在气流床气化过程中，从工艺烧嘴喷出的煤粉和气化剂都是以射流的形式出现，通常煤粉与气化剂的喷射动量决定了火焰的形状和炉内的混合特性，因此组合烧嘴的结构对气化过程的影响至关重要^[1]。

自神华宁夏煤业集团有限责任公司烯烃项目煤粉烧嘴更换为氧气旋流角为23°的国产化组合烧嘴以来，气化炉主烧嘴运行期间挂渣效果不太理想，主要表现在：燃烧室挂渣大部分为虚渣；在满负荷运行工况下，烧嘴支撑、4路水冷壁盘管进出口温差小；下渣口处热密度高于其他部位，导致下渣口温差大。根据上述现象可以推断：气化炉高负荷运行时主烧嘴火焰细长，火焰对水冷壁直筒段处正面冲刷作用少，水冷壁盘管处热密度低；大量的能量正对底部斜坡面的下渣口，尽管避免了水冷壁烧损，但水冷壁挂渣效果差；煤粉与氧气在气化炉内混合效果差，返混区域强度小，煤粉与气化剂停留时间短，因此反应效果差，导致渣少饼多，同时碳转化率较低而渣样中残碳含量较高。因此，在现有气化炉结构形式下，降低灰渣比及残碳含量的有效方法就是通过改变氧气旋流角以提高煤粉与氧气、次高压蒸汽的混合效果。

煤粉与气化剂从烧嘴喷出后，在紧靠烧嘴的一个相当短的过渡区域内，高速射流形成剪切层，但由于此剪切层自然不稳定性地迅速增长而形成漩涡，导致射流对周围流体产生卷吸作用。由于卷吸作用的存在，使得射流宽度沿长度方向不断伸展，当射流扩张受到壁面限制且周围流体量小于射流所能卷吸的能量时，由于反向压力梯度的存在，从而在炉膛内产生回流^[2]。因此，氧气旋流角是影响炉膛内各流场分布的重要因素。

采用流体力学软件对不同氧气旋流角下气化炉内温度场进行模拟分析，不同氧气旋流角下合成气出口温度及流速如表 1所示^[3]。

由表 1可以看出，随着氧气旋流角的增大，对合成气的出口温度有一定的影响。这是因为随着氧气旋流角的增大，氧气切向旋流流速增大，火焰形状变得更宽，因此顶锥壁面受到的热辐射有所增加。而炉膛直端与顶锥相反，这是因为随着氧气旋流角的增大，氧气轴向旋流流速变小，火焰在变宽的同时也变得较短，气流对水冷壁烧嘴支撑以及下渣口处的冲刷和热辐射较弱。

通过对国产化组合烧嘴的氧气旋流角进行优化，可得出如下结论：

(1) 在23°~26°小范围内调整氧气旋流角，对有效气含量影响较弱；

(2) 随着氧气旋流角的增大，水冷壁各部位的热损更加合理，水冷壁的挂渣情况良好；

(3) 随着氧气旋流角的增大，氧气与煤粉之间的混合强度增强，返混区域增大，碳转化率提高，炉渣中残碳含量降低，吨煤产气量较高。