CN1020502C - 固体燃料气化装置的气化燃烧器 - Google Patents

Abstract

细粒至粉尘状固体燃料气化设备的气化燃烧器具有一个气化反应器，包括位于中心的输送一次氧化剂的第一通道、一条在其外围绕着的燃料环形通道(燃料由载气引入)围绕燃料环形通道的输送二次氧化剂的环形第二通道和冷却通道，多个气化燃烧器的燃料/反应剂射束一直进入气化反应器，燃料/反应剂射束在气化反应器内形成一个高温初级反应区，在第一输送通道中设置一个管状注入管，它被氧化剂包围，通过注入管可将一股飞尘/气体载气流注入燃料/反应剂射束的核心。

Description

本发明涉及细颗粒至粉尘状固体燃料气化装置的一种气化燃烧器。该装置是一个气化反应器，包括一个位于中心的输送一次氧化剂的第一通道、一条围绕中心的输送燃料的环形燃料通道（燃料由一种载气引入）、一条围绕燃料环形通道的环状的输送二次氧化剂的第二通道和冷却通道，必要时还有至少一条缓冲气体环形通道（Moderatorgas-Ringkanal），其中，多个气化燃烧器的燃料/反应剂射束一直进入气化反应器内，同时燃料/反应剂射束在气化反应器内形成一个高温初级反应区，电气化反应器排出一种主要含有一氧化碳和氢的粗煤气。气化燃烧器的基本结构是对称的。气化的实施为加压气化。固体燃料尤其指煤、焦碳、石油焦炭和其它类似物质。作氧化剂的尤其是氧和/或空气，必要时为水蒸气。载气为一种惰性气体，如氮或二氧化碳，或是无粉尘的粗煤气。燃料/反应剂射束这个词语中，反应剂既表示氧化剂也表示已生成的反应产物，必要时，也指缓冲气体和载气。离开反应器的粗煤气当然携带有飞尘，而飞尘携带量（例如）最多可达燃料的15%（重量）。可用适当的去粉尘装置去掉粗煤气中的飞尘，这种去尘处理是很昂贵的。众所周知，为了除去飞尘，将飞尘返回气化过程，其燃料部分应在此过程中燃尽，此外飞尘应熔化。按已有的技术措施（欧洲专利0，072，451    B1，欧洲专利0，109，109    B1），是将飞尘与新鲜燃料相混合，并与燃料一起送入气化燃烧器。这是很昂贵的并要求对尘灰进行特殊处理，即需要具有很大防护安全性的许多复杂的技术设施。飞尘的孔隙或空隙中充满着含一氧化碳和氢的粗 煤气，须先经多次用惰性气冲洗和置换才能稀释至危险界限以下或被除去。而且，对由飞尘中析出的粗煤气进行进气置换处理也很复杂和昂贵，原因是，粗煤气中常常含硫，出于保护环境的缘由既不可点火燃掉、也不可以其他任何方式烧毁和排入大气中。此外的问题还有：由于掺入新鲜燃料中的飞尘降低了燃料的热值，将对气化过程的热力学和反应动力学产生影响。还已知，在飞尘返入气化反应器时（DE2，909，008    C2），通过特殊的、与气化燃烧器相分离的输送喷咀，这样就影响了气化反应，因而在实践中几乎没有得到应用。在实践中更为常见的是（DE-AS    2，325，204），在一反应器中将飞尘顶吹成熔渣，在此过程中，残余碳通常也变成熔渣。

US-A-4，480，559公开了一种用于称之为焦碳（char）的物质与煤的共同气化的燃烧器。在该过程中，称之为焦碳的物质（它的组成由煤和烟灰各占50%）借助空气作载气经一个中心配置的注入管引入到从燃烧器流出的煤一反应剂射束的核心，该注入管被一个环状输送通道环绕，该环形通道用于煤与一次氧化剂的共同输送。一次氧化剂同时用作这些固体燃料的传输介质。氧化剂流因此必须计量，以保证进行安全的传输并保证从燃烧器前面的反应空间中不向燃烧器产生反燃。常压下的气化过程中，必须保证将流速调定在60-100m/s的范围内。在故障中，反燃会导致破坏燃烧器的危险并可能破坏其它构件。基于这一强制性要求，就难于将氧化剂量与燃料量调节到优化的比例。它还存在其它问题， 如必须向经注入管导入的反应载体焦碳提供足够量的氧化剂。在烟尘中含有的灰分成分的融化会可观地损害与一次氧化剂一起加入的燃料中的碳的转化。

已知各种实施方式的气化燃烧器。实践中尤其常见的是开头所述结构的那些气化燃烧器。常见的是，将这些气化燃烧器和升火喷咀统一起来。

本发明的任务在于，创造一种开头所述结构和满足开头所述目的的气化燃烧器，用它可将飞尘，尤其是沉积在固体燃料气化装置中的飞尘，在不影响气化过程的情况下，返入该气化燃烧器。

为解决此任务本发明指出：在第一输送通道中设置一个由氧化剂流包围的注入管（Injektionslanze），通过注入管可将一股飞尘/载气流注入燃料/反应剂射束的核心。用这种方式可使返回的飞尘进入温度高于2000℃度的初级反应区并在此熔化，其时，其可燃组分则变成气体。较好的是使注入管由轴向伸入第一输送通道。这导致形成一个对称的、圆形的燃料/反应剂射束。本发明利用这一事实，即由一个气化燃烧器中射出的燃料/反应剂射束，尤其是一个对称旋转的燃料/反应剂射束，在气体动力学方面是极其稳定的，可将一股尘灰流载入初级反应区。气化反应在燃料/反应剂流中就已开始，如同在初级反应区内一样，气化反应在此也不受飞尘影响，这有助于使其残余碳也能气化。飞尘流量无论如何不可选得过大。令人惊奇的是，由初级反应区排出的飞尘几乎不比常见的。没有所述返回过程的多。它不富集，如使用依照本发明的气化燃烧器，不再需要进行特殊的去飞尘处理，相反，飞尘被熔化成熔渣。

在一些情况下，在本发明范围内仍有许多完善提高的可能性。通常是使注入管在第一输送通道燃料通道和第二输送出口汇合区域内进入燃烧器前沿。本发明一个较好的实施方式（允许根据不同的操作条件进行调节）的特征在于，注入管及其管口在轴向方向上/是可以调节的。

借助依本发明的气化燃烧器，注入管可由一次氧化剂流包围。根据各种流速，在该实施方式中也保证了飞尘进入初级反应区而不影响气化过程。如注入管由一条氧化剂通道所围绕，而该通道又由第一输送通道围绕，这种情况下就更趋稳定。较好的是使氧化剂通道具有一个与气化燃烧器轴并行的出口，第一输送通道具有一个向外翘的出口，第二输送通道具有一个向内翘的出口。使第二输送通道具有许多等距分布在其圆周上的出口孔也在本发明范围之内。出口也可为环状间隙。正如在已有的技术措施中所作的那样，在第一输送通道和燃料环形通道之间设置一条冷却通道也是合适的。

如刚刚提到的，在本发明范围内，进入气化燃烧器的飞尘流量不可过大。尽管如此，在相当大的范围内作调节仍然是可能的。在这种情况下的一个较好的实施方式的特征在于，注入管用于输送飞尘流，飞尘流量比燃料流量小一个为0.01至0.15的系数。在这个范围内，一般来说，细粒至粉尘状固体燃料气化装置的全部飞尘连同其燃料部分是能被返回的。

下面将借助仅有的一张说明实施例的附图详细阐述本发明的所述的和其它的特征。在略图中：

图1为依照本发明的气化燃烧器的轴向剖面图;

图2为图1物体的横向剖面图

图中所示的气化燃烧器用于图上未给出的细颗粒至粉尘状固体燃料的气化装置。该装置就是一个气化反应器。在气化反应器中，多个气化燃烧器的燃料/反应剂射束一直进入气化反应器并且这些气化燃烧器通常在相同的高度上等距地分布在气化反应器的周边上。燃料/反应剂射束在气化反应器内形成一个高温初级反应区。很显然，气化反应器中有粗煤气排出。

气化燃烧器的基本构造中包含有：输送一次氧化剂的第一通道1，一条在外围绕着的输送燃料的环形燃料通道2（燃料由一种载气引入），围绕燃料环形通道2的输送二次氧化剂的环状第二通道3和冷却通道4，必要时还包括至少一条缓冲气体环形通道5。

在第一输送通道1中，有一个管状注入管6，它被氧化剂流包围。通过注入管6可将一股飞尘/载气流注入燃料/反应剂射束的核心。载气例如可为粗煤气。在实施例中，注入管6的出口在第一输送通道1、燃料环形通道2和第二输送通道3的出口范围内，并因而同时也在气化燃烧器的前沿，紧接着是一个漏斗形构件。注入管6位于气化燃烧器轴上，它可按双箭头方向作轴向调节，由此可适应不同的操作条件。

在实施例中，根据本发明较好的实施方案，注入管6被一条氧化剂通道7所围绕，氧化剂通道7由第一输送通道1所围绕。其中，氧化剂通道7具有一个出口8，它与气化燃烧器的轴并行，氧化剂相应地由氧化剂通道排出并包围着飞尘流。第一输送通道1具有一个向 外翘的出口9，而第二输送通道3的出口10却是向里翘的，如在开头所述的气化燃烧器中所常见的一样。使第二输送通道3具有许多等距分布在圆周上的出口孔11（如图2所示）也在本发明范围之内。此外，全部出口都为环状间隙式。在第一输送通道1和燃料环形通道2之间有一条环状冷却通道4。图中还标出了一个火焰监视器12，用它可以用已知方法监测气化燃烧器。紧接着是一个具有其它冷却通道4的外部冷却套13。在注入管6中安装一个绝缘的点火电极14，如在注入管6出口处用点线暗示的那样，也在本发明范围之内。

在本发明较好的实施方案中，注入管6、氧化剂通道7、第一输送通道1和冷却通道4位于一个整体上（见图中阴影部分），该件在轴向方向上是可以调节的。这样，按本发明的气化燃烧器由两个独立的标准组件构成，它们也可更换。这种更换提供了适应各种操作条件的可能性。

气化细粒至粉尘状燃料所需的氧化剂-氧分为两股流，即一次气化氧和二次气化氧，一次气量对二次气量之比可为1∶1.15至1.3。本发明使从第一输送通道流出的氧流以0至20°的入流角流向气化燃烧器的中心轴与燃料流汇合。一次氧流出速度为60至120m/s，除用于充分混合物料外，还用于使燃料从一个低的起始速度提高到符合或接近二次氧轴向速度的速度。二次氧以20至50°角度和40至100m/s的速度流向气化燃烧器的中心轴。

火焰监视器12具有特殊意义，它可以确定飞尘结块是否已经形成。

按本发明的气化燃烧器也可用作升火喷咀，尤其用在煤的气化设备上。

Claims (5)

1、细颗粒状至粉状固体燃料的气化燃烧器，其中，从产生的粗煤气中沉淀的干燥烟尘被返回到气化过程中，它具有

一个位于中心的、用于输送一次氧化剂和燃料的输送装置，该氧化剂和燃料借助一种载气输送，

一个环绕着所说中心输送装置的环状输送通道，用于输送二次氧化剂，以及

一个在中心输送装置的中轴上安排的管状注入管(In-jektionslanze)，用于将烟尘/载气流形式的烟尘物流导入到从气化燃烧器流出的燃料-反应剂射束的核心中，

其特征在于，位于中心的输送装置具有一个用于输送一次氧化剂的输送通道(1)和一个环绕着通道(1)的用于输送用载气传输的燃料的燃料环形通道(2)，同时，其中的注入管(6)被一个氧化剂通道(7)以及用于输送一次氧化剂的通道(1)包围，其中氧化剂通道(7)有一个平行于气化燃烧器轴的流出口，用于输送一次氧化剂的输送通道(1)有一个向外翘的出口(9)，用于输送二次氧化剂的输送通道(3)有一个向内翘的出口(10)，其中，用于二次氧化剂的输送通道(3)具有许多等距地分布在其园周上的出口(11)。

2、权利要求1的气化燃烧器，其特征在于，注入管（6）和其上的出口在轴向上是可调节的。

3、权利要求1或2的气化燃烧器，其特征在于，用于一次氧化剂的输送通道（1）和燃料环形通道（2）之间安排有一个环状冷却通道（4）。

4、权利要求1-3的任一气化燃烧器，其特征在于，注入管（6）、氧化剂通道（7）、一次氧化剂输送通道（1）和冷却通道（4）形成一个整体构件，通过冷却通道（4）与其它构件分离，同时，该整体的构件在轴向上是可调节的。

5、权利要求1-4的任一气化燃烧器，其特征在于，注入管（6）用于输送一股烟尘流，该烟尘的流量比燃料流量小一个0.01-0.15的系数。

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