DD237363A1

DD237363A1 - Kohlenstaubbrenner

Info

Publication number: DD237363A1
Application number: DD27628585A
Authority: DD
Inventors: Friedrich Berger; Christian Reuther; Manfred Schingnitz; Peter Goehler; Ernest Gudymov; Vladimir Semenov; Vasilij Fedotov; Boris Rodionov
Original assignee: Freiberg Brennstoffinst
Priority date: 1985-05-14
Filing date: 1985-05-14
Publication date: 1986-07-09

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kohlenstaubbrenner, der fuer die Vergasung von in einem konzentrierten Strom zugefuehrten Kohlenstaub mit Dampf und Sauerstoff bestimmt ist und in der chemischen Industrie fuer die Kohlevergasung verwendet werden kann. Ziel der Erfindung ist die Erhoehung der Betriebszuverlaessigkeit des Brenners. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch konstruktive Gestaltung des Brenners die hohe Betriebszuverlaessigkeit zu erreichen und den Bedingungen der Vergasung wie hoher Druck und Temperatur im Druckreaktor zu entsprechen. Erfindungsgemaess ist das Gehaeuse des Brenners und ein zwischen dem Gehaeuse und dem Zentralrohr angeordneten Rohrschuss einschliesslich des dazugehoerigen Bodens in einem wassergekuehlten Mantel eingeschlossen, durch den die Austrittsduesen hindurchgefuehrt sind.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorgeschlagene Erfindung betrifft einen Kohlenstaubbrenner, der für die Vergasung von in einem konzentrierten Strom zugeführten Kohlenstaub mit Dampf und Sauerstoff bestimmt ist und der in der chemischen Industrie für die Kohlevergasung verwendet werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist ein Brenner bekannt, der aus einem Gehäuse mit einem wassergekühlten Mantel, einem Kohlenstaubkanal, der in Form eines Zentralrohres ausgeführt ist, Austrittsöffnungen für die Zuführung des Oxydationsmittels,· die in einem Boden gebohrt sind, der zwischen Gehäuse mit Zentralrohr eingebaut und oberhalb des Austrittsquerschnittes des Gehäuses angeordnet ist, und aus dieser Vormischkammer besteht, die durch den Boden und das Brennergehäuse gebildet wird {US-PS Nr. 4350103, F 23 D, 1/02,1982).

Der genannte Brenner hat eine sehr geringe Betriebszuverlässigkeit. Das hängt mit den nachfolgend genannten beiden Umständen zusammen.

1. Dadurch, daß der Boden zwischen dem Gehäuse und dem Zentralrohr oberhalb des Austrittsquerschnittes des Gehäuses angeordnet ist und mit ihm eine Vormischkammer bildet, ist eine vorzeitige Entzündung und Verbrennung innerhalb der Inbetriebnahme, bei Änderungen des Betriebsregimes oder bei einem Betrieb mit geringen Belastungen möglich. Das führi zu ejner Überhitzung und zu einem Ausfall des ungekühlten Bodens und des Brenners insgesamt.

2. Dadurch, daß die Austrittsöffnungen als Bohrungen im ungekühlten Boden ausgeführt sind, werden beim Spülen des Oxydationsmittelkanales mit Wasserdampf (der in der Regel eine hohe Temperatur im Bereich von 300 bis 500⁰C hat) der Boden und die Wände der Austrittsöffnungen praktisch bis auf die gleiche Temperatur erhitzt. Bei der Zuführung des Oxydationsmittels (oder des Gemisches von Oxydationsmittel und Wasserdampf) und bei der Zündung des Kohlenstaubes wird der Boden zusätzlich durch die Wärmestrahlung aus der Flamme erhitzt.

Dabei erfolgt eine Oxydation des Bodens oder sogar ein Verbrennen des Metalls, wenn als Oxydationsmittel technischer Sauerstoff verwendet wird. In beiden Fällen kommt es entweder sofort oder nach einer sehr kurzen Betriebszeit zum Ausfall des Brenners.

Hinsichtlich dem technischen Wesen und dem zu erreichenden Effekt kommt dem anzumeldenden Kohlenstaubbrenner ein Kohlenstaubbrenner am nächsten, der aus einem Gehäuse mit einem Stutzen für die Zuführung von Dampf, einem Zentralrohr mit Kanälen für die Zuführung des Brennergases und des Oxydationsmittels und mit einer Brennerkammer, die am Ende angeordnet ist, einem zwischen dem Gehäuse und dem Zentralrohr eingebauten Rohrschaft, woher der Spalt zwischen Rohrschaft und Zentralrohr durch eine Querwand abgebunden wird und sich damit unter der Querwand eine Wirbelkammer bildet, Kanäle für die Zuführung des Kohlenstaubes, die in Form von Rohrschlangen ausgeführt sind, die aui das Zentralrohr aufgewickelt sind, und Kanäle für das Zuführen des Oxydationsmittels besteht, die einen Eingangs-und einer Ausgangssammler verbinden, wobei der Ausgangssammler mit Austrittsdüsen versehen ist, die unter verschiedenen Winkeln zur Brennerachse gerichtet sind, wobei die Austrittsöffnungen der Düsen in der Austrittsebene des Gehäuses liege (SU-UHS-Anmeldung Nr.3783316/24-06, IKP, F 23 D, I/02, F 23 D, t/06, 4.9.1984). Der bekannte Brenner hat ebenfalls eine geringe Betriebszuverlässigkeit. Das hängt damit zusammen, daß die Austrittsdüsen für das Oxydationsmittel an einem Sammler befestigt sind, zwischen Gehäuse und Rohrschaft liegen und die Austrittsöffnungen dieser Düsen in der Austrittsebene des Gehäuses angeordnet sind, weil der Raum zwischen dem Gehäuse und dem Rohrschaft ständig mit Wasserdampf gespült wird und über die Kanäle für das Zuführen des Oxydationsmittels die Dampfspülühg vor der Inbetriebnahme durchgeführt wird, haben die Austrittsdüsen vor dem Zuführen des Sauerstoffes infolge der hohen Temperatur des Dampfes (gewöhnlich 300 bis 400⁰C, manchmal jedoch 450 bis 500⁰C), der für das Zuführen zum Generator verwendet wird, eine hohe Temperatur. Bei der Zuführung des Sauerstoffes und der Zündung des Kohlenstaubes werden die Austrittsdüsen zusätzlich durch die von der Flamme ausgehende Wärmestrahlung erhitzt. Dabei erfolgt eine Oxydation des Metalls der Austrittsdüsen im Oxydationsmittelstrom und sogar eine Entzündung des Metalles bei der Verwendung von technischem Sauerstoff als Oxydationsmittel. Im letztgenannten Fall führt das zu sehr schweren Havarien.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit des Brenners.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch konstruktive Gestaltung des Brenners eine hohe Betriebszuverlässigkeit zu erreichen, und den Bedingungen der Vergasung wie hoher Druck und hohe Temperatur im Druckreaktor zu entsprechen. Erfindungsgemäß sind in dem Kohlenstaubbrenner, der aus einem Gehäuse mit einem Stutzen für das Zuführen des Oxydationsmittels und des Dampfes, einem Zentralröhr mit Kanälen für das Zuführen des Brenngases und des Oxydationsmittels und einer am Ende angeordneten Brennkammer, die am Ende des Zentralrohres angeordnet ist, wobei der Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Zentralrohr durch eine Querwand so verschlossen ist, daß sich unter dieser eine Wirbelkammer bildet, Kanälen für das Zuführen des Kohlenstaubes, die in Form von Rohrschlangen ausgeführt sind, die auf das Zentralrohr aufgewickelt sind, Austrittsdüsen für das Zuführen des Oxydationsmittels, die unter verschiedenen Winkeln zur Brennerachse geneigt sind, und einen durch einen Boden verschlossenen Ringspalt zwischen Gehäuse und Rohrschuß besteht, in den einige Reihen von Austrittsdüsen eingebaut sind, wobei das Gehäuse, der Rohrschuß und der Boden in einem gemeinsamen wassergekühlten Mantel eingeschlossen sind, durch den die Austrittsdüsen hindurchgeführt sind.

Ausführungsbeispiei

Auf der Zeichnung ist der vorgeschlagene Brenner im Längsschnitt dargestellt.

Der Brenner besteht aus einem Gehäuse 1 mit einem wassergekühlten Mantel 2 und einem Stutzen 3 für das Zuführen des Oxydationsmittels mit dem Wasserdampf, dem Zentralrohr 4 mit den Kanälen für das Zuführen des Brenngases 5 und des Oxydationsmittels 6 und der am Ende angeordneten Brennkammer?, dem zwischen dem Gehäuse 1 und dem Zentralrohr 4 eingebauten Rohrschuß 8 mit dem wassergekühlten Mantel 9. Der Spalt zwischen dem Rohrschuß 8 und dem Zentralrohr 4 ist durch die Querwand 10 unter Bildung der Wirbelkammer 11 verschlossen. Die Kanäle für das Zuführen des Kohlenstaubes 12 sind in Form von Rohrschlangen ausgeführt, die auf das Zentralrohr 4 aufgewickelt sind und innerhalb des Rohrschusses 8 angeordnet sind.

Der Ringspalt zwischen dem Gehäuse 1 und dem Rohrschuß 8 ist durch den Boden 13 verschlossen, der mit einem wassergekühlten Mantel 14versehen ist. Im Boden 13sind in einigen Reihen die Austrittsdüsen für das Zuführen des Oxydationsmittels mit dem Wasserdampf 15 befestigt, die unter verschiedenen Winkein zur Brennerachse geneigt und durch den wassergekühlten Mantel 14 hindurchgeführt sind. Der Kühlermantel 2 und der Rohrschuß 8 sind mit dem Stutzen 16 und für die Zuführung und die Abführung des Kühlwassers versehen.

Der Brenner arbeitet auf folgende Art und Weise. Durch den Stutzen 16 erfolgt das Zuführen des Kühlwassers, das das Gehäuse 1, den Boden 13 und den Rohrschuß 8 umspült und durch den Stutzen 17 abgeführt wird. Durch den Kanal 5 erfolgt die Zuführung des Brenngases, durch den Kanal 6 die Zuführung des Oxydationsmittels, die in der Brennkammer? verbrennen. Die hocherhitzten Verbrennungsprodukte gelangen aus der Kammer? in den Reaktionsraum des Gaserzeugungsreaktors. Durch den Stutzen 3 erfolgt das Zuführen des Wasserdampfes, danach führt man über die Kohlenstaubkanäle 12 den konzentrierten Kohlenstaubstrom zu, der in der Wirbelkammer 11, die sich unter der Zwischenwand 10 befindet, verwirbelt wird und in den Reaktionsraum gelangt. Danach beginnt man, durch den Stutzen 3 die Zuführung des Oxydationsmittels zusammen mit dem Wasserdampf durchzuführen. Die Mischung strömt mit hoher Geschwindigkeit aus den Austrittsdüsen 15 aus, erfaßt den Kohlenstaub und transportiert ihn zur Brennerachse zum Strom der hocherhitzten Verbrennungsprodukte. Dabei erfaßt die Entzündung und Verbrennung des Kohlenstaubes in der Mischung aus Oxydationsmittel und Wasserdampf. Der vorgeschlagene Brenner hat folgenden Vorteil. Dadurch, daß zwischen dem Gehäuse und dem Rohrschuß ein Boden eingebaut ist und der Kühlmantel des Gehäuses unmittelbar in den Kühlmantel des Bodens und des Rohrschusses übergeht, d. h. ein einheitliches Kühlsystem bildet, und die Austrittsdüsen im Boden eingebaut sind, in verschiedenen Reihen auf dem Aufgang angeordnet sind, verschiedene Neigungswinkel zur Brennerachse haben und durch den Kühlmantel hindurchgehen, werden die Austrittsdüsen während des Spülens mit Wasserdampf bei der Inbetriebnahme nicht überhitzt und bei der Zuführung des Sauerstoffes aus der Flamme durch Strahlung hervorgerufene Wärmestrom wird auf einfache Art und Weise durch das Kühlwasser abgeführt, wobei sich die Temperatur der Düsen in der Nähe der Kühlwassertemperatur bewegt. Dadurch wird die Betriebszuverlässigkeit des Brenners wesentlich erhöht.

Claims

Patentanspruch:

Kohlenstaubbrenner, bestehend aus einem Gehäuse mit einem Stutzen für das Zuführen von Dampf und Oxydationsmittel, einem Zentralrohr mit Kanälen für das Zuführen des Brenngasesund des Oxydationsmittels und mit einer am Ende angeordneten Brennkammer, einem zwischen Gehäuse und Zentralrohr eingebauten Rohrschuß wobei der Spaltzwischen den Rohrschuß und dem Zentralrohr durch eine Querwand, unter Bildung einer Wirbelkammer unter der Querwand verschlossen is Kanälen für das Zuführen des Kohlenstaubes, die in Form von Rohrschlangen ausgeführt sind, die auf das Zentralrohr aufgewickelt sind, Austrittsdüsen für das Zuführen des Oxydationsmittels, die unter veschiedenen Winkeln zur Brennerachse geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit der Ringspalt zwischen dem Gehäuse unc dem Rohrschuß durch einen Boden verschlossen ist, in dem in einigen Reihen die Austrittsdüsen eingebaut sind und das Gehäuse, der Rohrschuß und der Boden in einen gemeinsamen wassergekühlten Mantel eingeschlossen sind, durch den die Austrittsdüsen hindurchgeführt sind.

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