[发明专利]具有多路固态燃料入口的燃烧器及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于固态燃料部分氧化制备合成气的具有多路固态燃料入口的燃烧器。

技术背景

如何高效、清洁地利用固态燃料气化生产合成气、燃料气和还原气是化工生产中始终关注的课题。在众多的气化方法中，人们普遍看好具有生产强度大、气化效率高、对固态原料适应性强等诸多优势的气流床气化技术；其中，燃烧器(也称烧嘴)是气流床气化技术中的关键设备之一。

为形成良好的工艺效果，同时延长燃烧器使用寿命，燃烧器的结构设计至关重要，其对最终的工艺结果和设备安全均有着的重要作用。

目前存在着多种结构形式的适用于固体燃料的燃烧器专利技术，并且部分专利技术已经应用于工业生产之中，例如，美国专利4523529、4736693、4858538和欧洲专利0328794以及中国专利200420114032.6等。然而，现有的大多数燃烧器专利技术均采用的是单路进料，即将固态燃料通过一路输送管道引入燃烧器中，继而进入气化炉进行部分氧化反应。当气化处理量较大时，如日处理量2000吨的Shell气化装置，可以采用四个单路进料的燃烧器，则对应于每路燃烧器的燃料输送管道的负荷为500吨，且四路管线上必须设置相应的四套氧化剂、气化剂和煤粉的计量仪表，适用于该量级的燃烧器及其配套气力输送系统目前均已得到工业应用；但是，对于固态燃料日处理量达中等规模的气化炉，采用如中国专利200410089404.9所述的配一个燃烧器的气化炉技术则更为简单、经济。

在燃烧器仅有一路固态物料进口的条件下，与配有多个燃烧器的气化系统相比，对于只配有一个燃烧器的气化系统，其固态燃料的输送管道内径必然大大增加，使气固两相流在管道横截面上分布极不均匀，导致流动不稳定，甚至气化工艺条件难以严格控制，影响气力输送的正常操作。另一方面，较大管径也造成了固态物料输送参数准确测量的困难(Y.Yan，FlowRate Measurement of Bulk Solids in Pneumatic Pipelines—Problems andSolutions，Bulk Solids Handling，Vol.15，447-456，1995)，由于气固两相流在管道横截面上所固有的分布非均匀性，工业生产上至今还没有能够准确测量较大管径中的气固两相流瞬时质量流率的可靠仪表，而且目前固体质量流率测量仪表研发还在实验室阶段。

已知目前应用于工业装置上的固体质量流率测量仪表所测量的最粗管道是Shell粉煤加压气化工业装置上粉煤气力输送管道，其内径不超过60mm，而满负荷运行时该管道的日输送量约为600吨煤粉。目前，生产商宣称能提供的固体速度测量仪表的口径最大不超过200mm。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是公开一种具有多路固态燃料入口的燃烧器及其应用，以克服现有技术存在的上述缺陷，满足工业部门的需要。

本发明所说的燃烧器，包括依次同轴设置的外环喷头、中环喷头和内环喷头，以及分别与外环喷头、中环喷头和内环喷头相连接的外环导管、中环导管和中心导管；其特征在于，还包括两个或两个以上的与中心导管相连通的固态燃料输送支管，所说的固态燃料输送支管横截面积的总和与中心导管横截面积的比例为1～1.5：1。

将本发明提出的燃烧器安装于常规气流床气化反应器，即可用于固态含碳物质由多个输送管路同时输送至燃烧器，并和气化剂一起喷入气化反应器中进行部分氧化制备合成气。

使用时，固态含碳物质及其载气通过输送支管进入中心导管后由内环喷头喷射进入气化反应器；氧化剂通过中环导管由中环喷头喷射进入气化反应器，气化剂通过外环导管由外环喷头喷射进入气化反应器。

所说的固态燃料选自粉煤、石油焦、生物质、有机固态废弃物等；所说的载气选自氮气、二氧化碳、水蒸汽、合成气或其混合气；

所说的氧化剂选自氧气、空气或其混合气；所说的气化剂选自水蒸气、二氧化碳或其混合气；

固态燃料和载气的重量比为：5.0～600：1；固态燃料和氧化剂的重量比为：1：0.5～1.5；固态燃料和气化剂的重量比为：1：0.05～0.3。

内环喷头的喷口处线速度为5-40m/s，中环喷头的喷口处线速度为40-100m/s，外环喷头的喷口处线速度为10-60m/s；

反应温度为1000～1600℃，反应压力为常压～6MPa。