DE102007021925A1 - Kompakt-Kohlenstaubbrenner - Google Patents

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Brenner für die Oxydationsmittel-Vergasung von staubförmigen Brennstoffen unter hohen Drücken von beispielsweise 80 bar (8 MPa) und Temperaturen von beispielsweise 1200 bis 1900°C in Reaktoren mit flüssigen Schlackeabzügen für die Sauerstoff-Vergasung sind die einzelnen Staubzuführungsrohre (4) im Brenner so ausgeführt, dass sie in Richtung des Brennermundes zur Brennerachse geneigt sind, vom Brennereintritt bis zum Austritt flächengleich ausgeführt sind und am Brennermund neben dem Oxydationsmittelaustritt enden. Durch die Ausführung der Staubzuführungselemente bis zum Brennermund und dem sofortigen Eintritt des Kohlenstaubes in den rotierenden Sauerstoffstrom gibt es keinen Flächensprung am Staubaustritt mehr, da hier sofort der Staubstrom in den Oxydationsmittelstrom eingesaugt wird. Am Austritt der Medien vermischen sich die einzelnen Kohlenstaubströme zu einem einzigen sich drehenden Staub-/Sauerstoffstrom. Dadurch wird eine gleichmäßige Flammenausbildung und -stabilisierung erreicht.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Kohlenstaubbrenner, der für die Sauerstoff-Vergasung von staubförmigen Brennstoffen (Braunkohle und/oder Steinkohle oder ähnliche staubförmige Brennstoffe) unter hohen Drücken und Temperaturen in Reaktoren mit flüssigen Schlackeabzügen eingesetzt wird.
• Die Erfindung betrifft einen Brenner für die Oxydationsmittel-Vergasung von staubförmigen Brennstoffen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
• Bekannt sind Kohlenstaubbrenner für die Partialoxydation staubförmiger Brennstoffe mit einem zylindrischen wassergekühlten Gehäuse und innen liegenden koaxial angeordneten Ringräumen für die Zuführung des staubförmigen Brennstoffes und des Oxydationsmittels.
• Im Zentrum dieses Brenners befindet sich ein weiterer kleiner Gas-/Sauerstoffbrenner, der als Zünd-, oder Pilotbrenner dient und mit einer optischen Flammenüberwachung und Hochspannungszündeinrichtung ausgerüstet ist. Er dient zur Inbetriebnahme des o. g Kohlenstaubbrenners, wie in den Patentdokumenten DE 271038 A1 und DE 4306980 C2 gezeigt.
• Die Zuführung des staubförmigen Brennstoffes erfolgt außerhalb und innerhalb des Brenners durch ein oder mehrere Rohre. Im Inneren des Brenners ist/sind das/die Zuführungsrohre zum Brenneraustritt so geführt, das sie mindestens ein volle Umdrehung um die Achse ausführen und dann in der Nähe des Brenneraustritts tangential angestellt enden. Am Ende des/der Staubrohre(s) tritt der Staub tangential in einen zylindrischen Ringraum ein.
• Bei dem Übergang von der Rohrfläche in den Ringraum kommt schlagartig zu einer Flächenvergrößerung und damit zum Absinken der Staubgeschwindigkeit.
• Durch Erhöhung der Anzahl der Staubrohre innerhalb des Ringraumes kann zwar der Flächensprung verringert, aber nicht aufgehoben werden.
• Im Ergebnis dieser Tatsache kommt es zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Staubstromes innerhalb des Ringraumes. Hierdurch kann es zu einer unsymmetrischen Flammenausbildung mit einseitiger Reaktionsraumbelastung kommen.
• Der bekannte Brenner hat folgende Nachteile:
• 1. komplizierte Ausführung der Rohre innerhalb des zylindrischen Ringraumes im Brenner
• 2. nach dem Austritt des Kohlenstaubes erfolgt ein unvermeidbarer Flächensprung der zum Absinken der Staubgeschwindigkeit führt.
• 3. durch diesen Flächensprung wird der nachfolgende Ringraum ungleichmäßig mit Kohlenstaub gefüllt, sodass die Mischung mit dem Oxydationsmittel unterschiedlich ist.
• Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines einfachen Kohlenstaubbrenners, der unter den Bedingungen der Kohlenstaubvergasung unter Druck zuverlässig arbeitet. Der Kohlenstaubbrenner soll durch konstruktive Maßnahmen so ausgebildet werden, dass zum einen bei der Druckvergasung von staubförmigen Produkten ein sicherer Betrieb mit gleichmäßiger Flammenausbildung gewährleistet ist und zum anderen der Brenner technologisch einfach herzustellen ist.
• Das Problem wird bei einem durch die Merkmale des Oberbegriffs umrissenen Gegenstand durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
• Durch die Ausführung der Staubzuführungselemente bis zum Brennermund und dem sofortigen Eintritt des Kohlenstaubes in den rotierenden Sauerstoffstrom gibt es keinen Flächensprung am Staubaustritt mehr, da hier sofort der Staubstrom in den Oxydationsmittelstrom eingesaugt wird. Am Austritt der Medien vermischen sich die einzelnen Kohlenstaubströme zu einem einzigen sich drehendem Staub-/Sauerstoffstrom. Dadurch wird eine gleichmäßige Flammenausbildung und -stabilisierung erreicht.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann durch eine unterschiedliche Anstellung der Drallschaufeln die Flammenausbildung in ihren Breite und Länge beeinflusst werden.
• Vorteilhafte Weiterbildungen des Anmeldungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Der Anmeldungsgegenstand wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
• 1 einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Kompaktbrenners mit drei Zuführungsrohren und
• 2 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Kompaktbrenners.
• In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.
• Der erfindungsgemäße Kohlenstaubbrenner umfasst einen zentral angeordneten Pilotbrennerteil 1 mit Brenngas und Oxydationsmittelzuführung, eine Flammenüberwachungseinrichtung und eine elektrischen Hochspannungszündung. Um diese Baugruppe ist ein Ringraum 2 zur Zuführung des Oxydationsmittels für den Kohlenstaubbrenner angeordnet. An der ringförmigen Austrittsöffnung sind Drallschaufeln 3 zur Verwirbelung des Sauerstoffstromes vorgesehen. Beide Baugruppen (Pilotbrennerteil und Oxydationsmittelzuführung) sind in einer weiteren Baugruppe, der Brennerhalterung 5 integriert. Die gesamte Baugruppe Brennerhalterung ist mit einem Wasserkühlsystem in Form einer gewickelten Rohrschlange ausgeführt, um die auf diese Baugruppe einwirkende Wärme abzuführen. Zusätzlich sind auch die im Zentrum der Brennerhalterung angeordneten Baugruppen, Pilotbrennerteil und die weitere Oxydationsmittelzuführung, mit separaten Wasserkühlsystemen ausgerüstet.
• Die Zuführung des staubförmigen Brennstoffes ist erfindungsgemäß so vorgesehen, dass sich zwischen der Gehäusewand der Brennerhalterung und der zentralen Oxydationsmittelzufuhr mehrere (n = 2, 3, ...) gerade Kohlenstaubzuführungselemente befinden. Die Staubzuführungselemente sind sie konzentrisch um die Zentralachse des Brenners mit gleichem Winkelversatz angeordnet. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform mit drei Staubzuführungselementen sind sie konzentrisch um die Zentralachse des Brenners mit einem Winkelversatz von 120 Grad angeordnet. Die Staubzuführungselemente sind in sich gerade ausgeführt und in Richtung des Brennermundes zur Brennerachse geneigt und enden am Brennermund neben dem Oxydationsmittelaustritt.
• Durch die Ausführung der Oxydationsmittelzuführung mit Drallschaufeln wird der austretende Sauerstoffstrom stark in Rotation versetzt, in den die über die geraden Zuführungselemente austretenden Staubstrahlen eingesaugt werden.
• Die Erfindung umfasst einen Kompakt-Kohlenstaubbrenner für die Vergasung von staubförmigen Brennstoffen unter hohen Drücken von beispielsweise 80 bar (8 MPa) und Temperaturen von beispielsweise 1200 bis 1900°C in Reaktoren mit flüssigen Schlackeabzügen für die Sauerstoff-Vergasung, aufweisend ein Gehäuse (5) zur Aufnahme eines zentral angeordneten Pilotbrenners (1) zur Inbetriebnahme der Kompaktbrennereinheit mit einer Gas und Oxydationsmittelzuführung sowie einer integrierten Flammenüberwachung und Hochspannungszündung, einen um diesen Pilotbrenner angeordneten Ringkanal (2) zur Zuführung des Oxydationsmittels und geraden, zur Brennerachse geneigten Zuführungselementen (4), dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zuführungselemente (4) vorhanden sind und diese Zu führungselemente (4) in sich gerade und zur Brennerachse hin geneigt und vom Brennereintritt bis zum Austritt flächengleich ausgeführt sind und am Austritt unmittelbar neben den Ringkanal zur Oxydationsmittelzuführung enden, an dessen Austritt Dralleinrichtungen vorhanden sind, die den Oxydationsmittelstrom in starke Rotationsbewegung versetzen und damit durch die entsprechende Gestaltung eine Beeinflussung der Flammengeometrie zulassen.

1

Pilotbrenner mit Gas- und Sauerstoffzuführung und integrierter Flammenüberwachung sowie Hochspannungszündeinrichtung

2

Oxydationsmittelzuführung für staubförmigen Brennstoff

3

Drallschaufeln zur Verwirbelung des Oxydationsmittels

4

Zuführungsrohr für staubförmigen Brennstoff

5

Brennerhalterung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• - DE 271038 A1 [0004]
• - DE 4306980 C2 [0004]

Claims (3)

1. Brenner für die Oxydationsmittel-Vergasung von staubförmigen Brennstoffen aufweisend einen zentral angeordneten Pilotbrennerteil (1), einen konzentrischen Ringkanal (2) zur Zuführung des Oxydationsmittels, mehrere außerhalb des Ringkanals konzentrisch angeordnete Staubzuführungselemente (4) dadurch gekennzeichnet, dass im Brenner die einzelnen Staubzuführungselemente in sich gerade ausgeführt sind, in Richtung des Brennermundes zur Brennerachse geneigt sind und am Brennermund neben dem Oxydationsmittelaustritt enden.
2. Brenner nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Staubzuführungselemente vom Brennereintritt bis zum Brennermund flächengleich ausgeführt sind.
3. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal Dralleinrichtungen aufweist für eine Versetzung des Oxydationsmittelstroms in starke Rotationsbewegung.