燃烧器和气化炉制造技术

本发明专利技术公开了一种燃烧器和气化炉，燃烧器包括作为独立构件的喷嘴单元和隔热单元，喷嘴单元设有沿其轴向延伸的供物料通过并向外喷出的流道，隔热单元套设在喷嘴单元上以阻挡热量从外部向喷嘴单元的传递。隔热单元内设有阻热部，隔热筒腔的内壁面与喷嘴单元的外壁面之间形成有环形的径向间隔空间(5)。此燃烧器将强化气‑固混合与分散用途的部件与起隔热作用的部件加以功能分离，隔热单元用于隔绝燃烧室高温区对内部喷嘴单元传热，喷嘴单元用于强化气‑固混合与分散度效果，冷却介质不再用于整体降温，而是仅起阻热效果，不接触气‑固喷嘴单元部件。本发明专利技术的设备结构简化，烧嘴制作加工与更换维护费用降低，冷却系统及其相关成本降低。

Burner and gasifier

【技术实现步骤摘要】
燃烧器和气化炉
本专利技术属于燃烧器领域。
技术介绍
通过固体含碳燃料的部分燃烧(气化)而生产可燃气体(例如一氧化碳或氢气)是煤等固体燃料的主要应用方式之一。工业主流的部分燃烧过程如干煤粉气化发生在1300℃～1650℃，压力4MPag～8MPag条件下。燃烧器是部分燃烧或气化的核心设备，在燃烧过程中起到强化固体燃料与氧化气体混合并使物料在燃烧室内合理分散的作用。由于操作温度压力较高，如何对燃烧器也即工艺烧嘴进行有效冷却，使其免于过热损坏成为制约燃烧器使用寿命的关键因素。目前主流的干煤粉气化所用的工艺烧嘴均为气-固喷射与冷却一体式烧嘴。如专利申请公开文献CN89104265.2公开的煤部分燃烧烧嘴，干煤粉等固体燃料与氧化气体分别经烧嘴中心通道和环形通道送入燃烧室。氧化气体在环形通道出口处设置为锥形缩口，对氧化气体进行加速以促进气-固物流在燃烧室内的混合与分散。为保护烧嘴免受燃烧室高温损坏，外壁常设置成中空壁结构，使冷却水沿中空壁内的螺旋通道迅速通过燃烧器前部，便于对燃烧器前部冷却。专利申请公开文献CN200720199730.4在CN89104265.2基础上进行了改进，尤其改善了烧嘴前脸部的冷却水螺旋通道的结构，以降低水循环压降，减小热应力分布不均的现象。包含有冷却通道的烧嘴各物料通道通过焊接分别与同轴的固体燃料、氧化气体、冷却水管道连接到一起，也称为一体式烧嘴。专利申请200610030864.3公开了一种类似的气-固喷射与冷却一体式干煤粉烧嘴结构。不同之处在于冷却腔内的螺旋通道由一旋的螺旋状筋翼构成且设有一向后的螺旋状筋翼构成的螺旋管道；烧嘴的前端面由厚度1mm～3mm的高温合金壁构成。上述公开的专利文献中均采用气-固喷射与水冷却一体式的烧嘴结构，采用对燃烧室内的烧嘴部分整体冷却的方式来保护烧嘴主体免受高温损坏。为减小烧嘴在高温工况的热应力及腐蚀，需在同样的耐高温材质内制作烧嘴的氧化气体(气体)通道、固体燃料(输送气体+煤等固体颗粒)通道与螺旋状冷却水通道，结构复杂，材料成本较高，制作加工费用高。而且，冷却通道的螺旋结构较复杂，为避免冷却水在高温环境下蒸发而降低冷却效果，并防止烧嘴损坏时煤粉与氧化气体气体反吹入冷却水管道，通常需要采用较高压力的冷却水。同时，由于氧化气体通常采用100℃～200℃的氧气或氧气与过热蒸汽的混合气体，为避免氧化气体在烧嘴内被冷却水降温，冷却水的温度通常高于氧化气体温度。如在典型干煤粉气化过程中通常采用200℃～250℃，5.5MPag～8MPag的高压中温循环水对烧嘴进行冷却保护，运行成本较高，且增加了循环水缓冲罐及泵的投资成本。另外，当烧嘴部分有破损时，如冷却水通道破裂或烧嘴出口处磨损较严重时，需整体更换烧嘴部件，造成部件浪费，更换与维护费用较高。
技术实现思路
为克服现有技术的上述缺陷或不足，本专利技术提供了一种燃烧器和气化炉，其结构简单、成本低、安装维护方便且能够降低冷却运行成本。为实现上述目的，本专利技术提供了一种燃烧器，适于安装至一高温燃烧室内，所述燃烧器包括分别为独立部件的喷嘴单元和隔热单元，所述喷嘴单元设有沿其轴向延伸的供物料通过并向外喷出的流道，所述隔热单元套设在所述喷嘴单元上以阻挡热量从所述燃烧器的外部向所述喷嘴单元的传递。优选地，所述隔热单元可拆卸地安装至所述隔热单元，更优选地，所述隔热单元和喷嘴单元通过法兰连接。优选地，所述隔热单元具有远离所述喷嘴单元的具有向火面的外壁、与所述喷嘴单元的外表面相邻设置的内壁、以及夹设于所述外壁和内壁之间的阻热部，所述阻热部能够阻挡热量从所述外壁向所述内壁的传递。其中，在燃烧器使用时，所述隔热单元的外壁的设计温度为800～1600℃，内壁的设计温度为30℃～400℃。优选地，所述隔热单元还包括在前端连接所述外壁和内壁的前端壁，所述前端壁为具有喷料的环状壁，以允许来自所述喷嘴单元的物料通过所述喷料孔向外喷料。优选地，所述阻热部为设在所述隔热单元的外壁和内壁之间的冷却通路，冷却介质能够在所述冷却通路中流动以将所述隔热单元吸收的热量通过换热的方式带出所述隔热单元。优选地，所述阻热部在作为主受热区的所述前端壁内形成为沿所述燃烧器的径向设置的螺旋通道或多个平行往复通道，以使冷却介质能够在所述隔热单元的内壁和外壁之间流通并冷却所述前端壁。其中，燃烧器中所使用的冷却介质为温度20℃～250℃、压力1MPaG～7MPaG的冷却水。优选地，所述冷却介质为温度20℃～250℃、压力1MPaG～7MPaG的过冷水，在所述冷却通道中，所述过冷水的温升不超过3～10℃。优选地，所述隔热单元的前端壁的前端面超出所述喷嘴单元的前端面一预定距离。优选地，所述隔热单元的内表面和所述喷嘴单元的外表面之间形成有环形的径向间隔空间。优选地，所述径向间隔空间中填充有隔热材料。优选地，所述径向间隔空间通入有惰性吹扫气体。优选地，所述隔热单元的使用温度为1300℃～1800℃，所述喷嘴单元的使用温度为100℃～600℃。优选地，所述隔热单元和所述喷嘴单元采用不同的材料制成，所述隔热单元的向火面设有耐高温保护层和/或耐高温涂层，所述喷嘴单元的流道设有耐磨衬里和/或耐磨涂层。本专利技术还提供了一种气化炉，包括设有高温燃烧室的炉体和上述的燃烧器，该燃烧器安装在所述炉体上并伸入所述高温燃烧室中。不同于传统的一体式烧嘴，本专利技术的燃烧器包括独立拆装的喷嘴单元和隔热单元(即隔热套)两个部件，将传统一体式烧嘴的气-固混合功能与隔热功能进行了有效分割，简化了烧嘴结构，加工简单，安装维护方便。隔热套主要承担隔热/冷却外来热源功能，而喷嘴单元主要承担气-固混合功能。隔热套与喷嘴单元可根据需要分别采用不同材质，并可单独更换维修，在提高设备耐用性同时降低了设备成本，喷嘴单元无需耐高温材质，隔热套可选用耐低压材质；隔热套与喷嘴单元间留有一定的径向间隔空间，该空隙可避免冷却水对喷嘴单元内物料的过冷却，亦可避免喷嘴单元壁破裂时燃料与氧化气体直接串入水冷管道造成安全隐患，在正常工况时可避免喷嘴单元与隔热套之间产生热应力，空隙内亦可添加隔热材料如陶瓷纤维等增强隔热效果；隔热套用水可选用比现有技术更低压及更低温水，与现有烧嘴相比，降低了隔热冷却运行成本。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为根据本专利技术的优选实施方式的燃烧器的结构示意图。附图标记说明1固体燃料通道2内管3氧化气体通道4外管41圆锥端5径向间隔空间61内环腔62外环腔71内壁72间隔壁73外壁8前端壁9连通道10固体燃料进口11氧化气体进口12冷却介质进口13冷却介质出口14炉壁安装法兰15烧嘴连接法兰16隔热套连接法兰17环形凸缘具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本专利技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”通常指的是相对于腔室而言的腔室内外或相对于圆心而言的径向内外。方位词如“前、后”是相对于炉体中心(即燃烧室中心)而言的，例如喷嘴单元的伸入炉体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃烧器，适于安装至一高温燃烧室内，所述燃烧器包括分别为独立部件的喷嘴单元和隔热单元，所述喷嘴单元设有沿其轴向延伸的供物料通过并向外喷出的流道，所述隔热单元套设在所述喷嘴单元上以阻挡热量从所述燃烧器的外部向所述喷嘴单元的传递。

【技术特征摘要】
1.一种燃烧器，适于安装至一高温燃烧室内，所述燃烧器包括分别为独立部件的喷嘴单元和隔热单元，所述喷嘴单元设有沿其轴向延伸的供物料通过并向外喷出的流道，所述隔热单元套设在所述喷嘴单元上以阻挡热量从所述燃烧器的外部向所述喷嘴单元的传递。2.如权利要求1所述燃烧器，其中，所述隔热单元可拆卸地安装至所述隔热单元，优选地，所述隔热单元和喷嘴单元通过法兰连接。3.如权利要求1所述的燃烧器，其中，所述隔热单元具有远离所述喷嘴单元的具有向火面的外壁(73)、与所述喷嘴单元的外表面相邻设置的内壁(71)、以及夹设于所述外壁(73)和内壁(71)之间的阻热部，所述阻热部能够阻挡热量从所述外壁向所述内壁的传递。4.如权利要求3所述的燃烧器，其中，所述隔热单元的外壁的设计温度为800℃～1600℃，内壁的设计温度为30℃～400℃。5.如权利要求3所述的燃烧器，其中，所述隔热单元还包括在前端连接所述外壁(73)和内壁(71)的前端壁(8)，所述前端壁(8)为具有喷料孔的环状壁，以允许来自所述喷嘴单元的物料通过所述喷料孔向外喷料。6.如权利要求5所述的燃烧器，其中，所述阻热部为设在所述隔热单元的外壁(73)和内壁(71)之间的冷却通路，冷却介质能够在所述冷却通路中流动以将所述隔热单元吸收的热量通过换热的方式带出所述隔热单元。7.如权利要求6所述的燃烧器，其中，所述阻热部在作为主受热区的所述前端壁(8)内形成为沿所述燃烧器的径向设置的螺旋通道或多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兵，刘臻，管清亮，彭宝仔，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11