CN107076410A - 用于无液体冷却的气流床气化炉的紧凑型燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于粉状燃料粉尘的加压气化以生产合成气体的紧凑型燃烧器，其中多个同心介质通道过渡到锥形燃烧器末端中。所述燃烧器末端在反应室侧提供减小的接触表面。燃烧器末端的喷嘴部件通过选择性激光熔化来生产，这允许通过供应的介质(诸如燃料气体、冲洗气体或氧化剂)来冷却的设计。具有中间密封件的滑动引导件布置在两个介质通道的喷嘴部件之间，以均衡温度驱动的线性延伸。根据本发明的紧凑型燃烧器使得不需要液体冷却的费用。

Description

用于无液体冷却的气流床气化炉的紧凑型燃烧器
本发明涉及一种用于粉状燃料粉尘的加压气化以生产合成气体的紧凑型燃烧器。
在用于在高压下粉状燃料粉尘气流床气化以生产合成气体的反应器中，在反应室侧用水冷却数次的引燃燃烧器和主燃烧器用于供应所有介质。水冷却过程由压力室提供，其向反应室提供用于燃烧器火焰和来自反应器的热气体的扩大的接触表面。主要由于启动和关闭操作，反应室侧上的燃烧器末端具有有限的使用寿命。同时，特别地，利用冷却水操作并且形成为封闭的压力室的燃烧器冷却部件对于复发的燃烧器修理需要高维护费用。待供应的各种介质，例如燃料气体、粉状燃料粉尘和氧化剂，具有不同的温度并且需要结构上复杂的措施(例如波纹状膨胀接头)以用于容纳燃烧器通道壁的不同膨胀。
具有集成引燃燃烧器的组合式粉煤燃烧器从DE 102007040890中已知。
从CN2688677Y已知一种气化喷嘴，其中用于补偿长度变化的滑动密封件布置在内部喷管与外部喷管之间的接头处。
本发明解决了提供一种用于粉状燃料粉尘的加压气化以生产合成气体的燃烧器的技术问题，其燃烧器末端达到与常规液体冷却燃烧器末端相当的寿命，而不需供应冷却液。
该目的通过具有权利要求1的特征的燃烧器得以解决。
通过复杂的、水冷却的、封闭的压力部件对燃烧器喷嘴的冷却由在结构上相应地设计的操作介质冷却的喷嘴代替。
可以节省燃烧器末端的现有水冷却过程所需的设备相关费用。
燃烧器喷嘴部件通过生成过程以层构造，并且因此在成品状态下大量生产。
对于分层结构实施的过程使用金属粉末，其通过激光束部分地熔化，在该过程的末尾，除去过量的粉末，并且最后可以除去期望的部件轮廓。
生成制造过程是SLM过程(选择性激光熔化)。
与现有的锻造零件的加工制造过程相比，燃烧器喷嘴的生产费用降低了80％以上。
通过使用激光熔化过程作为用于喷嘴部件的生产过程，可以生产通过常规方法(例如窄的介质通道或温度)不能制造或非常难以制造的令人满意的质量的轮廓，该轮廓尺寸约为0.7mm并且遵循扭结的喷嘴轮廓。
通过在燃烧器喷嘴部件在正常操作中相对受保护的位置处引入温度传感器，可以得出关于燃烧器末端处的过程条件和磨损状态的结论。
除了被操作介质良好地冷却之外，薄壁的喷嘴部件的设计引起反应介质的混合的优化，并且因此燃料和氧化剂的转化的优化。
为了适应改变燃料的目的，氧化剂的旋流的适应是有利的，这在此通过将分隔壁引入氧化剂通道中来实现。这里，介质可以在一个通道中以轴向非旋流状态并且在另一个通道中通过导向板或叶片以旋流状态供给到燃烧器末端。两个分流的数量控制允许在燃烧器喷嘴处设定期望的所得旋流。
使用在介质之间的喷嘴处具有密封的滑动导向件减轻了由阻塞的热膨胀引起的应力分量，并且消除了用于在介质通道壁中的附加措施(诸如膨胀补偿器)的费用。
在维护期间更换喷嘴在很大程度上通过没有压力测试的常规焊接被简化。
不需要遵守用于压力容器构造的技术规范，这因此导致用于燃烧器的新构造和修理的成本降低。
本发明的有利的改进在从属权利要求中给出。
在下面基于附图在理解所需的范围内作为示例性实施例更详细地解释本发明，其中：
图1示出了根据本发明的介质冷却的燃烧器末端的基本结构，
图2示出了靠近燃烧器末端的传感器(10)的布置，
图3示出了在氧化剂通道中具有分隔壁(12)的主燃烧器，
图4示出了具有喷嘴部件的柱形形式的端部件(16)的锥形渐缩的燃烧器末端，以及
图5示出了围绕燃烧器末端的水冷外部燃烧器组件(13)。
在附图中相同的元件由相同的附图标记表示。
在图1中，示出了介质冷却的燃烧器末端的基本构造，其中在反应室侧的接触表面(1)减小。喷嘴部件(2、3、4、5)以这样的方式形成，使得它们通过限定的冲洗气体量(例如氮气)或通过操作介质(例如燃料气体或氧化剂)充分地冷却。它们不再是压力容器的部件，并且通过生成过程(诸如SLM(选择性激光熔化)过程)以其形式适用于有成本效益的生产。现有的材料密集且耗时的锻造部件的机加工制造在很大程度上减少。分离各个燃烧器通道的管(6)的介质引起的不同热膨胀在燃烧器喷嘴的滑动引导件(7)处以无应力的方式可以无阻碍地进行，并且不再需要用于补偿的任何膨胀补偿器。经由密封件(8)防止介质在燃烧器中的滑动导轨(7)处的过早混合。紧凑的喷嘴(2)和(4)在结构上确保反应室侧上的出口轮廓(其对于供应氧化剂特别重要)独立于由介质通道的管(6)的热膨胀引起的变化。
使用用于喷嘴的SLM制造过程使得能够以足够的精度和足够的表面质量生产非常窄的、特别也是扭结的通道，诸如在引燃燃烧器喷嘴(2)处的通道，其不能或需通过非常大的努力以常规方式生产。一方面，一体化旋流板(9)的布置改善了燃烧器的功能，另一方面，通过使用介质的良好冷却，延长了喷嘴的使用寿命。
此外，在喷嘴中，靠近燃烧器末端，可以布置用于温度监测的传感器(10)，其允许得出关于燃烧器的热负荷和磨损状态以及关于气化反应器(图2)的当前操作状态的结论。
作为另一示例性实施例，将分隔壁(12)引入主燃烧器的氧化剂通道中，如图3所示。介质以数量控制的方式经由在后燃烧器区域中的供应连接件分别供应到两个通道中。两个通道中的外侧通道在喷嘴区域中设置有适配的旋流装置(11)，该旋流装置对该流施加旋转运动。因此，可以通过控制两个分体积流来设定整个退出介质流相对于燃烧器轴线的角度。例如，在这种情况下，紧固在分隔壁上并以螺旋形形式形成的导向板或设置成一定角度的导向叶片可以用作旋流装置。
图4以类似的方式示出了具有柱形形式的端部件(16)的成品喷嘴部件，作为用于影响火焰形成和燃烧器的整体功能的变型实施例。
图5示出了具有确定功能的介质喷嘴部件的完整的紧凑型燃烧器和封闭水冷外部燃烧器组件13的示例性实施例，该喷嘴部件通过SLM过程制造并由操作介质冷却，该封闭水冷外部燃烧器组件13用于在夹带有粉尘形式的煤15和其他燃料的加压气化中使用以生产合成气体。
附图标记列表
1 反应室侧的燃烧器表面
2 引燃燃烧器喷嘴
3、4、5 主燃烧器喷嘴部件，锥形
6 用于形成环形介质通道的管
7 喷嘴的滑动导轨
8 密封件
9 用于向整个介质流施加旋转运动的旋流板
10 温度测量传感器
11 用于部分介质流的旋流板
12 分隔壁
13 外部水冷燃烧器组件
14 氧化剂
15 粉状燃料粉尘的供应点
16 具有柱形介质出口的喷嘴部件

Claims (3)

1.一种用于粉状燃料粉尘的加压气化以生产合成气体的紧凑型燃烧器，其中，
-多个管(6)界定用于供应介质的同心通道，所述介质如燃料气体、冲洗气体和氧化剂，
-燃烧器末端锥形渐缩，
-所述燃烧器末端的喷嘴部件(2、3、4)通过选择性激光熔化而被制造，
-密封件(8)被布置在两个通道之间的滑动导轨(7)处。
2.根据权利要求1所述的紧凑型燃烧器，其特征在于，旋流板(9、11)被布置在用于所述氧化剂(14)的通道中。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，喷嘴部分(4)在其锥形渐缩端处并入以柱形形式的端部件(16)中。
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