一种高温燃烧器的制作方法

本发明属于煤气化技术领域，具体地说，涉及一种高温燃烧器。

背景技术

在煤气化技术领域，传统的流化床与气流床气化工艺各有优劣，流化床的优点是原料煤的处理及输送系统比较简单，不需要磨煤机和加压输送系统，投资较小，但流化床气化温度较低，飞灰及渣的残碳较多。气流床则在原料煤的处理及加压输送系统上投资较大，但其气化反应温度较高，飞灰及渣的含碳量较小，且煤气热值高。因此，将两种煤气化技术有效结合起来，是后续煤气化技术发展的一个前沿方向。

流化床和气流床结合的技术是将流化床气化炉出来的950℃左右的高温粗煤气通过一种特殊的燃烧器送入到气流床气化炉中进行第二次气化反应，这样既解决了流化床气化炉飞灰残碳高的问题，也解决了气流床气化炉原料煤处理及加压输送系统投资大的问题，同时大大提高了整体的碳转化率及煤气热值，具有十分广阔的市场前景。

实用新型专利(专利公开号为cn205974428u，公开日为2017年2月22日)公开了一种梯级组合床气化系统，该气化系统包括：煤输送单元、一级流化床气化单元、二级气流床气化单元、余热回收单元、废渣收集单元；所述煤输送单元与所述一级流化床气化单元连通，所述一级流化床气化单元连通与所述二级气流床气化单元连通，所述二级气流床气化单元与所述余热回收单元连通，所述余热回收单元与所述废渣收集单元连通。该方案的梯级组合床气化系统能够对煤粉进行梯级气化，实现煤炭的高效转化。该技术方案最核心的部分就是利用高温煤气进行第二次气化反应的燃烧器，但是进口粗煤气的温度高(900～1000℃)，还携带大量飞灰，对燃烧器的耐温性及耐粉尘冲刷的能力要求较高，同时还要求高温粗煤气能够按照特殊的运动轨迹来提高反应强度，增加在气化炉内的停留时间，使进口粗煤气与气化烧嘴的气化剂充分混合并反应，因此迫切需要一种适用于采用高温煤气作为燃料的燃烧器。

技术实现要素：

1、要解决的问题

针对现有进口含固粗煤气的高温冲刷及进口粗煤气与气化烧嘴的气化剂反应不充分的问题，本发明提供一种高温燃烧器，以满足以高温煤气为燃料的燃烧技术中对燃烧器的特殊要求。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种高温燃烧器，其特征在于，包括：旋流涡壳、整流筒和气化烧嘴，所述整流筒连接于所述旋流涡壳底部并与其同轴布置，所述气化烧嘴贯穿所述旋流涡壳与所述整流筒并从所述整流筒伸出，所述旋流涡壳外部呈旋涡状，所述旋流涡壳内部设有耐磨绝热内衬层。

优选的，所述整流筒为锥形筒或圆形筒，所整流筒内部设有耐磨绝热内衬层。

优选的，所述整流筒底部设有水冷套。

优选的，所述水冷套内壁设有耐磨内衬层。

优选的，所述水冷套与整流筒之间通过第一法兰连接，所述第二法兰设置于所述整流筒外部。

优选的，所述旋流涡壳设置为与燃烧器的所述进气口所在平面的方向成切向角。

优选的，所述进气口的数量至少为一个。

优选的，所述气化烧嘴为水冷结构组成的管状结构，中间为气化剂通道，通道最下端设有旋流片。

优选的，所述气化烧嘴的外部设有耐磨套管。

优选的，所述耐磨套管采用的材料为耐磨金属材料、耐磨非金属材料或耐磨金属材料与耐磨非金属材料的组合。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的高温燃烧器包括旋流涡壳、整流筒和气化烧嘴，整流筒连接于旋流涡壳底部并与其同轴布置，气化烧嘴位于旋流涡壳中心，旋流涡壳外部呈旋涡状，旋流涡壳内部设有耐磨绝热内衬层，在旋流涡壳内部构造一个旋流通道，可使粗煤气的运动轨迹由直线运动改为螺旋向下，增加煤气在下游气流床气化炉中的停留时间，使进口粗煤气与气化烧嘴的气化剂充分混合并反应，解决了进口含固粗煤气的高温冲刷及进口粗煤气与气化烧嘴的气化剂反应不充分的问题。

(2)本发明的整流筒为锥形筒或圆形筒，采用圆形筒可保证上下流速一致，采用锥形筒则使出口流速加快，确保进口粗煤气与气化烧嘴的气化剂均匀而又充分的反应，整流筒内部设有耐磨绝热内衬层，延长燃烧器设备的使用寿命。

(3)本发明的整流筒底部设有水冷套，燃烧器下端因燃烧反应温度达1500℃以上，采用合理的冷却结构来保证设备使用寿命。

(4)本发明的水冷套内壁设有耐磨内衬层，进一步提高其耐磨性能。

(5)本发明的水冷套与整流筒底部通过第一法兰连接，整流筒与旋流涡壳底部通过第二法兰连接，方便燃烧器的拆卸及更换。

(6)本发明的燃烧器的进气口与旋流涡壳中心成切向角，防止造成高温含固煤气直接冲刷气化烧嘴，造成设备磨损，同时有利于整个气流流场的螺旋向下运动；进气口的数量至少为一个，可使煤气进入后沿设备内壁旋转向下运动。

(7)本发明的气化烧嘴为水冷结构组成的管状结构，中间为气化剂通道，通道最下端设有旋流片，可使气化剂沿一定的方向旋转运动，增加反应强度。

(8)本发明的气化烧嘴的外部设有耐磨套管，起到隔离的作用，降低危险性，单独的耐磨套管在损坏后可抽出更换，降低维护成本。

(9)本发明的耐磨套管采用的材料为耐磨金属材料、耐磨非金属材料或耐磨金属材料与耐磨非金属材料的组合，增加耐磨套管的耐磨性能。

附图说明

图1为本发明燃烧器的剖面示意图；

图2为包含一个进气口的旋流蜗壳俯视剖面图；

图3为包含两个进气口的旋流蜗壳俯视剖面图；

图4为旋流片的放大示意图。

图中：1、旋流涡壳；2、整流筒；3、水冷套；4、耐磨套管；5、气化烧嘴；6、第一连接法兰；7、第二连接法兰；8、进气口；9、出气口；10、旋流片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1-2所示，本实施例的一种高温燃烧器，包括：旋流涡壳1、整流筒2和气化烧嘴5，所述整流筒2连接于旋流涡壳1底部并与其同轴布置，气化烧嘴5位于旋流涡壳1中心。

现有的气流床气化技术通常都是为四烧嘴侧烧或顶置单烧嘴的结构形式，其气化剂的温度都比较低，煤粉需通过气力输送或水煤浆的方式送入燃烧器，并需要在管路上设置一系列的阀门(如煤粉角阀、三通阀、核流量计等)来保证其连续输送的稳定性。同时还需在气化炉内设置点火烧嘴和开工烧嘴，这些管路阀门和烧嘴本身的造价非常之高，其成本之和几乎相当于气化炉本体造价的一半之多，同时其维护成本高，更换周期短。

本发明装置的给煤线路是从一段流化床气化炉直接送来的，中间无需任何控制阀门，并且因来气温度高，无需点火烧嘴和开工烧嘴，直接从本燃烧器中间的气化烧嘴5通入氧气就能燃烧，相比传统的技术可节约很多成本。同时因从一段气化炉来气的气量较大，只要能维持一段气化炉正常的气化反应，其到达本燃烧器的粗煤气就比较稳定，温度、压力、气量等波动都比较小，有利于气化反应的稳定进行。

本发明高温燃烧器的旋流涡壳1外部呈旋涡状，在旋流涡壳1内部构造一个旋流通道，可使粗煤气的运动轨迹由直线运动改为螺旋向下，增加煤气在下游气流床气化炉中的停留时间，并使进口粗煤气与气化烧嘴5的气化剂充分混合并反应，最后沿出气口9排出。在此过程中，煤气中的固态颗粒因离心力的作用被甩向气化炉壁面，使水冷壁挂渣效果更好，螺旋运动也可使粗煤气与气化剂的混合更加均匀，增强气化反应效果。

在本实施例中，所述旋流涡壳1内部设有耐磨绝热内衬层，解决了进口含固粗煤气的高温冲刷的问题。其中，耐磨绝热内衬层的材料可以采用耐磨浇注料、可塑料、捣打料、耐磨砖、刚玉、陶瓷等。

本发明燃烧器本体是由碳钢外壳加耐磨浇注料制造，加工制造难度低、成本低，生产周期短，可靠性高。

本发明装置结构简单，对工艺设计的变化适应性强，后续工艺设计优化改造难度低，进一步地工艺生产操作负荷调节能力大，本燃烧器对燃料采用高温气体的工况有比较好的参考意义，在煤气化领域具有突破性的进展。

实施例2

参考图1，本实施例的一种高温燃烧器，其结构与实施例1基本相同，更进一步的：

所述整流筒2为锥形筒或圆形筒。由于整流筒2的结构取决于燃烧器出口煤气流速的选择，下面通道小出口流速就大，因此整流筒2采用圆形筒可保证上下流速一致，整流筒2采用锥形筒则使出口流速加快，这两种选择是需要根据模拟计算出口流速来决定。进一步确保进口粗煤气与气化烧嘴5的气化剂均匀而又充分的反应。

其中，整流筒2内部设有耐磨绝热内衬层，防止高温造成社保损坏，延长燃烧器设备的使用寿命。

实施例3

由于燃烧器下端因燃烧反应温度达1500℃以上，需采用合理的冷却结构来保证设备使用寿命，与实施例1或2不同在于，在本实施例中，所述整流筒2底部设有水冷套3。水冷套3本身为冷却结构，壁面温度低。

为了增加耐磨性，更进一步的，所述水冷套3内壁设有耐磨内衬层，水冷套3上部分为钢制筒体，内部设有耐磨绝热内衬，上端设有连接法兰，与整流筒2相连接，可方便拆卸维修。水冷套3下部分为水冷结构，由于在燃烧器的出口处粗煤气和气化剂混合发生气化反应，反应区温度高达1500～2000℃，此时一般意义上的绝热材料均不能长周期抗住该范围的温度，因此采用水冷结构。

在本实施例中，可选的，水冷结构可采用水冷夹套、水冷壁、水冷盘管等。选用水夹套制造简单，成本低，但是水流不均匀，选用水冷壁和水冷盘管水流均匀，换热效果好，但是制造较复杂，成本较高。

传统的燃烧器一般外部均采用全水冷套的结构，本发明的高温燃烧器将绝热内衬和水冷套3两种结构有机结合起来，是因为其工况的复杂性。本燃烧器上部不能采用水冷套，是因为上部受高温颗粒的直接冲刷，需耐冲刷好的结构形式，同时全部采用水冷套会降低来气的温度，影响气化效率。本发明下部分采用水冷套3，是因为此时的气流是整体向下的，其对壁面的冲刷比上部的要小很多。同时由于燃烧器底部气化反应温度高，因此不能采用耐材结构。

同时，在水冷套3与煤气接触的内壁面可采用耐磨喷涂或堆焊耐磨金属等方式，可以进一步提高其耐磨性能。

实施例4

本实施例的一种高温燃烧器，其结构与实施例3基本相同，为了设备维修更换方便，参考图1，所述水冷套3与整流筒2底部通过第一法兰6连接，第一法兰6设置于整流筒2壳体外侧，与气流床气化炉炉顶法兰配对。所述第二法兰7设置于所述整流筒2外部，第二法兰7用于让整个燃烧器与下游气化炉配对连接，方便燃烧器的拆卸及更换。

采用第一法兰6及第二法兰7是为了方便燃烧器制造、安装、检修，在其他实施例中，也可采用焊接等其他方式。

实施例5

参考图2，为了防止高温含固煤气直接冲刷气化烧嘴5，造成设备磨损，本实施例的一种高温燃烧器的燃烧器的进气口8与所述旋流涡壳1中心成切向角。因气化烧嘴5布置在燃烧器设备的中心位置，可以防止造成高温含固煤气直接冲刷气化烧嘴5，造成设备磨损，同时有利于整个气流流场的螺旋向下运动。

参考图2-3，所述进气口8的数量至少为一个，也可为多个，图3显示旋流蜗壳包含两个进气口8，两个进气口8均与所述旋流涡壳1中心成切向角，可使煤气进入后沿设备内壁旋转向下运动。

实施例6

参考图1，本实施例的高温燃烧器结构与上述实施例1基本相同，为了增加反应强度，所述气化烧嘴5为水冷结构组成的管状结构，中间为气化剂通道，烧嘴设置于旋流蜗壳1中心，与旋流涡壳1之间在顶部采用法兰连，烧嘴水冷套可采用水冷夹套、水冷壁或水冷盘管等结构。参考图4，气化剂通道下端设置有旋流片10，螺旋片10至少为一个，当气体通过旋流片10，通过旋流片10的旋转使得气化剂沿一定的方向旋转运动，增加反应强度，加速反应。

实施例7

实施例7的实施方案基本与实施例1或6相同，为了后期的维修更换及降低危险性，区别仅在于，参考图1，所述气化烧嘴5的外部设有耐磨套管4。

由于气化烧嘴5内部是纯氧，会造成一定的危险，因此在气化烧嘴5的外部增设有耐磨套管4，起到隔离的作用，降低危险性。耐磨套管4位于气化烧嘴5的外部并在上端与气化烧嘴5通过法兰连接，耐磨套管4主体为耐磨材料制造成的管状结构，可为耐磨金属材料，也可为耐磨非金属材料或两者组合。其中，耐磨材料可为耐磨合金、耐磨喷涂、耐磨堆焊等。耐磨金属材料包括高锰钢、铬钼硅锰钢、碳化钨金属耐磨材料，耐磨非金属材料包括橡耐磨陶瓷涂料、耐磨陶瓷衬板等。耐磨套管4作为气化烧嘴的保护层，可承受高温煤气的冲蚀。并且单独的耐磨套管4在损坏后可抽出更换，降低维护成本。

在其他实施例中，也可以在气化烧嘴5外部设耐磨层，但是如果耐磨层损坏就要随整只气化烧嘴5一起更换，不利于后期的维修更换，维护成本高。

实施例8

需要指出的是，参考图1，在实施例7的基础上，更进一步的，本实施例中所述耐磨套管4采用的材料为耐磨金属材料、耐磨非金属材料或耐磨金属材料与耐磨非金属材料的组合，从而增加耐磨套管4的耐磨性能，提高燃烧器的使用寿命，并且本发明的高温燃烧器制造成本低，便于产业化。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。