[发明专利]燃烧器

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃烧器，其包括中心通道和围绕中心通道的至少一个同轴通道，用于供给分离的共反应气态或气载的介质。该燃烧器特别适于用在使用含氧气体的含碳燃料(诸如由气体载体携带的细分固体燃料，如由诸如氮气或二氧化碳的气体载体携载的粉煤)的部分燃烧中，以例如用于产生加压合成气、燃料气体或还原气体。

背景技术

固态含碳燃料的部分燃烧(也公知为气化)通过燃料与氧的反应获得。燃料主要含有碳和氢作为可燃成分。气载的细分含碳燃料和含氧气体经由燃烧器中分离的通道以较高速度通入反应器中。在反应器中维持火焰，其中燃料与含氧气体中的氧在高于1300℃的温度下反应，以形成主要是一氧化碳和氢气。

这里所用的术语“含氧气体”用于指那些含有自由氧的气体、O₂，并且用于包括空气、富氧空气(即，氧的摩尔含量超过21％)以及基本上纯氧(即，氧的摩尔含量超过95％)，且其余成分包括通常在空气中发现的气体，例如氮气和/或稀有气体。

这里所用的术语“固体含碳燃料”用于包括选自以下物质构成的组的各种气载的可燃材料及其混合物：煤、来自煤的焦炭、煤液化残余物、石油焦、煤烟、生物燃料以及从油页岩、沥青砂和沥青获得的颗粒固体。煤可以是任何类型，包括褐煤、亚烟煤、烟煤和无烟煤。固体含碳燃料优选地研磨到这样的粒度，使得至少90％的重量百分比的材料小于90微米并且湿气含量少于大约百分之五的重量百分比。

US-A-4887962公开了一种用于这种部分燃烧过程的燃烧器。该燃烧器包括带有用于将燃料供给到燃烧区的出口的中心通道和同轴环形通道，该环形通道带有围绕中心通道出口的出口，以供给含氧气体，从而与来自中心通道的出口的固体燃料流交叉和混合。该燃烧器还包括布置在燃烧器的排放端处的前脸。该前脸具有中心孔，燃料和含氧气体通过该中心孔流到燃烧区。供给含氧气体的环形通道的直径越接近出口越小，从而相对于纵向轴线形成了一个角。这样获得的倾斜环形狭缝应该具有稳定的尺寸，以获得恒定的、均匀分布的含氧气体流。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反应的可燃材料流相遇并混合，进入下游燃烧区。

由于燃烧温度可以高达1300℃或更高。这种燃烧器的主要关注点是防止在气化过程中由于高热流而导致的燃烧器前部(也称为燃烧器前脸)的损坏。为了防止燃烧器前部过热，US-A-4887962建议使用带有内部冷却通路的中空壁元件，流体冷却剂沿螺旋流动路径快速循环通过该内部冷却通路，以确保燃烧器前脸的均匀冷却，从而使得热应力最小，该热应力在延长的操作期间(特别是由于疲劳应力)可能导致恶化甚至燃烧器故障，这最终可能导致冷却剂的泄漏。在US-A-4887962中，需要大量的螺旋转弯以冷却整个燃烧器前部，导致相当大的压降。

发明内容

本发明的目的是提高冷却剂流动的效率，特别是其中热应力最高的地方的效率。

本发明的目的通过提供这样一种燃烧器实现，该燃烧器包括中心通道和至少一个围绕着所述中心通道的同轴通道，这些通道从上游供给侧延伸到下游排放端，所述中心通道和所述同轴通道由同心的内、外壁限定，所述内、外壁具有自由的下游外端，这些外端具有的轮廓形状限定出形成所述同轴通道的排放端并朝向所述中心通道的相邻排放端会聚的环形狭缝，所述燃烧器由冷却护套包住并包括带有双壁的前脸，所述双壁被一个或更多挡板间隔开，所述挡板限定可操作地连接至冷却护套的冷却剂流动路径，冷却护套具有过渡部分，所述过渡部分渐缩至前脸的较小外直径。过渡部分可以是全部或部分地渐缩、半球形或阶梯形或者可以具有任意其它在流动方向上渐缩至较小直径的适当形状。结果，冷却作用集中在通道的末端上，在该末端，燃料和氧气流相遇并混合并且热应力最高。前脸内流动路径中的压降得到有效降低。

冷却护套的过渡部分可以直接连接至其上游部。可选地，冷却护套的过渡部分以及包围它的下游燃烧器部分和冷却护套的上游部分以及包围它的燃烧器部分安装在连接块体的相对侧上，该连接块体具有开口以允许从通道和冷却剂流动路径的上游部分到其下游部分的流通。

可选地，冷却护套包括带有限定螺旋流动路径的挡板的至少一个隔间。螺旋流动路径例如可以利用至少三个平行挡板成本有效地实现，所述至少三个挡板限定与燃烧器中心通道同心的平行通道部分，每个挡板设有位于两个面对的挡板端之间的中断部以及平行间隔部，每个间隔部将挡板端连接至相邻挡板的面对的挡板端。这样，隔部将冷却剂流从一个通道部分引导到下一个通道部分。为了在水力学上优化冷却剂流动，例如通道部分的尺寸可以使得通道部分的横截面积小于冷却剂流动方向上下一个的通道部分的横截面积。