DD271556B5 - Kohlenstaubbrenner - Google Patents

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht eich auf Kohlenstaubbrenner, die für die Dampf-Sauerstoff-Vergasung von Kohlenstaub, welcher als dichte Feststoff-Trägergas-Suspenslon zugeführt wird, vorgesehen sind und kann In der Brennstoff Industrie und In der chemischen Industrie für die Gaserzeugung aus Kohle eingesetzt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Mit DD 254983 ist ein Kohlenstaubbrenner bekannt, bestehend aus einem Gehäuse mit Austrittsteit und Stutzen zur Einbringung des Dampf-Oxydationsmittel-Gemisches, einem längs der Gehäuseachse montierten Pilotbrenner, einem koaxial zwischen Gehäuse und Pilotbrenner unter Bildung von Räumen mit ringförmigem Querschnitt angebrachtem Rohrstück mit Austrittsabschnitt, einer Trennwand, angeordnet im Ringraum zwischen dem Gehäuse und dem Rohrstück oberhalb deren Austrittsabschnitten und einem für Gehäuse, Trennwand und Rohrstück gemeinsamen wassergekühlten Mantel, der etwa äquldistant um den Austrittsabschnitt des Gehäuses, die Trennwand und den Austrittsabschnitt des genannten Rohrstückes herumgelegt ist, wobei ein Ringhohlraum entsteht, der durch Austrittebuchsen mit dem durch das Gehäuse, die Trennwand und das Rohrstück begrenzten Raum verbunden ist.

Weiter sind in die Austrittsbuchsen Ausströmrohre eingesetzt, die mit unterschiedlicher Länge und unterschiedlichem Durchmesser in den Ringhohlraum hereinragen. Schließlich sind zwischen dem Pilotbrenner und dem Rohrstück Zuführungselemente für Kohlenstaub in Form von Rohrschlangen angeordnet, die unterhalb einer Querwand schraubenförmig in einer um die Mündung des Pilotbrenners herum angeordneten nach oben durch die Querwand begrenzten Wirbelkammer enden.

Durch einige längere Ausströmrohre, die außerdem einen größeren Durchmesser aufweisen, wird ein Teil eines zugeführten Sauerstoff-Dampf-Gemlsches in Form von scharfen Strahlen hoher Geschwindigkeit durch den Ringhohlraum hindurch auf den aus der Wirbelkammer austretenden Kohlenstaub gerichtet, erfaßt diesen und reißt ihn in die durch den Pilotbrenner gebildete

-2- 271 58Θ

Gasflamme. Dadurch wird dl· frühzeitige und stabile Zündung dar Kohlenstaubflamme gawlhrlalatat. Dar ander« Tall daa 8auerstoff*Dampf*Gemlschet tritt durch kuriere Autströmrohre'ln den Ringhohlraum und verläßt Ihn In Form einer geschlossenen Rlngitrömung, die einen Durchhruch von Kohlenstaubpartikeln nach außen obne ausreichenden Kontakt mit Sauerstoff ausschließt.

Dem bekannten Kohlenstaubbrenner haften Jedoch Nachtelle an. Die In den Ringhohlraum hineinragenden Ausstromrohr« unterliegen der Gefahr, sich Im Sauerstoffatom xu entiünden und durch Metallbrand leritört iu werden. Diese Gefahr Ist besonders dann gegeben, wenn -wie Im Anfahrbetrieb nötig- tunlichst eine kleine Menge Helßdampf ium Preispolen durch die Aueströmrohre und den Ringhohlraum In den Vergasungsreaktor geleitet wird, wobei alch die Ausströmrohre i. B. auf knapp 400'C erbitten und erst dann die aufgehellten Aueströmrohre mit dem hochkonzentrierten Sauerstoff-Dampf-Gemlsch beaufschlagt werden. Ein weiterer Nachteil Ist, daß die Enden der In Form von Rohrschlangen ausgebildeten ZufOhrungselemente für Kohlenstaub und die die Wirbelkammer nach oben begrenzende Querwand nicht gekühlt alnd. Durch das Ansaugen von heißen Gasen aus dem Vergesungsreaktor, Indlilert durch die In der Wirbelkammer entstehenden Rotationen des Kohlenstaub-Trlgergas-Gemlsches, besteht die Gefahr der Überhltiung und achlleßllchen Zerstörung der ungekühlten Bauteile. Es Ist welter ein Kohlenstaubbrenner bekannt, bei dem auf die In den Ringhohlraum hineinragenden Ausströnirohre verzichtet wird. Ein Teil des Sauerstoff-Dampf-Gemlsches wird bei diesem Brenner deshalb unmittelbar durch dl« Austrittsbuchsen In den Ringhohlraum eingeleitet und bildet mit dem Austritt aus dem Ringhohlraum «In« geschlossene Ringströmung. Der andere Teil des Sauerstof f-Dampf-Gemlsches wlt d In Form scherfer, Im Winkel nach der Achae xu gerichteter Strehlen über Aueströmrohre, die Im wasserdurchflossenen Raum zwischen Austrlttsebschnltt des Geniuses und Ringhohlraum geführt sind, den wassergekühlten Mantel nahe seiner tiefsten Stelle durchdringen und bündig mit dem gekühlten Mantel enden, In Form scharfer Strahlen eingeblasen.

Welter Ist bei diesem Brenner die Wirbelkammer für den Kohlenstaub In den oberon Teil des den Pilotbrenner umgebenden Ringraums verlegt und so gestaltet worden, daß eine allseitige Wasserkühlung auch der Mündung der Kohlenstaubzuf Ohrung In die Wirbelkammer gegeben ist.

Der Kohlenstaubbrenner arbeitet nach ähnlichem Prinzip wie der Brenner nach DD 254983, vermeldet dessen Nachtelle, Ist jedoch sehr kompliziert aufgebaut und erfordert einen hohen Fertigungs·, Montage- und Reparaturaufwand.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht In der Vereinfachung der Konstruktion und In der Verminderung des Fertigungs·, Montage· und Reparaturaufwandes.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen vereinfachten Kohlenstaubbrenner zu schaffen, der allen Bedingungen der Staubdruckvergasung einschließlich der vom Normalbetrieb abweichenden Bedingungen, wie Im An· und Abfehrbetrieb, entspricht und lange Betriebszelten gewährleistet.

Die Erfindung geht aus von einem Kohlenstaubbrenner, der aus einem GehBuse mit einem konisch eingezogenen Austrittsende und mit einem Stutzen zur Zuführung des Oxydationsmittels, einem längs der Gehäuseachse angeordneten Pilotbrenner, einem koaxial zwischen Gehäuse und Pilotbrenner unter Bildung von Ringräumen angeordneten Rohrstück mit einem konisch eingezogenen Austritteende, einer zwischen Gehäuse und Rohrstück oberhalb Ihrer Austrittsenden angeordneten Quertrennwand, einem für Gehäuse, Quertrennwand und Rohrstück gemeinsamen wassergekühlten Mantel, der um das Austrittsende des Gehäuses, die Quertrennwand und das Austrittsende des Rohrstückes in angenähert gleichbleibendem Abstand unter Bildung eines Ringhohlraumes herumgelegt Ist, wobei der Ringhohlraum durch Austrittsbuchse mit dem Ringraum zwischen Gehäuse und Rohrstück verbunden ist sowie mindestens einem Zuführungselement für Kohlenstaub besteht.

Erfindungsgomäß setzt sich der wassergekühlte Mantel vom Austrittsende des Rohrstückes nach Innen bis zur Mündung des Pilotbrenners hin eis konischer Boden derart fort, daß die Mündung des Kohlenstaubbrenners die Form eines sich nach dem Reaktionsraum zu öffnenden Hohlkegele einnimmt, an dessen Spitze die Mündung des Pilotbrenners angeordnet Ist. f-rflndungsgemäß sind weiter das (die) Zuführungselement(e) für Kohlenstaub Jeweils in Form eines Rohres ausgebildet, welches im Bereich des konischen Bodens durch den wassergekühlten Mantel hindurch geführt Ist und bündig mit dessen Oberfläche endet, wobei dem als Zuführungselement für Kohlensteub dienenden Rohre diametral gegenüberliegend Jeweils ein Kanal den konischen Boden durchbricht und ebenfalls mit dessen Oberflache bündig endet, dessen Einlauf In Verbindung mit dem Ringraum zwischen Gehäuse und Rohrstück steht und mit Düsen zur zusätzlichen Dampfzuführung versehen ist. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind das als Zuführungselement für Kohlenstaub dienende Rohr und der zugeordnete Kanal In Ihrem Mündungsbereich so ausgerichtet, daß sich die Verlängerungen ihrer Achsen auf der verlängerten Achse des Kohlenstaubbrenners schneiden. Welter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die als Zuführungselemente für Kohlenstaub dienenden Rohre und die zugeordneten, diametral gegenüberliegenden Kanäle Jeweils Im rechten Winkel zum konischen Boden durch diesen hindurch geführt sind und wenn darüber hinaus auch der Ringhohlraum etwa im rechten Winkel zum konischen Boden nach dem Reaktionsraum hin geöffnet ist.

Auf Grund dessen, daß die Zuführungselemente für Kohlenstaub in Form einfacher Rohre gestaltet sind, die den Kühlmantel im Bereich des konischen Bodens durchdringen, wird die Brennerkonstruktion wesentlich vereinfacht - der Brenner verfügt über keinerlei innere Vorrichtungen zur Staubverteilung vor der Zuführung in den Reaktor.

Dadurch, daß die zugeordneten Kanäle ebenfalls im Bereich des konischen Bodens herausgeführt werden, läßt sich die Durchdringung des Kühlmantels und die Verankerung der Kanäle im Kühlmantel leichter lösen, so daß sich gegenüber bekannten Kohlenstaubbrennern dieser Art auch aus dieser Sicht wesentliche Vereinfachungen in der Konstruktion ergeben.

Mit der Zuordnung leweilt elnei Kanals für einen 8aueritol(*Dampf*8trahl iu einem al· Kohlenstaub-Zuf ührungielement

dienenden Rohr und mit Ihrer geometrischen Anordnung wird die Möglichkeit einer zuverlässigen Auflösung des kompakten

Kohlenstaubstroms durch den Sauerstoff-Dampf-Strahl, der Vermischung der 8trahlen und derausrelchenden Vorbereitung des Gemisches (Qr die Zündung und Vergasung geschaffen. Damit wird hoho Wirtschaftlichkeit dea Betriebes erreicht. Die am Einlauf der Kanäle angeordneten Düsen für eine zusätzliche Dampfzuführung ermöglichen durch die Injektorwirkung die Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit des Sauerstoff-Dampf »Strahles aus den Kanälen. FQr einen ordnungsgemäßen Betrieb Ist die Einhaltung folgender Beziehungen zweckmäßig:

Μκ.0 · Wk.0 · βΐηδκ,ο - Mo.s · w_Ol» · sln8o,s

Hierbei sind:

Μχ,α; Mo.8 Masse des zugefOhrten Kohlenstaubes einschließlich Trägergas bzw. Masse des Dampf-Sauerstoff-Gemlsches wx.o;W(>.s Geschwindigkeiten dieser Ströme

«· no! if O₁S WlnkelzwlschendenAustrlttsachsenderalsKohlenstaubzuführungselementdlenendenRohrebzw. der KanBle der Brennerachse

Bei Einhaltung dieser Beziehung Hegt das Zentrum der Vermischung auf der Brennerachse. Durch Veränderungen des Betriebsregimes können sich diese Verhältnisse verschieben. Eine Korrektur Ist möglich durch Veränderung der Dampfführung Ober die Düsen am Eintritt In die Kanüle.

AusfQhrungsbelsplel

Auf der Zeichnung ist der erfindungsgemäße Kohlenstaubbrenner Im Lllngsquerschnltt dargestellt. Der Kohlenstaubbrenner besteht aus dem Gehfluse 1 mit konisch eingezogenem Austrittsende 2 und dem Stützen 3 für die Zuführung des Sauerstoff-Dampf-Gemlsches als Oxydationsmittel, dem Pilotbrenner 4, dem RohrstQck 6 mit dem konisch eingezogenen Austrittsende 6, einer Im Ringraum zwischen Gehl use 1 und Rohratück 6 oberhalb Ihrer Auetrittsenden 2 bzw. β angeordneten Quertrennwand 7 und dem gemeinsamen wassergekühlten Mantel 8, der In angenähert gleichbleibendem Abstand um das konisch eingezogene Austrittsende 2 des Gehäuses 1« die Quertrennwand 7 sowie das ebenfalls konisch eingezogene Austrittsende β des Rohrstückes S herumgelegt Ist, wobei sich ein Ringhohlraum 9 ausbildet, und der sich zwischen dem Austrittsende β des RohrstQckes 5 und der Mündung des Pilotbrenners 4 als konischer Boden 13 fortsetzt und schließlich In ein den Pilotbrenner 4 umhüllendes Rohr übergeht. Der wassergekühlte Mantel 8 verfügt über einen Zuführungsstutzen 11 und einen Ableitungsstutzen 12 für Kühlwasser. Welter Ist eine Leiteinrichtung 17 für das Kühlwasser vorgesehen, deren unterer Teil konisch ausgeführt und äquidistant zum konischen Boden 13 angeordnet Ist, während der obere Teil zylindrisch ausgebildet Ist, und den den Pilotbrenner 4 rohrförmig umhüllenden Teil des Kühlmantels 8 unter Bildung eines konzentrischen Spaltes umschließt. Der Ringhohlraum 9 Ist durch eine Vielzahl von Austrlttsbuchsen 10 mit dem Ringraum zwischen Gehäuse 1 und Rohrstück 5 verbunden.

Der Brenner Ist weiter mit drei als Zuführungselemente 16 für Kohlenstaub dienenden Rohren auegerüstet, deren Austrittsöffnungen den Kühlmantel Im Bereich dos konischen Bodens 13 durchdringen und bündig mit dessen Oberfläche abschließen. Jeweils diametral gegenüber diesen Rohren für Kohlenstaub sind drei Kanäle 14 angeordnet, die mit dem Ringraum zwischen Gehäuse 1 und Rohrstück 5 verbunden sind und die ebenfalls den konischen Boden 13 durchdringen und bündig mit dessen Oberfläche abschließen. Die Mündungen der als Zuführungselement 16 für Kohlenstaub dienenden Rohre und der lewells diametral gegenüberliegenden Kanäle 14 sind so gerichtet, daß sich ihre Achsen auf der Achse des Kohlenstaubbrenners schneiden. An den Einlauföffnungen der Kanäle 14 sind welter Düsen 16 für eine zusätzliche Dampfzuführung vorgesehen. Der Kohlenstaubbrenner arbeitet in folgender Weise:

Über den Zuführungsstutzen 11 wird Kühlwasser zugeführt, welches In den Ringraum zwischen Kühlmantel 8 und Gehäuse 1 eintritt, das konisch eingezogene Austrittsende 2 des Gehäuses 1, die Quertrennwand 10 und das konisch eingezogene Austrittsende 6 des Rohrstückes 5 umströmt, In den Spalt zwischen Leiteinrichtung 17 und dem konischen Boden 13 bzw. dem den Pilotbrenner umhüllenden Teil des Kühlmantels 8 weitergeführt wird und über den Ableitungsstutzen 12 austritt. Der Pilotbrenner wird gezündet und eine Gasflamme erzeugt. Über die als Zuführungselemente 16 für den Kohlenstaub dienenden Rohre wird eine dichte Kohlenstaub-Trä'gergas-Suspenslon eingeleitet. Über den Stutzen 3 wird ein Sauerstoff-Dampf-Gemlsch zugeführt, welches zu einem Teil über den Raum zwischen dem Gehäuse 1 und dem Rohrstück 6 und die Austrlttsbuchsen 10 In den Ringhohlraum gelangt, sich dort verteilt und als ringförmiger Strom in den Reaktionsraum eindringt, während der andere Teil über die Kanäle 14 strömt. Die Kohlenstaub-Trägergasstrahlen und die Sauerstoff-Dampf-Strahlen aus den Kanälen 14 treffen im Bereich der durch den Pilotbrenner 4 erzeugten Gasflamme aufeinander. Dabei wird der Kohlenstaubstrahl zerstört. Es entsteht ein Gemisch aus Kohlenstaub, Sauerstoff und Dampf, welches sich entzündet. Der ringförmige Sauerstoff-Dampf-Strom aus dem Ringhohlraum 9 verhindert ein Ablenken von Kohtenstaubpartlkeln nach außen zu und gewährleistet ausreichenden Kontakt zwischen Staub und Oxydationsmittel. Mit der Zuführung von zusätzlichem Dampf über die Düsen 15 kann die Auflösung der Staubstrahlen und die Ausbildung der Flamme beeinflußt und insbesondere bei Veränderungen des Betriebsregimes optimiert werden.

Der Brenner gewährleistet hohe Betriebszuverlässigkeit, ist konstruktiv einfach gestaltet und daher kostengünstig bei Herstellung, Montage und Instandhaltung.

Claims (4)

1. -1- 271 BB6 Patentansprüche:

   1. Kohlenstaubbrenner, bestehend aus einem Gehäuse mit einem Auetritteende und mit einem Stutzen zur Zuführung eines Oxydationsmittels, einem länge der Gehäuseachse angeordneten Pilotbrenner, einem koaxial zwischen Gehäuse und Pilotbrenner unter Bildung von Ringräumen angeordneten Rohretück mit einem Austritteende, einer zwischen Gehäuse und Rohrstück oberhalb Ihrer Austrlttsenden angeordneten Quertrennwand, einem für Gehäuse, Quertrennwand und Rohrstück gemeinsamen wassergekühlten Mantel, der um das Austrittsende des Gehäuses, die Quertrennwand und das Auetritteende dos Rohrstüokes In angenähert gleichbleibendem Abstand unter Bildung eines Ringhohlraumes herumgelegt Ist, wobei der Ringhohlraum durch Austrlttsbuchsen mit dem Ringraum zwischen Gehäuse und Rohretück verbunden Ist sowie mindestens einem Zuführungselement für Kohlenstaub, dadurch gekennzeichnet, daß sich der wassergekühlte Mantel vom Austritteende (6) des Rohrstückes (B) nach Innen bis zur Mündung des Pllotbrennere (4) hin als konischer Boden (13) derart fortsetzt, daß die Mündung des Kohlenstaubbrenners die Form eines sich nach dem Reaktionsraum zu öffnenden Hohlkegels einnimmt, en dessen Spitze die Mündung des Pilotbrenners angeordnet Ist, und das (die) Zuführungeelement(e) (16) für Kohlenstaub jeweils In Form eines Rohres ausgebildet sind, welches Im Bereich des konischen Bodens (13) durch den wassergekühlten Mantel hindurch geführt ist und bündig mit dessen Oberfläche endet, wobei der Mündung des als Zuführungeelement (16) für Kohlenstaub dienenden Rohres diametral gegenüberliegend Jeweils ein Kanal (14) den konischen Boden (13) durchbricht und ebenfalls mit dessen Oberfläche bündig endet, dessen Einlauf In Vorbindung mit dem Ringraum zwischen Gehäuse (1) und Rohrstück (6) steht und mit Düsen (15) zur zusätzlichen Dampfzuführung versehen Ist.
2. 2. Kohlenstaubbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das als Zuführungselement (16) für Kohlenstaub dienende Rohr und der zugeordnete Kanal (14) in ihrem Mündungsbereich so ausgerichtet sind, daß sich Ihre Achsen auf der verlängerten Achse des Kohlenstaubbrenners schneiden.
3. 3. Kohlenstaubbrenner nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das als Zuführungselement (16) für Kohlenstaub dienende Rohr und der zugeordnete diametral gegenüberliegende Kanal (14) jeweils Im rechten Winkel zum konischen Boden (13) durch diesen hindurchgeführt sind,
4. 4. Kohlenstaubbrenner nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringhohlraum (9) etwa im rechten Winkel zum konischen Boden (13) geöffnet ist.