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WO2017121556A1 - Staubbrenner für vergasungsanlagen - Google Patents

Staubbrenner für vergasungsanlagen Download PDF

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Publication number
WO2017121556A1
WO2017121556A1 PCT/EP2016/080632 EP2016080632W WO2017121556A1 WO 2017121556 A1 WO2017121556 A1 WO 2017121556A1 EP 2016080632 W EP2016080632 W EP 2016080632W WO 2017121556 A1 WO2017121556 A1 WO 2017121556A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
burner
oxygen
channel
duct
dust
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/EP2016/080632
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Hannemann
Tino Just
Matthias Köhler
Ralph Schumann
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 WO2017121556A1 publication Critical patent/WO2017121556A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/50—Fuel charging devices
    • C10J3/506—Fuel charging devices for entrained flow gasifiers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/002—Supplying water
    • F23L7/005—Evaporated water; Steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00—Details of gasification apparatus
    • C10J2200/15—Details of feeding means
    • C10J2200/152—Nozzles or lances for introducing gas, liquids or suspensions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2214/00—Cooling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • the invention relates to a gasification burner for the gasification of pulverulent fuels, in which the media to be reacted are fed in separate feed channels of the reaction zone of a gasification reactor.
  • the gasification reaction is carried out with oxygen as the oxidant at pressures Zvi ⁇ rule ambient pressure and high pressure of 8 MPa (80 bar) and temperatures between 800-1800 ° C.
  • steam may be supplied to the gasifier.
  • the steam prior to entering the burner is mixed with the oxygen so far in the prior art and ge ⁇ jointly supplied with the oxygen to the reaction chamber.
  • Pulverized coal burners are known from the patent document DE 10 2007 040 890 and the use ⁇ model DE 20 2014 101 214 in which the media channels through coolant leadingdetei- le are separated. These cooling parts require a larger distance of the oxidizing agent oxygen from ver ⁇ gassing dust-like fuel entering the reaction space and an associated delayed mixing and reaction of the material flows. Another disadvantage of the cooling parts consists in their construction of multi-layered executed
  • a disadvantage of this arrangement is further that the transition of the supply channels in the annular channel can not be made flä ⁇ equal and thus a drop in speed from the feed channel must be taken on the annular gap in purchasing.
  • the change in area can lead to segregation phenomena between conveying gas and dusty fuel.
  • the invention is based on the problem of providing a burner for the gasification of combustible dust, in which hot moderation steam can be supplied in sufficient quantities, in which the temperature in the fuel channel can be kept below a critical temperature limit, in which a mixture of oxidizing agent and fuel after given short distance after exit from the burner, which can be manufactured and operated with reduced effort and in which the heat input from the reaction space is reduced.
  • the supply of cold oxygen 13 and hot steam 12 is realized in separate supply channels, wherein the steam channel is arranged as a central tube and annularly ⁇ closed by an oxygen channel ; the previously required wide cooling part zwi ⁇ 's oxidant channel 10 and Brennstaubkanal is replaced by a less wide metallic partition wall 6, wherein the over long distances on the inside of the partition 6 ge ⁇ led cold oxygen 13 counteracts excessive heating of the fuel channel.
  • a mixing element 1 is arranged at the end of the steam channel 5, which acts the mixture of steam 12 and oxygen 13 on a short distance to the burner mouth be ⁇ .
  • the steam channel can pass into a flower mixer as a mixing element.
  • the invention and in particular the embodiment with a Bloom mixer, thus has the advantage that a sufficient quality of mixing oxygen and steam with low Druckver ⁇ loss can be achieved and avoiding unstable mechanical mixing ⁇ elements. By means of this construction it can be ensured that no oxygen or vapor strands occur and a homogeneous reaction of the oxygen / vapor mixture with pulverulent fuel is provided.
  • the annular oxygen channel as a single tube 6, 7 wei ter ⁇ tercirculation and integrated at the end before exiting the reaction ⁇ a centrally arranged space swirl body 2.
  • This swirl body consists of a hub and arranged thereon baffles, which serve to twist the oxygen / steam mixture and to mix in a row with the dusty fuel.
  • This swirl element arranged downstream of the mixing element additionally ensures that the mixing quality is further improved and the central pipe in particular ⁇ operating conditions condensed water can evaporate without meeting high-temperature stressed components.
  • the dust-like fuel is supplied in tubular elements 8, which ends with tangential employment in an annular channel 9.
  • the central partition respectively, the separating pipe 6 interim ⁇ rule the oxygen and fuel passage in the transition region between the end of the tubular elements, for example, dust pipes 8, and the burner mouth 11 in a specially ⁇ formed component 7 transferred.
  • the design of this component takes place in an advantageous manner by an outwardly parabolic shape (convex) and receives the swirl body 2 in the interior.
  • the parabolic shape brings a reduced surface jump at the outlet of the dust tubes 8 and at the same time a tapering in the direction of the reaction space contour of the fuel channel 9, which due to a
  • the structural design according to which the end of the second separation tube 6 is offset inwards relative to the outer contour of the fuel dust channel 9, causes the passage to be further reduced after the exit of the fuel dust and oxidizing agent from the burner mouth 11.
  • the tapered contour of the Brennstaubkanals 9 allows an embodiment of the burner tip as a truncated cone 15, whereby the heat from the reaction space receiving surface of the Burner tip is reduced. In combination with the cooling of the media, a long service life of the burner is achieved.
  • one or more Thermoe ⁇ elements 3 are integrated in the parabolic shape of the component to detect the heat input into the component and thus to determine the position of the flame. Furthermore, this temperature measurement allows monitoring of the metal temperature and thus a timely shutdown of the burner when exceeding the allowable Grenztempera ⁇ tur.
  • FIG. 1 the projecting into the gasification reactor end of the burner according to the invention
  • FIG. 2 shows details of the flower mixer 1 from FIG. 1.
  • the dust burner according to the invention is designed substantially as a rotationally symmetrical structure with respect to the central axis.
  • the burner has an outer contour as a cylindrical jacket 4, which merges into a truncated cone 15 towards the media outlet 11.
  • the jacket 4 is provided by a liquid-cooled outer cooling part.
  • a central separation pipe 5 is arranged, which serves as a steam ⁇ channel for the supply of hot moderation steam 12. Concentric with the central separation tube 5 is a second
  • Separating tube 6 is arranged, which forms an annular channel for the supply of oxygen 13.
  • annular channel 9 is formed for fuel dust.
  • the inner diameter of the oxidizing agent channel 10 delimited by the second separating tube 6 tapers in the direction of the burner mouth 11.
  • the end of the second separating tube 6 is retracted by approximately 0.2 internal diameter of the second separating tube 6 at the burner mouth.
  • the end of 5 is retracted by a plurality of diameters of the second separation tube 6 and opens into the oxidant channel 10.
  • a flower mixer 1 is arranged.
  • a swirl body 2 is arranged with hub and baffles, which causes a twisting of the exiting oxidation media oxygen 13 and 12 steam.
  • the second separator tube 6 has at its end facing the burner mouth an outwardly parabolic formation 7, which causes a narrowing of the fuel channel 9.
  • one or more dust pipes 8 are guided in a wedge-shaped and terminate in the immediate vicinity of the parabolic formation 7, a plurality of diameter of the dust tube in front of the burner mouth 11.
  • a pocket for receiving a thermocouple 3 is arranged.
  • the flower mixer 1 shown in FIG. 2 has a six-leaf structure, point-symmetrical with respect to the central axis.
  • the oxidizing agent is given by the vapor 12 and the sour ⁇ material 13.
  • the oxidizing agent channel 10 supplies a Mi ⁇ ture of steam and oxygen.
  • the invention is also given by a dust burner for the gasification of pulverulent fuels with a free oxygen-containing oxidant at pressures between ambient pressure and high pressures of 8 MPa and temperatures between 800-1800 ° C, which is out ⁇ leads with an outer cooling part 4, at a (second) separating tube 6 is arranged between the supply of oxygen 13 and the fuel dust 14, which at the end is converted into a parabolically shaped component 7.
  • a swirl body 2 is arranged centrally in the interior of the parabolic component, in which a central separation pipe 5 is guided for the supply of steam 12 substantially to just before the swirl body 2, the dust burner with one or more helically expiring rohrformigen dust supply elements 8 is executed and of which at least 3 identical and symmetrical about a pilot burner dust burner are arranged, which are accommodated in a burner mounting device.
  • the invention also includes a gasification burner with a centrally located pilot burner.

Landscapes

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

Es wird ein Brenner für die Vergasung staubförmiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel bei Drücken von Umgebungsdruck bis 8 MPa und Temperaturen zwischen 800-1800°C vorgeschlagen, bei dem ein zentraler Dampfkanal (5) von einem Sauerstoffkanal (6) und der wiederum von einem Brennstaubkanal (9) ringförmig umschlossen sind, wobei der Dampfkanal mehrere Sauerstoffkanal-Durchmesser vor dem Brennermund endet. Bei dem erfindungsgemäßen Brenner ist die Zuführung von kaltem Sauerstoff (13) und heißem Dampf (12) in separaten Zuführungskanälen realisiert; der Sauerstoffkanal und der Brennstaubkanal sind lediglich durch eine metallische Trennwand (6) getrennt, wobei der über weite Strecken an der Innenseite der Trennwand (6) geführte kalte Sauerstoff (13) einer übermäßigen Aufheizung des Brennstaubkanals entgegenwirkt. Damit ist sichergestellt, dass die Temperatur im Brennstaubkanal unterhalb einer kritischen Grenztemperatur gehalten, aber gleichzeitig heißer Moderationsdampf in ausreichenden Mengen zugeführt werden kann. Der verringerte Abstand von Sauerstoffkanal und Brennstaubkanal am Brennermund bewirkt eine Mischung von Sauerstoff und Brennstaub nach kurzem Weg nach Austritt aus dem Brenner. Es ist ein schlanker Brenner mit kompakten Abmessungen geschaffen, bei dem der Wärmeeintrag aus dem Reaktionsraum reduziert ist.

Description

Beschreibung
Staubbrenner für Vergasungsanlagen
Die Erfindung betrifft einen Vergasungsbrenner für die Vergasung staubförmiger Brennstoffe, in dem die umzusetzenden Medien in separaten Zuführungskanälen der Reaktionszone eines Vergasungsreaktors zugeführt werden. Die Vergasungsreaktion erfolgt mit Sauerstoff als Oxidationsmittel bei Drücken zwi¬ schen Umgebungsdruck und hohen Drücken von 8 MPa (80 bar) sowie Temperaturen zwischen 800-1800°C. Zur Moderation der Reaktion und Einstellung der Vergasungstemperatur- und Synthesegaszusammensetzung kann Dampf dem Vergaser zugeführt werden. Hierfür wird bisher im Stand der Technik der Dampf vor Eintritt in den Brenner mit dem Sauerstoff gemischt und ge¬ meinsam mit dem Sauerstoff dem Reaktionsraum zugeführt.
Bei einem Flugstromvergaser erfolgt die Zündung des staubförmigen Brennstoffes mit Hilfe eines zentral am Kopf des Verga¬ sers angeordneten Pilotbrenners, der mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen betrieben und zusätzlich zur Drucksteigerung bei Anfahrvorgängen und zur Druckhaltung bei Ausfall der Staubbrenner verwendet werden kann. Mehrere Staub¬ brenner sind um diesen Pilotbrenner symmetrisch verteilt positioniert, um ein ungleichmäßiges Temperaturprofil im Reak¬ tionsraum zu vermeiden. Die einzelnen dem Staubbrenner zugeführten Stoffströme wie Sauerstoff, Dampf oder der mit Gas fluidisierte staubförmige Brennstoff werden voneinander unab¬ hängig und in einzelnen ringförmigen Kanälen oder durch rohr- förmige Elemente dem Reaktionsraum zugeführt. Da die einzel¬ nen Stoffströme unterschiedliche Temperaturen aufweisen, kann es trotz Trennung der Medien durch Trennwände zu unerwünschten Wechselwirkungen kommen. Zum Beispiel kann es durch unterschiedliche Temperaturen des Sauerstoffes und Dampfes zur Abkühlung des Dampfes durch den kälteren Sauerstoff und damit zur Kondensation eines Teils des Wasserdampfes kommen. Diese Kondensation ist mit einer starken Volumenkontraktion verbunden, was letztendlich zu unerwünschten Betriebszuständen, wie beispielsweise RückStrömungen, führen kann. Des Weiteren können bei Wiederverdampfung auf der der Reaktionszone zugewand¬ ten Oberfläche des Brenners unzulässige Temperaturgradienten und damit höhere Spannungszustände im Material auftreten, die zu einer Reduzierung der Standzeit führen. Ein weiterer unerwünschter Betriebszustand entsteht, wenn die gegenüber dem staubförmigen Brennstoff, wie zum Beispiel der Kohle, hohe Temperatur des Dampfes zu einer Aufheizung des Kohlenstaubes führt. In Abhängigkeit des Inkohlungsgrades aber auch des Ge- haltes an flüchtigen Bestandteilen im staubförmigen Brennstoff ist es dadurch möglich, dass es zu Vorstufen einer Pyrolysereaktion und Freisetzung von flüssigen und/oder gasförmigen Produkten kommt. Diese freigesetzten Produkte können den Kohlenstaubstrom nachteilig beeinflussen und zu Förder- problemen bis hin zur Verblockung führen.
Aus dem Patentdokument DE 10 2007 040 890 und dem Gebrauchs¬ muster DE 20 2014 101 214 sind Kohlenstaubbrenner bekannt, bei denen die Medienkanäle durch Kühlwasser-führende Kühltei- le voneinander getrennt sind. Diese Kühlteile bedingen einen größeren Abstand des Oxidationsmittels Sauerstoff vom zu ver¬ gasenden staubförmigen Brennstoff beim Eintritt in den Reaktionsraum und eine damit verbundene verzögerte Durchmischung und Reaktion der Stoffströme. Ein weiterer Nachteil der Kühl- teile besteht in ihrem Aufbau aus mehrlagig ausgeführten
Trennwänden, der Zu- und Abführung des Kühlwassers über einen zusätzlich notwendigen Wasserkreislauf mit Rückkühlung und komplexer Verrohrung am Brennerkopf sowie den damit verbunde¬ nen höheren Investitionskosten und aufwendigerer Montage beim Brennerwechsel.
Die in DE 10 2007 040 890 und DE 20 2014 101 214 beschriebe¬ nen Brenner zeigen rohrförmige oder rechteckige Zuführungska¬ näle für den staubförmigen Brennstoff, die kurz vor dem Aus- tritt aus dem Brenner in einen Ringspalt münden. Diese Zuführungskanäle werden Wendei-förmig dem Ringkanal zugeführt, wo¬ mit eine gleichmäßigere Verteilung des staubförmigen Brennstoffes am Austritt des Ringkanals zu erreicht wird. Die er- zeugte tangentiale Geschwindigkeitskomponente führt zu einer radial nach außen gerichteten Strömung, welche vom innen liegenden Sauerstoffkanal wegführt und damit zu einer Ver¬ schlechterung der Durchmischung von Sauerstoff und Brennstaub beiträgt. Nachteilig an dieser Anordnung ist weiterhin, dass der Übergang der Zuführungskanäle in den Ringkanal nicht flä¬ chengleich erfolgen kann und somit ein Geschwindigkeitsabfall vom Zuführungskanal auf den Ringspalt in Kauf genommen werden muß. Die Flächenänderung kann zu Entmischungserscheinungen zwischen Fördergas und staubförmigen Brennstoff führen.
In der Patentdokument DE 10 2007 040 890 erfolgt eine wirksa¬ me Trennung der Medien durch Kühlteile aber auch Wasser- durchflos sene Wände mit einer Kühlwassertemperatur unter 100°C. Dadurch kann die Temperatur im Kohlenstaubkanal unterhalb der Entgasungstemperatur staubförmiger Brennstaubes, wie zum Beispiel von Braunkohle, gehalten werden.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Brenner für die Vergasung von Brennstaub anzugeben, bei dem heißer Moderationsdampf in ausreichenden Mengen zugeführt werden kann, bei dem die Temperatur im Brennstaubkanal unterhalb einer kritischen Grenztemperatur gehalten werden kann, bei dem eine Mischung von Oxidationsmittel und Brennstaub nach kurzer Strecke nach Austritt aus dem Brenner gegeben ist, der mit reduziertem Aufwand hergestellt und betrieben werden kann und bei dem der Wärmeeintrag aus dem Reaktionsraum reduziert ist .
Das Problem wird durch einen Brenner mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .
Bei dem erfindungsgemäßen Brenner ist die Zuführung von kaltem Sauerstoff 13 und heißem Dampf 12 in separaten Zuführungskanälen realisiert, wobei der Dampfkanal als Zentralrohr angeordnet und durch einen Sauerstoffkanal ringförmig um¬ schlossen ist; das bislang erforderliche breite Kühlteil zwi¬ schen Oxidationsmittelkanal 10 und Brennstaubkanal ist durch eine weniger breite metallische Trennwand 6 ersetzt, wobei der über weite Strecken an der Innenseite der Trennwand 6 ge¬ führte kalte Sauerstoff 13 einer übermäßigen Aufheizung des Brennstaubkanals entgegenwirkt. Damit ist sichergestellt, dass die Temperatur im Brennstaubkanal unterhalb einer kriti¬ schen Grenztemperatur gehalten, aber gleichzeitig heißer Moderationsdampf in ausreichenden Mengen zugeführt werden kann. Der verringerte Abstand von Oxidationsmittelkanal und Brenn¬ staubkanal am Brennermund bewirkt eine rasche Mischung von Oxidationsmittel und Brennstaub nach kurzem Weg nach Austritt aus dem Brenner. Der Aufwand für die Herstellung und den Betrieb des bislang erforderlichen Kühlteils zwischen Oxidationsmittelkanal und Brennstaubkanal entfällt. Es ist ein schlanker Brenner mit kompakten Abmessungen geschaffen, bei dem der Wärmeeintrag aus dem Reaktionsraum reduziert ist.
In besonderer Ausgestaltung ist am Ende des Dampfkanals 5 ein Mischelement 1 angeordnet, das die Mischung von Dampf 12 und Sauerstoff 13 auf einer kurzen Strecke zum Brennermund be¬ wirkt. In besonderer Ausgestaltung kann der Dampfkanal in einen Blütenmischer als Mischelement übergehen. Die Erfindung, und insbesondere die Ausgestaltung mit einem Blütenmischer, hat somit den Vorteil, dass eine ausreichende Mischqualität von Sauerstoff und Dampf bei gleichzeitig geringem Druckver¬ lust erreicht werden kann und mechanisch instabilere Misch¬ elemente vermieden werden. Durch diesen Aufbau kann sichergestellt werden, dass keine Sauerstoff- oder Dampfsträhnen auf¬ treten und eine homogene Reaktion des Sauerstoff/Dampf- Gemisches mit staubförmigem Brennstoff gegeben ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der ringförmige Sauerstoffkanal als Einzelrohr 6, 7 wei¬ tergeführt und an dessen Ende vor Austritt in den Reaktions¬ raum ein mittig angeordneter Drallkörper 2 integriert. Dieser Drallkörper besteht aus einer Nabe und darauf angeordneten Leitblechen, die dazu dienen, das Sauerstoff/Dampf-Gemisch zu verdrallen und in Folge mit dem staubförmigen Brennstoff zu durchmischen. Durch diesen dem Mischelement nachgeordneten Drallkörper wird zusätzlich sichergestellt, dass die Misch- qualität weiter verbessert wird und am Zentralrohr in beson¬ deren Betriebszuständen kondensiertes Wasser verdampfen kann, ohne auf Hochtemperatur beanspruchte Bauteile zu treffen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der staubförmige Brennstoff in rohrförmigen Elementen 8 zugeführt, welche mit tangentialer Anstellung in einem Ringkanal 9 enden. Um den dabei auftretenden Flächensprung zu verringern wird die mittlere Trennwand, respektive das Trennrohr 6, zwi¬ schen dem Sauerstoff- und Brennstoffkanal im Übergangsbereich zwischen dem Ende der rohrförmigen Elemente, zum Beispiel Staubrohre 8, und dem Brennermund 11 in ein speziell ausge¬ formtes Bauteil 7 überführt. Die Gestaltung dieses Bauteiles erfolgt in vorteilhafter Weise durch eine nach außen parabolische Form (konvex) und nimmt im Inneren den Drallkörper 2 auf. Die parabolische Ausformung bringt einen verringerten Flächensprung am Austritt der Staubrohre 8 und gleichzeitig eine in Richtung des Reaktionsraumes spitz zulaufende Kontur des Brennstaubkanals 9, womit aufgrund einer
Querschnittsverringerung eine ansteigende Staubaustrittsge- schwindigkeit bewirkt wird. Durch diese vorteilhafte Kontur ist eine Entmischung der Dichtstromförderung bis zum Austritt aus dem Brenner und eine homogene Verteilung des Brennstaubes im Ringraum des Brennstaubkanals 9 gegeben. Das spitze Aus¬ laufen des Ringraums des Brennstaubkanals 9 am Brennermund führt weiterhin dazu, dass nach dem Austritt von Brennstaub und Oxidationsmittel aus dem Brennermund 11 der Weg bis diese sich vermischen verkürzt ist .
Die konstruktive Ausgestaltung, wonach das Ende des zweiten Trennrohrs 6 gegenüber der Außenkontur des Brennstaubkanals 9 nach Innen versetzt ist, bewirkt, dass nach dem Austritt von Brennstaub und Oxidationsmittel aus dem Brennermund 11 der Weg bis diese sich vermischen weiter verkürzt ist .
Die spitz zulaufende Kontur des Brennstaubkanals 9 ermöglicht eine Ausgestaltung der Brennerspitze als Kegelstumpf 15, wodurch die Wärme aus dem Reaktionsraum aufnehmende Fläche der Brennerspitze verringert ist . In Kombination mit der durch die Medien erfolgten Bauteilkühlung wird eine lange Standzeit des Brenners erreicht. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in die parabolische Ausformung des Bauteiles ein oder mehrere Thermoe¬ lemente 3 integriert, um den Wärmeeintrag in das Bauteil zu erfassen und somit die Position der Flamme zu bestimmen. Weiterhin ermöglicht diese Temperaturmessung eine Überwachung der Metalltemperatur und somit eine rechtzeitige Abschaltung des Brenners bei Überschreitung der zulässigen Grenztempera¬ tur .
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig 1 das in den Vergasungsreaktor ragende Ende des erfindungsgemäßen Brenners und
Fig 2 nähere Einzelheiten des Blütenmischers 1 aus Fig 1.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Ele- mente.
Der erfindungsgemäße Staubbrenner ist im Wesentlichen als ein bezüglich der Zentralachse rotationssymmetrisches Gebilde ausgestaltet. Der Brenner weist als Außenkontur einen zylind- rischen Mantel 4 auf, der zum Medienaustritt 11 hin in einen Kegelstumpf 15 übergeht. Der Mantel 4 ist durch ein flüssig- keit s-gekühltes äußeres Kühlteil gegeben. Innerhalb des Man¬ tels ist ein zentrales Trennrohr 5 angeordnet, das als Dampf¬ kanal für die Zuführung von heißem Moderationsdampf 12 dient . Konzentrisch zu dem zentralen Trennrohr 5 ist ein zweites
Trennrohr 6 angeordnet, das einen Ringkanal für die Zuführung von Sauerstoff 13 bildet. Das Ende des Staubbrenners, an dem die Vergasungsmedien Dampf 12, Sauerstoff 13, und Brennstoff 14 aus dem Brenner austreten, bildet den Brennermund 11. Zwischen dem zweiten Trennrohr 6 und dem äußeren Kühlteil 4 ist ein Ringkanal 9 für Brennstaub gebildet. Der Innendurchmesser des durch das zweite Trennrohr 6 begrenzten Oxidationsmittel- kanals 10 verjüngt sich in Richtung zum Brennermund 11. Das Ende des zweiten Trennrohres 6 ist am Brennermund um etwa 0,2 Innendurchmesser des zweiten Trennrohres 6 zurückgezogen. Das Ende des 5 ist um mehrere Durchmesser des zweiten Trennrohres 6 zurückgezogen und mündet in den Oxidationsmittelkanal 10. Am Ende des Dampfkanals 5 ist ein Blütenmischer 1 angeordnet . Im Ende des zweiten Trennrohres 6, des Oxidationsmittelkanals 10 ist ein Drallkörper 2 mit Nabe und Leitblechen angeordnet, der eine Verdrallung der austretenden Oxidationsmedien Sauerstoff 13 und Dampf 12 bewirkt. Das zweite Trennrohr 6 weist an seinem dem Brennermund zugewandten Ende eine nach außen hin parabolische Ausformung 7 auf, die eine Verengung des Brennstaubkanals 9 bewirkt. In dem Brennstaubkanal 9 sind ein oder mehrere Staubrohre 8 Wendei-förmig geführt und enden in unmittelbarer Nähe der parabolischen Ausformung 7, mehrere Durchmesser des Staubrohres vor der dem Brennermund 11. In der parabolischen Ausformung 7 ist eine Tasche zur Aufnahme eines Thermoelements 3 angeordnet.
Der in Fig 2 dargestellte Blütenmischer 1 weist eine 6- blättrige Struktur, punktsymmetrisch zur Zentralachse, auf.
Das Oxidationsmittel ist durch den Dampf 12 und den Sauer¬ stoff 13 gegeben. Der Oxidationsmittelkanal 10 führt eine Mi¬ schung aus Dampf und Sauerstoff.
Die Erfindung ist auch gegeben durch einen Staubbrenner für die Vergasung staubförmiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel bei Drücken zwischen Umgebungsdruck und hohen Drücken von 8 MPa sowie Temperaturen zwischen 800-1800°C, der mit einem äußeren Kühlteil 4 ausge¬ führt ist, bei dem ein (zweites) Trennrohr 6 zwischen der Zuführung von Sauerstoff 13 und Brennstaub 14 angeordnet ist, das am Ende in ein parabolisch ausgeformtes Bauteil 7 über- geht, bei dem im Inneren des parabolisch ausgeführten Bauteiles ein Drallkörper 2 mittig angeordnet ist, bei dem ein zentrales Trennrohr 5 für die Zuführung von Dampf 12 im Wesentlichen bis kurz vor den Drallkörper 2 geführt ist, der Staubbrenner mit einem oder mehreren schraubenförmig auslaufenden rohrformigen Staubzuführungselementen 8 ausgeführt ist und von dem mindestens 3 baugleiche und symmetrisch um einen Pilotbrenner Staubbrenner angeordnet sind, die in einer Brennerbefestigungsvorrichtung aufgenommen sind.
Die vorliegende Erfindung wurde zu Illustrationszwecken anhand von konkreten Ausführungsbeispielen im Detail erläutert. Dabei können Elemente der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden. Die Erfindung soll daher nicht auf einzelne Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich eine Beschränkung durch die angehängten Ansprüche erfahren .
Die Erfindung schließt auch einen Vergasungsbrenner mit einem zentral angeordneten Pilotbrenner ein.
Bezugszeichenliste
1. Blütenmischer
2. Drallkörper mit Nabe und Leitblechen
3. Thermoelement
4. Äußeres Kühlteil, Mantel
5. Zentrales Trennrohr, Dampfkanal
6. Zweites Trennrohr, Sauerstoffkanal
7. Parabolisches Bauteil, konvexes Bauteil
8. Staubrohr
9. Brennstaubkanal
10. Oxidationsmittelkanal
11. Brennermund
12. Dampf
13. Sauerstoff
14. Brennstaub
15. Kegelstumpf

Claims

Patentansprüche
1. Brenner für die Vergasung staubförmiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel bei Drücken von Umgebungsdruck bis 8 MPa und Temperaturen zwischen 800-1800°C, bei dem
die Vergasungsmedien Brennstaub (14), gasförmiger Sauerstoff (13) und Wasserdampf (12) am Brennermund (11) aus¬ treten,
- der Dampfkanal (5) durch einen Sauerstoffkanal (6) ring¬ förmig umschlossen ist,
der Sauerstoffkanal durch einen Brennstaubkanal (9) ringförmig umschlossen ist,
er Brennstaubkanal (9) durch einen Flüssigkeits- gekühlten Mantel (4) umschlossen ist,
der Sauerstoffkanal bis zum Brennermund geführt ist und der Dampfkanal in einem Abstand von mehreren (n = 2, 3, 4, 5..) Durchmessern des Sauerstoffkanals vor dem Brennermund (11) in den Sauerstoffkanal mündet.
2. Brenner nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dampfkanal als Zentralrohr angeordnet
3. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
am Ende des Dampfkanals ein Mischelement (1) angeordnet ist.
4. Brenner nach Anspruch 3
dadurch gekennzeichnet, dass
das Mischelement (1) durch einen Blütenmischer gegeben ist.
5. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
der Oxidationsmittelkanal (10) in Richtung des Brennermundes (11) einen sich verjüngenden Querschnitt aufweist.
6. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass
am Ende des Oxidationsmittelkanals (10) ein Drallkörper (2) angeordnet ist.
7. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
der Oxidationsmittelkanal (10) am Brennermund (11) um einen Bruchteil des Durchmessers des Oxidationsmittelkanals ins In- nere des Brenners zurückversetzt angeordnet ist.
8. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
der Brennstaubkanal (9) eine in Richtung des Brennermundes (11) spitz zulaufende Kontur aufweist.
9. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Brennstaubrohr (8) in einem Abstand von mehre- ren (n=2, 3, 4, 5..) Durchmessern des Brennstaubrohres vor dem Brennermund in den Brennstaubkanal (9) mündet.
10. Brenner nach Anspruch 9
dadurch gekennzeichnet, dass
das den Sauerstoffkanal (10) zum Brennstaubkanal (9) begren¬ zende Trennrohr (6) zwischen dem Ende des Brennstaubrohres (8) und dem Brennermund (11) eine den Brennstaubkanal (9) verengende parabolische Ausweitung (7) aufweist.
11. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die Trennwand zwischen Dampfkanal (5) und Sauerstoffkanal (6) frei von einer Flüssigkeits-Kühlung ist.
12. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die Trennwand (6) zwischen Sauerstoffkanal (10) und Brenn¬ staubkanal (9) frei von einer Flüssigkeits-Kühlung ist.
13. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet , das s
in dem Trennrohr (6) , das den Sauerstoff kanal (10) zum Brenn- staubkanal (9) begrenzt, ein Thermoelement (3) angeordnet ist .
14. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet , das s
die Brennerspitze in Form eines Kegelstumpfes (15) ausgestal¬ tet ist.
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