用于气化固体燃料的燃烧器制造技术

本实用新型专利技术涉及用于气化固体燃料的燃烧器(1)，包括燃烧器前部(2)，该燃烧器前部具有用于排出固体燃料的环形开口(13)和用于排出含氧气体的中心开口(4)，其中燃料排出开口(13)流体连接到中心通路(5)，用于排出含氧气体的开口(4)流体连接到与中心通路(5)同轴布置的用于传送氧的环形通路(6)。中心通路(5)具有下游部分(6)，其中，通路(5)的直径在第一长度(7)上增大，并且随后在终止于燃烧器前部(2)处的第二长度(8)上减小。在下游部分(6)内部设置有中空构件(9)，中空构件在一端(10)处封闭，并且在所述燃烧器前部(2)处或其附近具有开口(11)。中空构件(9)具有与中心通路(5)的增大和减小的直径一致的增大的直径和减小的直径，以形成环形通道(12)。中空构件(9)通过一个或多个连接管道(14)与用于含氧气体的环形通路(6)流体连接。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及用于气化固体燃料的燃烧器。所述燃烧器特别适用于使用含氧气体来使含碳燃料气化，以例如用于制备加压合成气体、燃料气体或还原气体，所述含碳燃料例如为由气体载体携带的细粒固体燃料，如由例如氮气和/或二氧化碳等的气体载体携带的粉煤。
技术介绍
固体含碳燃料的气化通过燃料与氧的反应来获得。燃料主要包含作为可燃性成分的碳和氢。气体携带的细粒含碳燃料和含氧气体经由燃烧器中的分开的通道以较高的速度被送入反应器中。在反应器中，将火焰保持在高于1300°C的温度来主要形成一氧化碳和氢，在该火焰中，燃料与含氧气体中的氧反应。现有技术中已经提出了多种燃烧器设计。EP-A-328794描述了一种燃烧器，其中细粒的煤经由沿燃烧器的纵轴线布置的中心通道供应到燃烧器前部，含氧气体经由围绕所述中心通道的至少一个环形通道供应。氧在燃烧器前部被引导到煤流中。EP-A-130630描述了一种燃烧器，其中，在燃烧器前部处，含氧气体从中心通道以高速排出，并且含氧气体以较低速度从环形出口排出。固体燃料从设置在所述中心和环形氧出口开口之间的多个出流开口排出。根据该公开文本，外部的低速氧流用于保护燃烧器防止由于热气体的吸入造成过热。所述公开文本公开了如果燃烧器用于大生产量，则用于固体燃料的出口开口优选不是环形形状。需要说明的是，这样的设计不能使所有的固体燃料颗粒与氧适当接触。根据EP-A-328794的燃烧器类型已经非常成功地用于商业使用。但是，在高生产量下，通到燃烧器前部的热通量增大到一定的值从而使燃烧器的使用寿命可能变得太短。EP-A-130630通过围绕火焰施加低速氧防护层，来解决通到燃烧器前部的热通量的问题。根据EP-A-130630的燃烧器的缺点是，对于高生产量，固体燃料通过分开的通道被送入燃烧器前部，这可能造成侵蚀问题。另一个问题是由于需要制造具有用于固体燃料和含氧气体的多个通道的单个金属件而造成的设计复杂性。而且，由于合成气体/氧火焰的原因，通到燃烧器前部的热通量仍可能非常高。
技术实现思路
本技术的一个目的在于提供一种燃烧器，其可用于高生产量，并且其不具有现有技术的燃烧器的缺点。为此，本技术提供了一种用于气化固体燃料的燃烧器，包括燃烧器前部，所述燃烧器前部具有用于排出固体燃料的开口和一个或多个用于排出含氧气体的开口，其中，所述用于排出固体燃料的开口流体连接到中心通路，并且其中，所述用于排出含氧气体的开口流体连接到用于传送氧的环形通路；并且其中，所述中心通路具有下游部分，其中，所述通路的直径在第一长度上增大，并且随后在终止于燃烧器前部处的第二长度上减小，并且其中，所述中心通路的下游部分内部设置有中空构件，所述中空构件在一端处封闭并且在所述燃烧器前部处具有开口，所述中空构件具有与所述中心通路的增大和减小的直径一致的增大的直径和减小的直径，以形成用于固体燃料的环形通道，该用于固体燃料的环形通道在用于排出固体燃料的向内指向的环形开口中终止于燃烧器前部处；并且其中，所述中空构件通过一个或多个连接管道与用于含氧气体的所述环形通路流体连接，并且其中，所述中空构件的开口形成用于排出含氧气体的开口的至少一部分。本技术还涉及一种使用上述燃烧器通过气化固体燃料来制备包含氢和一氧化碳的混合物的方法，其中，含氧气体通过用于含氧气体的通路传送，固体燃料和载体气体通过中心通道传送，气化在燃烧器前部处进行。申请人:发现，与EP-A-130630的教导相比较，可提供用于高生产量操作的燃烧器，其具有用于固体燃料的环形开口。通过将全部氧引导通过所述一个或多个用于含氧气体的开口，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稍微升高。这大大降低通到燃烧器前部的热通量，由此延长了所述燃烧器前部的使用寿命和将用于固体燃料的环形通道与所述一个或多个用于排出含氧气体的开口分隔开的边缘的使用寿命。根据本技术的燃烧器不具有如在根据EP-A-130630的燃烧器中的用于以较低速度排出含氧气体的外环形出口。由于中空构件和中心通道尺寸方面的一致性，形成用于固体燃料的流动路径，这限制了侵蚀。本文所用的术语“含氧气体”用于指含自由氧的气体，O2，并且意欲包括空气、富氧空气(即氧大于21%摩尔百分比)和基本上纯氧(即氧大于约95%摩尔百分比)，其余部分包含通常出现在空气中的气体，例如氮和/或稀有气体。本文所用的术语“固体含碳燃料”意思包括各种气体携带的可燃材料及其混合物，这些可燃材料选自包括煤、煤焦炭、煤液化残渣、石油焦炭、炭黑、生物质和从油页岩、浙青砂和浙青获得的颗粒固体的组。煤可以是任何类型，包括褐煤、次烟煤、烟煤和无烟煤。固体含碳燃料优选研磨成使至少约90%重量百分比的材料小于90微米的粒度，并且水分含量小于约5%重量百分比。将固体燃料以与载体气体(优选氮气或二氧化碳)混合的方式提供给燃烧器。本文所用的术语“高生产能力燃烧器”旨在包括其中大于3kg/SeC的固体从环形开口排出的过程。这样的高生产能力燃烧器的环形开口的宽度优选大于4mm。固体在其从环形开口排出时的优选速度在5m/s和15m/s之间。出口可为位于燃烧器前部处的单个中心开口，或者可按照不同的方式构造，例如设置于燃烧器前部上游一定距离处。对于非竖直燃烧器，特别是对于水平燃烧器，这种缩回的出口减少了被从燃烧器前部流下来的渣堵塞的风险。在另一个特定实施例中，出口可包括多个开口，所述多个开口例如可为同轴的。这种布置方案可例如包括位于低速管道的端部处的中心开口和位于高速管道的端部处的环形开口，所述环形开口被用于排出固体燃料的向内指向的环形开口包围。按照这种布置方案，氧和燃料的混合在离燃烧器前部显著更短的距离处完成。可选地，中心管道的中心可与环形管道的中心偏移开，例如，中心管道可相对于环形管道的中心向下偏移。对于水平燃烧器，这补偿了重力对固体燃料出流的均匀性的影响。利用这种燃烧器布置方案，中心开口可例如排出具有介于lOm/s和30m/s之间的速度的含氧气体，而中心开口周围的环形开口排出具有介于30m/s和lOOm/s之间的速度的含氧气体，且从环形开口排出的燃料以介于5m/s和15m/s之间的速度排出。在另一个特定实施例中，出口可包括一个或多个开口，所述一个或多个开口的中心点离开燃料排出开口的中心点一定距离。更特别地，出口可位于在燃料排出开口的中心点下方一定距离处。对于水平燃烧器，这补偿了重力对燃料出流的均匀性的影响。因此，根据本技术，提供了一种用于气化固体燃料的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器包括燃烧器前部，所述燃烧器前部具有用于排出固体燃料的开口，所述燃烧器包括位于所述燃烧器前部处或燃烧器前部附近的、用于排出含氧气体的出口，其中，所述用于排出固体燃料的开口流体连接到中心通路，并且其中，所述用于排出含氧气体的出口流体连接到用于含氧气体的环形通路，其中，所述中心通路具有下游部分，其中，所述中心通路的直径在第一长度上增大，并且随后在终止于燃烧器前部处的第二长度上减小，并且其中，所述中心通路的下游部分内部设置有中空构件，所述中空构件在一端处封闭，并且在所述燃烧器前部处具有开口，所述中空构件具有与所述中心通路的增大和减小的直径一致的增大的直径和减小的直径，以形成用于固体燃料的环形通道，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于气化固体燃料的燃烧器（1、40、50），其特征在于，所述燃烧器包括燃烧器前部（2），所述燃烧器前部具有用于排出固体燃料的开口（3），所述燃烧器包括位于所述燃烧器前部（2）处或燃烧器前部（2）附近的、用于排出含氧气体的出口（4），其中，所述用于排出固体燃料的开口（3）流体连接到中心通路（5），并且其中，所述用于排出含氧气体的出口（4）流体连接到用于含氧气体的环形通路（6），其中，所述中心通路（5）具有下游部分（5A），其中，所述中心通路（5）的直径在第一长度（7）上增大，并且随后在终止于燃烧器前部（2）处的第二长度（8）上减小，并且其中，所述中心通路的下游部分（5A）内部设置有中空构件（9），所述中空构件在一端（10）处封闭，并且在所述燃烧器前部（2）处具有开口（11），所述中空构件（9）具有与所述中心通路（5）的增大和减小的直径一致的增大的直径和减小的直径，以形成用于固体燃料的环形通道（12），该用于固体燃料的环形通道在用于排出固体燃料的向内指向的环形开口（13）中终止于燃烧器前部（2）处，并且其中，所述中空构件（9）通过一个或多个连接管道（14）与所述用于含氧气体的环形通路（6）流体连接，其中，所述出口（4）并非位于所述燃烧器前部（2）处的单个中心开口。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J·H·M·迪塞尔霍斯特，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：实用新型
国别省市：