[发明专利]燃烧器

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃烧器，其包括一个中心通道和至少一个围绕着 中心通道的同轴通道，用来供给单独的共同反应气体或者气载介质流。 这种燃烧器尤其适合于用在使用含氧气体的含碳燃料(例如气体载带 的细碎固体燃料(诸如氮气和/或二氧化碳等载气载带的粉煤))的部 分燃烧中，例如用来制造加压的合成气体、燃料气体或者还原气体。

背景技术

固体含碳燃料的部分燃烧，也称为气化，是通过燃料与氧反应得 到的。这种燃料主要含有碳和氢作为可燃成分。气载的细碎含碳燃料 和含氧气体以较高的速度流经燃烧器中的单独通道进入反应器中。反 应器中一直燃烧着火焰，其中，燃料和含氧气体中的氧在1300℃以上 的温度下反应，形成一氧化碳和氢。

这里使用的术语“含氧气体”想要指的是含有自由氧、O₂的气体， 并包括空气、富氧空气(即21mol％以上的氧)，还有基本上纯的氧 (即大约95mol％以上的氧)，其他包括氮气和/或稀有气体等在空气中 通常发现的气体。

这里使用的术语“固体含碳燃料”意欲包括选自下面的材料组中的 各种气载可燃材料以及这些材料的混合物，该材料组中有：煤，用煤 制造的焦炭，煤液化残余物，石油焦炭，烟炱，生物燃料，以及从油 页岩、焦油沙和沥青中得到的微粒状固体。煤可以是任何种类，包括 褐煤、亚烟煤、烟煤和无烟煤。固体含碳燃料优选地被磨成颗粒级尺 寸，使得至少大约90％重量百分比的材料小于90微米，水份含量小 于大约5％重量百分比。

US4,887,962公开了一种针对这种部分燃烧工艺的燃烧器。这种燃 烧器包括一个带有向燃烧区供燃料的出口的中心通道和一个带有出口 的同轴环形通道。同轴环形通道的出口围绕着中心通道出口，用以提 供含氧气体，含氧气体与从中心通道的出口出来的固体燃料流相遇并 混合。该燃烧器还包括位于燃烧器排放端的前脸。该前脸具有一个中 心孔，燃料和含氧气体经该中心孔流向燃烧区。供应含氧气体的环形 通道的直径越接近出口越小，相对于纵向轴线形成了一个角。由于该 环形狭缝沿着流动方向倾斜，流出的气体流将和从中心通道流出的共 同反应的气体流相遇并混合，进入下游的燃烧区。

含碳燃料流的温度通常为80℃，而含氧气体流的温度通常为大约 300～350℃。燃烧区的温度可高达1300℃甚至更高。结果，外壁和内 壁暴露于不同的温度和温度变化，导致不同的热膨胀。由于燃烧器的 纵向长度一般在1.5～2.5米之间变动，各部分之间的膨胀差异可在相 关部分中造成显著的弯曲和弯曲应力载荷。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃烧器构造，能防止由于各部分的热膨 胀造成的机械应力。

本发明的目的是通过提供下面的一种燃烧器实现的，该燃烧器的 至少一部分同轴环形通道在双壁壳体的内、外壁之间延伸，所述双壁 壳体的一端相对内缸固定，其另一端在是能够在所述内缸上滑动的。 按此方式，当内缸和双壁壳体发生不同的热膨胀时，它们具有沿轴向 的运动自由。

例如，通过多个凹槽，例如三个或者更多等距布置的凹槽，或者 通过固定在双壁壳体或者内缸上的圈，可以形成所述可滑动接合。

燃烧器可设有冷却套。这一点可以用双壁冷却套围绕着同轴环形 通道的双壁壳体来实现。冷却套的一端相对双壁壳体固定，而其另一 端能够在双壁壳体的外壁上滑动，因此，当冷却套和双壁壳体发生不 同热膨胀时形成了沿着轴向的运动自由。气体入口可以经双壁壳体上 没被冷却套盖住的上游部分上形成的开口连接到同轴通道。

内缸和包围的双壁壳体的相互固定端，例如可以焊接到连接单元 的一侧，该连接单元设有同相应通道对齐的开口。在连接单元的相反 一侧，通道可继续并例如由焊在连接单元上的同轴的内、外缸限制。 连接单元还用来固定可滑动接合的双壁冷却套的一端。连接单元可设 有用来供冷却剂流过的若干开口，同时在连接单元的相反面上，冷却 套可例如用固定到所述连接单元的中空构件形成。连接单元可例如靠 近排放端设置，例如在约其外径1-3倍的距离处，其中，同轴通道的 上游部分，可选择地还有冷却套的上游部分，形成为可滑动接合的双 壁壳体，其一端焊到连接单元。这里使用的术语“上游”指的是燃烧器 中气体流动方向。按照这种结构，上游部分显著长于下游部分，因此， 能最佳地利用双壁壳体的轴向运动的自由。下游部分更靠近燃烧区， 因此更多地暴露于热，这些下游部分可以在万一变差或者失效时替换 为单独部分。