DD286031A5

DD286031A5 - Vergasungsbrenner fuer eine anlage fuer die vergasung von festen brennstoffen

Info

Publication number: DD286031A5
Application number: DD89334171A
Authority: DD
Inventors: Karl-Heinz Dutz; Lothar Semrau
Original assignee: Krupp Koppers Gmbh,De
Priority date: 1988-11-05
Filing date: 1989-11-02
Publication date: 1991-01-10
Also published as: EP0367966A1; EP0367966B1; DK169526B1; DE58902964D1; CN1020502C; DE3837586C2; DK548589D0; ES2036776T3; ZA897382B; DE3837586A1; PL163597B1; DK548589A; CN1042596A

Abstract

Die Erfindung betrifft Vergasungsbrenner fuer die Vergasung von feinkoernigen bis staubfoermigen festen Brennstoffen, die in einem Vergasungsreaktor angeordnet sind, mit einem zentralen ersten Zufuehrungskanal fuer Primaeroxidationsmittel einem umgebenden Brennstoff-Ringkanal fuer die Brennstoffe, die mit einem Traegergas eingefuehrt werden, einem den Brennstoff-Ringkanal umgebenden zweiten ringfoermigen Zufuehrungskanal fuer Sekundaeroxidationsmittel, sowie mit Kuehlkanaelen und gegebenenfalls zumindest einem Moderatorgas-Ringkanal. Eine Mehrzahl der Vergasungsbrenner brennt mit ihrem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl in den Vergasungsreaktor hinein. Die Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahlen bilden in dem Vergasungsreaktor eine Primaerreaktionszone hoher Temperatur. Aus dem Vergasungsreaktor wird ein Rohgas abgezogen. In dem ersten Zufuehrungskanal ist eine rohrfoermige Injektionslanze angeordnet, die von Oxidationsmittel umstroemt ist. Durch die Injektionslanze ist ein Flugstaub/Traegergas-Strom in dem Kern des Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahles injizierbar. Fig. 1{Vergasungsbrenner; Vergasung; Brennstoffe; Vergasungsreaktor; Zufuehrungskanal; Primaeroxidationsmittel; Brennstoff-Ringkanal; Moderatorgas-Ringkanal; Injektionslanze; Flugstaub/Traegergas-Strom; Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Vergasungsbrenner für die Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffen mit einer Einrichtung, die einen Vergasungsreaktor aufweist,- mit einem zentralen ersten Zuführungskanal für Primäroxidationsmittel, einem umgebenden Brennstoff-Ringkanal für die Brennstoffe die mit einem Trägergas eingeführt werden, einem den Brennstoff-Ringkanal umgebenden zweiten ringförmigen Zuführungskanal für Sekundäroxidationsmittel, sowie mit Kühlkanälen und gegebenenfalls zumindest einem Moderatorgas-Ringkanal, wobei eine Mehrzahl der

Vergasungsbrenner mit Ihrem Brennstoff/Reaktionsrnittel-Strahl in den Vergasungsreaktor hineinbrennen und die Brennstoff/ Reaktionsmittel-Strahlen in dem Vergasungsreaktor eine PrimSrreaktionszone hoher Temperatur bilden sowie aus dem Vergasungsreaktor ein im wesentlichen kohlenmonoxid· und waeserstoffhaltiges Rohgas abgezogen wird. Der grundsätzliche Aufbau des Vergasungsbrenner ist symmetrisch. Die Vergasung wird als Druckvergasung durchgeführt. Die festen Brennstoffe sind insbesondere) Kohle, Koks, Petrolkoks und dergleichen. Als Axidationsmittel werden insbesondere Sauerstoff und/oder Luft sowie gegebenenfalls *' 'asserdampf eingesetzt. Das Trägergas ist ein Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid, oder entstaubtes Roh„w8. In dem Ausdruck Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl bezeichnet das Reaktionsmittel sowohl die Oxidationsmittel als auch bereits entstandene Reaktionsprodukte, gegebenenfalls auch Moderatorgas und Trägergas.

Charakteristik des bekannten Standet der Technik

Es ist begannt, daß das den Reaktor verlassene Rohgas Flugstaub mitführe, der z.B. in einer Menge von bis zu 15Gew.-% Brennstoff mitführt. Der Flugstaub wird mit geeigneten Entstaubungseinrichtungen aus dem Rohgas entfernt. Seine Entsorgung ist aufwendig. Um den Flugstaub zu entsoi gen, ist es bekannt, diesen in den Vergasungsprozeß zurückzuführen. Sein Brennstoffanteil soll dabei verbrannt werden, im übrigen wird der Flugstaub eingeschmolzen. Im Rahmen von bekannten Maßnahmen aus den (EP 0072457 B1 und EP 0109109 BI) wird der Flugstaub dem frischen Brennstoff beigemischt und zusammen mit dem Brennstoff den Vergasungsbrennern zugeführt. Das ist aufwendig und erfordert eine besondere Aufbereitung der KL-ciasche, zumeist umfangreiche und komplizierte technische Einrichtungen mit großen Sicherheitsvorkehrungen. Der Porenraum oder Lückenraum des Flugstaubes ist mit dem kohlenmonoxid- und wasserstuffhaltigen Rohgas gefüllt, welches erst durch mehrmaliges Beaufschlagen und Umpumpen mit Inertgas bis unter die Gefahrengrenze verdünnt oder entfernt werden muß. Auch die Beaufschlagung des aus dem Flugstaub abgetrennten Rohgases ist umständlich und aufwendig, da es häufig schwefelhaltig ist und aus Gründen des Umweltschutzes weder abgefackelt noch sonstwie verbrannt und in die Atmosphäre entlassen werden kann. Im übrigen stört, daß der dem frischen Brennstoff beigemischte Flugstaub den Heizwert des Brennstoffes reduziert, was die Thermodynamik und die Reaktionskinetik des Vergasungsprozesses beeinflußt. Es ist auch aus der DE PS2909008 bekannt, den Flugstaub in den Vergasungsreaktcr über besondere, von den Vergasungsbrennern getrennte Zuführungsdüsen zurückzuführen. Das beeinträchtigt die Vergasungsreaktion und hat in die Praxis kaum Eingang gefunden. In der Praxis ist es aus der (DE-AS 2325204) bekannt geworden, den Flugstaub in einem Reaktor auf die Schlacke aufzublasen, wobei im allgemeinen auch der Restkohlenstoff in die Schlacke geht.

Vergasungsbrenner sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Insbesondere kennt die Praxis solche des beschriebenen Aufbaus. Es ist üblich, solche Vergasungsbrenner und Zündbrenner zu integrieren.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, einen Vergasungsbrenner für die Vorgasung von festen Brennstoffen zur Anwendung zu bringen, der eine hohe Wirtschaftlichkeit des Verbrennungsprozesses gewährleistet.

Darlegung de« Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vergasungsbrenner für die Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffen zu schaffen, mit dem Flugstaub, insbesondere der zur Vergasung der festen Brennstoffe anfallende , Flugstaub, ohne Störung des Vergasungsprozesses in diesen zurückgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem ersten Zuführungskanal eine rohrförmige Injektionslanze angeordnet ist, die von Oxidationsmittel umströmt ist, und daß durch die Injektionslanze ein Flugstaub/Trägergras-Strom in den Kern des Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahles injizierbar ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß der rückgeführte Flugstaub in die Primärreaktionszone, die eine Temperatur von über 2000°C aufweist, gelangt und dort eingeschmolzen wird, während seine brennbaren Bestandteile vergasen. Vorzugsweise ist die Injektionslanze axial in den~ersten Zufuhrungskanal eingesetzt. Das führt zu einem symmetrischen, kreisförmigen Brennstoff-Reaktionsmittel-Strahl. Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß ein aus einem Vergasungsbrenner austretender Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl, insbesondere ein rotationssymmetrischer Brennstoff/Reaktions-Strahl, in gasdynamischer Hinsicht sehr stabil ist und einen Flugaschenmengenstrom in die Primtlrreaktionszone hineintragen kann. Die Vergasungsreaktion beginnt bereits in dem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strom und wird hier so wie in der Primärreaktionszone durch den Flugstaub nicht gestört, wozu beiträgt, daß auch deren Restkohlenstoff vergast wird. Der Mengenstrom an Flugstaub darf allerdings nicht zu groß gewählt werden. Überraschenderweise wird aus der Primärreaktionszone der Flugstaub kaum stärker ausgetragen als üblich und ohne die beschriebene Rückführung. Er reichert sich nicht an. Eine besondere Flugstaubentsorgung ist nicht mehr erforderlich, wenn mit erfindungsgemäßen Vergasungsbrennern gearbeitet wird, der Flugstaub wird vielmehr iu Schlacke aufgeschmolzen.

Im einzelnen bestehen im Raum der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung. Im allgemeinen wird man die Anordnung so treifen, daß die Injektionslanze im Bereich der Mündung des ersten Zuführungskanals, des Brennstoffkanals sowie des zweiten Zuführungskanals in der Brennerfront mündet. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die eine Einstellung auf unterschiedliche Betriebsverhältnisse zuläßt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionslanze und damit ihre Mündung in axialer Richtung verstellbar sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Vergasungsbrenner kann die Injektionslanze von dem Primäroxidationsmittel umströmt sein. Je nach den Strömungsgeschwindigkeiten ist auch bei dieser A'jsführungsform sichergestellt, daß der Flugstaub in die Primärreaktionszone gelangt und den Vergasungsvorgang nicht stört. Stabiler sind die Verhältnisse, wenn die Injektionslanze

von einem Oxidationsmittelkanal und dieser von dem ersten Zuführungskanal umgeben Ist. Dabei empfiehlt es sich, die Auslegung so zu treffen, daß der Oxidationsmittelkanal eine parallel zur Achse des Vergasungsbrenners verlaufende Mündung, der erste Zuführungskanal eine nach außen gerichtete Mündung sowie der zweite Zuführungskanal eine räch innen gerichtete Mündung aufweisen. Im Rahmen der Erfindung liegt es, den zweiten Zuführungskanal mit einer Mehrzahl von äquidistant über den Umfang verteilten Mündungsbohrungen zu verstehen. Die Mündung kann auch als Ringspalt ausgeführt sein. Wie auch im Rahmen der bekannten Maßnahmen empfiehlt es sich, zwischen dem ersten Zuführungskanal und dem Brennstoff-Ringkanal einen Kühlkanal anzuordnen.

Im Rahmen der Erfindung darf, wie bereits erwähnt, nicht ein zu großer Flugstaubmengenstrom in den Vergasungsbrenner eingeführt werden. Nichtsdestoweniger sind insoweit im großen Bereich Einstellungen möglich: Eine bevorzugte Ausführungsform ist in diesem Zusammenhang dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionslanze für die Zuführung eines Flugstaubmcngenstromes eingerichtet ist, der um einen Faktor von 0,01 bis 0,15 kleiner ist als der Brennstoffmengenstrom. In diesem Bereich kann im allgemeinen der gesamte bei einer Anlage für die Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffen anfallende Flugstaub, mit seinem Anteil an Brennstoff, zurückgeführt werden.

Ausfuhrungsbelsplel Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: einen Axialschnitt durch einen erfindvngsgemäßen Vergasungsbrenner, Fig. 2: eine Ansicht des Gegenstandes der ι ig. 1, ausschnittsweise.

Der in den Figuren dargestellte Vergasungsbrenner ist für eine nicht gezeichnete Vorrichtung für die Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffen bestimmt. Die Anlage weist einen Vergasungsreaktor auf. In dem eine Mehrzahl der Vergasungsbrenner mit ihrem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl in den Vergasungsreaktor hineinbrennen und sind dtiu im allgemeinen auf gleicher Höhe äquidistant um den Umfang des Vergasungsreaktors verteilt. Die Brennstof f/Reaktionsmittel-Strahlen bilden in dem Vergasungsreaktor eine Primärreaktbajzone hoher Temperatur. Es versteht sich, daß aus dem Vergasungsreaktor ein Rohgas abgezogen wird.

Zum grundsätzlichen Aufbau des Vergasungsbrenners gehören ein erster Zuführungskanal 1 für die Primäroxidationsmittel, ein umgebender Brennstoff-Ringkanal 2 für die Brennstoffe, die mit einem Trägergas eingeführt werden, ein den'Brennstoff-Ringkanal 2 umgebender zweiter ringförmiger Zuführungskanal 3 für Sekundäroxidationsmittel und Kühlkanäle 4, sowie gegebenenfalls zumindest ein Moderatorgas-Ringkanal 5.

In dem ersten Zuführungskanal 1 befindet sich eine rohrförmige Injektionslanze β, die von Oxidationsmittel umströmt ist. Durch die Itijektionslanze β ist ein Flugstaub/Trägergasstrom in den Kern des Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahles injizierbar. Das Trägergas ist beispielsweise Rohgas. Im Ausführungsbeispiel mündet die Injektionslanze β im Bereich der Mündungen des ersten Zuführungskanals 1, des Brennstoff-Ringkanals 2 sowie des zweiten Zuführungskanals 3 und damit gleichsam in der Front des Vergasungsbrenners. Eine trichterförmige Ausbildung schließt sich an. Die Injektionslanze β verläuft in der Achse des Vergasungsbrenners. Sie kann in Richtung des eingezeichneten Doppelpfeils axial verstellbar sein, was eine Anpassung an unterschiedliche BetriebsverhSltnisse zuläßt.

Im Ausführungsbeispiel ist die Injektionslanze 6 von einem Oxidationsmittelkanal 7 und dieser von dem ersten Zuführungskanal 1 umgeben. Dabei besitzt der Oxidationsmittelkanal 7 eine Mündung 8, die parallel zur Achse des Vergasungsbrenners gerichtet ist und entsprechend tritt das Oxidationsmittel aus einem Oxidationskanal, den Flugstaubmengenstrom umhüllend sus. Der erste Zuführungskanal 1 besitzt demgegenüber eine nach außen gerichtete Mündung 9. Die Mündung 10 des zweiten Zuführungskanals 3 ist demgegenüber nach innen gerichtet, wie es auch bei den eingangs beschriebenen Vergasungsbrennern üblich ist. Im Rahmen der Erfindung liegt es, den zweiten Zuführungskanal 3 mit einer Mehrzahl von äquidistant über den Umfang verteilten Mündungsbohrungon 11 zu versehen, wie es in Fig. 2 angedeutet wurde. Im übrigen sind alle Mündungen als Ringspalte ausgeführt. Zwischen dem ersten Zuführungskanal 1 und dem Brennstoff-Ringkanal 2 befinde: sich ein ringförmiger Kühlkanal 4. Angedeutet wurde ein Flammenüberwacher 12, mit dem der Vergasungsbrenner auf bekannte Weise überwacht werden kann. Ein äußerer Kühlmantel 13 mit weiteren Kühlkanälen 4 schließt sich an. Im Rahmen der Erfindung liegt es, in der Injektionslanze 6 eine isolierte Zündelektrode 14 anzuordnen, wie es an der Mündung der Injektionslanze β strichpunktiert angedeutet wurde.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel befindet sich die Injektionslanze β, der Oxidationsmittelkanal 7, der erste Zuführungskanal 1 und der Kühlkanal 4 in einem bzw. an einem einheitlichen Bauteil, welches durch enge Schraffur verdeutlicht und in axialer Richtung verstellbar ist. Insoweit besteht der erfindungsgemäße Vergasungsbrenner gleichsam aus zwei selbständigen Baugruppen, die auch austauschbar sind. Durch das Austauschen ist eine Anpassung an unterschiedliche Betriebsverhältnisse möglich.

Das für die Vergasung des feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffes erforderliche Oxidationsmittel Sauerstoff wird in zwei Ströme aufgeteilt, den primären und den sekundären Vergasungssauerstoff, deren Massenverhältnisse primär zu sekundär 1:1,16 bis 1,3 betragen können. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Sauerstoffstrom aus dem ersten Zuführungskanal unter einem Einströmwinkel von 0 bis 20* zur Mittelachse des Vergasungsbrenners auf den Brennstoffstrom trifft. Die Austrittsgeschwindigkeit von 60 bis 120 m/s des primären Sauerstoffs dient neben einer innigen Vermischung der Stoffe auch dazu, den Brennstoff von einer niedrigen Anfangsgeschwindigkeit auf die Geschwindigkeit zu beschleunigen, die der Axialgeschwindigkeit des sekundären Sauerstoffs entspricht bzw. nahekommt. Dieser tritt unter einem Winkel von 20 bis 50° zur Mittelachse des Vergasungsbrenners mit einer Geschwindigkeit von 40 bis 100m/s aus.

Von besonderer Bedeutung ist der Flammenüberwacher 12. Er erlaubt es, festzustellen, ob sich Verbackungen von Flugstaubteilchen gebildet haben

Der Vergasungsbrenner kann auch als Zündbrenner eingesetzt worden, und zwar insbesondere bei Kohlevergasungsanlagen.

Claims

1. Vergasungsbrenner für die Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffen, die einen Vergasungsreaktor aufweist, -mit

einem zentralen ersten Zuführungskanal für Primäroxidationsmittel, einem umgebenden Brennstoff-Ringkanal für die Brennstoffe, die mit einem Trägergas eingeführt werden,

einem den Brennstoff-Ringkanal umgebenden zweiten ringförmigen Zuführungskanal für Sekundäroxidationsmittel,

sowie mit Kühlkanälen und gegebenenfalls zumindest einem Moderatorgas-Ringkanal, wobei eine Mehrzahl der Vergasungsbrenner mit ihrem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl in den Vergasungsreaktor hineinbrennen und die Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahlen in dem Vergasungsreaktor eine Primärreaktionszone hoher Temperatur bilden sowie aus dem Vergasungsreaktor ein Rohgas abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Zuführungskanal (1) eine rohrförmige Injektionslanze (6) angeordnet ist, die von Oxidationsmittel umströmt ist, und daß durch die Injektionslanze (6) ein Flugstaub/Trägergas-Strom in den Kern des Brennstoff/Reb tionsmittel-Strahles injizierbar ist.

2. Vergasungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionslanze (6) axial in den ersten Zuführungskanal (1) eingesetzt ist.

3. Vergasungsbrenner nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionslanze (6) im Bereich der Mündungen des ersten Zuführungskanals (1), des Brennstoffkanals (2) sowie des zweiten Zuführungskanals (3) in der Brennerfront mündet.

4. Vergasungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionslanze (6) und damit deren Mündung in axialer Richtung verstellbar sind.

5. Vergasungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionslanze (6) von dem Primäroxidationsmittel umströmt ist.

6. Vergasungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionslanze (6) von einem Oxidationsmittelkanal (7) und dieser von dem ersten Zuführungskanal (1) für das Oxidationsmittel umgeben ist.

7. Vergasungsbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidationsmittelkanal (7) eine parallel zur Achse des Vergasungsbrenners verlaufende Mündung, der erste Zuführungskanal (1) eine nach außen gerichtete Mündung (9) sowie der zweite Zuführungskanal (3) eine nach innen gerichtete Mündung (10) aufweisen.

8. Vergasungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zuführungskanal (3) eine Mehrzahl von äquidlstant über den Umfang verteilten Mündungsbohrungen (11 laufweist.

9. Vergasungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Zuführungskanal (1) und dem Brennstoff-Ringkanal (2) ein ringförmiger Kühlkanal (4) angeordnet ist.

10. Vergasungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionslanze (6), der Oxidationskanal (7), der erste Zuführungskanal (1) und der Kühlkanal (4) ein einheitliches Bauteil bilden, welches durch den Kühlkanal (4) von den übrigen Bauteilen des Vergasungsbrenners getrennt ist, und daß dieses einheitliche Bauteil in axialer Richtung verstellbar ist.

11.- Vergasungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionslanze (6) für die Zuführung eines Flugstaubmengenstromes eingerichtet ist, der um oinen Faktor von 0,01 bis 0,15 kleiner ist als der Brennstoffmengenstrom.