DE102007021926A1

DE102007021926A1 - Öl-/Slurrybrenner mit Injektionszerstäubung

Info

Publication number: DE102007021926A1
Application number: DE102007021926A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Degenkolb; Norbert Fischer; Christian Reuther; Manfred Dr. Schingnitz
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2008-11-20
Also published as: CA2630788C; US20080280241A1; CA2630788A1; US8152514B2

Abstract

Es wird ein Öl-/Slurrybrenner mit Injektionszerstäubung für die Vergasung von mit Feststoffen beladenen flüssigen Brennstoffen unter hohen Drücken von beispielsweise 80 bar (8 MPa) und hohen Temperaturen von beispielsweise 1200 bis 1900 Grad Celsius in Reaktoren mit flüssigen Schlackeabzügen vorgeschlagen, bei dem mehrere außerhalb des Ringkanals konzentrisch zur Brennerachse angeordnete Zuführungselemente zur Einleitung von Flüssigbrennstoff und Zerstäubungsmittel gegeben sind, wobei die einzelnen Zuführungselemente im Brenner in sich gerade ausgeführt sind, in Richtung des Brennermundes zur Brennerachse geneigt sind und am Brennermund neben dem Oxydationsmittelaustritt enden. Durch die Einleitung des Flüssigkeitsbrennstoffes und des Zerstäubertreibmittels in einzelnen komplett ausgebildeten Rohren mit einer entsprechenden Düse können gleichzeitig über die einzelnen Zuführungen unterschiedliche Flüssigbrennstoffe zugeführt und in einer Flammreaktion umgesetzt werden.

Description

Der Anmeldungsgegenstand betrifft einen Öl-/Slurrybrenner mit Injektionszerstäubung für die Vergasung von mit Feststoffen beladenen flüssigen Brennstoffen, ein Verfahren zum Betrieb eines Öl-/Slurrybrenners und ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Öl-/Slurrybrenners.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Öl-/Slurrybrenner mit Injektionszerstäubung, der für die Dampf-Sauerstoff-Vergasung von mit Feststoffen beladenen flüssigen Brennstoffen (Slurrys oder ähnliche flüssige Brennstoffe) unter hohen Drücken von beispielsweise 80 bar (8 MPa) und hohen Temperaturen von beispielsweise 1200 bis 1900 Grad Celsius in Reaktoren mit flüssigen Schlackeabzügen eingesetzt wird.
Bekannt sind Öl-/Slurrybrenner mit Injektionszerstäubung für die Partialoxydation flüssiger Brennstoffe mit einem zylindrischen, wassergekühlten Gehäuse und einer innen liegenden Flüssigkeitszuführung um die in koaxial angeordneten Ringräumen die Zuführung des Zerstäubungsmittels und des Oxydationsmittels erfolgt.
Zur Inbetriebnahme dieser Brenner dient entweder ein neben dem Öl-/Slurrybrenner angeordneter gas-/luftbetriebener Pilotbrenner, der mit einer Ionisations-Flammenüberwachung und Zündeinrichtung ausgerüstet ist, oder bei keramisch ausgekleideten Reaktoren ein separater Aufheizbrenner, der zunächst das Mauerwerk auf Temperatur bringt, an dem später der Öl-/Slurrybrenner gezündet wird.
Der bekannte Brenner hat folgende Nachteile:

1. durch eine zentrale Flüssigkeitszuführung ist der Einsatz des Brenners auf einen einzigen Brennstoff festgelegt.
2. zur Inbetriebnahme des Brenners ist ein weiterer Brenner als Aufheizbrenner, der später ausgetauscht wird, not wendig oder es muss ein seitlich neben dem Öl-/Slurrybrenner angeordneter Pilotbrenner vorhanden sein, bei dem die sichere seitliche Überzündung auf den Öl-/Slurrybrenner fraglich ist.
3. die Inbetriebnahme des Öl-/Slurrybrenners erfolgt dabei grundsätzlich drucklos und unter oxidierender Atmosphäre und muss durch komplizierte Medienanpassungen zunächst langsam auf die reduzierende Reaktoratmosphäre überführt werden, bevor der eigentliche Vergasungsprozess beginnen kann.
4. sinkt nach dem Aufheizprozess die Mauerwerkstemperatur durch Verzögerung bei der Öl-/Slurrybrennermontage unter die vorgegebene Mauerwerkszündtemperatur muss der gesamte Aufheizprozess wiederholt werden.

Solche typischen Lösungen zeigen die Patentschriften Nr. DD 151020 sowie DD 214911 .
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Öl-/Slurrybrenners mit Injektionszerstäubung, der unter den Bedingungen der Dampf-Sauerstoff-Vergasung von mit Feststoffen beladenen flüssigen Brennstoffen unter Druck zuverlässig arbeitet. Durch konstruktive Maßnahmen soll ein Öl-/Slurrybrenner mit Injektionszerstäubung ausgebildet werden, der die genannten Nachteile bei der Druckvergasung von mit Feststoffen beladenen flüssigen Brennstoffen kompensiert und einen sicheren Betrieb mit gleichmäßiger Flammenausbildung gewährleistet.
Die Aufgabe wird bei einem durch die Merkmale des Oberbegriffs umrissenen Gegenstand durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
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 Öl-/Slurrybrenners und
2 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Öl-/Slurrybrenners.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.
Der erfindungsgemäße Öl-/Slurrybrenner mit Injektionszerstäubung weist einen zentral angeordneten Pilotbrennerteil 1 mit Brenngas und Oxydationsmittelzuführung, eine Flammenüberwachungs-Einrichtung und eine elektrischen Hochspannungszündung auf. Um diese Baugruppe ist ein Ringraum 2 zur Zuführung des Oxydationsmittels für den Öl-/Slurrybrennerteil 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 7 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 flüssigen Brennstoffes und des Zerstäubungsmittels (Dampf oder ähnl.) ist erfindungsgemäß so vorgesehen, dass sich zwischen der Gehäusewand der Brennerhalterung und der zentralen Oxydationsmittelzufuhr mehrere (n = 2, 3 ..) gerade Brennstoff/Dampfzuführungselemente befinden. Diese Zuführungselemente sind in sich gerade ausgeführt und zur Brennerachse geneigt und enden am Brennermund neben dem Oxydationsmittelaustritt in Form einer Öl-/Zerstäubungsmitteldüse. Durch das Zerstäubungsmittel (Dampf oder ähnl.) erfolgt eine Feinzerstäubung des flüssigen mit Feststoff beladenen Brennstoffes bevor er mit dem Oxydationsmittel in Berührung kommt.
Durch die Ausführung der Oxydationsmittelzuführung mit Drallschaufeln wird der austretende Sauerstoffstrom stark in Rota tion versetzt, in den die über die Zuführungselemente austretenden feinzerstäubten Flüssigkeitsstrahlen eingesaugt werden.
Am Austritt der Medien vermischen sich die einzelnen Ströme zu einem einzigen sich drehendem Flüssigkeits-Dampf-/Sauerstoffstrom. Dadurch wird eine gleichmäßige Flammenausbildung und -stabilisierung erreicht.
Gleichzeitig kann durch eine unterschiedliche Anstellung der Drallschaufeln die Flammenausbildung in ihren Breite und Länge beeinflusst werden.
Durch die Einleitung des Flüssigbrennstoffes und des Zerstäubertreibmittels in einzelnen komplett ausgebildeten Rohren mit einer entsprechenden Düse können gleichzeitig über die einzelnen Zuführungen unterschiedliche Flüssigbrennstoffe zugeführt und in einer Flammenreaktion umgesetzt werden.
Die Inbetriebnahme des Öl-/Slurrybrenners mit Injektionszerstäubung erfolgt mittels des integrierten Pilotbrenners unter reduzierenden Bedingungen und bei Betriebsdruck der Reaktoranlage. Die Zündung des Pilotbrenners erfolgt bei leichtem Reaktordruck (2–5 bar) und ebenfalls unter reduzierenden Reaktionsraumbedingungen.
Die Erfindung umfasst einen Öl-/Slurrybrenner mit Injektionszerstäubung für die Vergasung von mit Feststoffen beladenen flüssigen Brennstoffen (Slurrys oder ähnliche flüssige Brennstoffe) unter hohen Drücken und Temperaturen in Reaktoren mit flüssigen Schlackeabzügen für die Dampf-Sauerstoff-Vergasung, aufweisend ein gekühltes Gehäuse (7) zur Aufnahme eines zentral angeordneten Pilotbrenners (1) zur Inbetriebnahme der Öl-/Slurrybrennereinheit mit einer Gas und Oxydationsmittelzuführung sowie einer integrierten Flammenüberwachung und Hochspannungszündung, einen um diesen Pilotbrenner (1) angeordneten Ringkanal (2) zur Zuführung des Oxydationsmittels und geraden zur Brennerachse geneigten Zuführungselementen zur Einleitung von Flüssigbrennstoff und Zerstäubermittel (4 und 5), dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zuführungselemente (4 u. 5) vorhanden sind und diese Zuführungselemente (4 u. 5) in sich gerade und zur Brennerachse hin geneigt und am Austritt unmittelbar neben den Ringkanal zur Oxydationsmittelzuführung (2) in einer Düse (6) enden, an dessen Austritt Dralleinrichtungen (3) vorhanden sind, die den Oxydationsmittelstrom (2) in starke Rotationsbewegung versetzen und damit durch die entsprechende Gestaltung eine Beeinflussung der Flammengeometrie zulassen.
Weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anordnung mehrerer Zuführungselemente (4 u. 5) unterschiedliche Flüssigbrennstoffe eingeleitet werden können, die in einer gemeinsamen Flamme enden und deren Inbetriebnahme mittels eines im Zentrum integrierten Pilotbrenners unter reduzierenden Bedingungen und unter Reaktorbetriebsdruck erfolgen.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren, bei dem ein im Zentrum der Brennereinheit integrierter Pilotbrenner unter reduzierender Reaktoratmosphäre und bei leicht angehobenem Anlagendruck gezündet und dann unter Leistungssteigerung des Pilotbrenners der Reaktionsraumdruck auf den zur Zündung des Öl-/Slurrybrenners notwendigen Betriebsdruck angehoben wird.

1: Pilotbrenner mit Gas- und Sauerstoffzuführung sowie integrierter Flammenüberwachung und Hochspannungszündeinrichtung
2: Oxydationsmittelzuführung für den flüssigen Brennstoff
3: Drallschaufeln zur Verwirbelung des Oxydationsmittels
4: Zuführungsrohr für Flüssigbrennstoff
5: Zuführungsrohr für das Zerstäubungsmittel
6: Flüssigbrennstoff-/Zerstäubermitteldüse
7: Wassergekühlte 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

- DD 151020 [0006]
- DD 214911 [0006]

Claims

Öl-/Slurrybrenner mit Injektionszerstäubung für die Vergasung von mit Feststoffen beladenen flüssigen Brennstoffen aufweisend einen zentral angeordneten Pilotbrennerteil (1), einen konzentrischen Ringkanal (2) zur Zuführung des Oxydationsmittels, mehrere außerhalb des Ringkanals konzentrisch zur Brennerachse angeordnete Zuführungselemente zur Einleitung von Flüssigbrennstoff und Zerstäubermittel (4 und 5) dadurch gekennzeichnet, dass im Brenner die einzelnen Zuführungselemente in sich gerade ausgeführt sind, in Richtung des Brennermundes zur Brennerachse geneigt sind und am Brennermund neben dem Oxydationsmittelaustritt enden.
Öl-/Slurrybrenner nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Zuführungselement selbst als Zuführungsringkanal (5) zur Zuführung des Zerstäubungsmittels und ein in dem Zuführungsringkanal (5) angeordnetes Zuführungsrohr (4) zur Zuführung des Flüssigbrennstoffs ausgebildet ist.
Öl-/Slurrybrenner nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführungselement auf der dem Brennermund zugewandten Seite eine Flüssigbrennstoff-/Zerstäubermitteldüse aufweist.
Öl-/Slurrybrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführungsringkanal (5) und das darin angeordnete Zuführungsrohr (4) eines Zuführungselementes vom Brennereintritt bis zum Brennermund sich verjüngend ausgeführt sind.
Öl-/Slurrybrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (2) Dralleinrichtungen aufweist für eine Versetzung des Oxydationsmittelstroms in starke Rotationsbewegung.
Öl-/Slurrybrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass über die einzelnen Zuführungselemente unterschiedliche Flüssigbrennstoffe zuführbar sind.
Verfahren zum Betrieb eines Öl-/Slurrybrenners nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass über die einzelnen Zuführungselemente unterschiedliche Flüssigbrennstoffe zugeführt werden.
Verfahren zur Inbetriebnahme eines Öl-/Slurrybrenners nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, bei dem ein im Zentrum der Brennereinheit integrierter Pilotbrenner unter reduzierender Reaktoratmosphäre und bei leicht angehobenem Anlagendruck gezündet und dann unter Leistungssteigerung des Pilotbrenners der Reaktionsraumdruck auf den zur Zündung des Öl-/Slurrybrenners notwendigen Betriebsdruck angehoben wird.