化剂，进行气化反应，获得高温粗合成气和熔融灰渣。使用中，可通过冷却水管路16避免燃烧器受高温影响，可通过冷却水夹套层13输入冷却水冷却燃烧器，冷却向火面金属。
[0073]
具体来说，所述煤粉为干煤粉。所述煤粉的颗粒尺寸≤90μm占≥90wt％且颗粒尺寸≤5μm占≥10wt％，优选为所述煤粉的颗粒尺寸≤90μm占90wt％且颗粒尺寸≤5μm占10wt％。所述煤粉的水分含量≤5wt％。
[0074]
具体来说，所述第一气化剂为纯氧和蒸汽的混合物，所述蒸汽与纯氧的质量比为0～6％，具体如0～3％、3～6％。所述蒸汽为水蒸气。
[0075]
具体来说，所述有机废水指含有机废水或煤粉与有机废水的混合物。
[0076]
例如，所述有机废水中，按质量百分比计，包括以下组分：煤粉0～65％；有机废水35～100％。
[0077]
具体来说，所述第二气化剂为纯氧。上述纯氧是指纯度≥99v％的氧气。
[0078]
具体来说，所述第一气化剂与煤粉加入的质量比为0.6～1：1kg/kg，具体如0.6～0.8：1、0.8～1：1。
[0079]
具体来说，所述第二气化剂(体积按标准状态计算)与有机废水加入的体积比为50～500nm3/m3，具体根据有机废水可燃物的质量百分比调节。
[0080]
具体来说，所述有机废水与煤粉加入的比为0.05～0.6：1，具体如0.05～0.2：1、0.2～0.4：1、0.4～0.6：1。
[0081]
具体来说，所有物料流量均可独立调节。
[0082]
上述气化反应混合适量的氧气和蒸汽，在现有的气化炉中进行。该反应延长了反应物料在反应室停留及反应时间，提高了气化炉内碳颗粒湍流效果，提高煤中有机挥发份、有机废水分解和碳转化率。
[0083]
具体来说，所述气化反应中的反应公式如下：
[0084]
c o2→
co2[0085][0086]
[0087]
c co2→
2co
[0088]
c 1/2o2→
co
[0089][0090]
s o2 3h2→
h2s 2h2o
[0091]
具体来说，所述高温粗合成气的温度为1300～1700℃。所述高温粗合成气为含有氢气和一氧化碳的高温粗合成气。
[0092]
具体来说，所述熔融灰渣为煤在气化炉内经过高温燃烧和化学反应，煤和有机废水中的有机物挥发分变成气态产物，剩余灰分在高温状态形成可流动熔融灰渣。
[0093]
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
[0094]
实施例1
[0095]
采用本技术燃烧器进行处理有机废水，通过燃烧器在现有气化炉内喷入煤粉和第一气化剂进料，再通过燃烧器喷入有机废水和第二气化剂，在4.3mpa(g)的压力、1500℃的温度下进行气化反应，获得温度为1450℃的高温粗合成气和熔融灰渣。其中，煤粉为干煤粉，煤粉的颗粒尺寸≤90μm占90wt％且颗粒尺寸≤5μm占10wt％，煤粉的水分含量≤5wt％。第一气化剂为纯氧和蒸汽的混合物，蒸汽与纯氧的质量比为5％。第二气化剂为纯氧(氧含量99.7v％)。有机废水中，按质量百分比计，包括以下组分：煤粉60％；有机废水40％。第一气化剂与煤粉加入的质量比为0.787：1，kg/kg；第二气化剂和有机废水加入的体积比为450：1nm3/m3。有机废水和煤粉加入的质量之比为0.13：1，kg/kg。
[0096]
实施例2
[0097]
采用本技术中燃烧器进行处理有机废水，通过燃烧器在现有气化炉内喷入煤粉和第一气化剂进料，再通过燃烧器喷入有机废水和第二气化剂，在4.3mpa(g)的压力、1400℃的温度下进行气化反应，获得温度为1350℃的高温粗合成气和熔融灰渣。其中，煤粉为干煤粉，煤粉的颗粒尺寸≤90μm占90wt％且颗粒尺寸≤5μm占10wt％，煤粉的水分含量典型值≤5wt％。第一气化剂和第二气化剂均为纯氧(氧含量99.7v％)。有机废水中，按质量百分比计，包括以下组分：煤粉0％；有机废水100％。第一气化剂和煤粉加入的质量比为0.787：1；第二气化剂和有机废水加入的体积之比为50：1nm3/m3。有机废水和煤粉加入的质量之比为0.05：1，kg/kg。
[0098]
实施例3
[0099]
将实施例1中获得的温度为1450℃的高温粗合成气和熔融灰渣在现有气化炉内回收反应余热后降温，获得中温粗合成气和中温灰渣。中温粗合成气的温度为700℃。
[0100]
将中温粗合成气和中温灰渣在现有气化炉内进行初步洗涤后降温后，获得粗合成气1#和灰渣1#，粗合成气1#输出，灰渣1#排出。其中，洗涤试剂为灰水。粗合成气1#与洗涤试剂加入的质量比为0.825：1。粗合成气输出的温度为198℃。
[0101]
对比例1
[0102]
采用生物处理技术处理有机废水。生物处理技术是通过微生物的自身降解来去除废水的污染物资，是目前废水处理最经济、最有效的处理方法。生物法通常采用活性污泥法和生物膜法。活性污泥法(氧化沟、sbr及推流式曝气池)工艺运行较为稳定、成熟。生物膜法有生物转盘、接触氧化剂曝气生物滤池。以“缺氧 好氧 絮凝沉淀 生物过滤 消毒”主工艺
为例说明生物废水处理技术。
[0103]
废水采用泵加压送至污水处理厂调节池。废水进入调节池进行均质均量，调节后的废水进入a/o系统，事故时进入事故池，再逐步可控进入调节池。调节后的废水进入a/o系统去除废水中大部分有机物、氨氮和tp，a/o出水进入二沉池进行泥水分离。二沉池上清液进入絮凝系统，污泥回流至缺氧池，好氧池硝化回流至缺氧池。剩余污泥排入污泥浓缩池。
[0104]
絮凝反应池中投加絮凝剂和助凝剂，进一步降低废水中的cod和ss。絮凝反应池出水进入絮凝沉淀池进行泥水分离，污泥排入污泥浓缩池。絮凝沉淀池出水进入baf，进一步去除cod和ss，baf出水进行紫外消毒后达标排放。
[0105]
baf采用出水池废水作为反冲洗水，反冲洗出水进入反洗水池。废水在反洗水池沉淀后，上清液泵入絮凝反应池，含泥污水搅拌后排至污泥浓缩池。
[0106]
污泥浓缩池上清液进入缺氧池，污泥脱水后外运。
[0107]
比较测试例1
[0108]
将实施例3与对比例1中的处理有机废水的方法进行比较，可以发现对比例1中方法存在如下使用缺陷：(1)对有机废水要求高：cod较低，可生化性较好，悬浮物和油含量低。(2)运行费用高，动力消耗高，运行管理复杂，污泥培养时间较长污泥易失活，污水处理厂再次运行污泥需重新培养。(3)占地大。
[0109]
而实施例3中的方法通过本燃烧器将废水混合煤粉形成有机废水，有机废水在气化炉内高温分解为合成气(co h2)，合成气是一种重要化工原料，可以生产甲醇、醋酸、乙二醇、合成氨等化工原料。该方法是一种“变废为宝”的方法。并且本燃烧器使有机物在气化炉反应温度在1350℃以上分解，不会产生焦油、中油、酚及杂环有机物，不会对环境造成二次污染。另外，本方法处理运行费用低，不受外界因素影响，运行稳定可靠。
[0110]
综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0111]
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。