一种燃烧器的制作方法

本发明属于煤粉气化领域，更具体地说，涉及一种燃烧器。

背景技术：

现行煤气发生炉点火燃烧器通常采用油燃烧器或者燃气燃烧器，其结构为在煤气发生炉壁设置点火燃烧器、点火装置和助燃空气通道，点火燃烧器被点火装置点燃，在助燃空气的带动下向煤气发生炉内喷射火焰，从而给煤气发生炉加热升温，待煤气发生炉内温度达到要求时，再通过投煤燃烧器(投煤燃烧器既可以是独立的，也可以与点火燃烧器集成的复合型燃烧器)向煤气发生炉内喷射煤粉及气化剂，煤气发生炉开始反应。煤气发生炉正常反应运行平稳后，点火燃烧器开始停止喷油或燃气。点火燃烧器和点火装置虽然可以采用耐热钢，以及配合水冷装置，但通常也只能在450℃以下正常工作，所以在煤气发生炉正常工作时需要将点火燃烧器抽出煤气发生炉，或增加其他通道以通入其他介质给点火燃烧器降温进行保护，防止点火燃烧器被烧蚀。

基于现有的材料和使用的冷却方法，此类点火燃烧器直接插入到煤气发生炉内，仍面临有点火困难、断火几率高，耐高温耐磨损性能差，点火升温及投粉操作复杂，运行维保难度大，危险性高，燃烧器寿命短，使用成本高等问题。

首先，由于正常反应后煤气发生炉内温度在1200～1600℃范围内，并且煤气发生炉内气化剂旋流强度非常高，因而点火燃烧器端部受到的辐射热量大、温度高，为避免高温辐射，需要尽量把点火燃烧器布置的靠后一些，但布置的过于靠后会导致点火燃烧器喷出的燃料燃烧不充分；另外，一般情况下，为了使煤气发生炉具有理想的气化反应流场，点火燃烧器伸入煤气发生炉内的长度则须足够的长，这种情况下燃烧器必然要承受较高的温度，因而造成燃烧器和点火装置的寿命较短。

其次，由于点火燃烧器伸入到煤气发生炉内，工作时煤气发生炉内流场旋流强度较大，煤粉和气化剂在旋流流场作用下，很容易造成燃烧器断火，因而，实际运行中点火燃烧器常常需要多次重新点火，另外，煤气发生炉内高强度的旋流流场也会对燃烧器的端部形成较大的磨损，如果是投煤燃烧器与点火燃烧器集成起来的复合燃烧器，燃烧器内部的投煤通道受到的冲刷磨损也较为严重。

中国发明专利，公开号：cn104974797b，公开日：2017年7月11日，公开了用于二段式干煤粉气流床气化炉的多功能气化烧嘴。该发明的特征在于，一火焰探测管的头部置于所述主烧嘴内的中心位置，火焰探测管的外层设有燃气通道，该燃气通道的头部设有燃气喷嘴；所述燃气通道的外层设有助燃风通道，该助燃风通道的头部设有旋流结构；所述火焰探测管头部到主烧嘴头部之间形成的空间为预燃室；所述的燃风通道内设有点火枪，火焰探测管的尾部设有火焰检测装置。该发明按照预气化室和主气化炉二段式的结构设计，助燃风经过旋流结构后，与燃气混合，在预燃室产生的旋转流场初步燃烧，然后以旋流形状往主烧嘴外部的炉膛内喷射火焰，火焰与煤粉喷嘴喷出的煤粉混合后在炉膛内进行燃烧，但其不足之处是：(1)预燃室的空间较大，开始通入助燃风和燃气时，助燃风和燃气极易扩散，尤其是向炉膛内扩散，因而助燃风和燃气在点火枪附近的聚集混合效果并不理想，这在一定程度上造成了点火困难；(2)初步形成的火焰刚度较弱，通入的煤粉在旋转流场作用下，易对火焰造成强烈的干扰，很容易造成断火；(3)一部分煤粉进入预燃室后在旋转流场作用下也会对燃烧器的端部形成较大的磨损。

中国实用新型专利，公开号：cn206033686u，公开日：2016年8月22日，公开了一种粉煤气化组合烧嘴。它包括：中心管，中心管的进口侧设置有点火燃气入口，中心管的外部依次套设有点火空气套管、第一冷却水套管、氧化剂套管、第二冷却水套管、煤粉套管、第三冷却水套管，点火空气套管的出口相对于中心管的出口向外延伸，以限定第一预混区，用于混合点火燃气和点火空气；煤粉套管的出口相对于氧化剂套管的出口向外延伸，以限定出第二预混区，用于混合氧化剂和煤粉；氧化剂套管靠近出口的一端孔径逐渐变小，且氧化剂套管的出口处的内壁沿周向设置有旋流片，该实用新型实现了氧化剂和煤粉均匀气固混合，从而使得煤粉气化炉中煤粉燃烧稳定，碳转化率高。该实用新型同样存在于公开号为：cn104974797b的发明专利相同的问题，即其不足之处是：(1)点火燃气和点火空气极易向外扩散，因而点火燃气和点火空气在点火装置附近聚集混合的效果并不理想，因此，也存在点火困难的问题；(2)第一预混区易受外界干扰，煤粉在旋转流场作用下，易对初步形成的火焰造成强烈的干扰，很容易造成断火。另外，该实用新型在应用过程中火焰必须穿过第一预混区才能加热煤粉气化，因而第一预混区在保护火焰不受干扰的同时，也延长了火焰须穿过的长度，火焰的刚度也因此降低，进而降低了炉内煤粉气化反应效果。

中国实用新型专利，公开号：cn206109325u，公开日：2017年4月19日，公开了粉煤气化组合烧嘴。包括：中心管，中心管靠近入口的侧壁上设置有点火燃气入口；中心管的外部依次套设有点火空气套管、气化剂套管、煤粉套管和冷却水套管；气化剂套管的出口、煤粉套管的出口、冷却水套管的出口相对于中心管的出口依次向外延伸，以限定出预混区，用于气化剂和粉煤的初步混合；其中，预混区为截面积逐渐增大的锥形空间。该实用新型的粉煤气化组合烧嘴，实现了气化剂和煤粉的均匀气固混合，从而使气化炉中的煤粉燃烧稳定，碳转换率高。其不足之处是：(1)同样存在上述点火困难的问题；(2)预混区内旋流强度大，通入的气化剂和煤粉后，很容易造成燃烧器断火，因而在煤粉气化过程中需要多次重新点火。

中国实用新型专利，公开号：cn204607936u，公开日：2015年9月2日，公开了一种长寿命煤气化工艺烧嘴。它由煤粉喷枪、助燃气体喷枪、蒸汽喷枪和烧嘴前脸组合而成，所述助燃气体喷枪套在煤粉喷枪外，与煤粉喷枪的组合法兰连接，所述蒸汽喷枪套在助燃气体喷枪外，与助燃气体喷枪的组合法兰连接，蒸汽喷枪的枪管前端通过紧固件与蒸汽烧嘴套连接，蒸汽烧嘴套前端设置热辐射屏蔽板，构成烧嘴前脸。煤粉通道、烧嘴套和烧嘴前脸均采用陶瓷材料制成，整个烧嘴用轻质耐火材料模块与炉内高温辐射隔开，取消了传统烧嘴的冷却系统，有效地解决了工艺烧嘴的高温腐蚀、疲劳开裂和冲刷磨损问题，满足工业应用一年以上满负荷、长周期运行的要求。该实用新型适用于粉煤气化或水煤浆气化等部分燃烧气化工艺。其不足之处是：(1)助燃气体烧嘴套与半拉瓦尔型旋流导向器构成助燃气体旋风出口，燃气管上安装的等离子点火装置点燃燃气以后，半拉瓦尔型旋流导向器对初步形成的火焰造成干扰，在一定程度上阻碍了点火；(2)通过燃气管的燃气和助燃气体喷枪喷出的助燃气体混合点燃形成火焰的温度较高，由于没有冷却系统的冷却作用，因而燃气管道等始终处于高温下，易造成热疲劳开裂；(3)通过陶瓷煤粉喷管的煤粉射流对环形气体通道出口喷出的火焰形成干扰，易造成点火困难、断火。

技术实现要素：

1、要解决的问题

针对现有的点火燃烧器存在点火困难、容易断火的问题，本发明提供一种燃烧器，它具有点火成功率高、火焰稳定性好、耐磨性能和耐高温性能优异的特点。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种燃烧器，包括后段钢制组件和前段整体陶瓷预制件，所述的前段整体陶瓷预制件固定设置在所述的后段钢制组件的前端；

所述的后段钢制组件包括：

燃气套管，所述燃气套管内具有燃气通道；

空气套管，所述空气套管套设于所述燃气套管的外部，所述空气套管的内壁与所述燃气套管的外壁之间限定出空气通道；

煤粉套管，所述煤粉套管套设于所述空气套管的外部，所述煤粉套管的内壁与所述空气套管的外壁之间限定出后段投粉通道；

气化剂套管，所述气化剂套管套设于所述煤粉套管的外部，所述气化剂套管的内壁与所述煤粉套管的外壁之间限定出后段气化剂通道；

所述空气套管的内壁与所述燃气套管的外壁之间还设置有点火电极杆，所述点火电极杆的前端与所述燃气套管的出口端齐平；

所述的前段整体陶瓷预制件为一包含锥面的结构，其还包括同环三通道，所述的同环三通道的出口均与所述的锥面相交；

所述的同环三通道分别为位于前段整体陶瓷预制件中心的前段燃烧通道、外侧的前段气化剂通道，以及位于前段燃烧通道和前段气化剂通道之间的前段投粉通道，所述前段燃烧通道包括密封安装段和稳焰段，所述密封安装段的内径与所述空气套管的外径相配合固定连接，所述的稳焰段的内腔为沙漏状，且与所述空气通道连通，所述前段投粉通道与所述后段投粉通道连通，所述前段气化剂通道与所述后段气化剂通道连通；

所述前段气化剂通道的出口、所述稳焰段的出口均与所述前段整体陶瓷预制件的中心轴线平行；

所述前段投粉通道的出口方向朝所述前段气化剂通道的出口方向一侧扩张倾斜。

进一步地，所述稳焰段的出口末端的内径与所述空气套管的内径相等。

进一步地，所述前段气化剂通道为从入口至出口先收缩后扩张的结构。

进一步地，所述的后段钢制组件还包括内层水冷夹套和外层水冷夹套，所述内层水冷夹套套设于所述煤粉套管的外壁，所述外层水冷夹套套设于所述气化剂套管的外壁。

进一步地，所述的空气套管内靠近所述的稳焰段的一端设置有斜齿形布风孔板；所述斜齿形布风孔板为圆柱型，其外径与所述空气套管的内径相配合；所述斜齿形布风孔板上由其中心至外周依次设置有中心孔、若干直通风孔、侧孔和若干斜通风孔，所述中心孔的内径与所述燃气套管的外径相配合，所述侧孔的内径与所述点火电极杆的外径相配合，若干所述的斜通风孔相对于所述的斜齿形布风孔板的轴线朝同一方向倾斜。

进一步地，所述的后段气化剂通道内，沿周向设置有气化剂旋流件，所述气化剂旋流件包括中心轴和围绕在所述中心轴四周的旋流叶片组成，所述旋流叶片相对于所述的中心轴朝同一方向倾斜。

进一步地，所述内层水冷夹套包括第一内层水冷通道和第二内层水冷通道，所述第一内层水冷通道和所述第二内层水冷通道在靠近所述前段整体陶瓷预制件的一端连通；所述外层水冷夹套包括第一外层水冷通道和第二外层水冷通道，所述第一外层水冷通道和所述第二外层水冷通道在靠近所述前段整体陶瓷预制件的一端连通。

进一步地，所述前段气化剂通道外壁的端面与所述气化剂套管的端面固定连接，所述前段投粉通道的外壁的端面与所述内层水冷夹套的靠近所述前段整体陶瓷预制件的一端端面对应连接。

进一步地，所述前段整体陶瓷预制件和所述后段钢制组件之间的连接处设有耐火柔性填料。

进一步地，所述前段投粉通道的外壁的端面与所述内层水冷夹套的端面之间设置有耐火陶瓷纤维毡，所述密封安装段与所述空气套管的外壁之间、所述外层水冷夹套的内壁与所述前段气化剂通道的外壁之间，均设置有耐火陶瓷纤维扭绳。。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的燃烧器，采用前段整体陶瓷预制件包裹住空气套管的方式增强了密封性能，与空气通道连通的内腔为沙漏状的稳焰段，一方面促进了燃气和空气在点火电极杆的前端附近聚集混合，因而点火较易，另一方面，也确保投煤过程中煤粉和气化剂不会对初步形成的火焰造成干扰，避免了断火；

(2)本发明提供的燃烧器，前段整体陶瓷预制件具有优异的耐磨损和耐高温性能，有效的解决了现有的燃烧器烧嘴在煤气发生炉内的高温高旋流强度的流场中易发生冲刷磨损和高温疲劳开裂的问题；另外，内腔为沙漏状的稳焰段对点火电极杆形成包裹保护，有助于降低高温辐射和冲刷磨损的影响；

(3)本发明提供的燃烧器，前段投粉通道具有向前段气化剂通道的出口方向一侧扩张倾斜的扩口结构设计，通过前段投粉通道的煤粉形成向外扩散的锥形流场，并与通过前段气化剂通道的气化剂形成交叉汇流，这在一定程度上提高了煤粉与气化剂的混合雾化效果；

(4)本发明提供的燃烧器，稳焰段沙漏状的内腔的出口末端的内径与空气套管的内径相等的结构，保证了喷射出的火焰具有较高的刚度，因而不易被煤粉和气化剂等吹灭；

(5)本发明提供的燃烧器，前段气化剂通道从入口至出口先收缩后扩张的结构，增加了气化剂喷射速度，有助于气化剂和煤粉的混合雾化；

(6)本发明提供的燃烧器，煤粉套管的外壁和气化剂套管的外壁设置的水冷夹套，增强了冷却效果，避免套管出现高温疲劳开裂；

(7)本发明提供的燃烧器，斜齿形布风孔板保证了助燃空气分布均匀，并形成旋流流场，增强助燃空气与燃气混合效果，进而提高了燃烧器点火成功率和火焰刚度；

(8)本发明提供的燃烧器，气化剂旋流件使得前段气化剂通道内形成柱形旋流流场，提高气化剂与煤粉的混合雾化效果；

(9)本发明提供的燃烧器，耐火柔性填料一方面作为密封件将各个通道密封隔离，避免各通道间介质互窜造成管内燃烧等隐患，另一方面作为柔性补偿元件，补偿前段整体陶瓷预制件与后段钢制组件间产生的膨胀差。

附图说明

图1为本发明的剖面示意图；

图2为斜齿形布风孔板的结构示意图；

图3为气化剂旋流件的结构示意图。

图中：1、燃气套管；2、点火电极杆；3、空气套管；4、内层水冷夹套；5、气化剂旋流件；6、外层水冷夹套；7、耐火陶瓷纤维毡；8、耐火陶瓷纤维扭绳；9、前段陶瓷预制件；10、斜齿形布风孔板；11、前段燃烧通道；12、前段投粉通道；13、前段气化剂通道；14、煤粉套管；15、气化剂套管；16、密封安装段；17、稳焰段。

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所示，一种燃烧器，包括后段钢制组件和前段整体陶瓷预制件9，，所述的前段整体陶瓷预制件9固定设置在所述的后段钢制组件的前端；

所述的后段钢制组件包括：

燃气套管1，所述燃气套管1内具有燃气通道；

空气套管3，所述空气套管3套设于所述燃气套管1的外部，所述空气套管3的内壁与所述燃气套管1的外壁之间限定出空气通道；

煤粉套管14，所述煤粉套管14套设于所述空气套管3的外部，所述煤粉套管14的内壁与所述空气套管3的外壁之间限定出后段投粉通道；

气化剂套管15，所述气化剂套管15套设于所述煤粉套管14的外部，所述气化剂套管15的内壁与所述煤粉套管14的外壁之间限定出后段气化剂通道；

所述空气套管3的内壁与所述燃气套管1的外壁之间还设置有点火电极杆2，所述点火电极杆2的前端与所述燃气套管1的出口端齐平；

所述的前段整体陶瓷预制件9为一包含锥面的结构，其还包括同环三通道，所述的同环三通道的出口均与所述的锥面相交；

所述的同环三通道分别为位于前段整体陶瓷预制件9中心的前段燃烧通道11、外侧的前段气化剂通道13，以及位于前段燃烧通道11和前段气化剂通道13之间的前段投粉通道12，所述前段投粉通道12与所述后段投粉通道连通，所述前段气化剂通道13与所述后段气化剂通道连通；

所述前段燃烧通道11包括密封安装段16和稳焰段17，所述密封安装段16的内径与所述空气套管3的外径相配合固定连接，所述的稳焰段17为沙漏型，且与所述空气通道连通；

所述前段气化剂通道13的出口和所述稳焰段17的出口均与所述前段整体陶瓷预制件9的中心轴线平行；

所述前段投粉通道12的出口方向朝所述前段气化剂通道13的出口方向一侧扩张倾斜。

本实施例中的燃烧器采用前段整体陶瓷预制件9和后段钢制组件的两段式结构设计，前段整体陶瓷预制件9具有优异的耐磨损和耐高温性能，有效的解决了现有的燃烧器烧嘴在煤气发生炉内的高温高旋流强度的流场中易发生冲刷磨损和高温疲劳开裂的问题，有效延长燃烧器的寿命，降低燃烧器使用成本。燃烧器工作时，先通入助燃空气，再启动点火电极杆2点火并通入燃气，此时在前段燃烧通道11内形成初步燃烧的火焰，沙漏状内腔结构的稳焰段17在此过程中有两个作用：一是，在通入燃气和助燃空气时，由于稳焰段17内部空间的收缩，燃气和助燃空气在燃气套管1的出口至稳焰段17之间的空间内聚集混合，而不易继续向外扩散，因而容易点燃，点火成功率高；二是，稳焰段17内部空间的收缩，在一定程度上降低了投煤过程中煤粉和气化剂对点火过程以及初步燃烧形成的火焰的影响，有效的避免了断火。而密封安装段16将空气套管3包裹固定连接的方式，增强了密封性，避免煤粉等其他截止渗入前段燃烧通道11内，造成安全隐患。

另外，前段投粉通道12具有向前段气化剂通道13的出口方向一侧扩张倾斜的扩口结构设计，通过前段投粉通道12的煤粉形成向外扩散的锥形流场，并与通过前段气化剂通道13的气化剂形成交叉汇流，这在一定程度上提高了煤粉与气化剂的混合雾化效果，促进煤粉气化效率。另一方面，这种结构使得煤粉的喷射方向绕开了火焰，避免对火焰形成直接的冲击造成断火，因而本实施例中的燃烧器火焰稳定性好。

实施例2

如图1所示，一种燃烧器，其结构与实施例1相比，所不同的是：所述稳焰段17的内表面圆滑过渡，且其出口末端的内径与所述空气套管3的内径相等，保证了喷射出的火焰具有较高的刚度，不易被煤粉和气化剂等吹灭。

实施例3

如图1所示，一种燃烧器，其结构与实施例1相比，所不同的是：所述前段气化剂通道13为从入口至出口先收缩后扩张的结构，增加了气化剂喷射速度，促进气化剂和煤粉的混合雾化。

实施例4

如图1所示，一种燃烧器，其结构与实施例1相比，所不同的是：所述的后段钢制组件还包括内层水冷夹套4和外层水冷夹套6，所述内层水冷夹套4套设于所述煤粉套管14的外壁，所述外层水冷夹套6套设于所述气化剂套管15的外壁。

本实施例中在煤粉套管14的外壁和气化剂套管15的外壁分别设置内层水冷夹套4和外层水冷夹套6，冷却水的入口和出口设置在以空气套管3为对称轴的两侧，且均位于远离前段整体陶瓷预制件9的一端，这种结构增强了对后段钢制组件的冷却效果，缓和高温辐射对后段钢制组件的热疲劳破坏，达到保护的目的。

实施例5

如图1和图2所示，一种燃烧器，其结构与实施例1相比，所不同的是：所述的空气套管3内靠近所述的稳焰段17的一端设置有斜齿形布风孔板10；所述斜齿形布风孔板10为圆柱型，其外径与所述空气套管3的内径相配合；所述斜齿形布风孔板10上由其中心至外周依次设置有中心孔、若干直通风孔、侧孔和若干斜通风孔，所述中心孔的内径与所述燃气套管1的外径相配合，所述侧孔的内径与所述点火电极杆2的外径相配合，若干所述的斜通风孔相对于所述的斜齿形布风孔板10的轴线朝同一方向倾斜。

斜齿形布风孔板10具有旋流和布风功能，保证助燃空气分布均匀，并形成旋流流场，从而促进助燃空气与燃气在燃气套管1的出口至稳焰段17之间的通道内聚集混合，这在一定程度上有助于提高燃烧器点火成功率和燃烧器火焰的刚度，进而保证了燃烧火焰的稳定性。

实施例6

如图1和图3所示，一种燃烧器，其结构与实施例4相比，所不同的是：所述的后段气化剂通道内，沿周向设置有气化剂旋流件5，所述气化剂旋流件5包括中心轴和围绕在所述中心轴四周的旋流叶片组成，所述旋流叶片相对于所述的中心轴朝同一方向倾斜，气化剂旋流件5使得前段气化剂通道13内形成柱形旋流流场，提高气化剂与煤粉的混合雾化效果。

实施例7

如图1所示，一种燃烧器，其结构与实施例4相比，所不同的是：所述内层水冷夹套4包括第一内层水冷通道和第二内层水冷通道，所述第一内层水冷通道和所述第二内层水冷通道在靠近所述前段整体陶瓷预制件9的一端连通；所述外层水冷夹套6包括第一外层水冷通道和第二外层水冷通道，所述第一外层水冷通道和所述第二外层水冷通道在靠近所述前段整体陶瓷预制件9的一端连通。

本实施例中设置的内层水冷夹套4和外层水冷夹套6均具有两层结构，内层水冷夹套4中冷却水的入口和出口分别设置在第一内层水冷通道和第二内层水冷通道上远离前段整体陶瓷预制件9的一端，外层水冷夹套6中冷却水的入口和出口分别设置在第一外层水冷通道和第二外层水冷通道上远离前段整体陶瓷预制件9的一端，冷却水围绕后段钢制组件形成循环流动，吸收了烧嘴工作过程中传递给后段钢制组件的大部分热量，提高后段钢制组件的使用寿命。

实施例8

如图1、图2、图3所示，一种燃烧器，其结构与实施例7相比，所不同的是：所述前段气化剂通道13外壁的端面与所述气化剂套管15的靠近所述前段整体陶瓷预制件9的一端端面对应固定连接，所述前段投粉通道12的外壁的端面与所述内层水冷夹套4的端面对应固定连接。具体应用时，为增加所述前段整体陶瓷预制件9和所述后段钢制组件之间的连接处密封性，可在所述前段整体陶瓷预制件9和所述后段钢制组件之间的连接处设置耐火柔性填料，例如，在本实施例中，所述前段投粉通道12的外壁的端面与所述内层水冷夹套4的端面之间设置有耐火陶瓷纤维毡7，所述密封安装段与所述空气套管3的外壁之间、所述外层水冷夹套6的内壁与所述前段气化剂通道13的外壁之间，均设置有耐火陶瓷纤维扭绳8。

本实施例中的耐火柔性填料一方面作为密封件起密封作用，避免各通道间介质互窜造成管内燃烧等隐患，也确保了点火升温及投粉过程中的安全性，另一方面作为柔性补偿元件，起到补偿前段整体陶瓷预制件9与后段钢制组件间产生的膨胀差的作用。

本实施例中前段整体陶瓷预制件9与后段钢制组件通过台肩装配，且留有装配间隙，燃烧器后段钢制组件通过法兰连接，可以实现无损拆装，逐级机械装配的半钢半陶瓷燃烧器，相对于普通钢制焊接燃烧器而言，大大减少了焊缝数量，从而提高燃烧器结构可靠性，同时在易损件更换上大大降低了难度，节省了成本；

以上内容是结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。