DE102007059351B3

DE102007059351B3 - Pilotbrenner für universellen Brenngaseinsatz

Info

Publication number: DE102007059351B3
Application number: DE102007059351A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Degenkolb; Horst Hoppe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2027-12-11
Also published as: CN101702931A; WO2009074424A1; CN101702931B

Abstract

Bei einem Pilotbrenner zum Start und Betrieb eines Flugstromreaktors ist die sich an die Zündspannungsvorrichtung anschließende Kammer mit kaltem Stickstoff und nicht mit heißem Pilotgas beaufschlagt, wodurch die Temperaturbelastung der Zündspannungsdurchführung, die den Druckunterschied zwischen Atmosphärendruck und Reaktordruck aufnimmt, minimiert ist. Der Stickstoff dient als Spülgas für den optischen Kanal der Flammenüberwachung und wird in den Kanal der Flammenüberwachung geführt. Das Pilotgas wird einer zweiten Kammer, die der ersten Kammer bezüglich der Zündspannungsdurchführung örtlich nachgeordnet ist, zugeführt und von dort in den Brenngaskanal geleitet. Besondere Ausgestaltungen betreffen die Abdichtung des Zündkabels zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer sowie die Führung des Zündkabels in einem Stickstoff gespülten Schutzrohr.

Description

Die Erfindung betrifft einen Pilotbrenner für einen Reaktor, insbesondere einen Reaktor zur Flugstromvergasung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Für die Inbetriebnahme und Betrieb von Flugstromvergasern mit Kühlschirm sowie ausgemauerten Reaktortypen sind schon aus Sicherheitsgründen Pilotbrenner einzusetzen. Der Pilotbrenner wird bis 7 MPa Überdruck mit verschiedenen Brenngasen und Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas betrieben und ist mit einer speziellen Zündvorrichtung und einer Flammenüberwachungseinrichtung ausgerüstet. Zur Zündvorrichtung gehören eine druckfeste und elektrisch isolierte Zündspannungsdurchführung, ein im Brenngasraum des Brenners verlegtes Zündkabel und die Zündelektrode am Brennermund. Kommt die Zündspannungsdurchführung bauartbedingt mit dem Pilotgas in Berührung, so ist die Temperatur des Pilotgases auf die Einsatztemperatur der Zündspannungsdurchführung von beispielsweise 60–80°C begrenzt. Eine weitere Einschränkung ergibt sich unter diesen Bedingungen und Verwendung von Flüssiggas (z. B. Butan) sowie Drücken oberhalb 4 MPa (40 bar), da von partieller Kondensation ausgegangen werden muss.
Stand der Technik ist der Einsatz von Brenngasen mit Betriebstemperaturen unterhalb der begrenzenden Auslegungstemperatur der Zündspannungsdurchführung. Diese Vorrichtung stellt eine spezielle Entwicklung für diesen Einsatzfall dar und ist in ihren Einsatzmöglichkeiten (Temperatur, Medienverträglichkeit) durch die verwendeten Materialien begrenzt.
Aus der DE 40 25 852 A1 ist eine Zünd- und Überwachungsvorrichtung für Brenner bekannt, bei der die Zündspannungsdurchführung reaktorseitig mit Inertgas beaufschlagt ist. Bei dieser Zünd- und Überwachungsvorrichtung erfolgt die Flammenüberwachung über ein Bündel von Lichtleitfasern, die wiederum die Zündspannungsleitung elektrisch isolierend aufnehmen. Im Lau fe des Betriebes kann es auf der der Flamme zugewandten Stirnfläche der Lichtleitfasern durch Verbrennungsrückstände und durch Hitzebeanspruchung zu Trübungen kommen, die die Flammenüberwachung beeinträchtigen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Pilotbrenner so auszugestalten, dass in Bezug auf seine Bauhöhe eine weitgehend heruntergesetzte Temperaturbelastung der Zündspannungsdurchführung und ihrer Materialien sowie eine hohe Zuverlässigkeit erzielt werden.
Das Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die konstruktive Gestaltung des Pilotbrenners ist eine Trennung der temperaturbegrenzenden Zündspannungsdurchführung vom „heißen" Pilotgas gegeben. Dies erfolgt durch Beaufschlagung der sich an die Zündspannungsvorrichtung anschließenden Kammer mit „kaltem" Stickstoff, wobei eine Beaufschlagung der Zündspannungsdurchführung mit „heißem" Pilotgas vermieden ist. Der hierfür notwendige Stickstoff dient als Spülgas für den optischen Kanal der Flammenüberwachung und wird durch konstruktive Ausgestaltungen über die sich der Zündspannungsvorrichtung anschließenden Kammer direkt in den optischen Kanal der Flammenüberwachung geführt. Das Pilotgas wird örtlich nachgeordnet über einen zweiten Anschluss und eine zweite Kammer in den Brenngaskanal geleitet. Das Zündkabel wird dabei entweder (2) durch eine geeignete Abdichteinheit in den Brenngaskanal eingeleitet oder (1) vollständig in einem mit Inertgas gespülten Schutzrohr in diesem verlegt. Durch beide Lösungen ist der Pilotbrenner weitgehend unabhängig vom einzusetzenden Brenngas.
Durch die vorgestellte Lösung kann der Pilotbrenner auch für komplizierte Brenngase bzgl. Temperatur und Materialverträglichkeit eingesetzt werden. Durch die Anordnung der Zündspannungsdurchführung am Inertgasraum ist der Pilotbrenner für alle Einsatzvarianten in Bezug auf das jeweils verfügbare Brenngas universell einsetzbar. Die ansonsten anzustrebende Lösungsentwicklung einer warmfesten Durchführung mit derzeit materialseitig völlig offenen Materialfragestellungen und deren behördliche Zulassung kann vermieden werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Pilotbrenner, bei dem das Zündkabel vollständig in einem mit Inertgas gespülten Schutzrohr in diesem verlegt ist, und
2 einen erfindungsgemäßen Pilotbrenner, bei dem das Zündkabel durch eine Abdichteinheit in den Brenngaskanal eingeleitet ist.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.
Der in 1 dargestellte Pilotbrenner für einen Flugstromreaktor weist einen zentralen, im Wesentlichen durch eine Rohrkonstruktion ausgeführten, optischen Kanal auf, der auf der dem Brennermund zugewandten Seite offen ist und auf der dem Brennermund abgewandten Seite eine optische Flammenüberwachung trägt. Der optische Kanal ist brennermundseitig von einem Ringkanal umschlossen, der als Brenngaskanal dient. Der Brenngaskanal ist von einem Ringraum umgeben, der der Zuführung eines Oxidationsmittels, insbesondere Sauerstoff, dient zur Bildung eines brennfähigen Brenngas-/Sauerstoffgemisches unter Verwendung einer am Brennermund angeordneten Düse.
In dem Pilotbrennerkopf ist eine der optischen Flammenüberwachung nächstgelegene erste Kammer angeordnet, die mit dem optischen Kanal gasdurchlässig verbunden ist. Eine zweite in dem Brennerkopf angeordnete Kammer liegt bezüglich der ersten Kammer näher am Brennermund und ist mit dem Brenngaskanal verbunden.
Der Pilotbrenner weist kopfseitig eine Zündspannungsdurchführung auf, die eine Hochspannung aus dem außen herrschenden Umgebungsdruck in den Hochdruckbereich der ersten Kammer durchzuführen vermag. Das Zündkabel ist bis in den Bereich des dem Brennermund zugewandten Endes des optischen Kanals geführt und mit diesem verbunden. Das dem Brennermund zuge wandte Ende des optischen Kanals ist in geeigneter Weise, beispielsweise mittels eines keramischen Rohrzwischenstücks gegenüber dem restlichen Pilotbrenner isoliert und weist an seiner Spitze eine Zündelektrode auf, die nach dem Prinzip einer Zündkerze wirkt. Das Zündkabel ist von der ersten Kammer bis zum Bereich der Verbindung mit dem optischen Kanal von einem Schutzrohr umgeben, das durch einen Teil des in der ersten Kammer befindlichen Inertgas durchströmt werden kann. Wie aus der Figur ersichtlich, ist die Spannungsdurchführung von der das heiße Brenngas führenden zweiten Kammer durch die das kalte Inertgas führende erste Kammer räumlich getrennt, wodurch die Temperaturbelastung der Zündspannungsdurchführung durch das Brenngas weitgehend reduziert ist.
Über einen Brennerflansch, der etwa auf halber Bauhöhe des Pilotbrenners angeordnet ist, kann der Pilotbrenner mit dem Vergasungsreaktor druckdicht verbunden werden.
Bei der Ausführungsform nach 2 ist auf das Schutzrohr verzichtet, wobei an der Durchführungsstelle des Zündkabels zwischen der ersten und der zweiten Kammer eine Abdichteinheit zur Vermeidung von Überströmungen zwischen den beiden Kammern angeordnet ist.

Claims

Pilotbrenner für einen Reaktor, insbesondere einen Reaktor zur Flugstromvergasung, mit – einer optischen Flammenüberwachung, – einer druckfesten und elektrisch isolierten Zündspannungsdurchführung, – einer ersten Kammer, die sich der Zündspannungsdurchführung unmittelbar anschließt und die mit einem Inertgas beaufschlagt ist und – einer zweiten Kammer, über die Brenngas einem Brenngaskanal zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die zweite Kammer der ersten Kammer in Richtung des Brennermundes nachgeordnet angeordnet ist, – die Flammenüberwachung mit einem Inertgas-gespülten optischen Kanal mit einem isolierten Rohrabschnitt gebildet ist, – über die erste Kammer das Inertgas dem optischen Kanal zuführbar ist und – die Zündspannungsdurchführung über ein Zündkabel mit dem isolierten Rohrabschnitt des optischen Kanals verbunden ist.
Pilotbrenner nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Zündkabel zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer durch eine Abdichteinheit, die eine gasdichte Abdichtung zwischen den Kammern bewirkt, geführt ist.
Pilotbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Zündkabel mit dem isolierten Rohrabschnitt eine Kontaktierstelle aufweist und dass das Zündkabel zwischen der ersten Kammer und der Kontaktierungsstelle des Zündkabels mit dem isolierten Rohrabschnitt des optischen Kanals in einem Schutzrohr geführt ist.
Pilotbrenner nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr von dem Inertgas durchströmbar ausgebildet ist.
Pilotbrenner nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Pilotbrenner derart ausgestaltet ist, dass von dem der ersten Kammer zugeführten Inertgas eine erste Teilmenge den optischen Kanal durchströmt und eine zweite Teilmenge das Schutzrohr durchströmt.