專利名稱：燃燒器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種燃燒器，其包括一個中心通道和至少一個圍繞著 中心通道的同軸通道，用來供給單獨的共同反應氣體或者氣載介質(zhì)流。
這種燃燒器尤其適合于用在使用含氧氣體的含碳燃料(例如氣體載帶 的細碎固體燃料(諸如氮氣和/或二氧化碳等載氣載帶的粉煤))的部
分燃燒中，例如用來制造加壓的合成氣體、燃料氣體或者還原氣體。
背景技術：
固體含碳燃料的部分燃燒，也稱為氣化，是通過燃料與氧反應得 到的。這種燃料主要含有碳和氫作為可燃成分。氣載的細碎含碳燃料 和含氧氣體以較高的速度流經(jīng)燃燒器中的單獨通道進入反應器中。反
應器中一直燃燒著火焰，其中，燃料和含氧氣體中的氧在1300。C以上 的溫度下反應，形成一氧化碳和氫。
這里使用的術語"含氧氣體"想要指的是含有自由氧、02的氣體， 并包括空氣、富氧空氣(即21mol。/。以上的氧)，還有基本上純的氧 (即大約95mol。/。以上的氧)，其他包括氮氣和/或稀有氣體等在空氣中 通常發(fā)現(xiàn)的氣體。
這里使用的術語"固體含碳燃料"意欲包括選自下面的材料組中的 各種氣載可燃材料以及這些材料的混合物，該材料組中有煤，用煤 制造的焦炭，煤液化殘余物，石油焦炭，煙炱，生物燃料，以及從油 頁巖、焦油沙和瀝青中得到的微粒狀固體。煤可以是任何種類，包括 褐煤、亞煙煤、煙煤和無煙煤。固體含碳燃料優(yōu)選地被磨成顆粒級尺 寸，使得至少大約卯％重量百分比的材料小于90微米，水份含量小 于大約5%重量百分比。
US4，887，962公開了一種針對這種部分燃燒工藝的燃燒器。這種燃
燒器包括一個帶有向燃燒區(qū)供燃料的出口的中心通道和一個帶有出口 的同軸環(huán)形通道。同軸環(huán)形通道的出口圍繞著中心通道出口，用以提 供含氧氣體，含氧氣體與從中心通道的出口出來的固體燃料流相遇并 混合。該燃燒器還包括位于燃燒器排放端的前臉。該前臉具有一個中 心孔，燃料和含氧氣體經(jīng)該中心孔流向燃燒區(qū)。供應含氧氣體的環(huán)形 通道的直徑越接近出口越小，相對于縱向軸線形成了一個角。由于該 環(huán)形狹縫沿著流動方向傾斜，流出的氣體流將和從中心通道流出的共 同反應的氣體流相遇并混合，進入下游的燃燒區(qū)。
含碳燃料流的溫度通常為80°C，而含氧氣體流的溫度通常為大約 300~350°C。燃燒區(qū)的溫度可高達1300。C甚至更高。結(jié)果，外壁和內(nèi) 壁暴露于不同的溫度和溫度變化，導致不同的熱膨脹。由于燃燒器的 縱向長度一般在1.5 2.5米之間變動，各部分之間的膨脹差異可在相 關部分中造成顯著的彎曲和彎曲應力載荷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種燃燒器構(gòu)造，能防止由于各部分的熱膨 脹造成的機械應力。
本發(fā)明的目的是通過提供下面的一種燃燒器實現(xiàn)的，該燃燒器的 至少一部分同軸環(huán)形通道在雙壁殼體的內(nèi)、外壁之間延伸，所述雙壁 殼體的一端相對內(nèi)缸固定，其另一端在是能夠在所述內(nèi)缸上滑動的。 按此方式，當內(nèi)缸和雙壁殼體發(fā)生不同的熱膨脹時，它們具有沿軸向 的運動自由。
例如，通過多個凹槽，例如三個或者更多等距布置的凹槽，或者 通過固定在雙壁殼體或者內(nèi)缸上的圏，可以形成所述可滑動接合。
燃燒器可設有冷卻套。這一點可以用雙壁冷卻套圍繞著同軸環(huán)形 通道的雙壁殼體來實現(xiàn)。冷卻套的一端相對雙壁殼體固定，而其另一 端能夠在雙壁殼體的外壁上滑動，因此，當冷卻套和雙壁殼體發(fā)生不 同熱膨脹時形成了沿著軸向的運動自由。氣體入口可以經(jīng)雙壁殼體上 沒被冷卻套蓋住的上游部分上形成的開口連接到同軸通道。 內(nèi)缸和包圍的雙壁殼體的相互固定端，例如可以焊接到連接單元 的一側(cè)，該連接單元設有同相應通道對齊的開口。在連接單元的相反 一側(cè)，通道可繼續(xù)并例如由焊在連接單元上的同軸的內(nèi)、外缸限制。 連接單元還用來固定可滑動接合的雙壁冷卻套的一端。連接單元可設 有用來供冷卻劑流過的若干開口，同時在連接單元的相反面上，冷卻 套可例如用固定到所述連接單元的中空構(gòu)件形成。連接單元可例如靠
近排放端設置，例如在約其外徑1-3倍的距離處，其中，同軸通道的 上游部分，可選擇地還有冷卻套的上游部分，形成為可滑動接合的雙 壁殼體，其一端焊到連接單元。這里使用的術語"上游"指的是燃燒器 中氣體流動方向。按照這種結(jié)構(gòu)，上游部分顯著長于下游部分，因此， 能最佳地利用雙壁殼體的軸向運動的自由。下游部分更靠近燃燒區(qū)， 因此更多地暴露于熱，這些下游部分可以在萬一變差或者失效時替換 為單獨部分。
限定中心通道的內(nèi)壁可例如具有不變的直徑。可選擇的是，內(nèi)壁 在其部分長度上可以逐漸變細。
本發(fā)明的燃燒器能很好地適應于按任何希望的方式(即豎直地， 水平地或者成一定角度地)把反應物引入部分氧化氣體發(fā)生器的反應 區(qū)，而且特別適合于用于在燃燒區(qū)基本相對的兩側(cè)設置多個反應物燃 燒器的固體燃料氣化設備中，由此，反應物被水平地引入，而且燃燒 器射流相互撞擊，促進部分氧化過程，并使對燃燒區(qū)壁的侵蝕最小。
所述燃燒器可具有一個前臉，其布置在排放端并垂直于縱向軸線， 前臉具有一個中心孔，氣體經(jīng)該中心孔流向燃燒區(qū)。由于燃燒溫度可 達到1300。C甚至更高，所以，這種燃燒器的主要考慮是防止氣化過程 中的高熱通量造成損壞燃燒器前臉。為了保護前臉不受過熱損害，可 在前臉的外面上施加耐火襯。按可替換方式，或者進行補充，可使用 中空壁構(gòu)件，具有內(nèi)部的冷卻路徑，例如螺旋形通路。流體冷卻劑經(jīng) 該冷卻路徑快速循環(huán)，以確保燃燒器前臉的均勻冷卻。
燃燒器通常用耐高溫材料制造，尤其是例如以商標InconeP銷售 的耐高溫金屬和合金，并通過例如熔焊、銅焊等進行制造。對于高占
空比運行，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，使得能夠應用高流速含氧氣體， 而不會有在氧作用下金屬燃燒的風險。


下面參照附圖僅以舉例的方式，更詳細地描述本發(fā)明。其中 圖1示出的是根據(jù)本發(fā)明的燃燒器的縱向截面。
具體實施例方式
圖1以縱向截面的方式示出了燃燒器1，用于例如氮氣或二氧化 碳氣體中載帶的粉煤等含碳燃料的部分燃燒。燃燒器l包括中心通道 2。中心通道2由沿著縱向軸線布置并具有上游部分3A和下游部分3B 的內(nèi)缸3限定。中心通道2具有一個排放出口 4，用來把燃料供應給 燃燒區(qū)。圍繞著內(nèi)缸3的上游部分3A同心布置的是雙壁筒形殼體5A。 雙壁殼體5A的雙壁間的空間限定了用來供應含氧氣體的環(huán)形同軸通 道6的上游部分。在下游，同軸通道6由下游內(nèi)釭3B和單壁外缸5B 限定。同軸通道6具有一個開放的排放出口 7,該排放出口7形成了 含氧氣體流進燃燒區(qū)的出口。
下游內(nèi)壁部分3B具有凸起部分8。凸起部分8具有一個錐形的部 分，該錐形部分的外徑朝著排放出口 4變小。在圖1中針對部分8所 示的一個環(huán)形凸起具有三角形的截面。下游的外壁部分5B形成一個 在燃燒區(qū)的方向上有一個錐形端9的缸。內(nèi)壁部分3B的環(huán)形凸起部 分8和外壁部分5B的錐形端9限定了寬度均勻的環(huán)形狹縫10，其中， 壁部分5B的直徑沿排放出口 4的方向逐漸減小。這個環(huán)形狹縫10形 成了同軸通道6的排放出口 7。
內(nèi)、外殼體的上游部分3A、 5A與相應的下游部分3B、 5B對齊 地焊接到圓形連接單元11。連接單元11設有針對同軸通道6的通流 開口 12和形成部分中心通道2的中心開口 13。其中，中心開口 13具 有與上游部分3A和下游部分3B的內(nèi)壁相同的內(nèi)徑。
殼體5A是一個雙壁缸，具有內(nèi)壁14和外壁15，這兩個壁都與內(nèi) 缸3的上游部分3A同軸布置。殼體5A的內(nèi)、外壁14、 15在下游端 焊接到連接單元11。雙壁筒形殼體5A在上游端由環(huán)形端壁16封閉。 在這個上游端附近，內(nèi)壁14和內(nèi)缸3的上游部分3A^皮在周邊上等距 布置的三個凹槽17隔開。按此方式，雙壁殼體5A能在內(nèi)缸3上沿著 軸向滑動，因此，當上游部分3A、 5A發(fā)生不同熱膨脹時，雙壁殼體 5A具有運動自由。
燃燒器1包括具有雙壁上游部分18A的冷卻套18。冷卻套上游部 分18A是一個雙壁釭，具有內(nèi)壁19和外壁20A，這兩個壁都與內(nèi)釭3 同軸布置。冷卻套18的內(nèi)壁19、外壁20A在下游端焊接到連接單元 11。雙壁冷卻套部分18在上游端由環(huán)形端壁21封閉。在這個上游端 附近，殼體5A的內(nèi)壁19和外壁15被在周邊上等距布置的三個凹槽 17分開。按此方式，上游冷卻套部分能在雙壁殼體5A上沿著軸向滑 動，并當部分5A、 18A發(fā)生不同熱膨脹時具有運動的自由。
同軸的筒形分隔器22A把套18A分成了兩個同軸的筒形腔23、 24。外套腔24連接于冷卻劑出口 25。內(nèi)套腔23在冷卻套18A的上游 端經(jīng)過冷卻劑出口 25延伸超過外套腔24，并在該處連接到冷卻劑入 口 26。筒形分隔器22A的下游端焊接到連接單元11。
殼體5A在其上游端延伸超過冷卻套18A。在沒有被冷卻套18A 蓋住的部分上，由殼體5A包住的同軸通道6連接到用來供應含氧氣 體的入口 27。
內(nèi)缸3的上游部分3A在其上游端延伸超過殼體5A，在該處設有 法蘭28，用來把中心通道2連接到含碳燃料的供應管線。
在連接單元11的下游部分，冷卻套由雙壁筒體18B形成，該雙 壁筒體18B包括形成上游分隔器22A的下游延伸部的內(nèi)套壁22B和形 成殼體18A的外壁20A的下游延伸部的外套壁20B。外套壁20B、內(nèi) 套壁22B之間的空間被擋板29分成螺旋形通道。連接單元ll設有兩 個同心的圓形開口 30的陣列。這些開口 30把壁19、壁20A和分隔器 22A限定的上游冷卻套腔，同壁20B、壁22B和缸部分5B限定的下
游冷卻套腔連接起來。
在雙壁筒體18B下游，雙壁前臉31與冷卻套壁20B、 22B成直角 地布置。前臉31具有與中心通道2和同軸通道6的排放端4、 7重合 的中心開口 32。
雙壁前臉31具有由限定流路的擋板35分開的下游前壁33和后側(cè) 壁34。該流路與下游冷卻套腔18B開放連接。在前臉31的開口32附 近，前臉31的前、后側(cè)壁33、 34之間的冷卻劑流路經(jīng)由前臉后側(cè)壁 34上的開口36，與上游冷卻套腔18A開放連接。
在燃燒器1的運行過程中，燃料1通過中心通道2到達排放端4。 排放端4用來把燃料引入布置在燃燒器1下游的反應器的燃燒區(qū)。同 時，含氧氣體通過環(huán)形的同軸通道6，使煤和含氧氣體這些反應物將 在反應器空間中強烈混合。
權(quán)利要求
1.一種燃燒器(1)，包括至少部分由內(nèi)缸(3)限定的中心通道(2)和至少一個圍繞著所述中心通道(2)的同軸環(huán)形通道(6)，所述中心通道(2)和所述同軸環(huán)形通道(6)從上游供給側(cè)延伸到下游排放端，其中，所述同軸環(huán)形通道(6)的至少一部分在雙壁殼體(5A)的內(nèi)、外壁之間延伸，所述雙壁殼體(5A)的一端相對所述內(nèi)缸(3)固定，其另一端能夠在所述內(nèi)缸(3)上滑動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其中，所述內(nèi)缸(3)和所述 圍繞著的雙壁殼體(5A)的相互固定部分焊接在連接單元(11)的一 側(cè)，所述連接單元(11)設有與相應通道(6, 2)對齊的開口 (12， 13)，其中，在所述連接單元(11)的相反一側(cè)，所述通道(6， 2) 繼續(xù)并由焊接到所述連接單元(11)的同軸內(nèi)、外缸(3B， 5B)限定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的燃燒器，其中，限定所述同軸通 道(6)的所述雙壁殼體(5A)的至少一部分被雙壁冷卻套(18A)包 圍，所述雙壁冷卻套(18A)的一端相對所述雙壁殼體(5A)固定， 其另一端能夠在所述雙壁殼體(5A)的外壁上滑動。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器，其中，氣體入口 (27)經(jīng)所述 雙壁殼體(5A)上沒被所述雙壁冷卻套(18A)蓋住的上游部分中的 開口，連接到所述同軸通道(6)。
全文摘要
一種燃燒器(1)，包括至少部分由內(nèi)缸(3)限定的中心通道(2)和至少一個圍繞著中心通道(2)的同軸環(huán)形通道(6)，通道(2，6)從上游供給側(cè)延伸到下游排放端，其中，同軸環(huán)形通道(6)的至少一部分在雙壁殼體(5A)的內(nèi)、外壁之間延伸，雙壁殼體(5A)的一端相對內(nèi)缸(3)固定，其另一端能夠在內(nèi)缸(3)上滑動。按此方式，內(nèi)缸(3)和雙壁殼體(5A)在發(fā)生不同的熱膨脹時具有軸向上的運動自由。可以選擇使用冷卻套，該冷卻套包括能夠在同軸環(huán)形通道(6)的殼體(5A)上滑動的類似雙壁殼體。
文檔編號F23D1/00GK101363622SQ200710193980
公開日2009年2月11日 申請日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月6日
發(fā)明者A·博爾, H·G·范席 申請人:國際殼牌研究有限公司