專利名稱：燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種燃燒器，其包括中心通道和圍繞中心通道的 至少一個(gè)同軸通道，用于供給分離的共反應(yīng)氣態(tài)或氣載的介質(zhì)。該燃 燒器特別適于用在使用含氧氣體的含碳燃料(諸如由氣體載體攜帶的 細(xì)分固體燃料，如由諸如氮?dú)饣蚨趸嫉臍怏w載體攜載的粉煤)的 部分燃燒中，以例如用于產(chǎn)生加壓合成氣、燃料氣體或還原氣體。
背景技術(shù)：
固態(tài)含碳燃料的部分燃燒(也公知為氣化)通過(guò)燃料與氧的反應(yīng) 獲得。燃料主要含有碳和氫作為可燃成分。氣載的細(xì)分含碳燃料和含 氧氣體經(jīng)由燃燒器中分離的通道以較高速度通入反應(yīng)器中。在反應(yīng)器
中維持火焰，其中燃料與含氧氣體中的氧在高于1300。C的溫度下反 應(yīng)，以形成主要是一氧化碳和氫氣。
這里所用的術(shù)語(yǔ)"含氧氣體"用于指那些含有自由氧的氣體、02， 并且用于包括空氣、富氧空氣(即，氧的摩爾含量超過(guò)21%)以及基 本上純氧(即，氧的摩爾含量超過(guò)95%),且其余成分包括通常在空 氣中發(fā)現(xiàn)的氣體，例如氮?dú)夂?或稀有氣體。
這里所用的術(shù)語(yǔ)"固體含碳燃料"用于包括選自以下物質(zhì)構(gòu)成的 組的各種氣載的可燃材料及其混合物煤、來(lái)自煤的焦炭、煤液化殘 余物、石油焦、煤煙、生物燃料以及從油頁(yè)巖、瀝青砂和瀝青獲得的 顆粒固體。煤可以是任何類型，包括褐煤、亞煙煤、煙煤和無(wú)煙煤。 固體含碳燃料優(yōu)選地研磨到這樣的粒度，使得至少90%的重量百分比 的材料小于90微米并且濕氣含量少于大約百分之五的重量百分比。
US-A-4887962公開了 一種用于這種部分燃燒過(guò)程的燃燒器。該燃 燒器包括帶有用于將燃料供給到燃燒區(qū)的出口的中心通道和同軸環(huán)形通道，該環(huán)形通道帶有圍繞中心通道出口的出口，以供給含氧氣體， 從而與來(lái)自中心通道的出口的固體燃料流交叉和混合。該燃燒器還包 括布置在燃燒器的排放端處的前臉。該前臉具有中心孔，燃料和含氧 氣體通過(guò)該中心孔流到燃燒區(qū)。供給含氧氣體的環(huán)形通道的直徑越接 近出口越小，從而相對(duì)于縱向軸線形成了一個(gè)角。這樣獲得的傾斜環(huán) 形狹縫應(yīng)該具有穩(wěn)定的尺寸，以獲得恒定的、均勻分布的含氧氣體流。 由于該環(huán)形狹縫沿著流動(dòng)方向傾斜，流出的氣體流將和從中心通道流 出的共反應(yīng)的可燃材料流相遇并混合，進(jìn)入下游燃燒區(qū)。
由于燃燒溫度可以高達(dá)1300。C或更高。這種燃燒器的主要關(guān)注點(diǎn) 是防止在氣化過(guò)程中由于高熱流而導(dǎo)致的燃燒器前部(也稱為燃燒器 前臉)的損壞。為了防止燃燒器前部過(guò)熱，US-A-4887962建議使用帶 有內(nèi)部冷卻通路的中空壁元件，流體冷卻劑沿螺旋流動(dòng)路徑快速循環(huán) 通過(guò)該內(nèi)部冷卻通路，以確保燃燒器前臉的均勻冷卻，從而使得熱應(yīng) 力最小，該熱應(yīng)力在延長(zhǎng)的操作期間(特別是由于疲勞應(yīng)力)可能導(dǎo) 致惡化甚至燃燒器故障，這最終可能導(dǎo)致冷卻劑的泄漏。在 US-A-4887962中，需要大量的螺旋轉(zhuǎn)彎以冷卻整個(gè)燃燒器前部，導(dǎo)致 相當(dāng)大的壓降。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提高冷卻劑流動(dòng)的效率，特別是其中熱應(yīng)力 最高的地方的效率。
本實(shí)用新型的目的通過(guò)提供這樣一種燃燒器實(shí)現(xiàn)，該燃燒器包括 中心通道和至少一個(gè)圍繞著所述中心通道的同軸通道，這些通道從上 游供給側(cè)延伸到下游排方文端，所述中心通道和所述同軸通道由同心的 內(nèi)、外壁限定，所述內(nèi)、外壁具有自由的下游外端，這些外端具有的 輪廓形狀限定出形成所述同軸通道的排放端并朝向所述中心通道的相 鄰排放端會(huì)聚的環(huán)形狹縫，所述燃燒器由冷卻護(hù)套包住并包括帶有雙 壁的前臉，所述雙壁被一個(gè)或更多擋板間隔開，所述擋板限定可操作 地連接至冷卻護(hù)套的冷卻劑流動(dòng)路徑，冷卻護(hù)套具有過(guò)渡部分，所述過(guò)渡部分漸縮至前臉的較小外直徑。過(guò)渡部分可以是全部或部分地漸 縮、半球形或階梯形或者可以具有任意其它在流動(dòng)方向上漸縮至較小 直徑的適當(dāng)形狀。結(jié)果，冷卻作用集中在通道的末端上，在該末端， 燃料和氧氣流相遇并混合并且熱應(yīng)力最高。前臉內(nèi)流動(dòng)路徑中的壓降 得到有效降低。
冷卻護(hù)套的過(guò)渡部分可以直接連接至其上游部?？蛇x地，冷卻護(hù) 套的過(guò)渡部分以及包圍它的下游燃燒器部分和冷卻護(hù)套的上游部分以 及包圍它的燃燒器部分安裝在連接塊體的相對(duì)側(cè)上，該連接塊體具有 開口以允許從通道和冷卻劑流動(dòng)路徑的上游部分到其下游部分的流通。
可選地，冷卻護(hù)套包括帶有限定螺旋流動(dòng)路徑的擋板的至少一個(gè) 隔間。螺旋流動(dòng)路徑例如可以利用至少三個(gè)平行擋板成本有效地實(shí)現(xiàn)， 所述至少三個(gè)擋板限定與燃燒器中心通道同心的平行通道部分，每個(gè) 擋板設(shè)有位于兩個(gè)面對(duì)的擋板端之間的中斷部以及平行間隔部，每個(gè) 間隔部將擋板端連接至相鄰擋板的面對(duì)的擋板端。這樣，隔部將冷卻
劑流從一個(gè)通道部分引導(dǎo)到下一個(gè)通道部分。為了在水力學(xué)上優(yōu)化冷 卻劑流動(dòng)，例如通道部分的尺寸可以使得通道部分的橫截面積小于冷 卻劑流動(dòng)方向上下一個(gè)的通道部分的橫截面積。
本實(shí)用新型的燃燒器特別適于按任何所需方式(即，豎直地、水 平地或者成一定角度地)將反應(yīng)物引入部分氧化氣體發(fā)生器的反應(yīng)區(qū)， 而且特別適合于用于在燃燒區(qū)的大體相對(duì)的兩側(cè)設(shè)置多個(gè)反應(yīng)物燃燒 器的固體燃料氣化設(shè)備中，由此，反應(yīng)物被水平地引入，而且燃燒器 射流相互撞擊，促進(jìn)部分氧化過(guò)程，并使得對(duì)耐火材料壁的侵蝕最小。
燃燒器通常用耐高溫材料制造，尤其是例如以商標(biāo)Inconel⑧銷售 的耐高溫金屬和合金制造，并且通過(guò)例如熔焊、銅焊等進(jìn)行制造。對(duì) 于高占空比運(yùn)行，通常用金屬制造的含氧氣體用的通道和出口可以在 內(nèi)部涂敷氧化涂層，例如Zr02或者陶瓷，使得能夠應(yīng)用高流速含氧 氣體，而不會(huì)有在氧作用下金屬燃燒的風(fēng)險(xiǎn)。

現(xiàn)在將參考附圖僅僅通過(guò)例子來(lái)詳細(xì)描述本實(shí)用新型，附圖中 圖l顯示根據(jù)本實(shí)用新型的燃燒器的縱向剖面； 圖2顯示圖1的燃燒器的下游冷卻護(hù)套部分的側(cè)視圖，其中外壁 部分地剖開。
具體實(shí)施方式
圖l顯示了用于含碳燃料(諸如攜載在例如氮?dú)饣蚨趸細(xì)怏w 上的粉煤)的部分燃燒的燃燒器1的縱向剖面。燃燒器l包括中心通 道2,該通道由沿縱向軸線布置的圓筒形內(nèi)壁3限定并具有用于將氣 載燃料供給到燃燒區(qū)的排放出口 4。圓筒形外壁5繞內(nèi)壁3同心地布 置。內(nèi)壁3和外壁5限定了用于供給含氧氣體的環(huán)形同軸通道6。內(nèi) 壁3具有雙壁的上游部3A和單壁的下游部3B。類似地，外壁5具有 雙壁的上游部5A和單壁的下游部5B。同軸通道6具有形成用于含氧 氣體流入燃燒區(qū)的出口的開口排放端7。
內(nèi)壁3具有恒定的內(nèi)直徑和圓錐擴(kuò)大部8,該圓錐擴(kuò)大部具有朝 向排放出口 4減小的擴(kuò)大外直徑，以形成環(huán)形隆起，該隆起在這個(gè)特 定實(shí)施例中帶有三角形橫截面。外壁的下游部5B形成圓筒，其帶有 在流動(dòng)方向上會(huì)聚的圓錐端9。下游內(nèi)壁部3B的擴(kuò)大部8和下游外壁 部5B的圓錐端9限定均勻?qū)挾鹊沫h(huán)形狹縫10,其中擴(kuò)大部8的直徑 在排放出口 4的方向上減小。該環(huán)形狹縫10形成同軸通道6的排放出 O 7。
內(nèi)、外壁部3A、 3B、 5A和5B焊接至連接塊體11。塊體設(shè)有 孔12,其與同軸通道6對(duì)齊；以及中心開口 13，其與中心通道2對(duì)齊。 其中開口 13具有與中心通道2相同的直徑。
同軸通道6由連接塊體11的上游側(cè)處的冷卻護(hù)套14A和位于連 接塊體11的下游部處的下游部14B包住。兩個(gè)同軸殼體15A、 16A 焊接至連接塊體11的上游側(cè)以形成上游冷卻護(hù)套部分14A的兩個(gè)同 心隔間17A、 18A。冷卻護(hù)套的下游部14B包括形成上游內(nèi)殼體15A的上游延伸部的 內(nèi)護(hù)套壁15B和形成殼體16A的下游延伸部的外護(hù)套壁16B。護(hù)套壁 15B、 16B之間的空間18B形成上游冷卻護(hù)套隔間18A的下游延伸部 并被擋板19分隔成螺旋通道。內(nèi)護(hù)套壁15B和外壁部5B之間的空間 17B形成上游冷卻護(hù)套隔間17A的下游延伸部。連接塊體11 i殳有開 口 20構(gòu)成的兩個(gè)同心圓形陣列，其分別連接上游冷卻護(hù)套隔間17A、 18A與下游冷卻護(hù)套隔間17B、 18B。
在冷卻護(hù)套部分14B的下游，與冷卻護(hù)套壁15B、 16B成直角地 布置雙壁前臉21。前臉21具有限定中心開口 23并鄰接同軸通道外壁 5B的外邊緣的內(nèi)邊緣22。
前臉21的外直徑小于上游冷卻護(hù)套部14A的外直徑。在流動(dòng)方 向上，下游冷卻護(hù)套部14B具有外直徑與上游冷卻護(hù)殼體14A相同的 第一部分24和局部漸縮的過(guò)渡第二部分25,其漸縮至前臉21的外直 徑。
雙壁前臉21具有由限定螺旋流動(dòng)路徑29的擋板28間隔開的下游 前壁26和后側(cè)壁27。所述流動(dòng)路徑與下游冷卻護(hù)套隔間18B敞開連 接。在前臉21中開口 23附近，前臉21的前側(cè)壁26和后側(cè)壁27之間 的流動(dòng)路徑29經(jīng)由前臉后側(cè)壁27中的開口 30與下游冷卻護(hù)套隔間 17B敞開連接。
上游內(nèi)冷卻護(hù)套隔間17A連接至液體冷卻劑供給。冷卻劑從內(nèi)冷 卻護(hù)套隔間17A經(jīng)由塊體11中的開口 20、下游隔間17B、開口30、 前臉21中的流動(dòng)路徑29、外冷卻護(hù)套隔間18B、塊體ll中的開口 20 和外隔間18A流動(dòng)到冷卻劑排放。
圖1的燃燒器l基本上是筒形。塊體ll是一個(gè)圓形的塊體，其直 徑與冷卻護(hù)套的外直徑對(duì)應(yīng)。開口 12、 20形成與中心開口 13同心的 圓形陣列。
圖2顯示了下游冷卻護(hù)套部14B,其外壁16B部分地剖開以顯示 內(nèi)壁15B和外壁16B之間的下游冷卻護(hù)套隔間18B中的螺旋流動(dòng)路徑 31。應(yīng)注意，螺旋流動(dòng)路徑31中所導(dǎo)致的冷卻劑流動(dòng)方向與燃燒器通道中反應(yīng)物氣態(tài)介質(zhì)的流動(dòng)方向相反。在冷卻護(hù)套隔間18B中，冷卻 劑從連接至前臉21的小直徑部分流向較大直徑部分24的方向。在圖 2中，冷卻劑流動(dòng)方向由箭頭A表示。擋板19彼此平行且與壁15B、 16B正交地布置，從而限定平行通道部分32。擋板19被上擋板端34 和下?lián)醢宥?5之間的開口 33中斷。每個(gè)下?lián)醢宥?5通過(guò)隔部36連 接至沿冷卻劑流動(dòng)方向A定位為下一個(gè)的擋板19的上擋板端34，該 上擋板端是兩個(gè)相鄰擋板19的最接近面對(duì)的擋板端。這樣，開口 33 將經(jīng)過(guò)的冷卻劑流從一個(gè)通道部分32引導(dǎo)到冷卻劑流動(dòng)方向上下一 個(gè)的通道部分32。每個(gè)通道部分32比沿冷卻劑流動(dòng)方向在前的通道 部分寬，導(dǎo)致冷卻劑流動(dòng)方向上流動(dòng)路徑的橫截面積逐步增加。兩個(gè) 相鄰開口 33之間的最短距離不應(yīng)小于在前通道部分32的寬度并且不 應(yīng)大于冷卻劑流動(dòng)方向上下"個(gè)的通道部分32的寬度。為此，上擋板 邊緣34和下?lián)醢暹吘?5分別不在軸向方向上對(duì)齊，而是每個(gè)上擋板 邊緣34相對(duì)于冷卻劑流動(dòng)方向上在前的上擋板邊緣34在切向方向上 突出。類似地，每個(gè)下?lián)醢暹吘?5相對(duì)于冷卻劑流動(dòng)方向上下一個(gè)的 下?lián)醢暹吘?5在切向方向上突出。開口 33具有遵循內(nèi)、外壁部15B、 16B的圓筒形的稍帶弧形的形狀。
在通過(guò)含氧氣體對(duì)粉煤等含碳燃料進(jìn)行氣化的上述燃燒器的運(yùn)行 過(guò)程中，懸浮在氮?dú)饣蛘叨趸嫉容d體流體中的所述煤通過(guò)中心通 道通到用于將煤引入布置在燃燒器下游的反應(yīng)器的燃燒區(qū)中的出口 。 同時(shí)，含氧氣體通過(guò)同軸通道通到其出口，使得煤和含氧氣體反應(yīng)物 將在反應(yīng)器空間中強(qiáng)烈混合。通過(guò)由適當(dāng)通道中的擋板的旋渦體施加 到一股流或者兩股流上的漩渦運(yùn)動(dòng)可進(jìn)一步促進(jìn)反應(yīng)物的混合。
權(quán)利要求1. 一種燃燒器(1)，包括中心通道(2)和至少一個(gè)圍繞所述中心通道(2)的同軸通道(6)，這些通道從上游供給側(cè)延伸到下游排放端，所述中心通道(2)和所述同軸通道(6)由同心的內(nèi)、外壁(3，5)限定，所述內(nèi)、外壁(3，5)具有自由的下游外端，這些外端具有的輪廓形狀限定出形成所述同軸通道(6)的排放端并朝向所述中心通道(2)的相鄰排放端會(huì)聚的環(huán)形狹縫(10)，其特征在于，所述燃燒器(1)由冷卻護(hù)套(14)包住并包括雙壁的前臉(21)，所述前臉的雙壁被一個(gè)或更多擋板(28)間隔開，所述擋板限定可操作地連接至冷卻護(hù)套(14)的冷卻劑流動(dòng)路徑，其中冷卻護(hù)套(14)具有上游部分(14A)和過(guò)渡部分(25)，所述過(guò)渡部分漸縮至具有比冷卻護(hù)套的上游部分(14A)小的外直徑的前臉(21)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的燃燒器，其特征在于，所述過(guò)渡部分(25) 至少部分地漸縮。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的燃燒器，其特征在于，冷卻護(hù)套(14) 的過(guò)渡部分(25)封裝可操作地連接至前臉(21)內(nèi)的流動(dòng)路徑的螺 旋流動(dòng)路徑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的燃燒器，其特征在于，冷卻護(hù)套的過(guò)渡 部分(25 )和冷卻護(hù)套的上游部分安裝在連接塊體(11)的相對(duì)側(cè)上， 所述塊體具有開口 (12， 13， 20)以允許通過(guò)通道(6， 2)和冷卻劑 流動(dòng)路徑的流通。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的燃燒器，其特征在于，冷卻護(hù)套(14) 包括帶有至少三個(gè)平行擋板(19)的至少一個(gè)隔間(18B),所述至 少三個(gè)平行擋板限定與燃燒器中心通道(2)同心的通道部分(32), 每個(gè)擋板(19)設(shè)有位于兩個(gè)面對(duì)的擋板端(34, 35)之間的開口 (33) 以及平行隔部(36)，每個(gè)隔部將擋板端(34)連接至相鄰擋板(19) 的面對(duì)的擋板端(35)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的燃燒器，其特征在于，通道部分(32)的橫 截面積小于在冷卻積流動(dòng)方向上下一個(gè)的通道部分(32 )的橫截面積。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種燃燒器，所述燃燒器特別用于通過(guò)部分燃燒氣化固態(tài)含碳材料。所述燃燒器包括中心通道(2)和至少一個(gè)同軸通道(6)。所述通道(2，6)由同心壁(3，5)限定，所述壁具有自由的下游外端，這些外端具有的輪廓形狀限定出形成所述同軸通道(6)的排放端并朝著所述中心通道(2)的相鄰排放端會(huì)聚的環(huán)形狹縫(10)。所述燃燒器(1)由冷卻護(hù)套(14)包住并包括雙壁前臉(21)，所述雙壁被一個(gè)或更多擋板(28)間隔開，所述擋板限定可操作地連接至冷卻護(hù)套(14)的冷卻劑流動(dòng)路徑。冷卻護(hù)套(14)具有上游部分(14A)和過(guò)渡部分(25)，所述過(guò)渡部分漸縮至具有比冷卻護(hù)套的上游部分(14A)小的外直徑的前臉(21)。
文檔編號(hào)F23D1/00GK201228965SQ200720199730
公開日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月6日
發(fā)明者G·G·P·范德普勒格, H·G·范席, J·G·M·席爾德 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司