AT 402 440 BAT 402 440 B
Die Erfindung betrifft einen Brenner zur Verbrennung von Brennstoffen mit Hilfe von mittels des Brenners zugeführtem Sauerstoff, für einen Einsatz in einem brennbare Gase enthaltenden Reaktor, insbesondere für einen Einsatz in einem Einschmelzvergaser zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder Stahlvorprodukten, einem Kohlevergaser oder einem Schmelzreaktor für oxidische und sulfidische Nichteisenmetalle.The invention relates to a burner for the combustion of fuels with the aid of oxygen supplied by the burner, for use in a reactor containing combustible gases, in particular for use in a melter gasifier for the production of molten pig iron or intermediate steel products, a coal gasifier or a melting reactor for oxidic gases and sulfidic non-ferrous metals.
Ein Brenner zum Einsatz in einem Einschmelzvergaser ist beispielsweise aus der EP 481 955 A2 bekannt. Dieser bekannte Brenner hat sich beim Einsatz in einem Einschmelzvergaser bewährt, da er eine zufriedenstellende Verbrennung des zugeführten feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffes erlaubt, und weiters eine hohe Standzeit aufweist. Die zufriedenstellende Verbrennung des zugeführten festen Brennstoffes wird durch die bei Verbrennung des Brennstoffes sich bildenden inerten Verbrennungsgase sichergestellt. Diese Verbrennungsgase, die infolge der speziellen Brennermündungskonstruktion bei geringer Wirbelbildung eines Sauerstoffstrahles, der beim Austritt aus dem Brennermund den Brennstoffstrahl ringförmig umgibt, den Sauerstoffstrahl außen umgeben, verhindern weitestgehend ein Vermischen dieses Sauerstoffstrahles mit im Reaktor befindlichen brennbaren Gasen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei unterschiedlichen Brennbedingungen eine Teilverbrennung von in dem Reaktor, in dem der Brenner zum Einsatz gelangt, vorhandenen brennbaren Gasen nicht ausgeschlossen werden kann, insbesondere bei Auftreten eines Verschleißes an der Brennermündung.A burner for use in a melter gasifier is known for example from EP 481 955 A2. This known burner has proven itself when used in a melter gasifier, since it permits satisfactory combustion of the fine-grained to dust-like solid fuel supplied, and furthermore has a long service life. The satisfactory combustion of the supplied solid fuel is ensured by the inert combustion gases formed when the fuel is burned. These combustion gases, which due to the special burner mouth design with little eddy formation of an oxygen jet which surrounds the fuel jet in a ring when it exits the burner mouth, largely prevent mixing of this oxygen jet with combustible gases in the reactor. However, it has been shown that, under different combustion conditions, partial combustion of combustible gases present in the reactor in which the burner is used cannot be ruled out, in particular if wear occurs at the burner mouth.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Brenner zu schaffen, mit dem nicht nur ein guter Ausbrand des zugeführten feinteiligen bis staubförmigen Brennstoffes stattfindet, sondern weiters ein Verbrennen von im Reaktor enthaltenen brennbaren Gasen zuverlässig vermieden wird, u.zw. bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen, daß die im Reaktor enthaltenen brennbaren Gase in ihrer Gesamtmenge für andere im Reaktor ablaufende Prozesse zur Verfügung stehen. Weiters soll der dem Brenner zugeführte Sauerstoff ausschließlich zur Verbrennung des dem Brenner zugeführten Brennstoffes dienen.The invention has for its object to provide a burner with which not only a good burnout of the supplied fine-particle to dust-like fuel takes place, but also reliably prevents combustion of combustible gases contained in the reactor, etc. with different operating conditions that the combustible gases contained in the reactor are available in their entirety for other processes taking place in the reactor. Furthermore, the oxygen supplied to the burner should only be used to burn the fuel supplied to the burner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein zentrales Innenrohr zur Zuführung des gesamten Sauerstoffes sowie ein das zentrale Innenrohr umgebender, von einem eine Außenwand des Brenners bildenden Außenrohr begrenzter Ringspalt zur Zuführung der Brennstoffe vorgesehen sind.This object is achieved in that a central inner tube for supplying all of the oxygen and an annular gap surrounding the central inner tube and delimited by an outer tube forming an outer tube are provided for the supply of the fuels.
Ein Brenner, bei dem Sauerstoff zentral eingeleitet wird und feste Brennstoffe über einen den Sauerstoffstrahl umgebenden Ringspalt zugeführt werden, ist beispielsweise aus der EP 129 921 B bekannt. Bei diesem bekannten Brenner wird jedoch zusätzlich zu dem zentral eingeleiteten Sauerstoff ein weiterer Sauerstoffstrahl zugeführt, der den festen Brennstoff mantelförmig peripher umgibt. Nachteilig ist hierbei, daß dieser Brenner für einen Reaktor, in dem sich brennbare Gase befinden, nur bedingt einsetzbar ist, zumal es zu einer Teil Verbrennung der in dem Reaktor enthaltenen brennbaren Gase durch den peripheren und zumindest teilweise verwirbelten Sauerstoff strahl kommen kann. Damit würde der Sauerstoff, der eigentlich zur Verbrennung der feinteiligen bis staubförmigen, über den Brenner zugeführten Brennstoffe vorgesehen ist, vorzeitig verbraucht werden, und es könnte der über den Brenner zugeführte Brennstoff nicht mehr vollkommen ausgebrannt werden. Zur Erzielung eines vollständigen Ausbrandes des Brennstoffes müßte man daher bei diesem bekannten Brenner die Sauerstoffmenge wesentlich erhöhen. Dies verursacht jedoch wiederum zusätzliche Kosten.A burner in which oxygen is introduced centrally and solid fuels are supplied via an annular gap surrounding the oxygen jet is known, for example, from EP 129 921 B. In this known burner, however, in addition to the centrally introduced oxygen, a further oxygen jet is supplied, which surrounds the solid fuel in a peripheral jacket-like manner. The disadvantage here is that this burner for a reactor in which there are combustible gases can only be used to a limited extent, especially since there may be a partial combustion of the combustible gases contained in the reactor by the peripheral and at least partially swirled oxygen jet. This would prematurely use up the oxygen which is actually intended for the combustion of the finely divided to dust-like fuels supplied via the burner, and the fuel supplied via the burner could no longer be completely burned out. To achieve complete burnout of the fuel, one would therefore have to increase the amount of oxygen significantly in this known burner. However, this in turn causes additional costs.
Der peripher zugeführte Sauerstoffstrahl bewirkt weiters durch seinen großen Neigungswinkel in Richtung zum Zentrum eine Störung der vom zentral eingeleiteten Sauerstoff und umgebenden Brennstoff gebildeten Verbrennungszone. Außerdem wird durch Verschleiß der Mündungsspitze Richtung und Geschwindigkeit des Strahles des außen zugeleiteten Sauerstoffes stark verändert, was zu veränderten Verbrennungsbedingungen führt und ebenfalls einen vollständigen Ausbrand des zugeführten Brennstoffes verhindert, was durch übermäßig hohe Sauerstoffzufuhr nur mehr teilweise zu kompensieren ist.The peripherally supplied oxygen jet also causes a disturbance in the combustion zone formed by the centrally introduced oxygen and surrounding fuel due to its large angle of inclination towards the center. In addition, the wear and tear on the tip of the mouth greatly changes the direction and speed of the jet of the oxygen supplied externally, which leads to changed combustion conditions and also prevents the fuel supplied from completely burning out, which can only be partially compensated for by excessively high oxygen supply.
In jedem Fall kommt es bei dem bekannten Brenner zu einer Störung der Prozesse, die in einem brennbare Gase enthaltenden Reaktor stattfinden sollen, da ein Teil der Reaktorgase durch den Sauerstoff verbraucht wird und für die im Reaktor durchzuführenden Prozesse nicht mehr zur Verfügung steht.In any case, in the known burner, the processes which are to take place in a reactor containing combustible gases are disturbed, since some of the reactor gases are consumed by the oxygen and are no longer available for the processes to be carried out in the reactor.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Innenrohr des erfindungsgemäßen Brenners ein Stützrohr aus hitzebeständigem Stahl auf, das außenseitig, dem Ringspalt zugewendet, von einem Keramikrohr umgeben ist. Hierdurch gelingt es, den Verschleiß des Brenners gering zu halten und eine hohe Standzeit des Brenners zu erzielen. Ein besonderer Vorteil dieser bevorzugten Ausführungsform ist darin zu sehen, daß der Brenner eine schlanke Bauweise aufweisen kann, zumal eine Kühlung des den Sauerstoff zuführenden Innenrohres nicht notwendig ist. Das Stützrohr sorgt für die mechanische Festigkeit und das Keramikrohr für gute Abrasiv-Eigenschaften und thermische Beständigkeit des Innenrohrendes.According to a preferred embodiment, the inner tube of the burner according to the invention has a support tube made of heat-resistant steel, which is surrounded on the outside, facing the annular gap, by a ceramic tube. In this way it is possible to keep the wear of the burner low and to achieve a long service life for the burner. A particular advantage of this preferred embodiment can be seen in the fact that the burner can have a slim design, especially since cooling of the inner tube supplying the oxygen is not necessary. The support tube ensures the mechanical strength and the ceramic tube ensures good abrasive properties and thermal resistance of the inner tube end.
Aus der US 4,865,542 A und US 4,736,693 A sind Brenner bekannt, bei denen feste Brennstoffe durch ein zentrales Innenrohr zugeführt werden und Sauerstoff über einen das Innenrohr umgebenden Ringspalt zugeführt wird. Es handelt sich also um grundsätzlich andere Brennertypen als erfindungsgemäß. Bei diesen Brennertypen sind die Kanäle und die Auslässe für das sauerstoffhältige Gas bzw. den Sauerstoff 2From US 4,865,542 A and US 4,736,693 A, burners are known in which solid fuels are supplied through a central inner pipe and oxygen is supplied through an annular gap surrounding the inner pipe. Basically, the burner types are different from those according to the invention. In these types of burners, the channels and the outlets for the oxygen-containing gas or oxygen are 2