[发明专利]用于使固体燃料气化的燃烧器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于使固体燃料气化的燃烧器。所述燃烧器尤其适于使用含氧气体对含碳燃料(诸如由气体载体承载的磨碎的固体燃料，例如由诸如氮气和/或二氧化碳的气体载体所承载的煤粉)的气化中使用，例如，用于产生加压的合成气、燃料气或者还原气。

背景技术

通过燃料与氧气发生反应来获得固体含碳燃料的气化。燃料主要包含作为可燃组分的碳和氢。含氧气体和由气体承载的磨碎的含碳燃料以相对高速度经由燃烧器中的独立通道进入到反应器中。在反应器中，保持火焰处于高于1300℃的温度条件下，在所述火焰中，燃料与含氧气体中的氧发生反应，主要形成一氧化碳和氢。

在现有技术中已经提出了多种燃烧器设计方案。EP-A-328794描述了一种燃烧器，其中，磨碎的煤经由沿着燃烧器的纵向轴线布置的中心通道供应至燃烧器前部，并且含氧气体经由环绕所述中心通道的至少一条环形通道供应。氧气在燃烧器前部被引入到煤流中。

EP-A-130630描述了一种燃烧器，其中，在燃烧器前部，以高速从中心通道排放含氧气体，而以低速从环形出口排放含氧气体。从位于所述中心氧气出口和环形氧气出口之间的多个流出开口排放固体燃料。根据这个公开文献，外部低速氧气流用于防止燃烧器因吸入热气体而过热。这个公开文献公开了如果燃烧器用于高生产量，则用于固体燃料的出口优选地不具有环形形状。阐述了这种设计将不会导致所有固体燃料颗粒与氧气适当地接触。

根据EP-A-328794的燃烧器类型已经极大成功地投入商业使用。然而，在高生产量条件下，通到燃烧器前部的热通量增大至使得燃烧器的使用寿命可能变得太短的值。

EP-A-130630通过在火焰周围施加低速氧气屏障而解决了通到燃烧器前部的热通量的问题。根据EP-A-130630的燃烧器的缺点在于：对于高生产量而言，固体燃料通过独立通道通至燃烧器前部，这可导致腐蚀问题。另一个问题是因下述事实而使得设计复杂化，所述事实为需要制造具有用于固体燃料和含氧气体的多条通道的金属件。而且，因合成气体/氧气火焰，通到燃烧器前部的热通量可能仍然非常高。

发明内容

以下燃烧器旨在提供用于高生产量并且不具有现有技术燃烧器的缺点的燃烧器：

一种用于使固体燃料气化的燃烧器，该燃烧器包括燃烧器前部，所述燃烧器前部具有用于排放固体燃料的开口和用于排放含氧气体的一个或多个开口，其中，用于排放固体燃料的开口流体连通到中心通道，并且其中用于排放含氧气体的开口流体连通到用于使得氧气通过的环形通道；以及

其中，中心通道具有下游部分，其中，通道的直径在第一段上渐增，继而在终结于燃烧器前部处的第二段上渐减，并且其中，在中心通道的下游内部定位有中空构件，所述中空构件定位成其在一个端部处封闭而在燃烧器前部处具有开口，所述中空构件具有与中心通道的渐增和渐减的直径对应的渐增和渐减的直径，以形成用于固体燃料的环形通道，该环形通道在用于排放固体燃料的向内指向的环形开口中终结于燃烧器前部；以及

其中，中空构件借助于一条或多条连接管道与用于含氧气体的环形通道流体连通，并且其中，中空构件的开口形成用于排放含氧气体的开口的至少一部分。

本发明还涉及一种通过使用上述燃烧器使固体燃料气化来制备包括氢和一氧化碳的混合物的方法，其中，含氧气体流过用于含氧气体的通道，固体燃料和载气流过中心通道，并且在燃烧器前部发生气化。本发明的详细描述

本申请人发现：与EP-A-130630的教导相比，燃烧器可设置用于高生产量操作，所述燃烧器具有用于固体燃料的环形开口。通过将所有氧气都引导通过用于含氧气体的一个或多个开口，实现与固体燃料的充分接触。详细的计算机模拟预测：火焰将从燃烧器前部略微升起。这极大地减小了通道燃烧器前部的热通量，并且由此延长了所述燃烧器前部的使用寿命，以及延长了与用于固体燃料的环形通道和用于排放含氧气体的一个或多个开口分离开的边沿的使用寿命。

根据本发明的燃烧器不具有用于以如根据EP-A-130630的燃烧器的低速度排放含氧气体的外部环形出口。由于使得中空构件和中心通道的尺寸对应，因此产生了用于固体燃料的流动路径，这限制了腐蚀。

如在此所使用的，术语“含氧气体”旨在表示包含游离氧的气体、O₂以及表示包括空气、富氧空气(即，多于21摩尔百分比的氧气)以及基本纯氧(即，大于大约95摩尔百分比的氧气)，其中，剩余物包括通常在空气中发现的气体，诸如、氮气和/或稀有气体。