[发明专利]燃烧器和气化炉

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于燃烧器领域。

背景技术

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。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷或不足，本发明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，本发明提供了一种燃烧器，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。