DD213983A1

DD213983A1 - SELF-LIABLE PRESSURE BURNER FOR GASIFICATION OF COMBUSTION GAS

Info

Publication number: DD213983A1
Application number: DD24849583A
Authority: DD
Inventors: Klaus Fleischer; Klaus Franke; Wolfgang Fuhrmann; Wolfgang Seidel
Original assignee: Freiberg Brennstoffinst
Priority date: 1983-03-04
Filing date: 1983-03-04
Publication date: 1984-09-26

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.The invention relates to a pressure burner for the gasification of fuel gases by partial oxidation by means of oxygen in pressure reactors. To be achieved is a pressure burner for the safe ignition of fuel gases in which the technical effort for the operation of Zuendeinrichtungen is reduced. The object of the invention is a pressure burner for gasification of burners by means of oxygen in pressure reactors, which are selbstzuendend. According to the invention a Zuendelektrode is integrated in a central tube for the supply of a branched off and metered before the burner partial oxygen flow. The Zuendkammer arranged in the front part of the Duesenkopfes is limited against the flow direction of the reactants of a support body. The fuel gas channels and the oxygen outlet channels are arranged one after the other around the central tube in the direction of the outer jacket.

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Selbstzündender Druckbrenner zur Vergasung von BrenngasenSelf-igniting pressure burner for the gasification of fuel gases

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

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.The invention relates to a Bruckbrenner for gasification of fuel gases by partial oxidation by means of oxygen in pressure reactors, the main burner of a gasification or as a pilot burner on one or more main burners work et ₃ in which case the main burner or liquid or dust-like solid fuels can gasify.

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«Such burners are used in the production of synthesis gas, city gas or mixed components of town gas, whereby generally pressures up to 5 MPa and burner outputs of up to 60 GJ / h are used «

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

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 zurIn gasification technology, the gasification of natural gas in the flame is known by partial oxidation of technically pure oxygen to produce, for example, a gas rich in H 2 / CO. Once initiated, this process continues as an autothic reaction on its own as long as Reaktanzen be supplied to the process "The burner or serve as a device for

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Beschickung des Reaktors mit den Reaktanden und gleichzeitig als Vorrichtung zur Lokalisierung der 3?lamtnenreaktion im Reaktorraum»Charging the reactor with the reactants and at the same time as a device for localizing the 3-month reaction in the reactor space »

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 zumThe initiation of the plamming reaction on such a burner is commonly referred to as the ignition of the burner. The ignition source used to ignite the burners in pressure reactors is generally fuel gas and air or low-heat pilot burnt ignition ignited outside the reactor, then in It is also known to use pilot burners which are ignited electrically only after introduction into the reactor and then form the ignition initial for one or more reactor burners in general, such pilot burner again removed from the reactor chamber or remain with a suitable design without burner function as a closure element of the designated as Zündstutzen reactor opening in the reactor, the ignition of one or more reactor burner with the known ignition devices described herein the disadvantage that between the externally located to the burner ignition source, such as Lunte or Zündbrenner _s generally for structural reasons, a spatial distance is present, which can delay the ignition of one or more reactor burners, especially in still cold reactor rooms lead. Furthermore, in the application of the external Züüininriehtungen described either the disadvantage that in the case of their removal from the reactor chamber after ignition by the Zündstutzen hot, combustible gases can escape or Pail remaining example of the pilot burner in the reactor »room considerable amounts of an inert purge gas to the

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.thermal protection and to preserve the puncturing capability of the pilot burner during reactor operation. * For fuel operated with fuel gases, it is further required that both the fuel gas and the oxidant must be supplied in separate lines and in a metered ratio to each other, so On the other hand, a variety of burners are known which have an integrated ignition device or at least one device for introducing an ignition means (DD-94869 and gas burner catalog, issued by the Fuel Institute Freiberg 1978) and predominantly in combustion chambers for thermal utilization of fuel gases, such as in steam generators or industrial furnaces, find application.

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,In the integrated in DD-9.4869 ignition a premixed fuel gas amount of air is ignited electrically, the Zündgasmenge the burner supplied separately and the Zündluftmenge metered the main air stream is taken in the burner, burners small power, the main flame at Zündlasteinstellung also directly electrically to be detonated,

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,All these burners with ignition device have the specialist part that they work 1 only at a combustion chamber overpressure ¹ to a maximum of 2 kPa and are therefore not suitable for pressure reactors,

2*.auf Grund der durch die Zündeinrichtung bedingten intensiven Vermischung der Reaktanzen beim Betrieb mit Sauerstoff als Oxidationsmittel thermisch überlastet würden und2 *. Would be thermally overloaded due to the intensive mixing of the reactances caused by the ignition device during operation with oxygen as the oxidizing agent, and

3. genau dosierte Zündgas- und Zündluftmengen für einen sicheren Betrieb voraussetzen,3. presuppose precisely metered ignition gas and pilot air quantities for safe operation,

Ziel der ErfindungObject of the invention

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,The aim of the invention is a pressure burner for the safe ignition of burned fuel gases and oxygen "burners in pressure reactors and the reduction of the technical complexity of the operation of ignition devices,

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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.The object of the invention is a pressure burner for the gasification of fuel gases by means of oxygen in pressure reactors, the self-igniting works-and minimizing the technical effort for. the operation of the ignition is ignited safely and soft.

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 ,According to the invention, the self-priming pressure burner consists of a central tube for the supply of a metered partial oxygen flow. In the central tube, an ignition chamber is arranged in the front part of the nozzle cap for fuel gas, which is bounded against the direction of flow of the reactants by a support body installed to hold the ignition electrode and provided with nozzle-shaped bores »Around the central tube are the fuel gas channels in sight of the outer shell, whose openings are concentric with the ignition chamber and the acid substance channels, which are concentric with the fuel gas channels, are arranged one after the other,

Die Zündelektrode ist ein scheibenförmiger IPlammenhalter, der am Außenrand zackenförmige Aussparungen besitzt«The ignition electrode is a disk-shaped IP flame holder, which has serrated recesses on the outer edge «

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 desA outside of the burner the Tergasungssäuerstoff taken metered partial flow in the central tube of the burner is passed to a recessed in the burner head ignition chamber, the oxygen after its exit from the nozzle-shaped holes of the support body in the ignition chamber with a part of

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.concentric with the ignition chamber from the fuel gas channels. exiting to gasifying fuel gas in the amount of an electrical Zur. In the meantime, the ignition electrode and the burner mass come into contact with each other and instantly initiate a combustion reaction under plam appearance.

Dabei wird nur eine der Größe des Teilstromes an Sauerstoff entsprechende Menge des Brenngases verbraucht.Only one of the size of the partial flow of oxygen corresponding amount of the fuel gas is consumed.

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.When flowing the main stream of gasification oxygen from the arranged concentrically to the fuel gas outlet cross sections Säuerstoffaustrittsquerschnitt en arise at the edges Ablösungswirbel that lead to a combustible mixture of fuel gas and oxygen. By direct contact with the igniting from the ignition chamber by increasing the volume due to high temperature of the fuel gas oxygen combustion exiting pilot burner is ignited instantly, thus avoiding a feared in closed. "Hard ignition" avoided.

Zur Stabilisierung der Zündflamme ist die Zündelektrode in ihrer Grundform als scheibenförmiger Flam~ menhalter ausgebildet.To stabilize the pilot flame, the ignition electrode is designed in its basic form as a disk-shaped flame holder.

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»To localize the electric sparks in the immediate vicinity of the oxygen partial flow fuel gas mixture and increase the energy density of the spark with the aim of further reducing the ignition time, the disc-shaped ignition electrode is suitably provided with serrated recesses on the outer edge »

Ausführungsbeispielembodiment

Figur 1 zeigt den Querschnitt des Dnickbrenners Figur 2 zeigt das Detail der zackenförmigen Aussparungen der ZündelektrodeFigure 1 shows the cross section of the Dnickbrenners Figure 2 shows the detail of the serrated recesses of the ignition electrode

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.An acidic branch away from the pressure burner is metered via the supply tube (4) to the pressure burner, and in the central tube (4) an ignition electrode (5) is integrated, which is held by a support body (6). The ignition chamber (7) is bounded radially by the nozzle head for fuel gas (11) and axially by the support body Co). The ignition spark gap (8) is formed by the burner mass and the ignition electrode (5) »The ignition electrode (5) has Jaw-shaped recesses (9) are arranged one after the other from the central tube (4) in the direction of the outer jacket (1).

Die Erfindung wurde in einem Druckbrenner für eine Versuchsanlage eingesetzt»The invention was used in a pressure burner for a pilot plant »

Technische Daten:Technical specifications:

Leistung: 5,0 C-J/hPower: 5.0 C-J / h

Reaktordruck: 2,6 MPaReactor pressure: 2.6 MPa

Gasmenge: 25... HO nrVh Ci.üST.) Gasart: - Erdgas CGas quantity: 25 ... HO nrVh Ci.üST.) Type of gas: - natural gas C

Säuerstoffmenge: 30...150 mVh Ci,H.) Säuerst of fteilstrom: 4 m /h Ci, IT,)Amount of acid substance: 30 ... 150 mVh Ci, H.) Acid content of feed stream: 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*The media supply lines to the pressure burner are provided with solenoid valves that allow automation of the ignition process by means of a conventional ignition transformer, the power control is carried out by engine valves in the natural gas and oxygen lines, The plamme is monitored via an optical flame monitoring by means of a periscope reaching into the R.Aktfcmsraum *

Der automatische Zündvorgang, wird durch Betätigen einer Starttaste eingeleitet,- nach einem kurszeitigenThe automatic ignition process is initiated by pressing a start button, - after a cursor

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.Säurstoffvorlauf ignited the ignition spark gap on the ignition transformer and Erdgac added the same side «The burner ignites immediately .durch, Without the individual phases of the ignition (pilot flame main flame) are clearly distinguishable» The flame monitoring is 3 see. after the start of ignition, the flame is on and monitors the further operation »If the reactor pressure increases, the natural gas and oxygen quantities are increased according to a preset program until the setpoint values are reached.

Claims

invention claims

1, self-igniting pressure burner for gasification of fuel gases by means of oxygen in pressure reactors, characterized in that in the central tube (4) for supplying the metered partial oxygen stream an ignition electrode (5) is integrated, that in the front part of the nozzle head for fuel gas (11) an ignition chamber (7 ), which is bounded against the direction of flow of the reactants by a support body (6) installed for mounting the ignition electrode (5) and provided with nozzle-shaped bores, that around the central pipe (4) in the direction of the outer jacket (1) the fuel gas channels (2 ), whose openings are concentric to the ignition chamber (7) and the Säuerstoffaustrittskanale (3), which are arranged concentrically to the fuel gas channels (2) successively lie.

2. Auto-ignition pressure burner according to item 1, characterized in that the ignition electrode (5) formed as a disk-shaped flame holder and for the production of. several energetic individual ignition sparks with serrated recesses (9) on the outer edge is provided «

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