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WO2009033835A1 - Kohlenstaubkombinationsbrenner mit laser-zündvorrichtung - Google Patents

Kohlenstaubkombinationsbrenner mit laser-zündvorrichtung Download PDF

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WO2009033835A1
WO2009033835A1 PCT/EP2008/058051 EP2008058051W WO2009033835A1 WO 2009033835 A1 WO2009033835 A1 WO 2009033835A1 EP 2008058051 W EP2008058051 W EP 2008058051W WO 2009033835 A1 WO2009033835 A1 WO 2009033835A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ring channel
burner
cooling water
pilot burner
oxidant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2008/058051
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tino Just
Christian Reuther
Manfred Schingnitz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of WO2009033835A1 publication Critical patent/WO2009033835A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q9/00—Pilot flame igniters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00014—Pilot burners specially adapted for ignition of main burners in furnaces or gas turbines

Definitions

  • the invention relates to a pulverized coal burner which is used for the gasification of coal dust at high pressure and temperature.
  • a pulverized coal burner which is used for the gasification of coal dust at high pressure and temperature.
  • These consist essentially of a dust burner (main burner), which is arranged concentrically around a pilot burner. Both burners are operated with oxygen and work in the sub-stoichiometric range.
  • the pilot burner has two main tasks to accomplish: First, the pilot burner provides the ignition energy to ignite the main burner flame, and second, it maintains a permanent ignition potential for the main burner and increases pressure.
  • the ignition of the pilot burner itself must be carried out in a closed reaction space without direct access from the outside at a slight overpressure (about 3 bar). This ignition is usually done by means of sparks.
  • the invention relates to a pilot burner for an entrained-flow gasifier for the gasification of pulverulent fuels with an oxidant containing free oxygen at pressures between ambient pressure and high pressures of 80 bar (8 MPa) and temperatures between 800-1800 0 C with the features of claim 1.
  • Carbon dust burners are known for the partial oxidation of dust-like fuels which are ignited by an externally arranged pilot burner.
  • This pilot burner consists of coaxial channels for fuel gas and oxidant, which are open to the reaction space and separated by channels through which water flows or are enveloped.
  • an ignition cable is arranged, which is connected to a Hochwoodszündvorraum outside the burner and merges at its end facing the reaction space in a metallic electrode, which is guided to the burner tip and here forms a spark gap to the metallic wall.
  • the electrode of this burner is positioned in the fuel gas channel so that it passes through the confuser, annular nozzle and diffuser forming the nozzle and has the spark gap to the metallic wall at the paraxial curvature of the diffuser, ie in the vortex region forming the transition to the oxygen channel ,
  • the arrangement of the metallic electrode is chosen so that on the one hand enables the direct ignition of the fuel gas / oxygen and on the other hand, the metallic electrode is cooled by the inflowing fuel gas.
  • the high-voltage ignition cable is introduced into the burner by means of two separate pressure seals.
  • the resulting pressure-tight space is used as a safety zone against leaking fuel gas leaks and monitored pressure side.
  • the transmission of the flame signal to the monitoring device by means of a multicore optical cable The well-known pilot burner has the following defects.
  • the transmission of the flame signal from the reaction chamber to the flame detector takes place by means of a light guide , which is thermally stressed by the small distance to the flame and at the same time can be limited by impinging soot particles in the field of view.
  • the metallic electrode located in front of the optical insight obstructs the free view into the reaction space.
  • the metallic electrode must be designed as a wire, which is bent several times up to the electrode tip.
  • the adjustment necessary for the ignition at the sparkover point can only be adjusted with difficulty. This causes ignition problems and the functionality of the burner is not always guaranteed.
  • the design of the water-cooled nozzle (confuser, cylinder and diffuser) is very complicated and leads, especially in the diffuser to thermal stresses that lead to cracking in the material and thus to the failure of the burner.
  • Due to the arrangement of the electrode tip within the diffuser of the nozzle necessarily forms a vortex area at this point, which mixes oxygen with the fuel and thus forms an ignitable mixture that can be ignited. If it comes to media fluctuations during the ignition, the vortex area and thus the mixture point shifts, which leads to misfiring. An increased susceptibility to interference is thus given.
  • the combination burner according to the Chinese patent application no. CN 2005 201 10716 is further characterized in that the pilot burner gas, and the associated oxygen flow through a common channel in the burner center to the burner mouth. This entails the great danger that when the flow velocity changes, as occurs during internal and external operations, a backfire into the burner channel occurs, which leads to its destruction with considerable danger to operational safety.
  • the object of the invention is to provide a pilot burner which can be integrated into a pulverized coal combustion burner and in which the necessary ignition energy can be supplied in a non-wired manner.
  • a laser beam of sufficiently high power is passed through the burner into the reaction space via optical detection, wherein the laser beam is focused in front of the burner mouth in the region of the mixture of fuel gas and oxygen.
  • the energy density is increased locally, so that thereby the fuel gas-oxygen mixture is ignited.
  • FIG 1 shows an embodiment of the coal dust combination burner according to the invention with integrated pilot burner.
  • the coal dust combination burner comprises a centrally arranged pilot burner part with separate fuel gas and oxidant supply in separate channels, a flame monitoring device 6 and a laser source 8.
  • an annular space 13 for supplying the oxidizing agent for the coal dust combination burner is arranged.
  • swirl vanes 14 are arranged for swirling the Oxydationsstoffstromes.
  • the outer contour of the pilot burner in the center and the inner tube of the outer main burner form the Hauptbrenneroxidationsstoffkanal (13).
  • the pulverized coal feed 15 and the cooled outer shell 16 of the main burner are arranged.
  • the pilot burner comprises a centrally arranged, inert gas, in particular nitrogen flushed, tube 1, which serves as an optical inspection opening for the burner located outside the flame monitoring device 6, arranged around the central tube annulus 2 for fuel gas supply, another annular space 3 for Oxidydffenzu Insert on the End face is closed and merges into individual nozzle holes 4 and the whole enclosing water-flowed annular space 5 for supply and discharge of the cooling water.
  • inert gas in particular nitrogen flushed
  • the centrally arranged tube 1 is guided within the fuel gas channel 2 as far as the burner mouth and is purged with nitrogen in the direction of the reaction space in order to prevent the penetration of hot gas or impurities from the reaction space.
  • the central tube with a special quartz glass 12 is pressure-tight manner. The optical flame monitoring located outside the burner recognizes the burner flame through the quartz glass 12 and is therefore protected against thermal stress and dirt particles.
  • the nitrogen-purged central tube 1 serves as a channel for a laser beam. This is generated outside the burner (8) and aligned by means of adapters (11), for example, prism or semi-transparent mirror in the central tube.
  • Laser beam is focused by means of suitable optics in such a way that the focal point in the mixed region of oxidation tel and fuel gas of the pilot burner (17) and ignites this ignitable mixture.
  • the annular space 2 located around the central tube for supplying the fuel gas is retracted at the outlet to the nozzle formation (reduced in cross-section).
  • the oxidant supply space 3 is enveloped by a water cooling system 5, which protects the internals and the nozzle of the pilot burner from thermal stress.
  • a further tube 19 is arranged, which serves as a carrier for exchangeable vertebral bodies 14 in Hauptbrenneroxydationsffenkanal.
  • the exiting oxygen flow is strongly set in rotation, into which the dust jets emerging via the specially designed supply elements 15 are sucked.
  • the flame formation can be influenced in its width and length.
  • the annular spaces of the oxidizing tion medium supply (3) and the fuel gas supply (2) to be interchanged. Furthermore, it is possible to exchange the oxidant supply main burner (13) with the Brennstaubkanal (18) in position.
  • the pulverized coal feed tubes (15) in the new fuel dust channel and the vertebral bodies (14) and the vertebral support tube (19) in the new oxidant supply main burner are to be arranged. A combination of both variants is possible.
  • the invention comprises a combination burner for the gasification of pulverulent fuels with a free oxygen-containing oxidizing agent at ambient or higher pressures, and temperatures between 800-1800 0 C, wherein the combination burner of a gas-fired pilot burner with ignition and flame monitoring, arranged in the center of the combination burner is and a burner for dust-like fuel, which is arranged symmetrically around the pilot burner, wherein all operating channels separated from each other by water flowing through cooling channels led to the burner mouth and the media are mixed only at the burner mouth.
  • the combination burner comprises an outer water cooling part (16) and 2 to 6 carbon dust supply pipes (15) which are distributed over the circumference, the inner water cooling part (7) the boundary for receiving a centrally located pilot burner with external vertebral bodies (14) and at the same time forms the oxidant supply main burner (13).
  • the centrally arranged pilot burner consisting of a central tube (1) serves as an optical insight into the gasification chamber with external flame monitoring (6), a fuel gas supply (2) with screw-in nozzle (9), an oxidant supply (3) and water-cooled cooling chambers (5).
  • the central tube (1) is closed with respect to the atmosphere with a quartz glass (12) and carries on the non-pressurized side an optical flame detector, being flushable in the direction of the burner outlet opening with an inert medium, for example nitrogen, to make the penetration hotter Prevent gases from the reaction space.
  • an optical flame detector being flushable in the direction of the burner outlet opening with an inert medium, for example nitrogen, to make the penetration hotter Prevent gases from the reaction space.
  • the outer shell of the pilot burner with the inner cooling part (7) of the main burner part forms the Hauptbrenneroxydationsffenkanal (13), which is equipped at the media outlet with exchangeable vertebral bodies (14) which are mounted on the Wirbel stresses für für technik (19) of the pilot burner and with the aid of which the flame geometry can be adapted in the reaction space.
  • a laser beam generated in a laser source (8) is guided by means of adapters (11) through the central tube (1) into the reaction space.
  • the guided through the central tube (1) in the reaction chamber laser beam is focused such that the focal point in the mixed region of O xidationsstoff and fuel gas (17).
  • the energy density at the focal point of the laser beam is so great that the fuel gas-oxidizing agent mixture in the mixed area of oxidizing agent and fuel gas (17) is brought to the ignition.
  • the oxidizing agent supply main burner (13) including the vertebral body (14) and the vertebral carrier tube (19) and the Brennstaubkanal (18) including the pulverized coal feed tubes (15) are arranged reversed
  • the oxidizing agent supply pilot burner (3) and the fuel gas supply (2) are arranged reversed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

Die Erfindung umfasst einen Pilotbrenner, der zu einem Kohlenstaubkombinationsbrenner für die Vergasung staubförmiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel bei Umgebungs- oder höheren Drücken, sowie Temperaturen zwischen 800-1800°C integrierbar ist, bei dem ein in einer Laserquelle (8) generierter Laserstrahl durch ein Quarzglas und Zentralrohr (1) in den Reaktionsraum führbar ist wobei der Laserstrahl derart fokussiert wird, dass der Brennpunkt im Mischgebiet von Oxidationsmittel und Brenngas liegt.

Description

Beschreibung
Kohlenstaubkombinationsbrenner mit Laser-Zündvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kohlenstaubkombinationsbrenner der zur Vergasung von Kohlestaub bei hohem Druck und Temperatur eingesetzt wird. Diese bestehen im Wesentlichen aus einem Staubbrenner (Hauptbrenner) , welcher konzentrisch um einen Pilotbrenner angeordnet ist. Beide Brenner werden mit Sauerstoff betrieben und Arbeiten im unterstöchiometri- schen Bereich.
Der Pilotbrenner hat zwei Hauptaufgaben zu erfüllen: Erstens liefert der Pilotbrenner die Zündenergie zur Zündung der Hauptbrennerflamme und zweitens wird mit seiner Hilfe ein permanentes Zündpotential für den Hauptbrenner aufrecht erhalten und eine Drucksteigerung durchgeführt. Die Zündung des Pilotbrenners selbst muss in einem abgeschlossenem Reaktionsraum ohne direkten Zugang von Außen bei einem leichten Überdruck (ca. 3 bar) erfolgen. Diese Zündung erfolgt üblicher Weise mittels Zündfunken.
Die Erfindung betrifft einen Pilotbrenner für einen Flugstromvergaser zur Vergasung staubförmiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel bei Drü- cken zwischen Umgebungsdruck und hohen Drücken von 80 bar (8 MPa) sowie Temperaturen zwischen 800-18000C mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Bekannt sind Kohlenstaubbrenner für die Partialoxydation staubförmiger Brennstoffe, die durch einen extern angeordneten Pilotbrenner gezündet werden.
In der Patentschrift DD 285 523 ist ein gattungsgemäßer Pilotbrenner zur partiellen Oxidation von gasförmigen Kohlenwasserstoffen zu CO- und H2-haltigen Gasen in einem unter Druck stehenden Reaktor beschrieben.
Dieser Pilotbrenner besteht aus koaxialen Kanälen für Brenngas und Oxidationsmittel, die nach dem Reaktionsraum hin offen sind und die durch wasserdurchströmte Kanäle getrennt bzw. umhüllt sind. In dem Brenngaskanal ist ein Zündkabel angeordnet, das mit einer Hochspannungszündvorrichtung außerhalb des Brenners verbunden ist und das an seinem nach dem Reaktionsraum zugewandten Ende in eine metallische Elektrode übergeht, die bis an die Brennerspitze geführt ist und hier eine Funkenstrecke zur metallischen Wand bildet. Die Elektrode dieses Brenners ist im Brenngaskanal so positioniert, dass sie durch den die Düse bildenden Konfusor, ringförmige Düse und Diffusor hindurchgeht und am achsparallelen Krümmungsra- dius des Diffusors, d. h. im Wirbelbereich, der den Übergang zum Sauerstoffkanal bildet, die Funkenstrecke zur metallischen Wand hat. Die Anordnung der metallischen Elektrode ist so gewählt, dass einerseits die Direktzündung des Brenngas/Sauerstoffes ermöglicht und andererseits die metallische Elektrode durch das nachströmende Brenngas gekühlt wird.
Die Einführung des Hochspannungszündkabels in den Brenner erfolgt durch zwei separate Druckabdichtungen. Der hierdurch entstehende druckdichte Raum wird als Sicherheitszone gegenüber austretenden Brenngasleckagen genutzt und druckseitig überwacht.
Weitere Kombinationen von aus einem Zünd-, Pilot- und Staubbrenner bestehenden Kombinationsbrenner werden beschrieben in :
- Sino German Gasification and CDM Form vom 5.-6. August
2004 in Beijing
"Lignite and Coal Gasification for Syngas and Ener- getic Gas Production" und
Chinesische Patentanmeldung Nr. CN 200520110716 vom 24. Juni 2005 vom Beijing Aerospace Power Institute
„Vortex burner with flammable powder as fuel"
Die Übertragung des Flammensignals zur Überwachungseinrichtung erfolgt mittels eines mehradrigen Lichtleitkabels. Der bekannte Pilotbrenner hat folgende Mängel.
die Übertragung des Flammensignals aus dem Reaktionsraum zum Flammenwächter erfolgt mittels Lichtleitka- bei, das durch den geringen Abstand zur Flamme thermisch belastet wird und gleichzeitig auch durch auftreffende Russpartikel im Sichtfeld eingeschränkt werden kann. Außerdem behindert die vor dem optischen Einblick befindliche metallische Elektrode den freien Einblick in den Reaktionsraum.
Die metallische Elektrode muss aus Platzgründen als Draht ausgeführt werden, der bis zur Elektrodenspitze mehrfach gebogen ist. Durch dieses instabile Gebilde kann die zur Zündung notwendige Justierung an der Funkenüberschlagstelle nur schwer exakt eingestellt werden. Hierdurch entstehen Zündstörungen und die Funktionstüchtigkeit des Brenners ist nicht immer gewährleistet . - Die Ausführung der wassergekühlten Düse (Konfusor, Zylinder und Diffusor) ist sehr kompliziert und führt besonders im Diffusor zu thermischen Belastungen, die zur Rissbildung im Material und damit zum Ausfall des Brenners führen. - Durch die Anordnung der Elektrodenspitze innerhalb des Diffusors der Düse bildet sich notwendigerweise an dieser Stelle ein Wirbelgebiet aus, das Sauerstoffanteile mit dem Brennstoff mischt und damit ein zündfähiges Gemisch bildet, das gezündet werden kann. Kommt es bei der Zündung zu Medienschwankungen verschiebt sich das Wirbelgebiet und damit die Gemischstelle, was Fehlzündungen zur folge hat. Eine erhöhte Störanfälligkeit ist damit vorgegeben.
Der Kombinationsbrenner nach der chinesischen Patentanmeldung Nr. CN 2005 201 10716 zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass das Pilotbrennergas, sowie der dazugehörige Sauerstoff durch einen gemeinsamen Kanal im Brennerzentrum dem Brennermund zuströmen. Dies birgt die große Gefahr, dass bei Verän- derung der Strömungsgeschwindigkeit, wie sie bei In- und Au- ßerbetriebnahmen auftritt, eine Rückzündung in den Brennerkanal auftritt, die zu seiner Zerstörung führt mit erheblichen Gefährdungen der Betriebssicherheit. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Pilotbrenners, der zu einem Kohlenstaubkombinationsbrenner integrierbar ist und bei dem auf eine nicht kabelgebundene Art und Weise die notwendige Zündenergie zuführbar ist.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß über wird einen optischen Einblick ein Laser- strahl ausreichend hoher Leistung durch den Brenner in den Reaktionsraum geleitet wobei eine Fokussierung des Laserstrahls vor dem Brennermund im Bereich der Mischung von Brenngas und Sauerstoff erfolgt. Durch die Fokussierung des Laserstrahls in diesem Bereich wird lokal die Energiedichte erhöht, so dass dadurch das Brenngas-Sauerstoff-Gemisch gezündet wird.
Durch die Ausbildung der Flamme in der zentralen Achse des Reaktors werden Vorteile gegenüber der bisherigen Lösung hin- sichtlich Ausbrand und Umsatz erreicht. Gleichzeitig erfolgt eine Entflechtung der Medienzuführung zum Reaktorkopf. Mit der Einpassung des Pilotbrenners in den Kohlenstaubbrenner wurden gleichzeitig konstruktive Änderungen am Pilotbrenner vorgenommen, so dass ein funktionssicherer und störungsfreier Betrieb gewährleistet werden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand einer Figur näher erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kohlenstaubkombinationsbrenners mit integriertem Pilotbrenner.
Der erfindungsgemäße Kohlenstaubkombinationsbrenner umfasst einen zentral angeordneten Pilotbrennerteil mit getrennter Brenngas- und Oxydationsmittelzuführung in separaten Kanälen, einer Flammenüberwachungseinrichtung 6 und einer Laserquelle 8. Um diese Baugruppe ist ein Ringraum 13 zur Zuführung des Oxydationsmittels für den Kohlenstaub- Kombinationsbrenner angeordnet. An der ringförmigen Austrittsöffnung sind Drall- schaufeln 14 zur Verwirbelung des Oxydationsmittelstromes angeordnet. Die Außenkontur des Pilotbrenners im Zentrum und das Innenrohr des außen liegenden Hauptbrenners bilden den Hauptbrenneroxidationsmittelkanal (13) . Um diesen Kanal und dem Innenkühlteil 18 sind die Kohlenstaubzuführung 15 und die gekühlte Außenhülle 16 des Hauptbrenners angeordnet.
Der Pilotbrenner umfasst ein zentral angeordnetes, inertgas-, insbesondere Stickstoffgespültes, Rohr 1, das als optische Einblicksöffnung für die außerhalb des Brenners befindliche Flammenüberwachungseinrichtung 6 dient, einen um das Zentralrohr angeordneten Ringraum 2 zur Brenngaszuführung, einen weiteren Ringraum 3 zur Oxydationsmittelzuführung, der an der Stirnfläche geschlossen ist und in einzelne Düsenbohrungen 4 übergeht sowie den das Ganze umhüllenden wasserdurchströmten Ringraum 5 zur Zu- und Abführung des Kühlwassers.
Das zentral angeordnete Rohr 1 ist innerhalb des Brenngaskanals 2 bis an den Brennermund geführt und in Richtung Reaktionsraum mit Stickstoff gespült, um das Eindringen heißer Ga- ses oder Verunreinigungen aus dem Reaktionsraum auszuschließen. Gegenüber der Atmosphäre ist das Zentralrohr mit einem speziellen Quarzglas 12 druckdicht getrennt. Die außerhalb des Brenners befindliche optische Flammenüberwachung erkennt durch das Quarzglas 12 die Brennerflamme und ist somit vor thermischer Belastung und Schmutzpartikeln geschützt.
Das Stickstoffgespülte Zentralrohr 1 dient als Kanal für einen Laserstrahl. Dieser wird außerhalb des Brenners erzeugt (8) und mittels Adapter (11), beispielsweise Prisma oder halbdurchlässigen Spiegel im Zentralrohr ausgerichtet. Der
Laserstrahl wird mittels einer geeigneten Optik derart fokus- siert, dass der Brennpunkt im Mischgebiet von Oxidationsmit- tel und Brenngas des Pilotbrenners (17) liegt und dieses zündfähige Gemisch zündet.
Der um das Zentralrohr befindliche Ringraum 2 zur Zuführung des Brenngases ist am Austritt zur Düsenausbildung eingezogen (im Querschnitt reduziert) .
Die Zuführung des Oxydationsmittels für den Pilotbrenner erfolgt über den Ringraum 3. Dieser Ringraum ist am Austritt zum Reaktionsraum hin mit einem austauschbaren Einschraubteil 10, das mit mehreren Bohrungen 4 versehen ist, verschlossen. Diese Bohrungen 4 können je nach der Beschaffenheit des Brenngases in Durchmesser und Austrittsrichtung angepasst sein .
Der Oxydationsmittelzuführungsraum 3 wird durch ein Wasserkühlsystem 5 umhüllt, das die Inneneinbauten und die Düse des Pilotbrenners vor thermischer Belastung schützt. Um die Wasserkühlung 5 des Pilotbrenners ist ein weiteres Rohr 19 angeordnet, das als Träger für austauschbare Wirbelkörper 14 im Hauptbrenneroxydationsmittelkanal dient. Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung der Hülle um den Pilotbrenner kann bei Demontage des Pilotbrenners schnell und einfach der Wirbelkörper 14 in der Hauptbrenneroxydationsmittelzu- führung gewechselt werden und somit die Hauptbrennerflamme optimal an die Reaktionsraumkontur des Reaktors angepasst werden .
Durch die Ausführung der Oxydationsmittelzuführung mit Wirbelkörpern/Drallschaufeln wird der austretende Sauerstoff- ström stark in Rotation versetzt, in den die über die speziell gestalteten Zuführungselemente 15 austretenden Staubstrahlen eingesaugt werden.
Durch eine unterschiedliche Anstellung der Wirbelkörper bzw. Drallschaufeln kann die Flammenausbildung in ihrer Breite und Länge beeinflusst werden.
In einer gestalterischen Variante des erfindungsgemäßen Kohlenstaubkombinationsbrenners können die Ringräume der Oxida- tionsmittelzuführung (3) und der Brenngaszuführung (2) einander vertauscht angeordnet sein. Weiterhin ist es möglich, die Oxidationsmittelzuführung Hauptbrenner (13) mit dem Brennstaubkanal (18) in ihrer Position zu vertauschen. In diesem Fall sind die Kohlenstaubzuführungsrohre (15) im neuen Brennstaubkanal und die Wirbelkörper (14) und das Wirbelkörperträgerrohr (19) in der neuen Oxidationsmittelzuführung Hauptbrenner anzuordnen. Auch eine Kombination beider Varianten ist möglich.
Die Erfindung umfasst einen Kombinationsbrenner für die Vergasung staubförmiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel bei Umgebungs- oder höheren Drücken, sowie Temperaturen zwischen 800-18000C, wobei der Kombinationsbrenner aus einem gasbeaufschlagten Pilotbrenner mit Zündeinrichtung und Flammenüberwachung, der im Zentrum des Kombinationsbrenners angeordnet ist und einem Brenner für staubförmigen Brennstoff, der symmetrisch um den Pilotbrenner angeordnet ist besteht, wobei alle Betriebskanäle voneinander durch wasserdurchströmte Kühlkanäle getrennt zum Brennermund geführt und die Medien erst am Brennermund gemischt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Kombinationsbrenner ein äußeres Wasserkühlteil (16) und 2 bis 6 Koh- lenstaubzuführungsrohre (15), welche über den Umfang verteilt sind, dessen inneres Wasserkühlteil (7) die Begrenzung zur Aufnahme eines zentral angeordneten Pilotbrenners mit außen liegenden Wirbelkörpern (14) dient und gleichzeitig die Oxidationsmittelzuführung Hauptbrenner (13) bildet. Weiterhin dient der zentral angeordnete Pilotbrenner, bestehend aus einem Zentralrohr (1) als optischer Einblick in den Vergasungsraum mit außen liegender Flammüberwachung (6), einer Brenngaszuführung (2) mit Einschraubdüse (9), einer Oxidationsmittelzuführung (3) und wasserdurchströmten Kühlräumen (5) zur Inbetriebnahme der Kohlenstaubbrennereinheit, bestehend aus innerem Wasserkühlteil (7), Oxidationsmittelzuführung Hauptbrenner (13), Wirbelkörper (14), Kohlenstaubzuführungsrohren (15), äußeres Wasserkühlteil (16) und Brennstaubkanal (18) .. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Zentralrohr (1) gegenüber der Atmosphäre mit einem Quarzglas (12) verschlossen und trägt auf der drucklosen Seite einen optischen Flammenwächter, wobei es in Richtung Brenneraustrittsöffnung mit einem Inertmedium, beispielsweise Stickstoff, spülbar ist, um das Eindringen heißer Gase aus dem Reaktionsraum zu verhindern .
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung geht der Kanal der
Oxydationsmittelzuführung (3) im Bereich des Medienaustritts mittels eines Einschraubteiles (10) mit Düsenbohrungen (4) über, die je nach gewünschter Flammenform in Austrittsrichtung und Austrittswinkel anpassbar sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bildet die äußere Hülle des Pilotbrenners mit dem inneren Kühlteil (7) des Hauptbrennerteiles den Hauptbrenneroxydationsmittelkanal (13) , der am Medienaustritt mit austauschbaren Wirbelkörpern (14) ausgerüstet ist, die auf dem Wirbelkörperträgerrohr (19) des Pilotbrenners befestigt sind und mit deren Hilfe die Flammengeometrie im Reaktionsraum anpassbar ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein in einer La- serquelle (8) generierter Laserstrahl mittels Adapter (11) durch das Zentralrohr (1) in den Reaktionsraum geführt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der durch das Zentralrohr (1) in den Reaktionsraum geführte Laserstrahl derart fokussiert, dass der Brennpunkt im Mischgebiet von O- xidationsmittel und Brenngas (17) liegt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Energiedichte im Brennpunkt des Laserstrahls so groß, dass die Brenngas- Oxidationsmittel-Mischung im Mischgebiet von Oxidationsmittel und Brenngas (17) zur Zündung gebracht wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Oxidations- mittelzuführung Hauptbrenner (13) einschließlich Wirbelkörper (14) und Wirbelkörperträgerrohr (19) sowie der Brennstaubkanal (18) einschließlich der Kohlenstaubzuführungsrohre (15) vertauscht angeordnet
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Oxidations- mittelzuführung Pilotbrenner (3) und die Brenngaszuführung (2) vertauscht angeordnet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind sowohl die Oxi- dationsmittelzuführung Hauptbrenner (13) einschließlich Wirbelkörper (14) und Wirbelkörperträgerrohr (19) sowie der Brennstaubkanal (18) einschließlich der Kohlenstaubzufüh- rungsrohre (15) als auch die Oxidationsmittelzuführung Pilotbrenner (3) und die Brenngaszuführung (2) vertauscht angeordnet .
Bezugs zeichenliste
1 Zentralrohr, Stickstoffgespült
2 Brenngaszuführung 3 Oxidationsmittelzuführung Pilotbrenner
4 Düsenbohrungen
5 Wasserdurchströmte Kühlräume
6 Flammenüberwachung
7 Inneres Wasserkühlteil 8 Laserquelle
9 Einschraubdüse
10 Einschraubteil mit Bohrungen
11 Adapter
12 Quarzglas 13 Oxidationsmittelzuführung Hauptbrenner
14 Wirbelkörper im Hauptbrenneroxidationsmittelstrom
15 Kohlenstaubzuführungsrohre, 2 bis 6 Stück über den Umfang verteilt
16 Äußeres Wasserkühlteil 17 Mischgebiet von Oxidationsmittel und Brenngas
18 Brennstaubkanal
19 Wirbelkörperträgerrohr

Claims

Patentansprüche
1. Pilotbrenner für einen Flugstromvergaser zur Vergasung staubförmiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthal- tenden Oxidationsmittel bei Drücken zwischen Umgebungsdruck und hohen Drücken von 80 bar (8 MPa) sowie Temperaturen zwischen 800-18000C, mit folgenden Merkmalen
— ein zentrales, im Wesentlichen bis zum Brennermund führendes Rohr (1) , — um das zentrale Rohr (1) ein im Wesentlichen bis zum
Brennermund führender Brenngasringkanal (2) konzentrisch angeordnet ist,
- um den Brenngasringkanal (2) ein im Wesentlichen bis zum Brennermund führender Oxidationsmittelringkanal (3) kon- zentrisch angeordnet ist,
— das Zentralrohr (1) auf der dem Brennermund abgewandten Seite gegenüber der Atmosphäre mit einem Quarzglas (12) verschlossen ist und in Richtung Brennermund mit einem Inertmedium, beispielsweise Stickstoff, spülbar ist, — ein in einer Laserquelle (8) generierter Laserstrahl durch das Quarzglas und das Zentralrohr (1) in den Reaktionsraum führbar ist und
- der Laserstrahl derart fokussiert wird, dass der Brennpunkt im Mischgebiet von Oxidationsmittel und Brenngas (17) vor dem Brennermund liegt.
2. Pilotbrenner nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass auf der mit Atmosphärendruck beaufschlagten Seite des Quarz- glases eine Flammenüberwachungseinrichtung (6) angeordnet ist, die eine optische Verbindung durch das Quarzglas in den Reaktionsraum hat.
3. Pilotbrenner nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass auf der mit Atmosphärendruck beaufschlagten Seite des Quarzglases ein Adapter (11) angeordnet ist, der den optischen Weg des Laserstrahls und den optischen Weg der Flammenüberwachungseinrichtung trennt.
4. Pilotbrenner nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter ein optisches Prisma zur Trennung der optischen Wege aufweist.
5. Pilotbrenner nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter einen halbdurchlässigen Spiegel zur Trennung der optischen Wege aufweist.
6. Pilotbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass um den Oxidationsmittelringkanal (3) ein Kühlwasserringkanal (5) konzentrisch angeordnet ist.
7. Pilotbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Pilotbrenner um einen Hauptbrenner zu einem Kombinationsbrenner ergänzt ist, wobei der Hauptbrenner einen Hauptbren- neroxidationsmittelkanal (13), einen Kühlwasserringkanal (7), einen Ringkanal zur Zuführung des staubförmigen Brennstoffs (18) und einen Kühlwasserringkanal (16) aufweist.
8. Pilotbrenner nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbrenneroxidationsmittelkanal (13) konzentrisch um den Kühlwasserringkanal (5) angeordnet ist, der Kühlwasserringkanal (7) konzentrisch um den Hauptbrenneroxidationsmit- telkanal (13) angeordnet ist, der Ringkanal zur Zuführung des staubförmigen Brennstoffs (18) konzentrisch um Kühlwasserringkanal (7) angeordnet ist und der Kühlwasserringkanal (16) konzentrisch um den Ringkanal zur Zuführung des staubförmigen Brennstoffs (18) angeordnet ist.
9. Pilotbrenner nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Hülle des Kühlwasserringkanals (5) ein Wirbelkörperträgerrohr (19) aufweist, das im Bereich des Oxidations- mittelaustritts mit austauschbaren Wirbelkörpern (14) ausge- rüstet ist.
10. Pilotbrenner nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der der Ringkanal zur Zuführung des staubförmigen Brennstoffs (18) konzentrisch um den Kühlwasserringkanal (5) angeordnet ist, der Kühlwasserringkanal (7) konzentrisch um den Ringkanal zur Zuführung des staubförmigen Brennstoffs (18) angeordnet ist, der Hauptbrenneroxidationsmittelkanal (13) konzentrisch um Kühlwasserringkanal (7) angeordnet ist und der Kühlwasserringkanal (16) konzentrisch um den Hauptbrenneroxi- dationsmittelkanal (13) angeordnet ist.
11. Pilotbrenner nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Hülle des Kühlwasserringkanals (7) ein Wirbelkörperträgerrohr aufweist, das im Bereich des Oxidationsmit- telaustritts mit austauschbaren Wirbelkörpern (14) ausgerüstet ist.
12. Pilotbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass
Brenngasringkanal (2) und Oxidationsmittelringkanal (3) gegeneinander vertauscht angeordnet sind.
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