DD228338A1

DD228338A1 - Kohlenstaubbrenner

Info

Publication number: DD228338A1
Application number: DD26695884A
Authority: DD
Inventors: Friedrich Berger; Manfred Schingnitz; Wolfgang Fuhrmann; Klaus Fleischer; Ernest Gudymov; Vladimir Semenov; Vasilij Fedotov; Boris Rodionov
Original assignee: Freiberg Brennstoffinst
Priority date: 1984-09-04
Filing date: 1984-09-04
Publication date: 1985-10-09
Also published as: DD228338B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kohlenstaubbrenner fuer die Vergasung von Kohlenstaub mit Sauerstoff und Dampf, der in der chemischen Industrie und Gaswirtschaft eingesetzt werden kann. Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Qualitaet des Generatorgases und der Betriebszuverlaessigkeit des Kohlenstaubbrenners. Daraus leitet sich die Aufgabe ab, eine verbesserte Vermischung des Oxydationsmittels mit dem Kohlenstaubstrom zu erzielen. Erfindungsgemaess ist der Kohlenstaubkanal in Form einer oder mehrerer Rohrschlangen ausgefuehrt, die auf ein in das Gehaeuse eingebautes Zentralrohr gewickelt und in einem Rohrschuss eingeschlossen sind, der koaxial zum Zentralrohr liegt. In einer Wirbelkammer binden die Enden der Rohrschlangen an. Die Austrittsduesen besitzen verschiedene Neigungswinkel. Der Abstand zwischen den Zentren der Querschnitte der Austrittsoeffnungen der Duesen hat einen Wert, der gleich dem 2- bis 8fachen des Durchmessers der Austrittsoeffnungen der Austrittsduesen ist. Figur

Description

Titel der Erfindung Kohlen st aubbr enn er

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorgeschlagene Erfindung betrifft einen Kohlenstaubbrenner für die Vergasung von Kohlenstaub mit Sauerstoff und Dampf, der in der chemischen Industrie und Gaswirtschaft eingesetzt werden kann·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist ein Kohlenstaubbrenner bekannt, der aus einem Gehäuse, einem in der Achse des Gehäuses eingebautem Kohlenstaubkanal, um diesen Kanal und konzentrisch zu ihm angeordneten Eingangssammlern für das Oxydationsmittel und Kanälen für das Zuführen des Oxydationsmittels besteht, deren Eintritt senden an den Eingangs Sammlern und deren Austrittsenden am Kanal für das Zuführen des Kohlenstaubes befestigt sind (PR-PS 23 65 628, Kl, C 10 J 3/46, 1976).

Der Brenner arbeitet folgendermaßen· Durch den Kohlenstaubkanal erfolgt das Zuführen des Kohlenstaubes (in einem konzentrierten Strom mit dem Trägergas). Den Eingangssammlern wird das Oxydationsmittel zugeführt, das über die Kanäle für das Zuführen des Oxydationsmittels in das Innere des Kohlenstaubkanals hineingelangt.

Auf diese Art und Weise erhält man am Austritt aus dem Kohlenstaubkanal eine gleichmäßige Mischung von Oxyda-

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tionsmittel und Kohlenstaub.

Dieser Brenner hat wesentliche Nachteile:

1„ Dadurch, daß die Kanäle für das Zuführen des Oxydationsmittel am Kohlenstaubkanal befestigt sind (auf diese Art und Weise erfolgt das vorherige Vermischen von Kohlenstaub und Oxydationsmittel), ist bei Änderungen des Betriebsregimes und bei Betriebszustanden mit abgesenkten Belastungen ein Rückschlagen der Flamme in den Brenner und dessen Ausfall möglich·

2_# Dadurch, daß die Kanäle für das Zuführen des Oxydationsmittels am Kohlenstaubkanal befestigt sind (auf diese Art und Weise geht durch seinen Austrittsquerschnitt ein großer Strom der Mischung hindurch, der eine große Wärmekapazität hat), wird der Entzündungsvorgang verzögert, die Flamme reißt vom Brenner ab und der Brennermund verschlackt allmählich mit Schlakketeilchen, die mit den rezirkulierenden Gasen zu ihm gelangen·

3. Dadurch, daß die Kanäle für das Zuführen des Oxydationsmittels am Kohlenstaubkanal befestigt sind (und im Kohlenstaubkanal die Vormischung erfolgt), ist es nicht möglich, durch diesen Brenner den für die Vergasung erforderlichen Wasserdampf (wegen einer Kondensation des Dampfes innerhalb des Kanales) zuzuführen und der Reaktor arbeitet unter nicht optimalen Betriebszustand en»

Weiterhin ist ein Kohlenstaubbrenner bekannt, der aus einem Gehäuse mit einem Stutzen für das Zuführen des Dampfes und einer Austrittsdüse, einem in der Achse des Gehäuses eingebauten Kohlenstaubkanal, Kanälen für das Zuführen des Oxydationsmittels, die Eingangs- und Ausgangssammler verbinden, am Ausgangssammler befestigten Austrittsdüsen besteht, wobei die Austrittsdüsen unter einem Winkel zur Gehäuseachse und in Richtung der Tangente zu einem.Grundkreis angestellt sind, der einen Radius hat, der 0,5 bis O._t8 des.Radius der Austrittsöffnung des Kohlenstaubkanales ist, und wobei die Austrittsöffnungen

der Austrittsdüsen in der Ebene der Austrittsdüse des Gehäuses und des Kohlenstaubkanal.es in einem Abstand von der Achse des letzteren .liegen, der dessen Radius um einen Wert überschreitet, der 1-10 Radien der Austrittsdüsen für das Zuführen des Oxydationsmittels beträgt (UHS-SU 36 98 804/24 - 06 BIkI. P 23 D 1/02, 1984).

Der Brenner arbeitet folgendermaßen:

Dem Kohlenstaubkanal wird der Kohlenstaub und dem Eingangssammler das Oxydationsmittel zugeführt, das, nachdem es durch die Kanäle gegangen ist, in den Ausgangssammler gelangt, aus dem es in die Austrittsdüs en. ..strömt. Durch den Stutzen im Gehäuse führt man Dampf zu, der in das Innere des Gehäuses gelangt und aus der Austrittsdüse ausströmt. Unterhalb der Ebene der Austrittsdüse beginnen die Sauerstoffströme mit dem konzentrierten Kohlenstaubstrom (innerhalb des Dampfstromes) in Wechselwirkung zu treten. Dabei zerreißen sie den Kohlenstaubstrom, vermischen sich mit ihm und verleihen der Mischung eine Drehbewegung.

Der genannte Brenner hat folgende !lachteile:

1. Dadurch, daß der Kohlenstaubkanal in der Achse des Gehäuses liegt und durch ihn die Zuführung eines konzentrierten Stromes von Kohlenstaub erfolgt, wird die Zerstäubung des Stromes direkt im Gaserzeugungsreaktor realisiert, wofür die Energie des Oxydationsmittels verwendet wird. Die Qualität der Zerstäubung und der Vermischung mit dem Oxydationsmittel ist gering.' Dadurch verschlechtert sich die Qualität des Generatorgases.

2. Dadurch, daß die Austrittsöffnungen der Austrittsdüsen in einem Abstand von der Achse des Kohlenstaubkanales angeordnet sind, der dessen Radius um einen Wert übersteigt, der das 1- bis 1Ofache der Radien der Austrittsdüsen für das Zuführen des Oxydationsmittels beträgt, vereinigen sich die Säuerstoffstrahlen, die aus den Austrittsdüsen austreten zu einem einheitlichen Strom,

der mit dem Kohlenstaub vermischt ist, und in unmittelbarer Nähe des Brenners bildet sich eine starke Flamme aus, durch die der Brenner überhitzt wird und ausfällt, wobei die Qualität des Generatorgases sich vermindert.

3. Dadurch, daß die Austrittsdüsen in Richtung der Tangente zu einem Grundpreis gerichtet sind, der einen Radius hat, der gleich 0,5 bis 0,8 des Radius der Austrittsöffnung des Kohlenstaubkanales ist, erhält der Strom von Kohlenstaub und Oxydationsmittel eine große Drehbewegung, die Flamme hat einen großen Öffnungswinkel. Dabei ist ein Anschlagen der Flamme an die Reaktorwand zu beobachten und ein Ausfall der letzteren feststellbar.

Ziel der Erfindung

Ziel der vorgeschlagenen Erfindung ist eine Verbesserung der Qualität des Generatorgases und eine Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit des Kohlenstaubbrenners.

Darlegung des V/es ens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vermischung des. Oxydationsmittels mit dem Kohlenstaubstrom zu erzielen.

Erfindungsgemäß wird im Kohlenstaubbrenner, der aus einem Gehäuse mit einem Stutzen für die Zuführung des Dampfes und einer Austrittsdüse, einem Kohlenstaubkanal, Kanälen für das Zuführen des Oxydationsmittels, die Zuführungsund Austrittssammler verbinden, am Austrittssammler befestigten Austrittsdüsen besteht, der Kohlenstaubkanal in Form einer oder mehrerer Rohrschlangen ausgeführt, die auf ein im Gehäuse installiertes Zentralrohr aufgewickelt und in einen Rohrschuß eingeschlossen sind, der koaxial zum Zentralrohr angeordnet ist, und dabei ist zwischen dem Rohrschuß und dem Rohr im unteren Teil eine Querwand angeordnet, die mit den Wänden des Rohres und

des Rohrschusses eine Wirbelkammer bildet, an die sich tangential die Enden der Rohrschlangen anschließen, wobei die Austrittsdüsen mit unterschiedlichen Winkeln geneigt sind und aufeinanderfolgend eingebaut sind, der Abstand zwischen den Zentren der Querschnitte der Austrittsöffnungen hat dabei einen Wert, der gleich dem 2- bis 8fachen Durchmesser der Austrittsöffnungen der Austrittsdüsen ist»

Außerdem ist im Zentralrohr eine keramische Muffel mit einem Gasbrenner installiert.

Der Kohlenstaubbrenner besteht aus dem Gehäuse 1 mit dem Stutzen für das Zuführen des Dampfes 2 und der Austrittsdüse 3, dem Zentralrohr 4» dem Rohrschuß 5, der koaxial zum Zentralrohr liegt, dem Kohlenstaubkanal 6, der in Form einer oder mehrerer Rohrschlangen ausgebildet ist, die auf das Zentralrohr 4 aufgewickelt und in den Rohrschuß 5 eingeschlossen sind, der Quarzwand 7, die im unteren Teil des Gehäuses angeordnet ist und mit den Wänden des Zentralrohres 4 und des Rohrschusses 5 eine Wirbelkammer bildet, an die sich tangential die Enden der Rohrschlangen des Kohlenstaubkanals 6 anschließen, dem Eingangsstutζen für das Oxydationsmittel 8, dem Eingangssammler 9 und dem Austrittssammler 10, die durch die Kanäle für das Zuführen des Oxydationsmittels 11 miteinander verbunden sind, den Austrittsdüsen 12 und 13, die am Austrittssammler 1G befestigt sind und die mit unterschiedlichen Neigungswinkeln zur Achse des Gehäuses 1 ausgerichtet.und aufeinanderfolgend angeordnet sind» Die Austrittsöffnungen der Austrittsdüsen 12 und 13 sind in der Ebene der Austrittsdüse 3 angeordnet, wobei der Abstand zwischen den Zentren der Querschnitte der Austrittsöffnungen einen Wert hat, der gleich dem 2- bis 8fachem des Durchmessers der Austrittsöffnungen der Austrittsdüsen 12 und 13 ist. Außerdem ist in das Zentralrohr 4 eine keramische Muffel 14 mit einem Gasbrenner 15 eingebaut. Das Gehäuse 1 des Kohlenstaubbrenners und des Rohrschusses 5 hat jeweils die Verdickung 16 beziehungsweise

17» Der Austrittssammler 10 verfügt über die Distanzrippen 18. Die Verdickungen 16 und 17 sowie die Distanzrippen 18 dienen der Zentrierung des Austrittssammlers 10 und der Austrittsdüsen 12 und 13 bezüglich der Brennerachse

Der Brenner arbeitet folgendermaßen:

Ausführungsbeispi el

Auf der Abbildung ist ein Längsschnitt des vorgeschlagenen Kohlenstaubbrenners dargestellt: Durch den Gasbrenner werden Brenngas und Oxydationsmittel zugeführt, die sich am Austritt aus dem Gasbrenner vermischen und in der Muffel 14 verbrennen» aus der erhitzte Verbrennungsprodukte in den Gaserzeugungsreaktor gelangen» Über den Stutzen 2 führt man in das Innere des Gehäuses 1 Wasserdampf, der durch die Spalte zwischen den Verdickungen 16 und 17 und dem Austrittssammler 10 hindurchgeht und danach durch die Austrittsdüse 3 in den Gaserzeugungsreaktor ausströmt, wobei die Austrittsdüsen 12 und 13 von allen Seiten umspült werden.· Die Verdickungen 16 und 17 und die Distanzrippen 18 dienen der Zentrierung des Austrittssammlers 10 und der Austrittsdüsen 12 und 13 bezüglich der Brennerachse. Der Kohlenstaub gelangt tangential durch die Kohlenstaubkanäle 6 in die Wirbelkammer, die durch die Querwand 7 und die Wände des Zentralrohres 4 und des Rohrschusses 5 gebildet wird, wo er aufgelöst wird und in dieser Form in den Gaserzeugungsreaktor gelangt. In das Zentralrohr 4 ist die keramische Muffel 14 mit einem Gasbrenner 15 eingebaut.

Durch die Stutzen 8 gelangt das Oxydationsmittel in den Eingangssammler 9, strömt von hier aus durch die Kanäle

11 in den Austrittssammler 10. Aus dem Austrittssammler 10 strömt das Oxydationsmittel durch die Austrittsdüsen

12 und 13 in einzelnen Strahlen, die innerhalb des Dampfstromes liegen, in den Gaserzeugungsreaktor.

Die aus den Austrittsdüsen 12 und 13 ausströmenden Oxydationsmitte 1ströme saugen die erforderliche Wasserdampfmenge an und vermischen sich mit der erforderlichen Menge Kohlenstaub. Danach kommen sie mit den hocherhitzten Verbrennungsprodukt en in Berührung, die aus. der Muffel 14 ausströmen und entzünden sich an diesen. Die Achsen der Austrittsabschnitte der Austrittsdüsen 12 und 13 haben verschiedene Winkel zur Brennerachse, wodurch die Oxydationsmitte !ströme in Mischung mit Kohlenstaub und Wasserdampf auf verschiedenen Höhen gezündet werden, was zu einer Verringerung der Wärmeentbindung an einer Stelle und zu einer Verbesserung der Stabilität der Flamme sowie zu einer Verkleinerung des Gesamtöffnungswinkels der Brennerflamme insgesamt führt.

Der Abstand zwischen den Zentren der Querschnitte der Austritt soff nungen der Austrittsdüsen hat einen Wert, der gleich dem 2- bis 8fachen des Durchmessers der Austrittsöffnungen ist, was mit folgendem in Zusammenhang steht: bei einem Abstand von kleiner zwei Durchmessern vereinigen sich die Sauerstoffstrahlen vor der Mischung mit dem Dampf und dem Kohlenstaub zu einem Ring. Bei einem Abstand von größer acht Durchmessern beobachtet man das Durchbrechen eines Teiles des Kohlenstaubes zwischen den Oxydationsmittelstrahlen.

Der vorgeschlagene Kohlenstaubbrenner hat folgende Vorteile:

1, Dadurch, daß der Kohlenstaubkanal in Form einer oder mehrerer Rohrschlangen ausgeführt ist, die auf das eingebaute Zentralrohr aufgewickelt und in einen Rohrschuß eingeschlossen sind, der koaxial zum Zentralrohr liegt, und im unteren Teil zwischen, dem Rohrschuß und dem Zentralrohr eine Zwischenwand angeordnet ist, die mit den Fänden des Zentralrohres, und des Rohrschusses eine Wirbelkammer bildet, an die

tangential die Enden der Rohrschlangen angebunden sind, wird der Kohlenstaubstrom innerhalb des Kohlenstaubbrenners in der Wirbelkammer aufgelöst; am Austritt aus der Wirbelkammer erfolgt nur noch die Vermischung des Kohlenstaubstromes mit dem Oxydationsmittel. Die Vermischung mit dem aufgelösten Strom erweist sich als sehr effektiv, die Qualität des Generatorgases verbessert sich dabei.

2* Dadurch, daß der Abstand zwischen den Zentren der Austrittsquerschnitte der Austrittsdüsen einen Wert hat,, der gleich dem 2- bis 8fachem des Durchmessers der Austrittsquerschnitte ist, vereinigen sich die Sauerstoffstrahlen, die aus den Austrittsdüsen austreten, nicht zu einem·einheitlichen Strom, sondern sie vermischen sich jeder einzeln mit dem aufgelösten Kohlenstaubstrom und dem Wasserdampf und bilden einzelne Flammen einer kleinen Leistung mit relativ niedrigen Temperaturen in den Flammenkernen. Der Brenner wird dabei nicht überhitzt, die Qualität des Gases jedoch erhöht und gleichzeitig können sich die Flammen leicht aneinander entzünden, wobei die Stabilität des Brenners insgesamt unterstützt wird.

3* Dadurch, daß die Austrittsdüsen unter unterschiedlichen Neigungswinkeln zur Gehäuseachse ausgeführt sind, wird der positive Effekt verstärkt, der im vorangegangenen Punkt beschrieben wurde. Außerdem wird (durch das Fehlen der Drehbewegung des Oxydationsmittels) der Öffnungswinkel der gesamten Flamme als Ganzes etwas kleiner und damit ist kein Anschlagen der Flamme an die Wand des Gaserzeugungsreaktor und ein Ausfall der letzteren zu beobachten,

4. Dadurch, daß das Zentralrohr am Ausgangsteil mit eine:? Muffel versehen ist und im Zentralrohr ein Gasbrenner angeordnet ist, erreicht man eine problemlose Zündung und eine zuverlässige Flammenstabilisierung. Die Säuerst off strahlen, die aus den Austrittsdüsen austreten,

erfassen die erforderlichen Mengen von Wasserdampf und Kohlenstaub und sind auf den Strom der hocherhitzten Verbrennungsprodukte gerichtet, die aus der keramischen Muffel austreten. Die keramische Muffel garantiert eine zuverlässige Entzündung des Gases und des Oxydationsmittels, die aus dem Gasbrenner austreten.

Claims

Patentanspruch

1. Kohlenstaubbrenner, bestehend aus einem Gehäuse mit einem-Stutzen für die Zuführung des Wasserdampfes und einer Austrittsdüse, einem Kohlenstaubkanal, Kanälen für das Zuführen des Oxydationsmittels, die einen Ausgangssammler und einen Eingangssammler miteinander verbinden, am Austrittssammler befestigten Austrittsdüsen, die unter einem Winkel zur Achse des Gehäuses geneigt sind und deren Austrittsöffnungen in der Ebene der Austrittsdüse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur "Verbesserung der Qualität des Generatorgases durch Erhöhung der Qualität der Vermischung von Oxydationsmittel und Kohlenstaub und zur Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit der Kohlenstaubkanal in Form einer oder mehrerer Rohrschlangen ausgeführt ist, die auf eine in das Gehäuse eingebautes Zentralrohr gewickelt und in einen Rohrschuß eingeschlossen sind, der koaxial zum Zentralrohr liegt, und zwischen dem Rohrschuß und dem Zentralrohr im unteren Teil eine Querwand angeordnet ist, die mit den Wänden des Zentralrohres und des Rohrschusses eine Wirbelkammer bildet, an die die Enden der Rohrschlangen tangential anbinden, wobei die Austrittsdüsen mit verschiedenen Neigungswinkeln in Aufeinanderfolge ausgeführt sind und der Abstand zwischen den Zentren der Querschnitte der Austritt soff nungen der Düsen einen Wert hat, der gleich dem 2- bis 8fachen des Durchmessers der Austrittsöffnungen der Austrittsdüsen ist.
2. Kohlenstaubbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentralrohr eine keramische Muffel mit einem Gasbrenner angeordnet ist«

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