DD228338B1 - Kohlenstaubbrenner - Google Patents

Description

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

In der DD-PS 151019 wird ein Kohlenstaubbrenner beschrieben, bei welchem die Zuführung des Kohlenstaubes mittels einer Rohrschlange erfolgt. Die Rohrschlange kann dabei einfach oder mehrfach gewunden sein.

Die Rohrschlange ist auf ein zentrales Rohr gewickelt. Dabei ist die gesamte Anordnung im Gehäuse eingeschlossen. Der Rohrschuß ist zum Zentralrohr koaxial angeordnet. Das Rohr ist entlang der Gehäuseachse (also koaxial) angeordnet. Die Bildung einer Wirbelkammer wird durch die Anordnung einer Querwand erreicht. Die Einmündung der Kohlenstaubrohre erfolgt tangential.

Der konstruktive Aufbau dieses Brenners garantiert nicht, daß bei hohen Leistungen eine solche intensive Vermischung von Oxydationsmittel und Kohlenstaub eintritt, die Voraussetzung für eine gute Qualität des erzeugten Rohgases ist. Weiterhin wirkt sich nachteilig bei hohen Belastungen aus, daß sich eine lange Flamme ausbildet.

Weiterhin ist ein Kohlenstaubbrenner bekannt, der aus einem Gehäuse mit einem Stutzen für das Zuführen des Dampfes und einer Dampf-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, dereinen Radius hat, der 0,5 bis 0,8 des Radius der Austrittsöffnung des Kohlenstaubkanales ist, und wobei die Austrittsöffnungen der Austrittsdüsen in der Ebene der Austrittsdüse des Gehäuses und des Kohlenstaubkanales 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 MkI. F 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 Austrittsdüsen strömt. Durch den Stutzen im Gehäuseführt 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 Nachteile:

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 10fache der Radien der Austrittsdüsen für das Zuführen des Oxydationsmittels beträgt, vereinigen sich die Sauerstoffstrahlen, 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 Grundkreis 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 Wesens der Erfindung

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

Die Erfindung geht aus von einem Kohlenstaubbrenner, der aus einem Gehäuse mit einem Stutzen für die Zuführung des Dampfes und einer Dampf-Austrittsdüse, einem Kohlenstaubkanal, Kanälen für das Zuführen des Oxydationsmittels, die einen Zuführungs- und einen Austrittssammler verbinden, und am Austrittssammler befestigten Austrittsdüsen besteht, wobei der Kohlenstaubkanal in Form einer oder mehrerer Rohrschlangen ausgeführt ist, die auf ein im Gehäuse installiertes Zentralrohr aufgewickelt und in einen Rohrschuß eingeschlossen sind, der koaxial zum Zentralrohr angeordnet ist, und zwischen dem Rohrschuß und dem Rohr im unteren Teil eine Querwand angeordnet ist, die mit den Wänden des Rohres und des Rohrschusses eine Wirbelkammer bildet, an die sich tangential die Enden der Rohrschlangen anschließen. Erfindungsgemäß sind die genannten Austrittsdüsen mit unterschiedlichen Winkeln geneigt und aufeinanderfolgend eingebaut, der Abstand zwischen den Zentren der Querschnitte der Austrittsöffnungen hat dabei einen Wert, der gleich dem 2- bis ßfachen Durchmesser der Austrittsöffnungen der Austrittsdüsen ist

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist im Zentralrohr eine keramische Muffel mit einem Gasbrenner installiert.

Ausführungsbeispiel

Auf der Abbildung ist ein Längsschnitt des vorgeschlagenen Kohlenstaubbrenners dargestellt: Der Kohlenstaubbrenner besteht aus dem Gehäuse 1 mit dem Stutzen für das Zuführen des Dampfes 2 und der Dampf-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 Eingangsstutzen 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 10 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 8fachen 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:

In das Zentralrohr 4 ist die keramische Muffel 14 mit einem Gasbrenner 15 eingebaut.

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, derdurch die Spalte zwischen den Verdickungen 16 und 17 und dem Austrittssammler 10 hindurchgeht und danach durch die Dampf-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. 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 Oxydationsmittelströme saugen die erforderliche Wasserdampfmenge an und vermischen sich mit der erforderlichen Menge Kohlenstaub.

Danach kommen sie mit den hocherhitzten Verbrennungsprodukten 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 Oxydationsmittelströme 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 Austrittsöffnungen 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 Wänden 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 8fachen 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 dergesamten Flamme als Ganzes etwas kleiner und damit ist kein Anschlagen der Flamme an die Wand des Gaserzeugungsreaktors und ein Ausfall der letzteren zu beobachten.

4. Dadurch, daß das Zentralrohr am Ausgangsteil mit einer Muffel versehen ist und im Zentralrohr ein Gasbrenner angeordnet ist, erreicht man eine problemlose Zündung und eine zuverlässige Flammenstabilisierung. Die Sauerstoffstrahlen, 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.

Ermittelte Druckschriften

DD-PS 151 019 DE-PS 360541 US 4371 379

Claims (2)

1. Kohlenstaubbrenner, bestehend aus einem Gehäuse mit einem Stutzen für die Zuführung des Wasserdampfes und einer Dampf-Austrittsdüse, einem Kohlenstaubkanal, Kanälen für das Zuführen des Oxydationsmittels, die einen Ausgangssammler und einen Eingangssammler miteinander verbinden, sowie am Austrittssammler befestigten Austrittsdüsen, die unter einem Winkel zur Achse des Gehäuses geneigt sind und deren Austrittsöffnungen in der Ebene der Austrittsdüse angeordnet sind, wobei der Kohlenstaubkanal in Form einer oder mehrerer Rohrschlangen ausgeführt ist, die auf ein 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsdüsen mit verschiedenen Neigungswinkeln in Aufeinanderfolge ausgeführt sind und der Abstand zwischen den Zentren der Querschnitte der Austrittsöffnungen der Düsen einen Wert hat, der dem 2- bis 8fachen des Durchmessers der Austrittsöffnungen der Austrittsdüsen entspricht.

2. Kohlenstaubbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentralrohr eine keramische Muffel mit einem Gasbrenner angeordnet ist.

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