[实用新型]一种复合式粉体燃料旋风燃烧器

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉体燃料旋风燃烧器，属于燃料清洁利用技术领域。

背景技术

旋风燃烧技术在燃料燃烧技术领域已经应用多年，主要在煤燃烧锅炉等工业领域，而在化工技术领域的应用十分罕见。

随着现代化工技术的不断发展，固体/液体燃料气化技术在上个世纪开始逐渐成为化工行业原料预处理的主要手段。其中最具代表性的为气流床气化技术，已经工业化的气流床气化技术主要由湿法气化和干法气化两种，其中干法气化的主要代表为干煤粉气化技术，如Shell气化技术、西门子气化技术和中国航天气化技术等，由于其整体气化效率的高效性和稳定性，已经在煤化工技术领域占领主要技术市场地位。

先进的干粉气化技术除了气化炉本体设计之外，最关键的核心设备为燃烧器，或称烧嘴。目前，浆体燃料的燃烧器使用寿命通常为3个月，而粉体燃料燃烧器的使用寿命可达到8000h，由于干粉气化技术通常采用了水冷壁气化炉内件设计，其气化炉本体的使用寿命远远超过8000h，最长甚至可以达到10年，因此粉体燃料燃烧器的使用寿命与其气化炉本体的使用寿命存在较大的时间差，在燃烧器的使用寿命上有待进一步改进。

气流床气化，尤其是干粉气化技术，气化炉内气化温度达到1400℃以上，在燃烧区甚至超过2000℃，由于气化反应属于缺氧状态下的瞬间高温高压燃烧，反应速度极快，过程瞬间发生，通常在6s内完成主要燃烧反应，因此，燃烧器的性能直接决定炉内温度分布的合理性与气化系统整体效率。美国等欧美国家在气化技术的燃烧器设计方面做了大量研发工作，且已经在世界范围内进行工业化使用，如美国专利US4510874、US4858538等。但以往技术通常采用单一的直流式烧嘴设计，尤其是针对粉体燃料燃烧器，通常采用最简单的双通道直流式燃烧方式，对粉体燃料与气化剂的混合效果考虑较少，特别是没有将混合过程与燃烧过程相结合，即两者的协同效应，导致在工业化应用中常见如下问题：气化不完全，导致气化系统碳转化率低，合成气有效气产量不达标；烧嘴前端冷却效果差，冷却不均，前端面高温侵蚀严重，在热腐蚀和热应力的双重作用下设备使用寿命短；气化火焰长度不可控，导致气化炉内炉壁挂渣不均，气化炉水冷壁局部烧蚀，渣钉热腐蚀严重；以上问题均可导致气化系统停车，给安稳长满优生产造成巨大影响，尤其是现有燃烧器功能单一，开停系统过程复杂。

因此，有必要开发一种操作方便，气化效率高，维护简单，成本低廉的适合于粉体燃料气化的高效燃烧器，同时兼顾可在不更换燃烧器情况下直接冷启动的复合式粉体燃料烧嘴，以弥补现有粉体燃烧器的不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种复合式粉体燃料旋风燃烧器，采用三通道加旋流模块设计，旋流模块设置在中环通道，通过中环通道的气化剂旋流外包中心通道粉体燃料进行旋流弥散，实现“风包粉”式旋转射流，通过外环通道的直流式剪切作用控制旋流弥散张角，通过调节中环通道和外环通道的气体体积比和射流速度可达到最佳射流弥散效果和射流扩张角，从而实现最佳气化工况。此外，当燃烧器作为燃烧和烘炉使用时，可将中环通道通和外环通道承担燃烧介质通入组织燃烧任务。同时，为了对燃烧器进行冷却降温处理，燃烧器外围采用高效绕流式水冷夹套对燃烧器整体进行冷却降温。

为了实现上述技术构思，本发明的技术方案是提供了一种复合式粉体燃料旋风燃烧器，主要包括粉体燃料通道、气化剂通道、冷却夹套三个部分组成。

具体方案如下：

一种复合式粉体燃料旋风燃烧器，包括中心通道、中环通道、旋流模块、外环通道(3)及夹套式冷却通道；所述的中心通道、中环通道、旋流模块、外环通道及夹套式冷却通道同轴设置，旋流模块设置在中环通道内；所述的中心通道用于输送粉体燃料；所述的中环通道用于气化工况时送入小部分气化剂；所述的外环通道用于气化工况时送入大部分气化剂及保护气体；所述的夹套冷却通道采用双通道设计，所述双通道包括外侧冷却通道内侧冷却通道，外侧前端采用高低档筋状分隔板分隔成迷宫式绕路，高低档筋状分隔板设有1～10层，优选为3～5层，冷却剂可从内侧冷却通道或外侧冷却通道进入。

所述的粉体燃料通道主要为一个直通式的金属圆管，在金属圆管的前端采用外围锥形设计，以达到与中环通道的锥形通道结构匹配，锥形斜面与水平面形成一夹角θ，θ角度范围30°～75°，优选为45°～65°。

所述的中心粉体燃料通道主要用于输送粉体燃料，其中，输送介质可为氮气、二氧化碳、氩气等气体的一种或其多种气体混合物。