[发明专利]带旋流冷却面的部分燃烧式燃烧器

说明书

本发明涉及到碳质燃料部分燃烧用的燃烧器，特别是用于煤粉等细碎的固体燃料的部分燃烧，燃料与含氧气体一起送入工作压力高达100巴的反应器空间内，以产生压力合成气体、可燃气体或还原气体。

碳质固体燃料的部分燃烧也叫气化，它是通过燃料与氧气发生反应产生的。燃料主要含有碳和氢之类可燃成分，它与输入的氧气和可能含有的其它蒸汽和二氧化碳发生反应而生成一氧化碳和氢气。在某种温度下还可能生成甲烷。

固体燃料部分燃烧基本上有两种不同过程。第一种过程是粒子状的固体燃烧在反应器固定床或流化床内，在大约低于1000℃的温度下与含氧气体进行接触。这种方法的缺点是：不是所有的固体燃料都能以这种方式部分燃烧。例如高膨胀煤就不合适，因为其粒子容易结渣而使反应器有被堵塞的危险。

一种比较先进的过程是细碎的燃料被氮或合成气之类载运气体在较高的速度下送入反应器内。在反应器内保持火焰，使燃料与含氧气体在高于1000℃的温度下发生反应。碳质燃料通常通过燃烧器送入反应器内，含氧气体也是通过燃烧器送入反应器内。在某些工艺过程中，蒸汽或二氧化碳等调节气体也通过燃烧器送入反应器内，这种调节气体通常有利于减慢或防止氧气与反应器气体过早接触，过早接触将导致反应器气体不理想地完全转化。

本发明的燃烧器适合于采用任意方式（垂直的或水平的方式）将反应物送入常规的、有耐火衬的部分氧化气体发生器中，特别适用于有多个反应物燃烧器的固体燃烧气化装置，燃烧器设在燃烧区相对的两侧，使反应物水平方向送入，燃烧器的各射流互相冲击，以促进部分氧化过程並减少对耐火壁的烧蚀。

美国专利第4350103号公开了这样一种在燃烧区内部分燃烧用的一种燃烧器，它包括一个往燃烧区送燃料用的中心通道和出口，有一个与该中心通道同轴，基本上是环形的第一环形通道，它有一个往燃烧区送氧化剂气体的供气口，在燃烧器排出端有一中心孔，至少有燃料和氧化剂气体通过该中心孔流入燃烧区，在前端外部有一空心壁构件，用来将流体冷却剂送至空心壁构件内通道的最靠近的初始端的输送管，用来将流体冷却剂由该通道的终端就近送回的回流管使流体冷却剂围绕燃烧器的纵轴方向流动。

因为火焰温度可能达到2000℃或更高，所以对这种燃烧器首先关心的是防止在气化过程中高热流对燃烧器前端面的损坏，也涉及对燃烧器表面的损坏。为了防止燃烧器前端面过热，已建议在燃烧器的前壁表面上加一层耐火衬面，和提供一个有内部冷却通道的空心壁构件，冷却液通过通道快速循环。

因此，本发明的目的是提供一种燃烧器，使其中的冷却液沿特定方式流动，保证燃烧器的前端面均匀冷却，以最大限度地减小热应力，因为在燃烧器长期工作时，热应力能使其损伤甚至损坏。

本发明为此提供一种燃烧器，供细碎固体碳质燃料与含氧气体一起在燃烧区内部分燃烧使用。它包括：

一个往燃烧区送燃料用的中心通道和出口;

至少一个与该中心通道同轴、基本上是环形的第一环形通道，它有一个往燃烧区送氧化剂气体的供气口;

一个位于燃烧器输出端并垂直于燃烧器纵轴的前端面，前端面有一中心孔，至少有燃料和氧化剂气体通过该中心孔流入燃烧区;该前端面有一空心壁构件，所述空心壁构件连接到：（a）用来将流体冷却剂送至空心壁构件内通道的最靠近的初始端的输送管;（b）用来将流体冷却剂由该通道的终端就近送回的回流管;其特征是具有一个限定该空心壁构件内通道的旋流装置，使由输送管送入空心壁构件的流体冷却剂围绕燃烧器的纵轴沿螺旋方向流动。

最好有一个基本上是环形的第二环形通道，第二环形通道与该第一环形通道同轴布置。并有一个往燃烧区内送第二种气体的供气口。

这样，本发明提供了一种燃烧器，它能够长期运行，能使燃烧器前端面和燃烧器其它部分不受过高应力影响。

现参照附图举例对本发明进行详细说明如下：

图1为本发明燃烧器前端部分的纵剖面图;

图2为沿图1的Ⅱ-Ⅱ剖面线的横剖面图;

图3为本发明的另一燃烧器前端部分的纵剖面图;

图4为沿图3的Ⅲ-Ⅲ剖面线的横剖面图。

应当指出，图中相同构件均用相同标号示出。