DD213983A1 - Selbstzuendender druckbrenner zur vergasung von brenngas - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckbrenner zur Vergasung von Brenngasen durch partielle Oxidation mittels Sauerstoff in Druckreaktoren. Erreicht werden soll ein Druckbrenner zur sicheren Zuendung von Brenngasen bei dem der technische Aufwand fuer den Betrieb von Zuendeinrichtungen vermindert wird. Die Aufgabe der Erfindung ist ein Druckbrenner fuer dirgasung von Brennern mittels Sauerstoff in Druckreaktoren, der selbstzuendend areitet. Erfindungsgemaess ist in einem Zentralrohr fuer die Zuleitung eines vor dem Brenner abgezweigten und dosierten Sauerstoffteilstromes eine Zuendelektrode integriert. Die im vorderen Teil des Duesenkopfes angeordnete Zuendkammer wird entgegen der Stroemungsrichtung der Reaktanden von einem Stuetzkoerper begrenzt. Um das Zentralrohr in Richtung des Aussenmantels sind nacheinander angeordnet die Brenngaskanaele und die Sauerstoffaustrittskanaele.

Description

Titel der Erfindung

Selbstzündender Druckbrenner zur Vergasung von Brenngasen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Bruckbrenner zur Vergasung von Brenngasen durch partielle Oxidation mittels Sauerstoff in Druckreaktoren, der als Hauptbrenner einer Vergasungseinrichtung oder als Pilotbrenner au einem oder mehreren Hauptbrennern arbeit et₃ wobei in diesem Fall der oder die Hauptbrenner auch flüssige oder staubförmige feste Brennstoffe vergasen können.

Solche Brenner werden angewandt bei der Erzeugung von Synthesegasen, Stadtgas oder Mischkomponenten von Stadtgas, wobei allgemein Drücke bis 5 MPa und Brennerleistungen bis 60 GJ/h gefahren werden«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Technik der Gaserzeugung ist die Vergasung von Erdgas in der Flamme durch partielle Oxidation mitteis technisch reinem Sauerstoff zur Erzeugung eines beispielsweise H^/CO-reichen Gases bekannt» Einmal in Gang gebracht, läuft dieser Prozeß als autothertne Reaktion von allein weiter, solange die Reaktanzen dem Prozeß zugeführt werden« Der oder die Brenner dienen dabei als Vorrichtung zur

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Beschickung des Reaktors mit den Reaktanden und gleichzeitig als Vorrichtung zur Lokalisierung der 3?lamtnenreaktion im Reaktorraum»

Das Einleiten der Plammenreaktion an einem solchen Brenner wird gemeinhin als das Zünden des Brenners "bezeichnet» Als Zündquelle für das Zünden der Brenner in Druckreaktoren werden im allgemeinen mit Brenngasen und Luft betriebene Lunten oder Zündbrenner geringer Wärmeleistung verwendet, die außerhalb des Reaktors gezündet, danach in den Reaktor eingeführt und nach dem Zünden eines oder mehrerer Reaktorbrenner wieder aus dem Reaktor entfernt werden. Es sind auch Zündbrenner bekannt, die erst nach dem Einführen in den Reaktor elektrisch gezündet werden und danach das Zündinitial für eine oder mehrere Reaktorbrenner bilden. Nach dem Zündvorgang werden im allgemeinen solche Zündbrenner wieder aus dem Reaktorraum entfernt oder verbleiben bei geeigneter Auslegung ohne Brennerfunktion als Verschlußelement der als Zündstutzen bezeichneten ReaktorÖffnung im Reaktor, Das Zünden eines oder mehrerer Reaktorbrenner mit den hier beschriebenen bekannten Zündeinrichtungen hat den Nachteil, daß zwischen der extern zum Brenner gelegenen Zündquelle, wie Lunte oder Zündbrenner_s im allgemeinen aus konstruktiven Gründen ein räumlicher Abstand vorhanden ist, welcher zur Verzögerung des Zündens eines oder mehrerer Reaktorbrenner, insbesondere in noch kalten Reaktorräumen, führen kann. Weiterhin besteht bei der Anwendung der beschriebenen externen Züüdeinriehtungen entweder der Nachteil, daß im Fall ihres Entfernens aus dem Reaktorraum nach erfolgter Zündung durch den Zündstutzen heiße, brennfähige Gase austreten können oder im Pail des Verbleibens beispielsweise des Zündbrenners im Reaktor» raum beträchtliche Mengen eines inerten Spülgases zum

thermischen Schutz und zur Erhaltung der Punktionsfähigkeit des Zündbrenners während des Reaktorbetriebes aufgewendet werden- mti ssen * Für mit Brenngasen betriebene Sündmittel ist es weiterhin erforderlich, daß sowohl das Brenngas als auch das Oxidationsmittel in getrennten Leitungen und in einem dosierten Verhältnis zueinander zugeführt werden müssen, so daß vor dem Zünden ein Einstellen der Betriebsmedien der Zündeinrichtung notwendig wird» Andererseits ist eine Vielzahl von Brennern bekannt, die eine integrierte Zündeinrichtung oder zumindest eine Vorrichtung zum Einführen eines Zündmittels besitzen (DD-94869 und Gasbrennerkatalog, herausgeg. vom BrennstoffInstitut Freiberg 1978) und vorwiegend in Feuerräumen zur thermischen Nutzung der Brenngase, wie in Dampferzeugern oder Industrieöfen, Anwendung finden.

In der im DD-9.4869 integrierten Zündeinrichtung wird eine vorgemischte Brenngas-Luft-Menge elektrisch gezündet, wobei die Zündgasmenge dem Brenner separat zugeführt und die Zündluftmenge dosiert dem Hauptluft strom im Brenner entnommen wird, Bei Brennern kleiner Leistung kann die Hauptflamme bei Zündlasteinstellung auch direkt elektrisch gezündet werden,

Alle diese Brenner mit Zündeinrichtung besitzen den Fachteil, daß sie 1« nur bei einem Feuerraumüberdrück¹ bis höchstens 2 kPa arbeiten und daher nicht für Druckreaktoren geeignet sind,

2*.auf Grund der durch die Zündeinrichtung bedingten intensiven Vermischung der Reaktanzen beim Betrieb mit Sauerstoff als Oxidationsmittel thermisch überlastet würden und

3. genau dosierte Zündgas- und Zündluftmengen für einen sicheren Betrieb voraussetzen,

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Druckbrenner zur sicheren Zündung von mit Brenngasen und Sauerstoff" betriebenen Brennern in Druckreaktoren und die Minderung des technischen Aufwandes für den Betrieb von Zündeinrichtungen,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist ein Druckbrenner für die Vergasung von Brenngasen mittels Sauerstoff in Druckreaktoren, der selbstzündend arbeitet-und der bei Minimierung des technischen Aufwandes für. das Betreiben der Zündeinrichtung sicher und weich gezündet wird.

Erfindungsgemäß besteht der selbstsündende Druckbrenner aus einem Zentralrohr für die Zuleitung eines dosierten Sauerstoffteilstromes» Im Zentralrohr ist im vorderen Teil des Düsenkpfes für Brenngas eine Zündkammer angeordnet, die entgegen der Strömungsrichtung der Reaktanden durch einen zur Halterung der Zündelektrode eingebauten und mit düsenförmigen Bohrungen versehenen Stützkörper begrenzt ist» Um das Zentralrohr sind die Brenngaskanäle in Sichtung des Außenmantels, deren Öffnungen konzentrisch zur Zündkammer und die Säuerstoffkanäle, die konzentrisch au den Brenngaskanälen liegen nacheinander angeordnet ,

Die Zündelektrode ist ein scheibenförmiger IPlammenhalter, der am Außenrand zackenförmige Aussparungen besitzt«

Ein außerhalb des Brenners dem Tergasungssäuerstoff entnommener dosierter Teilstrom im Zentralrohr des Brenners zu einer im Brennerkopf zurückgesetzten Zündkammer geleitet wird, wobei der Sauerstoff nach seinem Austritt aus den düsenförmigen Bohrungen des Stützkörpers in die Zündkammer mit einem Teil des

konzentrisch zur Zündkammer aus den Brenngaskanälen . austretenden zu vergasenden Brenngases in Höhe einer elektrischen Zur. dfunkem st recke -zwischen Zündelektrode- und Brermermasse in Berührung kommt und augenblicklich eine Verbrennungsreaktion unter Plammenerscheinung einleitet.

Dabei wird nur eine der Größe des Teilstromes an Sauerstoff entsprechende Menge des Brenngases verbraucht.

Beim Fließen des Hauptstromes an Vergasungssauerstoff aus den konzentrisch zu den Brenngasaustrittsquerschnitten angeordneten Säuerstoffaustrittsquerschnitt en entstehen an deren Kanten Ablösungswirbel, die zu einem brennfähigen Gemisch aus Brenngas und Sauerstoff führen. Durch direkte Berührung mit der aus der Zündkammer durch Volumenvergrößerung infolge hoher Temperatur der Brenngas-Sauerstoffverbrennung austretenden Zündflamme wird der Brenner augenblicklich durchgezündet und somit eine in geschlossenen .Räumen gefürchtete "harte Zündung" vermieden.

Zur Stabilisierung der Zündflamme ist die Zündelektrode in ihrer Grundform als scheibenförmiger Flam~ menhalter ausgebildet.

Um die elektrischen Zündfunken in die unmittelbare Nähe des Sauerstoffteilstrom-Brenngas-Gemisches zulokalisieren und die Energiedichte der Zündfunken zu erhöhen mit dem Ziel, die Zündzeit weiter zu verkürzen, ist die scheibenförmige Zündelektrode in geeigneter Weise mit zackenförmigen Aussparungen am Außenrand versehen»

Ausführungsbeispiel

Figur 1 zeigt den Querschnitt des Dnickbrenners Figur 2 zeigt das Detail der zackenförmigen Aussparungen der Zündelektrode

Ein außerhal des Druckbrenners abgezweigter Säuerst of ft eilst rom wird über das Zuführungsrohr (4) dem Druckbrenner dosiert -sugefiihrt ;· Im Zentralrohr (4) ist eine Zündelektrode (5) integriert, die durch einen Stützkörper (6) gehalten wird. Die Zündkammer (7) wird radial durch den Düsenkopf für Brenngas (11) und axial durch den Stützkö'rper Co) "begrenzt. Die Zündfunkenstrekke (8) wird durch die Brennermasse und die Zündelektrode (5) gebildet» Die Zündelektrode (5) besitzt am Außenrand zackenförmige Aussparungen (9)· Vom Zentralrohr (4) in Richtung des Außenmantels (1) sind hinertereinander angeordnet die Brenngaskanäle (2) und die Säuerstoffaustrittskanäle (3). Das Zwischenrohr (10) trennt die Brenngaszuführung von der Sauerstoffzuführung.

Die Erfindung wurde in einem Druckbrenner für eine Versuchsanlage eingesetzt»

Technische Daten:

Leistung: 5,0 C-J/h

Reaktordruck: 2,6 MPa

Gasmenge: 25... HO nrVh Ci.üST.) Gasart: - Erdgas C

Säuerstoffmenge: 30...150 mVh Ci,H.) Säuerst of fteilstrom: 4 m /h Ci, IT,)

Die Medienzuführungsleitungen zum Druckbrenner sind mit Magnetventilen versehen, die eine Automation des Zündvorganges mittels eines herkömmlichen Zündtransformators gestatten, die Leistungsregelung erfolgt durch Motorventile in den Erdgas- und Sauerstoffleitungen, Die Plamme wird über eine optische Flammenüberwachung mittels eines in den R.eaktfcmsraum reichenden Periskops überwacht*

Der automatische Zündvorgang, wird durch Betätigen einer Starttaste eingeleitet,- nach einem kurszeitigen

Säuerstoffvorlauf wird über den Zündtransformator die Zündfunkenstrecke gezündet und gleichseitig Erdgac zugegeben« Der Brenner zündet sofort .durch, Ohne daß die einzelnen Phasen der Zündung (Zündflamme Hauptflamme) deutlich zu unterscheiden sind» Die Flammenüberwachung faßt 3 see. nach Zündbeginn die Flamme auf und überwacht den weiteren Betrieb» Sei steigendem Reaktordruck werden die Erdgas- und Sauerstoffmengen nach einem vorgegebenen Programm bis zum Erreichen der Sollwerte erhöht.

Claims (2)

1. Erfindungsansprüche

   1, Selbstzündender Druckbrenner zur Vergasung von Brenngasen mittels Sauerstoff in Druckreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentralrohr (4) zur Zuleitung des dosierten Sauerstoffteilstromes eine Zündelektrode (5) integriert ist, daß im vorderen Teil des Düsenkopfes für Brenngas (11) eine Zündkammer (7) "besteht, die entgegen der Strömungsrichtung der Reaktanden durch einen zur Halterung der Zündelektrode (5) eingebauten und mit düsenförmigen Bohrungen versehenen Stützkörper (6) begrenzt ist, daß um das Zentralrohr (4) in Richtung des Außenmantels (1) die Brenngaskanäle (2),. deren Öffnungen konzentrisch zur Zündkammer (7) und die Säuerstoffaustrittskanale (3), die konzentrisch au den Brenngaskanälen (2) nacheinander angeordnet sind, liegen.
2. 2. Selbstzündender Druckbrenner nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode (5) als scheibenförmiger Flammenhalter ausgebildet und zur Erzeugung von. mehreren energiereichen Einzelzündfunken mit zackenbildenden Aussparungen (9) am Außenrand versehen ist«

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen