DD145035A3 - BURNER FOR THE GASIFICATION OF DUSTFUL FUELS - Google Patents
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Description
A* 20 8 1 A * 20 8 1
Titel der ErfindungTitle of the invention
Brenner für die Vergasung von staubförmigen BrennstoffenBurner for the gasification of dust-like fuels
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft einen Brenner für die Vergasung von staubförmigen Brennstoffen unter Druck bis zu 50 bar mittels dem Braunkohlenstaub und ein Vergasungsmittel oder Vergasungsmittelgemisch einem Reaktor zur Erzeugung von Druckvergasungsgas zugeführt werden kann.The invention relates to a burner for the gasification of dust-like fuels under pressure up to 50 bar by means of lignite dust and a gasification agent or Vergasungsmittelgemisch a reactor for generating pressure gasification gas can be supplied.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Die bisher bekannten Vorrichtungen zur voneinander getrennten Zuführung von staubförmigen Brennstoffen und Vergasungsmittel in Vergasungsräume, allgemein Brenner genannt, haben zur. Grundlage, daß der staubförmige Brennstoff durch ein zentral im Brenner angeordnetes Rohr geführt wird. Um dieses Zentralrohr sind in der Regel konzentrisch ein oder mehrere Rohre so gelagert, daß sich ringförmige Kanäle zwischen den Rohren bilden. Diese Kanäle dienen der Zufuhr eines oder mehrerer Vergasungsmittel oder von Vergasungsmittelgemischen in den Reaktionsraum«, Das oder die Vergasungsmittel treten r-saktionsraumseitig aus diesen Kanälen entweder aus ringförmigen Querschnitten oder aus Bohrungen aus, die meist ringförmig angeordnet die Kanäle abschlies sen und reagieren dann mit dem zentralen Staubstrahl. Die Zuführung von staubförmigen Brennstoffen, beispielsweise Braunkohlenstaub, in einem zentral im Brenner gelegenen Rohr mit kreisförmigem. Querschnitt ist eine einfach zu realisierende Lösung» Erfahrungsgemäß ksji.ii fluidisierter Braunkohlenstaub unter Beachtung staubsoeaifischer Bedingungen bei relativ hoherCharacteristic of the known technical solutions The previously known devices for the separate supply of dust-like fuels and gasification agents in gasification rooms, generally called burner, have to. Basis that the dust-like fuel is passed through a centrally located in the burner tube. To this central tube are usually concentric one or more tubes mounted so that form annular channels between the tubes. These channels are used to supply one or more gasification or Vergasungsmittelgemischen in the reaction chamber ", The or the gasification agent side exit from these channels either from annular cross-sections or holes, the most annular arranged the channels concluded sen and then react with the central dust jet. The supply of dust-like fuels, such as lignite dust, in a centrally located in the burner tube with a circular. Cross-section is an easy-to-implement solution »Experience shows that ksji.ii fluidized lignite dust, taking into account dust-like conditions, is relatively high
Dichte des Staubstrahls in einem technisch glatten und geraden Rohr mit gleichbleibender Querschnittsfläche relativ leicht transportiert, v/erden.Density of the dust jet in a technically smooth and straight tube with consistent cross-sectional area relatively easily transported, v / earth.
In bisher realisierten Versuchsanlagen (z. B. U.S. Bureau of Mines Morgentown) sowie in Patentvorschlägen (z. B. Offenlegungsschrift BRD 25 36 249s US-Pat. 2702, 744, DDR-Pat. 12 79 04) wird das Prinzip der zentralen Führung des Vergasungsstoffes im Brenner angewandt. Ein wesentlicher Mangel des zentralen Austritts des Vergasungsstoffes in den Reaktionsraum mit konzentrisch dazu verlaufender Vergasungsmittelzufuhr, beispielsweise Sauerstoff, liegt darin, daß sich durch den konzentrischen, ringförmigen Vergasungsmittelstrahl infolge Rezirkulation Gas aus dem Reaktionsraum mit dem Vergasungsmittel vermischen kann, wenn nicht der Vergasungsmittelstrom durch beispielsweise einen zusätzlichen Dampfschleier gegen das Rezirkulationsgas abgeschirmt wird. Dadurch wird ein Teil des zugeführten Sauerstoffs zur Oxydation brennbarer Rezirkulationsgase verbraucht. Bei der Staubdruckvergasung ist es jedoch vorteilhaft, den gesamten Vergasungssauerstoff der Reaktion mit dem Staub zuzuführen und unerwünschte Nebenreaktionen des Sauerstoffs aus Wirtschaftlichkeitsgründen der Sauerstoffbereitstellung auszuschalten.In previously implemented test facilities (eg BUS Bureau of Mines Morgentown) and in patent proposals (eg, published patent application BRD 25 36 249 s US Pat 2702, 744, GDR Pat 12 12794), the principle of the central leadership of Gasification applied in the burner. A significant shortcoming of the central exit of the gasification material into the reaction space with concentrically extending Vergasungsmittelzufuhrzufuhr, for example oxygen, is that can mix through the concentric, annular gas jet as a result of recirculation gas from the reaction chamber with the gasification agent, if not the gasification agent flow through, for example, a additional steam curtain is shielded against the recirculation gas. As a result, a portion of the supplied oxygen is consumed for the oxidation of combustible recirculation gases. In the case of dust-pressure gasification, however, it is advantageous to supply the entire gasification oxygen to the reaction with the dust and to eliminate unwanted side reactions of the oxygen for reasons of economy of oxygen supply.
Ein weiterer Mangel der Zuführung des gesamten zu vergasenden Kohlenstaubes in den Reaktionsraum in nur einem Rohr, das brenntechnisch aus Symmetriegründen zur Zentralrohranordnung führt, besteht darin, daß bei zeitweiliger nichtkontinuierlicher Kohlenstaubzufuhr die Betriebssicherheit der Anlage gemindert wird. Während im allgemeinen die Zufuhr der gasförmigen Vergasungsmittel in einem kontinuierlichen Strom sichergestellt ist, können demgegenüber im Transport fluidisierter Stäube relativ leicht Unregelmäßigkeiten hinsichtlich der Dichte des Staubstromes auftreten. Bei erheblichen Schwankungen im Kohlenstaubangebot am Austritt des Brenners sind Schädigungen des Brenners und des ReaktionsrauE.es nicht ausgeschlossen, wenn das dadurch hervorgerufene Überangebot an Sauerstoff nicht sofort in der Folge dieser Schwankungen durch Regelung abgebaut wird·Another shortcoming of the supply of the entire pulverized coal to be gasified in the reaction chamber in only one tube, which leads to the central tube arrangement for reasons of symmetry for fuel technology, is that at temporary non-continuous pulverized coal supply, the reliability of the system is reduced. In contrast, while generally ensuring the supply of the gaseous gasifying agents in a continuous stream, irregularities in the density of the dust stream may occur relatively easily in the transport of fluidized dusts. In the event of considerable fluctuations in the availability of coal dust at the outlet of the burner, damage to the burner and the reaction chamber is not excluded if the oversupply of oxygen caused thereby is not immediately reduced as a result of these fluctuations by regulation.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung "besteht darin, "bei der Druckvergasung von Braunkohlenstaub den spezifischen Sauerstoffbedarf zu senken die Funktions- und Betriebssicherheit eines Brenners zur Kohlen« staubdruckvergasung zu gewährleisten und zu erhöhen sowie- den Raumbedarf für Kohlen staubdruckvergasungsbreriner, insbesondere großer Leistungen möglichst gering zuhalten· Die notwendige Anzahl von Brennern soll in Abhängigkeit von der Anlagenleistung gering sein»The aim of the invention "is to reduce the specific oxygen demand during the pressure gasification of lignite dust and to ensure the functional and operational safety of a burner for pulverized coal gasification and to minimize the space required for coal dust pressure gasification burners, in particular high outputs. The required number of burners should be low, depending on the system performance »
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch zweckmäßige geometrische Gestaltung und Anordnung der kohlenstaub- und vergasungsmittelführenden Konstruktionsteile eines Brenners zur Kohlenstaubdruckvergasung eine funktionsgerechte und sichere··-Betriebsweise des Brenners zu erreichen. Dabei soll die Zuverlässigkeit der Staubzufuhr erhöht werden. Der kompakte, träge Staubstrom muß bei Eintritt in den Reaktionsraum aufgelöst v/erden und sich gut mit dem Vergasungsmittel mischen, was insbesondere in allen Lastbereichen des Brenners garantiert sein muß. Die Brennerkonstruktion muß die Mögj.ichkeit einer Flammenkontrolle bieten und bei Ausfall eines Staubstromes eine solch© symmetrische Flammenforni gewährleisten, daß der Yerbrennungs- bzw, Reaktionsraum nicht durch -ungleichmäßige Temperaturverteilung zerstört bzw» der Betrieb nicht spürbar gestört wird.- The invention has for its object to achieve a functional and safe ·· mode of operation of the burner by expedient geometric design and arrangement of pulverized coal and gasification-carrying structural parts of a burner for Kohlenstaubdruckvergasung. The reliability of the dust supply should be increased. The compact, inert dust stream must be dissolved when entering the reaction space and mix well with the gasification agent, which must be guaranteed in particular in all load ranges of the burner. The burner design must offer the possibility of flame control and, in the event of a dust flow, ensure such a symmetrical flame shape that the combustion space or reaction space is not destroyed by uneven temperature distribution or the operation is not noticeably disturbed.
- Es wurde gefunden» daß der Transport von in einem Trägergas fluidisiertem Kohlenstaub auch bei höchsten Staubbeladungen (bis 900 kg Staub/mr' Trägergas) ungehindert bei Profiländerungen des Strömungsquerschnittes verläuft, wenn folgende Bedingungen eingehalten werden:It has been found that the transport of pulverized coal pulverized in a carrier gas proceeds unhindered even with the highest dust loadings (up to 900 kg of dust / mr of carrier gas) with changes in the profile of the flow cross section if the following conditions are met:
« In jedem Abschnitte L der gesamten Brennerlänge L, in der sich das Profil des Staubströmungsquerschnittes ändert, ist die Querschnittsfläche gleich groß der Fläche der in den Brenner eintretenden Flachs der Kohlenstaub-Trägergas~Zu~ führung (Figuren 2t 3» 4-? 5)·«In each section L of the total burner length L, in which the profile of the dust flow cross-section changes, the cross-sectional area is equal to the area of the flue of the coal dust carrier gas inlet entering the burner (Figures 2 t 3» 4- ? 5) ) ·
.Die sicii durch die Profiländerung ergebende Neigung einer den Staubströmungsquerschnitt begrenzenden Fläche oder Fläehenteiles zur Strömungsachse darf 8 nicht überschreiten.The slope resulting from the change in profile of an area bounding the dust flow cross-section or area portion to the flow axis must not exceed 8.
Es wurde weiterhin gefunden, daß eine Vergleichmäßigung des . Staubförderstromes bei hohen Staubbeladungen durch eine Erweiterung des Querschnittes des senkrechten, fallenden Förderrohres vor dem Brenner bis zu 20 % des bis dorthin verlaufenden Förderrohres erreicht wird9 Die, Länge des zu erv* eiternden' Rohrabschnittes und die Größe der Querschnittserweiterurtg hängt von den Förderbedingungen in der gesamten Rohrleitung ab«It has also been found that a homogenization of the. Dust conveying flow at high dust loading by an extension of the cross section of the vertical falling feed pipe upstream of the burner up to 20% of the until then extending conveyor tube 9 is reached, the, length of the erv * suppurating 'pipe section and the size of Querschnittserweiterurtg depends on the production conditions in the entire pipeline off «
Der erfindungsgemäße Brenner besteht darin, daß der Kohlenstaub-Trägergasstrom aus zwei oder mehreren Kreisringen oder Kreisringabschnitten, die konzentrisch zur Brennerachse und" zum Zentralrohr für Vergasungsmittel angeordnet sind, senkrecht nach unten in den Reaktor eintritt. Das Vergasungsmittel (ze B. Sauerstoff, Wasserdampf oder Sauerstoff/Dampfgemisch) tritt aus einem Zentralrohr und aus einem Außenring für Vergasungsmittel in den Reaktor ein. Das Vergasungsmittel aus einem dieser beiden Zuführungsräume strömt unter einem Winkel von mindestens 45° zur Achse des Staubstromes in Richtung Staubstromj der zweite Vergasungsmittelstrom tritt axial, parallel zum Staubstrom aus* Der axiale, zum Staubstrom parallele Ver- " gasungsmittelaustritt aus dem Zentralrohr wird dann vorgenommen, wenn über das Zentralrohr für Vergasungsmittel eine optische oder thermoelektrische Flammenkontrolle vorgenommen v/erden soll (Fige 1, 2, 4, 5).The burner according to the invention is that the pulverized coal carrier gas flow of two or more circular rings or circular ring sections which are arranged concentrically to the burner axis and "the central pipe for gasification agent enters vertically downwards into the reactor. The gasification agent (z e as oxygen, water vapor or oxygen / vapor mixture) enters the reactor from a central tube and from an outer ring for gasification agent The gasification agent from one of these two supply spaces flows at an angle of at least 45 ° to the axis of dust flow in the direction of Staubstromj the second Vergasungsmittelstrom occurs axially, parallel to Dust flow off * The axial, parallel to the dust flow gassing agent outlet from the central tube is then made when an optical or thermoelectric flame control is to be made via the central tube for gasification agent (Fig e 1, 2, 4, 5).
Das Kohlenstaub-Trägergas-Gemisch wird dem Brenner mittels zweier oder mehrerer Kohlenstaub-Trägergas-Zuführungen zugeführt und auf die gleiche Anzahl von 'Kreisringen oder Kreisringabschnitteii aufgeteilt. Der Einlauf des Kohlenstaubes in die Kreisringe (Fig. 5) erfolgt etwa. 45° gegen die Waagerechte schräg abwärts über Tangentialeinläufβ, die flächengleich mit der Kohlenstaub-Trägergas-Zuführung sind und einen stetigen Einlauf in den Ringspalt gewährleisten» Der Einlauf in die Kreisringabschnitte (Fig. 2? 3, 4) erfolgt über senkrechte Fall-The pulverized coal-carrier gas mixture is supplied to the burner by means of two or more pulverized coal carrier gas feeds and divided into the same number of 'circular rings or Kreisringabschnitteii. The inlet of the pulverized coal into the circular rings (FIG. 5) takes place approximately. 45 ° takes place to the horizontal obliquely downward over Tangentialeinläufβ which are coextensive with the coal dust and carrier gas supply and ensure a continuous infeed into the annular gap "The inflow into the circular ring portions (Fig. 2? 3, 4) via vertical fall
rohre, die im Brenner in flächengleiche Kreisringabschnitte übergehen« Einlaufrohre und Kreisringe bzw.· Kreisringabschnitte besitzen erfindungsgemäß an allen Stellen gleichen Strömungsquerschnitt. Bei einem Brenner werden mindestens zwei Kreisringe konzentrisch (Fig* 5) bzw, mindestens drei 240°~Krei'sringabschnitte (Fig. 3» 4-), die durch versetzte Anordnung einen geschlossenen Doppelring ergeben, vorgesehen, um eine .annähernd symmetrische flamme bei Ausfall eines Staubstroraes zu gewährleisten οTubes that merge in the same area annular sections in the burner "inlet pipes and circular rings or · circular ring sections according to the invention have the same flow cross-section at all points. In a torch, at least two circular rings are provided concentrically (Fig. 5) or at least three 240 ° circle sections (Fig. 3, 4-), which result in a closed double ring by staggered arrangement, to provide an approximately symmetrical flame Failure of a Staubstroraes to ensure ο
Die Kohlenstaub-'und Vergasungsmittelzuführungen schließen zweckmäßigerweise in der'Ebene- der Brennerniündung ab« Durch diese mehrfachen und getrennten Staubströme wird die Gefahr eines Sauerstoffdurchbruches in die dem Reaktor folgenden Anlagenteile bei Störungen in der Staubzufuhr beseitigt'bzw,. zumindest erheblich vermindert.The coal dust and Vergasungsmittelzuführungen terminate suitably in the 'plane of the burner mouth off' by these multiple and separate dust streams, the risk of oxygen breakdown in the system parts following the reactor in case of disturbances in the dust supply eliminated '. at least significantly reduced.
Erfindungsgemäß bietet auch die unterschiedliche Anzahl der Staubströme die Möglichkeit einer variablen Betriebsweise und Vergrößerung der Regelbreite.According to the invention also offers the different number of dust streams the possibility of a variable mode of operation and increase the rule width.
-6- .γ . 20 8 1 5 4-6- .γ. 20 8 1 5 4
Ausführungsbei spieleAusführungsbei games
1. Beispiel: Figur 1 und 2 .1st example: Figure 1 and 2.
Über drei Kohlenstaub-Trägergas-Zuführungen 2 gleicher Fördercharakteristik gelangt das Kohlenstaub-Trägergas-Gemisch mit einer Geschwindigkeit von 2 - 10 m/s in eine geringfügig erweiterte Rohrstrecke 6 und von dort zum Brennergehäuse 3· Im Brenner gehäuse 3 verändert sich der Förderrohrquerschnitt von Kreisform in einen Kreisringabschnitt bei ständig gleichbleibendem Flächeninhalt, wobei die Flächen senkrecht zur Strömungsachse betrachtet werden. Die Kreisringabschnitte besitzen ge einen Ausschnittswinkel von ca. 120 , so daß durch die drei Kohlenstaub-Trägergas-Zuführungen 2 ein geschlossener Kreisring mit Staub beaufschlagt wird und eine symmetrische Flammenform gewährleistet ist. Durch den Vergasungsmittelregler 5 und die Mengenmeßeinrichtung 9 wird die erforderliche Vergasungsmittelmenge für das Zentralrohr 1 und für den Außenring 4 über die Regelarmaturen proportional eingestellt.About three coal dust carrier gas supplies 2 the same conveying characteristics, the coal dust-carrier gas mixture passes at a speed of 2 - 10 m / s in a slightly expanded pipe section 6 and from there to the burner housing 3 · In the burner housing 3, the delivery pipe cross section of circular shape in a circular ring section with constantly constant surface area, wherein the surfaces are considered perpendicular to the flow axis. The circular ring sections have ge a cutting angle of about 120, so that is applied by the three coal dust carrier gas feeders 2, a closed annulus with dust and a symmetrical flame shape is guaranteed. By means of the gasification agent regulator 5 and the quantity measuring device 9, the required quantity of gasification agent for the central tube 1 and for the outer ring 4 is adjusted proportionally via the control valves.
Das Vergasungsmittel, das Geschwindigkeiten von ca. 15 bis 150 m/s erreicht, löst den Staubstrahl auf und sichert durch schräge Anströmung des Staubstromes eine intensive Vermischung.The gasification agent, which achieves velocities of approx. 15 to 150 m / s, dissolves the dust jet and ensures intensive mixing due to an oblique approach to the dust flow.
Durch das Zentralrohr für Vergasungsmittel 1 kann mittels Flarmaenkontrolleinrichtung 8 die Flamme überwacht und kontrolliert werden.By means of the central tube for gasification agent 1, the flame can be monitored and controlled by means of a flask control device 8.
2. Beispiel: Figur 1 und 52nd example: FIGS. 1 and 5
Über zwei Kohlenstaub-Trägergas-Zuführungen 2 gleicher Fördercharakteristik gelangt das Kohlenstaub-Trägergas-Gemisch mit einer Geschwindigkeit von 2 - 10 m/s in den schrägen Tangen-, tialstutzen 10 des Brennergehäuses 3« Der Tangentialstutzen stellt einen flächengleichen Übergang vom kreisförmigen Rohr in einen rechteckigen Schlitz dar, der in den Ringraum 2 des Brenners mündet. Der Ringraum besitzt die gleiche Querschnittsflache wie die Kohlenstaub-Trägergas-Zuführung 2 und.der Tan-About two pulverized coal carrier gas feeders 2 of the same conveying characteristics, the pulverized coal carrier gas mixture passes at a speed of 2-10 m / s in the oblique tang, tialstutzen 10 of the burner housing 3 "The Tangentialstutzen provides a coextensive transition from the circular tube in a rectangular slot, which opens into the annular space 2 of the burner. The annulus has the same cross-sectional area as the pulverized coal carrier gas supply 2 and the tandem
gentialstutzen 10. Der Tangentialstutzen 10 ist 4-5° zur Brennerachse geneigt«gentialstutzen 10. The tangential neck 10 is inclined 4-5 ° to the burner axis «
Am Brennermund wird der Kohlenstaub-Ti'ägergas-Strahl durch das Vergasungsmittel aus dem Außenring 4 und dem Zentralrohr 1 infolge der unterschiedlichen Anströinungsrichtungen und hohen Geschwindigkeiten zwischen 15 iJnd 150 m/s aufgelöste Da"bei vermischen sich intensiv Kohlenstaub und Vergasungsmittel. Die ringförmige Staubauführung gewährleistet eine völlig symmetrische Verbrennung. Sie bleibt auch bei Ausfall eines Brenners erhalten und ermöglicht ein Anfahren des Brenners mit unterschiedlicher Anzahl von Staubströmen» Die Vergasungsmittelregelung und Flammenkontrolle erfolgen wie im Beispiel 1«At the burner mouth, the coal dust jet gas jet is intensively mixed with coal dust and gasification agent by the gasification agent from the outer ring 4 and the central pipe 1 due to the different flow directions and high speeds between 15 and 150 m / s ensures completely symmetrical combustion and is retained even if one burner fails, allowing the burner to start up with a different number of dust flows »The gasification agent control and flame control are carried out as in Example 1«
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