专利名称：气化系统燃烧器及其蒸汽进料方法
技术领域：
本发明涉及一种用于气化系统的燃烧器装置及其蒸汽进料方法，特别是 涉及气化系统燃烧器的冷却装置及气化系统蒸汽进料产生装置和方法的改 良。
背景技术：
气化系统，是以粉煤或其它含碳物质作为燃料，配合适当量的气体(例如氧气)在气化炉内进行不完全燃烧，以产生以一氧化碳(CO)、氢气(H2)为 主要产出物的合成气，为了提升合成气中的可燃气比例，会再加入蒸汽，例 如外加一个蒸汽进料产生器装置，以增加产物中氢气的组成。传统的气化系统燃烧器仅是数个同心圆管，内管用来传送粉煤或其它含 碳物质，外管用来输送其它气体，这些气体在燃烧器前端进行预先混合后被 送进气化炉内。但是由于气化系统的氧气浓度高达95%，所以在燃烧器出口 处反应激烈，其温度可高达1500'C以上，常会导致燃烧器前端因温度过高而 毁损，此外，煤炭中含有灰份，在高温下会变成液态熔渣，亦容易沾附在燃 烧器前端，造成燃烧器出口发生形变。为此常需停机来更换燃烧器。针对此问题，采用在燃烧器外加装冷却水套管的方法来进行改善。例如 中国石油公司内的挟带床式气化炉，便是在其燃烧器外加装冷却水套管，并 将其燃烧器喷头更改为耐高温的合金材料，以使燃烧器寿命提升至4-5个月。燃烧器的冷却水套管的加装，大多为一进一出的设计，通过冷却物质将 内部的热带出，以达到冷却保护的效果；虽然目前已有许多研究单位在设计 燃烧器外加冷却水管，然而要制造一个具有完善的回流和冷却效果的水套管 也很困难。另外，关于气化系统的蒸汽来源，在目前己知的蒸汽进料产生技术中， 有将气化系统后端热交换器中产生的蒸汽导回再利用的，这种方法虽然具有 节省能量的效果，但仍需耗费如蒸汽流量控制计与蒸汽进料管等蒸汽进料系 统所需的设备。 发明内容本发明的主要目的在于提供一种多功能的气化系统燃烧器，加强气化系 统的进料控制，提升燃烧器的使用时间且提高气化系统的操作效率，并省略 公知气化系统的蒸汽进料产生装置，从而达到节能与简化操作的目的。本发明能够增加气化系统燃烧器的寿命，由于在燃烧器最外管的出口前 端喷头处，产生雾化水气，从而能够保护喷头温度不会过高，同时能够将液 态熔渣瞬间固化，以避免其沾附在燃烧器出口前端造成燃烧器出口发生形 变。此外，气化系统原有的蒸汽进料部分，本发明改由燃烧器的冷却水外管 提供，这样能够减少蒸汽产生设备，且由于产生蒸汽所需的热能由炉内获得， 因此能够达到节能的目的。本发明的气化系统燃烧器用于经由出口来进料到气化炉中以进行气化 反应，该气化系统燃烧器包含内管，其用以传送至少一种燃料与至少一种 初级气体；中间管，其围绕该内管的外周边并与该内管同心配置，且与该内 管在该气化系统燃烧器的第一部相连通，用以传送至少一种次级气体；渐縮 管，与该内管和该中间管相连接于该第一部，用以预先混合该至少一种燃料、 该至少一种初级气体、和该至少一种次级气体，并将预先混合后的该至少一 种燃料、该至少一种初级气体及该至少一种次级气体传送至该气化炉；冷却 水外管，围绕该中间管的外周边并与该中间管同心配置，用以输送冷却水以 冷却该气化系统燃烧器；以及至少一种冷却水雾化管，与该冷却水外管在该 第一部相连接，由此从该冷却水外管接收该冷却水并将其雾化后送入该气化 炉内，在该气化炉内使得被雾化后的该冷却水与被预先混合后的该至少一种 燃料、该至少一种初级气体及该至少一种次级气体进行气化反应。本发明所述的燃料，更明确地来说，是指气化反应所使用的燃料，例如 粉煤或其它含碳物质；本发明所述的初级气体，优选在燃烧器内管进行传送 的惰性气体，例如氮气(N2);本发明所述的次级气体，优选气化反应所需的 助燃剂，例如氧气(02)。如前述本发明的气化系统燃烧器，还包含冷却水进料管线，其被连接于 该冷却水外管，用于将该冷却水输送到该冷却水外管。如前述的气化系统燃烧器，可更进一步包含温度控制装置，其被连接在
该气化系统燃烧器的顶端，用以测量该顶端的温度，由此控制该冷却水的进" 如前述的气化系统燃烧器，可更进一步包含计量泵，其被连接在该冷却 水进料管线与该温度控制装置之间，用以提供该冷却水并控制该冷却水的进 料量，以达到稳定操作的目的。此外，为安全考虑，如前述的气化系统燃烧器，更进一步包含压差测量 装置，其被连接在该冷却水进料管线与该气化炉之间，用以测量该冷却水进 料管线上的压差；其中在该冷却水进料管线上还包含切断阀，该切断阀与该 压差测量装置连接，当该气化炉内的压力大于该冷却水进料的水压时，该切 断阀便会关闭，停止该冷却水的进料。本发明的另一目的在于提供一种气化系统燃烧器的蒸汽进料方法，包含 下列步骤传送至少一种燃料与至少一种初级气体至该气化系统燃烧器的内 管；传送至少一种次级气体至该气化系统燃烧器的中间管；预先混合该至少 一种燃料、该至少一种初级气体、和该至少一种次级气体后，将其送入气化 炉内；提供冷却水至该气化系统燃烧器的冷却水外管；以及雾化该冷却水， 并将其送入该气化炉内，在该气化炉内使得被雾化后的该冷却水与被预先混 合后的该至少一种燃料、该至少一种初级气体及该至少一种次级气体进行气 化反应。如前述的蒸汽进料方法，可进一步包含下列步骤测量该气化系统燃烧 器的顶端的温度；以及控制该冷却水的进料量。此外，如前述的蒸汽进料方法，可更进一步包含下列步骤提供压差测 量装置与切断阀；测量该冷却水外管与该气化炉的压差；以及当该气化炉内 的压力大于该冷却水进料的水压时，关闭该切断阀，停止该冷却水的进料。
图1是本发明的气化系统燃烧器的剖面示意图；图2是本发明的气化系统燃烧器及其蒸汽进料方法的示意图。其中，附图标记说明如下1 、 2 气化系统燃烧器10、 20 气化炉
11 气化系统燃烧器的第一部12 气化系统燃烧器的出口13、 23 内管14、 24 中间管15、 25冷却水外管 251冷却水进料管线16 冷却水雾化管17 渐縮管22 气化系统燃烧器的顶端26 温度控制装置27 计量泵28 压差测量装置 281 切断阀29 泄压阀具体实施方式
下面参照附图对本发明进行更加详细的说明。本发明的一具体实施例如图1，其为本发明的气化系统燃烧器1的剖面 示意图。在此实施例中，气化系统燃烧器1为同心圆管构造，有出口 12与 气化炉IO相连接，用以将气化反应所需的燃料和气体进料至该气化炉10。 此实施例的气化系统燃烧器1的内部共分为三层，最内层为内管13，用以传 送至少一种燃料与至少一种初级气体，在此实施例中该燃料为粉煤，该初级 气体为进行传送的惰性物质氮气；第二层为中间管14，围绕该内管13的外 周边并与该内管13同心配置，用以传送至少一种次级气体，在此实施例中 该次级气体为氧气；最外层为冷却水外管15，围绕该中间管14的外周边并 与该中间管14同心配置，用以输送液态冷却水以冷却此气化系统燃烧器1， 以达到冷却保护此气化系统燃烧器1的效果。如图1所示，在此实施例中， 在气化系统燃烧器1的出口 12前有第一部11，在该第一部11处该内管13 与该中间管14相连通，且连接渐縮管17，以渐縮方式预先混合粉煤、氮气 和氧气后，将其送入气化炉10内；同时，至少一冷却水雾化管16与该冷却 水外管15在该第一部11相连接，用以将从该冷却水外管15接收的冷却水， 雾化后送入气化炉10内，作为此气化反应所需的蒸汽进料。
由此，本实施例在气化系统燃烧器1的出口 12，产生雾化水气，由此保 护燃烧器喷头温度不会过高，同时能够将液态熔渣瞬间固化，以避免其沾附 在燃烧器前端造成燃烧器出口发生形变。此外，气化系统的蒸汽进料部分， 在此实施例中改由气化系统燃烧器1的冷却水外管15提供，由此减少了公 知气化系统所需的蒸汽产生设备，而且产生蒸汽所需的热能由炉内获得，从 而能够达到节能与简化操作的目的。本发明的另一实施例请参照图2，其为本发明的气化系统燃烧器及其蒸 汽进料方法的操作示意图。气化系统燃烧器2与气化炉20相连接，用以将 气化反应所需的燃料和气体进料至该气化炉20内。此气化系统燃烧器2包 含内管23，用以传送燃料和初级气体，在此实施例中该燃料为粉煤，该初级 气体为进行传送的惰性物质氮气；中间管24，围绕该内管23的外周边并与 该内管23同心配置，用以传送至少一种次级气体，在此实施例中该次级气 体为氧气；冷却水外管25，围绕该中间管24的外周边并与该中间管24同心 配置，用以输送液态冷却水以冷却此气化系统燃烧器2;在此实施例中该冷 却水外管25所输送的冷却水亦充当蒸汽进料，在气化系统燃烧器2与该气 化炉20连接处形成雾化水气，直接进入气化反应系统，能够有效降低气化 系统燃烧器2出口前端的温度，同时增加气化反应的产物中氢气的组成比例。如前述的实施例，请参照图2，更包含冷却水进料管线251，其与该冷 却水外管25相连接，用以输送液态冷却水；温度控制装置26，其被连接在 该气化系统燃烧器2的顶端22，在此实施例中该温度控制装置26为可编程 控制器，用以测量此气化系统燃烧器2的顶端22的温度并将其控制在 300 1000'C之间；此实施例更进一步包含计量泵27，其被连接在该冷却水进 料管线251与该温度控制装置26之间，用以提供该冷却水并控制该冷却水 的进料量，以达到稳定操作的目的，在此实施例中，冷却水的进料量为粉煤 量的1/20至1/3。如前述的实施例，请参照图2，可更进一步包含位于该冷却水进料管线 251上的压差测量装置28和切断阀281,该压差测量装置28用来测量该冷 却水外管25与该气化炉20的压差，当该气化炉20内的压力大于该冷却水 进料的水压时，该切断阀281关闭，停止该冷却水的进料。此外，其它为气 化系统安全考虑所添加的装置或设计，例如可在该冷却水进料管线251上设
置泄压阀29，亦不脱离本发明的精神和范围。本发明的另一实施例为一种气化系统燃烧器的蒸汽进料方法，请参照图 2，该蒸汽进料方法包含下列步骤传送至少一种燃料与至少一种初级气体 至气化系统燃烧器2的内管23，在此实施例中该燃料为粉煤，该初级气体为 进行传送的惰性物质氮气；传送至少一种次级气体至该气化系统燃烧器2的 中间管24，在此实施例中该次级气体为氧气；以渐縮方式预先混合在内管 23中所传送的粉媒与氮气的混合物和在中间管24中所传送的氧气之后，将 其送入气化炉20内；同时，提供液态的冷却水至该气化系统燃烧器2的冷 却水外管25;以及雾化该冷却水，并将其送入该气化炉20内，在该气化炉 20内使得被雾化后的该冷却水与被预先混合后的粉煤、氮气及氧气气化反 应。如前述的蒸汽进料方法的实施例，可进一步包含下列步骤使用PLC温度控制装置26来测量并控制该气化系统燃烧器2的顶端22的温度，同时连 接计量泵27来控制该冷却水的进料量，以达稳定操作的目的。此外，如前述的蒸汽进料方法实施例，可更进一步包含下列步骤提供 压差测量装置28与切断阀281;测量该冷却水外管25与该气化炉20的压差； 以及当该气化炉20内的压力大于该冷却水进料的水压时，关闭该切断阀281 ， 停止该冷却水的进料。纵上所述，本发明在气化系统燃烧器1、 2的出口前端喷头处，利用冷却水 外管15、 25所传输的冷却水来产生雾化水气，藉此保护喷头温度不会过高， 同时能够将液态熔渣瞬间固化，以避免其沾附在燃烧器出口前端造成燃烧器 出口发生形变，有效增加燃烧器寿命；同时本发明省略了气化系统原有的蒸 汽产生设备，且产生蒸汽所需的热能由炉内获得，而达到节能与简化操作的 目的。
权利要求
1. 一种气化系统燃烧器，经由出口而进料至气化炉，其特征在于，包含内管，其传送至少一种燃料与至少一种初级气体；中间管，其围绕该内管的外周边并与该内管同心配置，且与该内管于该气化系统燃烧器的第一部相连通，来传送至少一种次级气体；渐缩管，其与该内管和该中间管相连接于该第一部，用来预先混合该至少一种燃料、该至少一种初级气体、和该至少一种次级气体，并将预先混合后的该至少一种燃料、该至少一种初级气体及该至少一种次级气体传送至该气化炉；冷却水外管，其围绕该中间管的外周边并与该中间管同心配置，来输送冷却水，从而冷却该气化系统燃烧器；以及至少一个冷却水雾化管，其与该冷却水外管相连接于该第一部，由此从该冷却水外管接收该冷却水并将其雾化后送入该气化炉内，在该气化炉内使得被雾化后的该冷却水与被预先混合后的该至少一种燃料、该至少一种初级气体及该至少一种次级气体进行气化反应。
2. 如权利要求1所述的气化系统燃烧器，其特征在于，还包含冷却水进 料管线，其连接于该冷却水外管，来输送该冷却水至该冷却水外管。
3. 如权利要求2所述的气化系统燃烧器，其特征在于，还包含温度控制 装置，其连接于该气化系统燃烧器的顶端，用来测量该顶端的温度以控制该 冷却水的进料量。
4. 如权利要求3所述的气化系统燃烧器，其特征在于，还包含计量泵， 其连接于该冷却水进料管线与该温度控制装置之间，用来提供该冷却水并控 制该冷却水的进料量。
5. 如权利要求2所述的气化系统燃烧器，其特征在于，还包含压差测量 装置，其连接于该冷却水进料管线与该气化炉之间，用来测量该冷却水进料 管在线的压差。
6. 如权利要求5所述的气化系统燃烧器，其特征在于，还包含切断阀， 其位于该冷却水进料管线上并连接于该压差测量装置，用来停止该冷却水的 进料。
7. —种气化系统燃烧器的蒸汽进料方法，其特征在于，包含下列步骤传送至少一种燃料与至少一种初级气体至该气化系统燃烧器的内管； 传送至少一种次级气体至该气化系统燃烧器的中间管； 预先混合该至少一种燃料、该至少一种初级气体、和该至少一种次级气体，并将其送入气化炉内；提供冷却水至该气化系统燃烧器的冷却水外管；以及雾化该冷却水，并将其送入该气化炉内，在该气化炉内使得被雾化后的该冷却水与被预混后的该至少一种燃料、该至少一种初级气体及该至少一种次级气体进行气化反应。
8. 如权利要求7所述的蒸汽进料方法，其特征在于，还包含下列步骤 测量该气化系统燃烧器的顶端的温度；以及 控制该冷却水的进料量。
9. 如权利要求7所述的蒸汽进料方法，其特征在于，还包含下列步骤-提供压差测量装置与切断阀； 测量该冷却水外管与该气化炉的压差；以及当该气化炉内的压力大于该冷却水进料的水压时，关闭该切断阀，停止 该冷却水的进料。
全文摘要
本发明涉及一种气化系统燃烧器及其蒸汽进料方法。包含传送燃料与初级气体的内管，与该内管外周边同心配置用来传送次级气体的中间管，以及与该中间管外周边同心配置用来输送冷却水的冷却水外管。在燃烧器出口前端设置有冷却水雾化管，与该冷却水外管相连接，用来将冷却水雾化后送入气化炉内，由此保护燃烧器的出口前端温度不会过高而毁损，同时省略一般气化系统所需的蒸汽进料产生装置，达到节能与简化操作的目的。
文档编号C10J3/80GK101210202SQ20061017277
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月26日 优先权日2006年12月26日
发明者徐恒文, 沈政宪, 罗敏谦, 陈威丞 申请人:财团法人工业技术研究院