专利名称：具有冷却系统的、用于气流床气化器中的燃烧器装置的燃烧器固定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括冷却系统的燃烧器固定装置，用于燃烧器、特别是用于与 气流床气化反应器(Flugstromvergasungsreaktor)作用连接地设置的燃烧器。
背景技术：
在现有技术中已知的用于反应器的燃烧器的冷却的不同装置。在迄今为止已知的构造中，在包括用于气流床气化的与反应器作用连接的控制 燃烧器、主燃烧器和点火燃烧器的燃烧器系统的燃烧器固定装置领域中，用于燃烧器的 冷却系统的构造在多数情况下设计为蛇形管系统，并且包含输入水管和排出水管。冷却 装置的构造仍然提出结构上的问题，以便在最佳设备设计和燃烧器的灵活的布置情况下 通过本来的反应器保障在燃烧器_反应器的交接区上这样的冷却，使得组件的过热不导 致系统的安全受到威胁。当过热导致装置的部件的不密封性，并且因此可能导致气体从 系统逸出时，产生缺乏安全风险的冷却。因此，已知的系统提出安全性和维修的问题， 改良的安全性在大多数情况下需要较高的投资支出。例如在DE 269065中描述的一种用于固定具有内置的冷却系统的燃烧器的装 置。通过所选的弹簧元件用于冷却管的固定，冷却管的设置和只内置一个燃烧器的可能 性，不利的是，在反应器的外边缘上产生结渣危险，并且生成一个对于大的反应器来说 太小的功率潜能。在DE4416037C1中描述的一个用于封闭检查入口的和用于固定压力气化反应器 用的燃烧器的装置，它的特点是用于特殊的冷却水输入和排放的冷却片以及一用于为管 道系统散热的特殊的管道悬挂装置。该解决方案也不能满足在包括多个燃烧器和用于这 种类型的反应器的大功率的系统上提出的安全性、易维护性和成本费用的要求。因此产生在反应器封闭的无法控制的过热方面改良设备安全性的要求。
发明内容
从现有技术出发，本发明的目的在于，提供一种改进的具有冷却系统的燃烧器 固定装置，用于在一气流床气化器中的燃烧器装置。该目的通过具有权利要求1所述特 征的装置实现。通过从属权利要求描述了优选的实施例。本发明的一个实施例涉及一种燃烧器固定装置，该燃烧器固定装置设置在气流 床气化反应器上。该燃烧器固定装置包括至少两个燃烧器，它们被引导到气流床气化反 应器中。该燃烧器固定装置向上通过一法兰封闭，燃烧器和所需的输入管和排出管延伸 穿过该法兰。在燃烧器固定装置中设置一个冷却装置，它有利的包括至少两个相互独立 的冷却循环。因此一个冷却循环的停止可以通过另一个来补偿。此外，每个冷却循环 通过另一个来补偿。此外，每个冷却循环只配设给一个燃烧器，但该燃烧器可以有利地 被分成各区段，以至于提供另一个区段，用于冷却位于气流床气化反应器的端侧上的表面。这样可以保证在反应器和燃烧器之间的整个交接区的均勻的冷却。通过这种构造， 形成冷却循环的蛇形冷却管有利地无需其它的支承装置地牢固地设置。此外，有利的是 燃烧器固定装置的内腔的层结构，它从下到上首先由导热材料制成，然后由隔离材料制 成，以至于所希望的散热只在所希望的区域中进行，而通过头部不能产生系统的不必要 的热损失。冷却装置可以有利地使用蛇形冷却管，该蛇形冷却管可以灵活地且无冷却进行 地盘绕。另一个实施例涉及燃烧器的总高的至少20%无冷却间隙地由蛇形冷却管的一个 相应的区段包围，以至于燃烧器的至少具有1600°C到1800°C的热区被可靠地冷却。另外的实施例还描述了同时给独立的冷却循环有利地加载冷却剂。最后，实施例涉及由隔离材料制成的所述层是一种直至至少800°C耐火的浇注材 料，其具有2.0kg/l、优选低于1.5kg/l的密度。该材料可以是轻质耐火混凝土。其它的实施例实施为由直至至少800°C耐火的散料制成的层是耐火砖颗粒或 者另一种轻质耐火砖颗粒。此外，导热的层可以是耐火混凝土、特别是一种高密度的硬质耐火混凝土。而 隔离层有利的是疏松的耐火混凝土。这些和其它优点在下述的描述中是明显的。
参见说明书中的附图有助于说明。基本上相同或者相似的物体或者物体的部件 可设有相同的附图标记。附图仅简示出本发明的实施例。附图中图1按照本发明的燃烧器固定装置的纵剖图，其包括设有燃烧器固定装置的冷 却系统的结构、主燃烧器、启动燃烧器、单个蛇形冷却管和蛇形冷却管装置以及层材 料；图2反应器的俯视图，包括局部的剖面。
具体实施例方式本发明的装置用于改进冷却并且因此用于改进适宜生成合成气体的装置的设备 安全性，并且它包括一个或多个燃烧器，这些燃烧器与气流床气化器作用连接地设置。 基本上，按照本发明的包括用于燃烧器的冷却系统的燃烧器固定装置用于冷却在燃烧器 周围的腔，所述腔由燃烧器固定装置的一朝向反应器的侧面(下面称为“反应器的端 面”)延伸到一个用于支承燃烧器的装置，它有利地是一法兰。通过所提供的冷却，可 避免所要保护的组件的过热，特别是密封装置如法兰密封装置和设置在保持燃烧器的管 道上的单独的法兰通过降温防止过热，并且避免法兰、密封装置和其它组件由于这样的 过热而被损坏，这可能导致参与所实施的反应的气体的选出。如本领域的技术人员知道 的，这样的气体逸出会带来巨大的潜在危险。此外，温度的降低用于保护参与的部件的 材料，因此维修费用被降低。因此，为了给这样的燃烧器提供改进的冷却系统，所述燃烧器与气流床气化器 耦合并且因此设置在气流床气化器的端侧上，并且在那里相应地被一个固定装置保持，按照本发明，提供多个相互独立的冷却系统，它们既可冷却燃烧器的端侧，也可冷却燃 烧器的最热的区段。在此，用于在其内部设置冷却装置的燃烧器的固定装置称为“燃烧 器固定装置”。多个彼此独立工作的蛇形管冷却系统提供为冷却装置。用于生成合成气 体的设备具有设置在固定装置的中心的燃烧器作为启动燃烧器并且具有多个不在中心的 燃烧器作为所谓主燃烧器，以至于所述主燃烧器必要时与中心燃烧器等距地间隔开地设 置，因此所述用于生成合成气体的设备可以装备有用于冷却中心燃烧器的所谓的“内部 冷却循环”和用于冷却设置在中心之外的燃烧器的外部冷却循环。因此通过蛇形管，可 以提供用于冷却燃烧器固定装置的彼此独立的外部和内部冷却循环，在下面被称为“下 部”的部分。在这里有意义的是，产生不同的功能(如不同的功率)的不同的燃烧器(如启动 燃烧器和主燃烧器)通过彼此独立的冷却循环被冷却，以便必要时当一个冷却循环停止 时，不会导致整个燃烧器固定装置的过热。但是可以给一个燃烧器和端侧的一部分配设 一个冷却循环，用于同时冷却；此外，它具有在一定程度上不同的区段、一个水平的区 段和一个垂直的区段，可以说它构成围绕燃烧器的凸缘。因此，冷却一方面提供给在形成反应器和燃烧器固定装置之间的交接区的平面 中(端面)，另一方面，燃烧器(例如启动燃烧器和主燃烧器)额外地在它们的下部区 域中被冷却。常规的燃烧器基本上设计为管道，它通过至少局部的冷却可以足够地被冷 却，所述冷却借助于冷却蛇形管围绕其最热的区域，亦即围绕燃烧器的朝向反应器的管 道末端(下面被称为下方末端)进行。在此足够的是，仅冷却燃烧器的下部三分之一， 亦即关于在燃烧器固定装置内的燃烧器总高度约20%的燃烧器高度。在另一燃烧器几何结构中，燃烧器有利地被蛇形冷却管盘绕这么长，使得在温 度高达1800°C的区域中间接地被冷却。在此，不同的燃烧器的彼此独立工作的冷却循环 的蛇形冷却管的盘绕这样被引导，使得不产生冷却间隙。本领域的技术人员已知这种类 型的盘绕。用于单独的燃烧器的燃烧器冷却的蛇形管长度，亦即蛇形管的作为盘绕位于下 方的燃烧器部分周围的区段，可以大于整个单独冷却系统的总长的20%。围绕主燃烧器 设置的蛇形管冷却系统可以被分为两个或多个单独的系统。在燃烧器的下部上围绕它的 导向管在一定程度上构成一个凸缘的盘绕的蛇形管区段，和围绕启动燃烧器的导向管的 凸缘一样，即同时通过在反应器的端侧上的蛇形管区段被冷却。因此有利地在反应器的 端面上并且沿着所有燃烧器的下部区段提供一个封闭的冷却面，其中，凸缘的高度可彼 此独立地选择。此外有利的是，燃烧器的下方区域的冷却通过彼此独立地设置的冷却循 环同时进行，以至于一个冷却循环的停止不导致整个燃烧器固定装置的过热，因为所装 备的其他冷却循环可以补偿这个错误。为了防止整个系统的朝向反应器内部的侧面和单独的燃烧器的下部过热，单独 的冷却系统的蛇形冷却系统这样构造，使得外部的冷却系统既承担反应器的上侧的冷 却，也承担主燃烧器的下部区域的冷却。通过按照本发明的设有燃烧器固定装置的冷却 装置表现出比现有技术中描述的冷却装置更大范围的冷却，此外，它通过分开的冷却循 环提供了改进的安全性。在按照本发明的实施例中，单独的蛇形管冷却系统既冷却燃烧器固定装置的朝向反应器的表面，也冷却主燃烧器和启动燃烧器的下部区域。通过单独的燃烧器和所 述的表面的同时冷却得出结构上特别有利的类型，即不必要或取消蛇形管的分开的支 承。在应用两个冷却循环时，蛇形管对于相应贴靠在平面上的区段和构成凸缘的区段可 以是相同的，以至于当一个冷却系统停止时，还提供整个冷却装置的50%。在一个设置在中心的启动燃烧器中，冷却例如可以这样进行，使得启动燃烧器 连同内部的冷却循环(包括用于冷却水的输入管和排出管)构成一个结构单元。用于主燃烧器的外部的冷却系统可以在按照本发明的燃烧器固定装置中固定在 外罩上，它固定在一个位于燃烧器的上方末端上的法兰上、即所谓的主法兰。固定可以 在一个凸缘或凸出部上实现。外罩也用于容纳其它的保持燃烧器的组件，这些组件在温 度控制方面同样承担保护功能。按照本发明，燃烧器固定装置的主法兰吸收在系统中生成的压力的绝大部分， 并且其它组件通过下述装置防护过热。在法兰下方，所谓的外罩内部设有由导热材料和隔热材料制成的各层，它们以 多种方式构成保护。燃烧器的下部区域通过蛇形冷却管这样被盘绕，使得构成所谓的凸 缘，所述燃烧器的下部区域用一种使用温度至少为1500°C的材料进行浇注，因此这种材 料直到1500°C是耐火的并且具有非常好到良好的导热性。作为用于最下面的层的适宜的 材料是高密度的浇注材料以及高密度的耐火混凝土，所述高密度的浇注材料的主要组成 成分为碳化硅，其在温度为IOOiTC时导热性为5到15W/mK;所述高密度的耐火混凝土 的主要组成成分为氧化铝和/或氧化铬和/或二氧化硅，其温度为ioocrc时导热性为3.0 到4.0W/mK。耐火的浇注材料可具有从2.4到3.6kg/l的密度。优选的是，浇注材料可 具有从2.5到2.7kg/l的范围内的密度；但是，一种这样的适宜的耐火材料或者耐火混凝 土可具有从2.0到4.0kg/l的密度。此外，燃烧器固定装置的蛇形冷却管在燃烧室侧为了免受气体氛围和残渣的 腐蚀和化学的侵蚀设有在现有的发电站和气化技术中常见的销钉(Bestiftung)和覆盖层 (Beschichtung)，其具有导热性较高的适宜的含有碳化硅的捣固材料。在主法兰的下方，在燃烧器之间的腔室用隔离的、密度较小的浇注材料填充， 所述浇注材料具有从1.0到2.0kg/l的范围内的密度。在其下是隔热混凝土和轻质耐火混 凝土，它们具有导热性约为0.1到0.8W/mK的高的隔热。在主法兰上的由良好隔热的浇注材料制成的层和在燃烧器的下方末端上的由导 热良好的材料制成的层之间，用松散的、隔热的散料填满所述腔室，它们可以是一种由 耐火砖或另外的轻质耐火砖组成的耐火的隔热颗粒。优选的密度在lkg/Ι的范围内，耐火 性应至少为800°c。适宜的颗粒大小为8到12mm，优选是颗粒大小约为IOmm直径。气流床反应器本身也具有一个冷却罩，该冷却罩向上这样地延伸到燃烧器固定 装置，使得它如凸缘一样围绕端面。该凸缘在一定程度上围绕通过燃烧器固定装置提供 的冷却系统。在按照本发明的装置中，燃烧器固定装置的通过冷却管盘绕的外环的高度 相应于反应器的相对置的冷却罩的盘绕的凸缘的高度，以至于在两个冷却系统之间产生 环形间隙。该间隙可在冷却元件、反应器的被冷却的凸缘和燃烧器固定装置的盘绕的外 环之间以一个从5到50mm的间隙宽度调节。被调节的环形间隙有利地持续地以惰性气体冲洗，以至于没有反应气体或者仅仅微不足道的量的反应气体渗入环形间隙中，并且能够积聚和发挥腐蚀力。因此，环形 间隙的惰性气体冲洗同样用于保护燃烧器固定装置。环形间隙向外用由耐火的柔性的密 封绳制成的充填物填充，它们由主要成分为氧化铝和二氧化硅制成的适宜的陶瓷纤维组 成，它们为用于冲洗环形腔的惰性清洗气体的流出保证足够的穿透性，并且总体上保证 冷却罩以及燃烧器固定装置的由热引起的相对运动的安全。按照本发明，燃烧器固定装置如上所述以松散的隔热散料填充，并且通过一个 轧制的罩(即所述的外罩)与主法兰划分界限，其中，所述轧制的罩借助于凹口销钉或 者其它固定装置保持在主法兰的凸缘上。以这种方式，在维修情况中在取下凹口销钉之 后，该罩可以被向下拆卸。因此，隔热的松散的散料从燃烧器固定装置中掉落，并且在 分开冷却水管之后，可毫无问题地更换冷却元件。图1示出在一个在中心设置的启动燃烧器4和不在中心设置的主燃烧器5中、一 个外部的冷却循环1和一个内部的冷却循环2，所述内部的冷却循环包括设置在启动燃烧 器4上的蛇形管区段、启动燃烧器冷却区段3。蛇形管区段6承担主燃烧器5的下部区域 的冷却。整个的燃烧器固定装置7也用于通过压力管和管道9、10输入和排出所需的冷 却水，它的组成部分基本上是可更换的并且设置在反应器系统8的上部。如图1所示， 用于冷却单个系统的冷却水通过压力管9、10和其它未示出的与主法兰11焊接的接管输 入。对设置在中心的启动燃烧器4的冷却通过蛇形冷却系统实现，该蛇形冷却系统 既承担燃烧器固定装置7的整个系统的内部区域的冷却，也承担启动燃烧器4的下方部件 的冷却。提供了外部的冷却循环1的蛇形管系统的固定在一个分开的外罩12上进行，该 外罩紧固地与整个系统的主法兰11相连。主法兰11通过一个由多个构件构成的系统免 受过高的热负荷，该系统由不同导热材料制成，其包括一种用于填充空腔的松散的隔热 散料17、一种导热的耐火混凝土层18和一种隔离的轻质耐火混凝土层19。蛇形冷却管的区段构成一个外环13地在燃烧器固定装置的一个外边缘上从气流 床气化反应器的端侧向上延伸并且至少沿着外罩12的一部分延伸，其中，向上延伸的蛇 形冷却管的高度相应于气流床气化反应器8的冷却罩的凸缘14的高度，以至于在凸缘14 和向上延伸的蛇形冷却管之间提供一环形间隙15，该环形间隙具有从5mm到50mm的间 隙宽度。环形间隙15在燃烧器固定装置7的下方末端上设有密封绳充填物20，其阻止残 渣进入环形间隙15。图2示出燃烧器固定装置的俯视图，三个主燃烧器5由一个外部的冷却循环1围 绕，该外部的冷却循环通过冷却水输入管9和10供给。启动燃烧器4由一内部的冷却循 环2围绕，同样由冷却水输入管9和10供给。内部的冷却循环2的区段是启动燃烧器的 冷却部件3。总的来说，相比已存在的系统，通过所建议的解决方案因此达到明显的改善， 即为防止过热，通过单独的冷却循环导向装置改进可靠性而防止过热。此外，提供了用 于冷却所需的蛇形管的一种结构上灵活的布置，其不需要单独的支承装置。此外有利的 是，燃烧器固定装置的组件如蛇形冷却管或隔离材料是可更换的。附图标记列表
1用于主燃烧器的外部冷却循环2用于启动燃烧器的内部冷却循环3启动燃烧器冷却段4启动燃烧器5主燃烧器6主燃烧器冷却段7燃烧器固定装置的总系统8气流床反应器9冷却水输入管10冷却水输出管11主法兰12在燃烧器固定装置中的冷却装置的外罩13夕卜环14冷却罩的盘绕的凸缘14’反应器的冷却罩15环形间隙16环形腔17隔热的散料18导热的耐火混凝土层19隔离的轻质耐火混凝土层20密封绳充填物
权利要求
1.燃烧器固定装置(7)，所述燃烧器固定装置设置在气流床气化反应器(8)上，其 中，至少两个燃烧器(4、5)被固定在所述燃烧器固定装置(7)上，并且所述燃烧器穿过 一个将燃烧器固定装置(7)固定在气流床气化反应器(8)上的法兰(11)并且穿过在气流 床气化反应器(8)的一个端面上的燃烧器固定装置(7)延伸到该气流床气化反应器中，并 且其中在燃烧器固定装置(7)上设置冷却装置，其中该冷却装置具有至少两个彼此独立 的冷却循环(1、2)，其中给不同的燃烧器(4、5)至少局部配设不同的冷却循环(1、2)， 以至于每个燃烧器(4、5)在一朝向端面的末端上被冷却装置的一个区段包围，并且其中 给所述端面配设至少一个冷却循环(1、2)，至少部分地用于冷却，并且其中在法兰(11) 的下方，燃烧器(4、5)在燃烧器固定装置(7)内从上到下被以下的层包围-一个由隔离的、直至至少800°C耐火的浇注材料制成的层(19)，所述浇注材料具有 在0.02-0.8W/mK的范围内的导热性，-一个由直至至少800°C耐火的散料(17)组成的层，-一个由导热的、直至至少1500°C耐火的具有3-15W/mK的导热性的浇注材料制成 的层(18)。
2.如权利要求1所述的燃烧器固定装置(7)，其特征在于，所述彼此独立的冷却循环 (1、2)包含蛇形冷却管，并且一个燃烧器的总高度的至少20%无冷却空隙地被蛇形冷却 管的一个区段(3、6)包围。
3.如权利要求1或2所述的燃烧器固定装置(7)，其特征在于，能够给所述独立的冷 却循环(1、2)同时装载冷却剂。
4.如上述权利要求之一所述的燃烧器固定装置(7)，其特征在于，由隔离的、直至 至少800°C耐火的浇注材料制成的层(19)具有在1.0到2.0kg/l的范围内、优选在1.0到 1.5kg/l的范围内的密度。
5.如上述权利要求之一所述的燃烧器固定装置(7)，其特征在于，由隔离的、直至至 少800°C耐火的浇注材料制成的层(19)是轻质耐火混凝土。
6.如上述权利要求之一所述的燃烧器固定装置(7)，其特征在于，由直至至少800°C 耐火的散料(17)制成的层是耐火砖颗粒或者另一种轻质耐火砖颗粒。
7.如权利要求6所述的燃烧器固定装置(7)，其特征在于，耐火的散料颗粒(17)具有 在8.0到12.0mm的范围内的直径，优选为10.0mm的直径。
8.如上述权利要求之一所述的燃烧器固定装置(7)，其特征在于，导热的层(18)是 耐火混凝土，其具有在3到15W/mK、优选5到15W/mK的范围内的高的导热性并且具 有从2.0到4.0kg/l的范围内、优选在2.4到3.6kg/l的范围内、最优选在2.5到2.7kg/l的 范围内的密度。
9.如上述权利要求之一所述的燃烧器固定装置(7)，其特征在于，燃烧器固定装置 (7)具有圆形的横截面，并且一个第一燃烧器是启动燃烧器(4)，所述启动燃烧器在纵轴 上设置在燃烧器固定装置(7)中并且被内部的冷却循环(2)包围。
10.如权利要求9所述的燃烧器固定装置(7)，其特征在于，多个其它的燃烧器作为 主燃烧器(5)与启动燃烧器(4)间隔开地设置，并且给所述主燃烧器配设至少一个外部的 冷却循环(1)。
11.如上述权利要求之一所述的燃烧器固定装置(7)，其特征在于，外罩、特别是轧制的罩(12)构成用于各层的一个内部界限，所述罩固定在构成主法兰(11)的底侧上的凸缘上。
12.如权利要求10所述的燃烧器固定装置(7)，其特征在于，用于主燃烧器的外部冷 却系统固定在外罩(12)上。
13.如权利要求2到12之一所述的燃烧器固定装置(7)，其特征在于，蛇形冷却管的 一个区段在燃烧器固定装置的外边缘上从气流床气化反应器的端侧向上延伸并且至少沿 着外罩(12)的一部分延伸，其中，向上延伸的蛇形冷却管的高度相应于气流床气化反应 器⑶的冷却罩(14’ )的凸缘(14)的高度，以至于在凸缘(14)和向上延伸的蛇形冷却 管之间提供一个环形间隙(15)，特别是具有从5到50_的间隙宽度的环形间隙(15)。
14.如权利要求13所述的燃烧器固定装置(7)，其特征在于，所述环形间隙(15)用耐 火的、柔性的密封绳(21)密封地填充。
15.如权利要求2到14之一所述的燃烧器固定装置(7)，其特征在于，所述至少两个 彼此独立的冷却循环(1、2)的蛇形冷却管的区段是等长的。
16.如权利要求2到15之一所述的燃烧器固定装置(7)，其特征在于，蛇形冷却管在 朝向燃烧室的侧面设有由具有高导热性的耐火材料制成的覆盖层。
17.如权利要求16所述的燃烧器固定装置(7)，其特征在于，所述覆盖层由一种具有 高的碳化硅含量的材料制成，该覆盖层通过焊接在管道表面上的金属销钉持久地保持。
18.如权利要求1到17之一所述的燃烧器固定装置(7)，其特征在于，散料(17)能够 被多次使用。
全文摘要
本发明涉及一种燃烧器固定装置，所述燃烧器固定装置设置在气流床气化反应器(8)上，其中燃烧器(4、5)被固定在所述燃烧器固定装置上，并且所述燃烧器穿过燃烧器固定装置(7)延伸到该气流床气化反应器中。冷却装置具有至少两个彼此独立的冷却循环(1、2)，其中给每个燃烧器(4、5)至少局部地配设正好一个冷却循环(1、2)，以至于每个燃烧器(4、5)在一朝向端面的末端上被冷却装置的一个区段包围，并且其中给所述端面配设至少一个冷却循环(1、2)，至少部分地用于冷却。此外，在法兰(11)的下方，燃烧器(4、5)在燃烧器固定装置(7)的内部从上到下被以下的层包围一个由隔离的、直至至少800℃耐火的浇注材料制成的层(19)，所述浇注材料具有在0.02-0.8W/mK的范围内的导热性；一个由直至至少800℃耐火的散料(17)组成的层；一个由导热的、直至至少1800℃耐火的浇注材料制成的层(18)，所述浇注材料具有3-15W/mK的导热性。
文档编号C10J3/50GK102015971SQ200980114349
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月21日 优先权日2008年4月22日
发明者A·阿尔特哈普, B·穆勒, G·肖尔茨, M·格特克, O·舒尔泽, R·格伦瓦尔德, W·拉贝 申请人:科林工业有限公司