DE102008020204A1

DE102008020204A1 - Brennerhaltevorrichtung mit Kühlsystem für eine Brenneranordnung in einem Flugstromvergaser

Info

Publication number: DE102008020204A1
Application number: DE102008020204A
Authority: DE
Inventors: Olaf Dipl.-Ing. Schulze; Anton Dr. Althapp; Michael Dipl.-Ing. Gätke; Burkhard Dr. Möller; Reinhold Dipl.-Ing. Grunwald; Wolfgang Dipl.-Chem. Rabe; Günter Dr. Scholz
Original assignee: Choren Industries GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2028-04-23
Also published as: CA2722019A1; JP5314127B2; JP2011519987A; AU2009240279A1; US20110116987A1; RU2499815C2; EP2288674A2; KR20100139046A; WO2009129990A2; CN102015971A; WO2009129990A3; DE102008020204B4; BRPI0910486A2; RU2010146291A

Abstract

Die vorliegende Vorrichtung betrifft eine Brennerhaltevorrichtung für Brenner, die auf einem Flugstromvergasungsreaktor angeordnet ist, wobei die Brenner (4, 5) in der Brennerhaltevorrichtung (7) gehalten werden und sich durch einen Flansch (11), der die Brennerhaltevorrichtung (7) an dem Flugstromvergasungsreaktor (8) festlegt, und durch die Brennerhaltevorrichtung (7) in den Flugstromvergasungsreaktor (8) erstrecken. Die Kühlvorrichtung weist mindestens zwei voneinander unabhängige Kühlkreisläufe (1, 2) auf, wobei jedem Brenner (4, 5) genau ein Kühlkreislauf (1, 2) zumindest teilweise zugeordnet ist, so dass jeder Brenner (4, 5) an einem der Stirnfläche zugewandten Ende von einem Abschnitt der Kühlvorrichtung umgeben ist, und wobei der Stirnfläche zumindest ein Kühlkreislauf (1, 2) zumindest teilweise zur Kühlung zugeordnet ist. Weiter umgibt unterhalb des Flansches (11) innerhalb der Brennerhaltevorrichtung (7) von oben nach unten - eine Schicht (19) aus isolierender, bis zumindest 800°C feuerfester Vergussmasse mit einer Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,02-0,8 W/m K, - eine Schicht aus bis zumindest 800°C feuerfestem Schüttgut (17), - eine Schicht (18) aus wärmeleitender, bis zumindest 1800°C feuerfester Vergussmasse mit einer Wärmeleitfähigkeit von 3-15 W/m K, die Brenner (4, 5).

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennerhaltevorrichtung mit einem Kühlsystem für Brenner, insbesondere für Brenner, die in operativer Verbindung mit einem Flugstromvergasungsreaktor angeordnet sind.
STAND DER TECHNIK
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen zur Kühlung von Reaktor-Brennern bekannt.
Bei den bisher bekannten Konstruktionen auf dem Gebiet der Brennerhaltevorrichtungen von Brennersystemen mit Pilot-, Haupt- und Zündbrennern, die in operativer Verbindung mit Reaktoren zur Flugstromvergasung stehen, sind die Gestaltungen für das Kühlsystem der Brenner meist als Rohrschlangensystem ausgeführt und umfassen Wasserzu- und -abführungen. Die Gestaltungen der Kühlvorrichtung werfen noch immer konstruktive Fragen auf, damit bei optimaler Anlagenauslegung und geschickter Anordnung der Brenner über dem eigentlichen Reaktor eine solche Kühlung an der Schnittstelle Brenner – Reaktor gewährleistet ist, dass es zu keiner die Sicherheit des Systems gefährdenden Überhitzung von Komponenten kommt. Ein Sicherheitsrisiko mangels Kühlung entsteht, wenn eine Überhitzung zu Undichtigkeit von Teilen der Anordnung und es damit zum Austritt von Gasen aus dem System kommen kann. Bekannte Systeme werfen daher Fragen zur Sicherheit und zur Instandhaltung auf; eine verbesserte Sicherheit erfordert zumeist hohen Investitionsaufwand.
Eine Vorrichtung zur Brennerbefestigung mit integriertem Kühlsystem ist beispielsweise in DE 269 065 beschrieben. Mit den gewählten Federelementen zur Kühlrohrbefestigung, der Anordnung von Kühlrohren und der Möglichkeit, nur einen Brenner zu integrieren, ergibt sich nachteilig eine Verschlackungsgefahr am Außenrand des Reaktors und ein für große Reaktoren zu geringes Leistungspotential.
In DE 44 16 037 C1 ist eine Vorrichtung zum Verschluss einer Befahrungsöffnung und zur Brennerbefestigung für Druckvergasungsreaktoren beschrieben, die durch eine Kühlscheibe für eine spezielle Kühlwasserzu- und -abführung sowie eine spezielle Rohraufhängung für das Rohrsystem für die Wärmeabführung charakterisiert ist. Auch diese Lösung erfüllt nicht die Anforderungen an Sicherheit, Instandhaltungsfreundlichkeit und Kostenaufwand, die an ein System mit mehreren Brennern und gro ßer Leistung für derartige Reaktoren zu stellen sind.
Es besteht daher das Erfordernis, die Anlagensicherheit bezogen auf unkontrollierte Überhitzung des Reaktorverschlusses zu verbessern.
OFFENBARUNG
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Brennerhaltevorrichtung mit Kühlsystem für eine Brenneranordnung in einem Flugstromvergaser zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden durch die Unteransprüche beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf eine Brennerhaltevorrichtung, die auf einem Flugstromvergasungsreaktor angeordnet ist. Die Brennerhaltevorrichtung enthält zumindest zwei Brenner, die in den Flugstromvergasungsreaktor geführt werden. Nach oben wird die Brennerhaltevorrichtung durch einen Flansch abgeschlossen, durch den sich die Brenner und erforderliche Zu- und Abführleitungen erstrecken. Eine Kühlvorrichtung ist in der Brennerhaltevorrichtung angeordnet, sie umfasst vorteilhaft zumindest zwei voneinander unabhängige Kühlkreisläufe. Damit kann der Ausfall des einen Kühlkreislaufs durch den anderen kompensiert werden. Jeder Kühlkreislauf ist außerdem nur einem Brenner zugeordnet, er kann vorteilhaft aber in Abschnitte aufgeteilt sein, so dass ein weiterer Abschnitt zur Kühlung der Fläche bereitsteht, die an der Stirnseite des Flugstromvergasungsreaktors liegt. So kann eine gleichmäßige Kühlung an der gesamten Schnittstelle zwischen Reaktor und Brenner gewährleistet werden. Durch diese Konstruktion werden vorteilhaft die Kühlrohrschlangen, die die Kühlkreisläufe bilden, ohne weitere Halterung stabil angeordnet. Vorteilhaft ist außerdem der Schichtaufbau des Innenraumes der Brennerhaltevorrichtung, die von unten nach oben aus zunächst Wärme leitendem und dann isolierendem Material beschaffen ist, so dass die gewünschte Wärmeabfuhr nur an den gewünschten Bereichen erfolgt, während über Kopf kein unnötiger Temperaturverlust des Systems eintreten kann.
Die Kühlvorrichtung kann vorteilhaft aus Kühlschlangen bereitgestellt sein, die sich geschickt und kühlungslückenfrei wickeln lassen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich darauf, dass zumindest 20% der Gesamthöhe eines Brenners kühlungslückenfrei von einem entsprechenden Ab schnitt der Kühlschlange umgeben sind, so dass zumindest die heiße Zone der Brenner, die Temperaturen von 1600°C bis 1800°C aufweist, zuverlässig gekühlt wird.
Noch weitere Ausführungsbeispiele legen die vorteilhaft unabhängige Beaufschlagung der unabhängigen Kühlkreisläufe gleichzeitig mit Kühlmittel dar.
Schließlich beziehen sich Ausführungsbeispiele darauf, dass die genannte Schicht aus isolierendem Material eine bis zumindest 800°C feuerfester Vergussmasse mit einer Dichte im Bereich von 2,0 kg/l, bevorzugt von unter 1,5 kg/l ist. Diese kann Feuerleichtbeton sein.
Noch weitere Ausführungsbeispiele führen aus, dass die Schicht aus bis zumindest 800°C feuerfestem Schüttgut ein Schamottesteingranulat oder ein anderes Feuerleichtsteingranulat ist.
Außerdem kann die Wärme leitende Schicht ein Feuerbeton, insbesondere ein dichter Feuerschwerbeton sein, während die isolierende Schicht vorteilhaft ein nicht dichter Feuerbeton ist.
Diese und weitere Vorteile werden aus der nachfolgenden Beschreibung offensichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Es zeigt:
1: Einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Brennerhaltevorrichtung mit der Anordnung des Kühlsystems mit Brennerbefestigung, Hauptbrennern, Startbrenner, Einzelkühlschlangen und Kühlschlangenanordnung sowie Schichtmaterialien.
2: Draufsicht des Reaktors mit Teil-Schnitt.
BESCHREIBUNG
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung dient der verbesserten Kühlung und damit der verbesserten Anlagensicherheit einer Vorrichtung, die geeignet ist, um Synthesegas zu erzeugen, und die einen oder mehrere Brenner umfasst, die in operativer Verbindung mit einem Flugstromvergaser angeordnet sind. Grundsätzlich dient die erfindungsgemäße Brennerhaltevorrichtung mit einem Kühlsystem für Brenner der Kühlung des Raumes, der sich um den oder die Brenner herum befindet und sich von einer dem Reaktor zugewandten Seite der Brennerhaltevorrichtung, nachfolgend als „Stirnfläche des Reaktors” bezeichnet, bis hin zu einer Vorrichtung zum Halten des Brenners oder der Brenner, die vorteilhaft ein Flansch sein wird, erstreckt. Durch die bereitgestellte Kühlung kann eine thermischer Überhitzung der beanspruchten Komponenten vermieden werden, insbesondere werden Dichtungen wie die Flanschdichtung und einzelne Flansche, die an den die Brenner haltenden Rohre angeordnet sind, durch das Herabsetzen der Temperatur vor Überhitzung geschützt und es wird vermieden, dass die Flansche, Dichtungen und andere Komponenten durch solches Überhitzen geschädigt werden, was zum Austritt von an der durchgeführten Reaktion beteiligten Gasen führen könnte. Ein solcher Gasaustritt birgt, wie der Fachmann weiß, ein enormes Gefahrenpotenzial. Weiter dient die Reduktion der Temperatur einer Schonung des Materials beteiligter Komponenten, wodurch Instandhaltungskosten verringert werden.
Daher werden für die Bereitstellung eines verbesserten Kühlungssystems, für solche Brenner, die mit einem Flugstromvergaser gekoppelt sind und daher an dessen Stirnseite angeordnet sind und die dort entsprechend von einer Haltevorrichtung gehalten werden, erfindungsgemäß mehrere voneinander unabhängige Kühlvorrichtungen bereitgestellt, die sowohl diese Stirnseite als auch die heißesten Abschnitte der Brenner kühlen. Hierin wird die Haltevorrichtung für die Brenner, innerhalb der die Kühlvorrichtung angeordnet ist, als „Brennerhaltevorrichtung” bezeichnet. Mehrere unabhängig voneinander arbeitende Rohrschlangenkühlsysteme werden als Kühlvorrichtungen bereitgestellt. Anlagen zur Synthesegaserzeugung, die einen im Zentrum der Haltevorrichtung angeordneten Brenner als Startbrenner aufweisen, und die eine Vielzahl von Brennern als sogenannte Hauptbrenner dezentral aufweisen, so dass diese gegebenenfalls äquidistant vom Zentralbrenner beabstandet angeordnet sind, können daher mit einem so genannten „inneren Kühlkreislauf” zur Kühlung des zentralen Brenners, und mit einem äußeren Kühlkreislauf zur Kühlung der außerhalb des Zentrums angeordneten Brenner ausgestattet sein. Damit können durch Rohrschlangen zum Kühlen voneinander unabhängige äußere und innere Kühlkreisläufe im nachfolgend als „Unterteil” bezeichneten Teil der Brennerhaltevorrichtung bereitgestellt sein.
Von Bedeutung ist dabei, dass unterschiedliche Brenner wie Start- und Hauptbrenner, die unterschiedliche Funktionen wie etwa unterschiedliche Leistung erbringen, durch voneinander unabhängige Kühlkreisläufe gekühlt werden, um gegebenenfalls bei einem Kühlkreislaufausfall nicht eine Überhitzung der gesamten Brennerhaltevorrichtung herbeizuführen. Ein Kühlkreislauf kann jedoch einem Brenner und einem Teil der Stirnfläche zur Kühlung gleichzeitig zugeordnet sein; er weist dann quasi unterschiedliche Abschnitte, einen horizontalen und einen vertikalen, der sozusagen einen Kragen um den Brenner bildet, auf.
Eine Kühlung wird somit zum einen in der Ebene bereitgestellt, die die Schnittstelle zwischen Reaktor und Brennerhaltevorrichtung bereitstellt (der Stirnfläche), zum anderen werden die Brenner wie beispielsweise Startbrenner und Hauptbrenner zusätzlich in ihrem unteren Bereich gekühlt. Konventionelle Brenner sind im Wesentlichen als Rohre ausgeführt, sie können hinreichend bereits durch eine zumindest teilweise Kühlung gekühlt werden, die um ihren heißesten Bereich, also um das zum Reaktorweisende Rohr-Ende (nachfolgend unteres Ende genannt) des Brenners mittels Kühlrohrschlangen erfolgt. Dabei kann es genügen, lediglich das untere Drittel des Brenners zu kühlen, vorteilhaft wird zumindest das untere Fünftel des Brenners gekühlt, also etwa 20% der Brennerhöhe, bezogen auf seine Gesamthöhe innerhalb der Brennerhaltevorrichtung.
Bei einer anderen Brennergeometrie wird der Brenner sinnvoll so weit mit Kühlschlangen umwickelt werden, dass die Zone, in der Temperaturen bis 1800°C herrschen, indirekt gekühlt wird. Die Wicklung der Kühlschlangen der separat voneinander arbeitenden Kühlkreisläufe der verschiedenen Brenner ist dabei so geführt, dass keine Kühlungslücken entstehen. Eine derartige Wicklung ist dem Fachmann bekannt.
Die Rohrschlangenlänge für die Brennerkühlung der Einzelbrenner, also der als Wicklung um den unteren Brennerteil befindliche Anschnitt der Rohrschlange, kann mehr als 20% der Gesamtlänge des gesamten Einzelkühlsystems betragen. Das Rohrschlangenkühlsystem, das um einen Hauptbrenner angeordnet ist, kann in zwei oder mehrere Einzelsysteme unterteilt sein. Die gewickelten Rohrschlangenabschnitte, die quasi einen „Kragen” am unteren Teil des Brenners um dessen Führungsrohre bilden, werden, ebenso wie die Kragen, die um die Führungsrohre des Startbrenners liegen, also gleichzeitig mit den Rohrschlangenabschnitten gekühlt, die an der Stirnseite des Reaktors liegen. Es wird somit vorteilhaft eine geschlossene Kühlfläche an der Stirnfläche des Reaktors und entlang des unteren Abschnitts aller Brenner bereitgestellt, wobei die Höhe der Kragen unabhängig voneinander gewählt werden kann. Vor teilhaft ist weiter, dass die Kühlung der unteren Bereiche der Brenner durch die unabhängig voneinander angeordneten Kühlkreisläufe gleichzeitig erfolgt, so dass der Ausfall eines Kühlkreislaufes nicht zu Überhitzung der gesamten Brennerhaltevorrichtung führt, da die weiteren bereitgestellten Kühlkreisläufe den Fehler kompensieren können.
Um die dem Reaktorinneren zugewandte Seite des Gesamtsystems und die Unterteile der Einzelbrenner vor thermischen Überhitzungen zu schützen, ist das Kühlschlangensystem der einzelnen Kühlsysteme derart gestaltet, dass das äußere Kühlsystem sowohl die Kühlung der Oberseite des Reaktors als auch die Kühlung der unteren Bereiche der Hauptbrenner übernimmt. Vorteilhaft wird durch die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung mit der Brennerhaltevorrichtung also eine weitergehende Kühlung als die im Stand der Technik beschriebene dargelegt, die darüber hinaus eine verbesserte Sicherheit durch getrennte Kühlkreisläufe bereitstellt.
In den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen der Erfindung kühlen die einzelnen Rohrschlangenkühlsysteme sowohl die dem Reaktorzugewandte Fläche der Brennerhaltevorrichtung, als auch die unteren Bereiche der Hauptbrenner und des Startbrenners. Durch gleichzeitiges Kühlen von Einzelbrennern und der genannten Fläche ergeben sich konstruktiv insbesondere Vorteile der Art, dass sich eine gesonderte Halterung der Rohrschlangen erübrigt oder entfällt. Bei der Verwendung von zwei Kühlkreisläufen können die Rohrlängen für den jeweiligen an der Ebene anliegenden Abschnitt und den Kragen bildenden Abschnitt gleich sein, so dass bei Ausfall eines Kühlsystems immer noch 50% der Gesamtkühlung bereitgestellt werden.
Bei einem zentral angeordneten Startbrenner etwa kann die Kühlung derart erfolgen, dass der Startbrenner mit dem inneren Kühlkreislauf, einschließlich den Zu- und Abführungsrohren für das Kühlwasser, eine konstruktive Einheit bildet.
Das äußere Kühlsystem für den oder die Hauptbrenner kann in der erfindungsgemäßen Brennerhaltevorrichtung an einer Ummantelung befestigt sein, die an einem an den oberen Enden der Brenner befindlichen Flansch, dem sogenannten Hauptflansch, befestigt ist. Die Befestigung kann an einem Kragen oder Überstand erfolgen. Diese Ummantelung dient auch der Aufnahme weiterer, die Brenner haltenden Komponenten, die ebenfalls bezüglich der Temperaturkontrolle Schutzfunktionen übernehmen.
Erfindungsgemäß wird der Hauptflansch der Brennerhaltevorrichtung, der den wesentlichen Anteil des Druckes, der in dem System entsteht, aufnehmen wird, und die weiteren Komponenten durch folgende Anordnung vor Überhitzung geschützt.
Es werden Schichten aus Wärme leitenden und Wärme dämmenden Materialien innerhalb der genannten Ummantelung unterhalb des Flansches bereitgestellt, die auf mehrfache Weise Schutz bilden. Der untere Bereich der Brenner, die mit den Kühlschlangen so umwickelt sind, dass so genannte Kragen gebildet werden, wird mit einer Masse vergossen, die eine Anwendungstemperatur von mindestens 1500°C hat, also bis zu dieser Temperatur feuerfest ist, und eine sehr gute bis gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. Als geeignete Massen für diese unterste Schicht werden die dichten Vergussmassen mit der Hauptkomponente Siliciumcarbid mit Wärmeleitfähigkeiten von 5 bis 15 W/m K bei Temperaturen von 1000°C, sowie dichte feuerfeste Betone mit den Hauptkomponenten Aluminiumoxid und/oder Chromoxid und/oder Siliciumdioxid mit Wärmeleitfähigkeiten von 3,0 bis 4,0 W/m K bei Temperaturen von 1000°C angesehen. Diese feuerfesten Vergussmassen können Dichten von 2,4 bis 3,6 kg/l aufweisen. Bevorzugte Vergussmassen können Dichten im Bereich von 2,5 bis 2,7 kg/l aufweisen; grundsätzlich kann jedoch eine solche geeignete feuerfeste Masse oder der Feuerbeton eine Dichte von 2,0 bis 4,0 kg/l haben.
Außerdem können die Kühlschlangen der Brennerhaltevorrichtung auf der Brennkammerseite zum Schutz vor dem korrosiven und chemischen Angriff der Gasatmosphäre und der Schlacke mit der aus dem den Stand der Kraftwerkstechnik- und Vergasungstechnik üblichen Bestiftung und Beschichtung mit geeigneten SiC-haltigen Bestampfungsmassen hoher Wärmeleitfähigkeit versehen.
Unterhalb des Hauptflansches ist der Raum zwischen den Brennern mit einer isolierenden, weniger dichten Vergussmasse verfüllt, die eine Dichte im Bereich von 1,0 bis 2,0 kg/l aufweisen. Hierunter fallen die Wärmedämm- und Feuerleichtbetone, die eine hohe Wärmedämmung mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,1 bis 0,8 W/m K aufweisen.
Zwischen der Schicht aus gut isolierendem Vergussmaterial am Hauptflansch und gut Wärme leitendem Material am unteren Ende der Brenner wird der Raum mit einer losen, Wärme dämmenden Schüttung verfüllt, die ein feuerfestes Isoliergranulat etwa aus Schamotte oder einem anderen Feuerleichtstein sein kann. Die bevorzugte Dichte liegt im Bereich um 1 kg/l, die Feuerfestigkeit soll bei mindestens 800°C liegen. Eine geeignete Korngröße liegt bei 8 bis 12 mm, bevorzugt ist eine Korngröße von etwa 10 mm Durchmesser.
Der Flugstromreaktor selbst weist ebenfalls einen Kühlmantel auf, der sich nach oben zu der Brennerhaltevorrichtung derart erstreckt, dass er die Stirnfläche wie ein Kragen umgibt. Dieser Kragen umgibt quasi das durch die Brennerhaltevorrichtung bereitgestellte Kühlsystem. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht die Höhe des durch die Kühlrohre gewickelten Außenrings der Brennerhaltevorrichtung der Höhe des gewickelten Kragens des gegenüberliegenden Kühlmantels des Reaktors, so dass ein Ringspalt zwischen den beiden Kühlsystemen entsteht. Dieser Spalt kann mit einer Spaltbreite von 5 bis 50 mm zwischen den Kühlelementen, dem kühlenden Kragen des Reaktors und dem gewickelten Außenring der Brennerhaltevorrichtung, eingestellt werden.
Der eingestellte Ringspalt wird vorteilhaft kontinuierlich mit Inertgas gespült, so dass sich keine oder nur unbedeutende Mengen von Reaktionsgasen, die eventuell in den Ringspalt eindringen, ansammeln und korrosive Kräfte entfalten können. Die Inertgasspülung des Ringspalts dient somit ebenfalls dem Schutz der Brennerhaltevorrichtung. Nach außen wird der Ringspalt mit Packungen aus feuerfester flexibler Dichtschnur gefüllt, die aus geeigneten Keramikfasern aus der Hauptkomponente Aluminiumoxid und Siliciumdioxid bestehen, die eine ausreichende Durchlässigkeit für das Abströmen des inerten Spülgases zur Spülung des Ringraumes und zur Absicherung der thermisch bedingten Relativbewegungen des Kühlmantels sowie der Brennerhaltevorrichtung insgesamt gewährleisten.
Erfindungsgemäß wird die Brennerhaltevorrichtung wie dargelegt mit losem Wärme dämmenden Schüttgut ausgefüllt und ist mit einem gewalztem Mantel, der beschriebenen Ummantelung, gegen den Hauptflansch abgegrenzt, wobei der gewalzte Mantel am Kragen des Hauptflansches mittels Kerbstiften oder anderen Befestigungsvorrichtungen gehalten wird. Auf diese Weise kann im Reparaturfall nach Entfernung der Kerbstifte der Mantel nach unten demontiert werden. Dadurch fällt das Wärme dämmende lose Schüttgut aus der Brennerhaltevorrichtung, und ein Wechsel des Kühlelements ist nach Abtrennen der Kühlwasserrohre problemlos möglich.
1 zeigt bei einem zentral angeordneten Startbrenner 4 und dezentral angeordnetem Hauptbrenner 5 einen äußeren Kühlkreislauf 1 und einen inneren Kühlkreislauf 2 mit dem am Startbrenner 4 angeordneten Rohrschlangenabschnitt, dem Startbrennerkühlabschnitt 3. Der Rohrschlangenabschnitt 6 übernimmt die Kühlung des unteren Bereiches der Hauptbrenner 5. Die gesamte Brennerhaltevorrichtung 7, deren Komponenten im Wesentlichen auswechselbar sind, und die oberhalb des Reaktorsys tems 8 angeordnet ist, dient auch der Zu- und Abführung der erforderlichen Kühlwassermengen über die Druckstutzen und Rohre 9, 10. Wie in 1 gezeigt, wird das Kühlwasser für die Kühlung der Einzelsysteme über die Druckstutzen 9, 10 und weitere nicht gezeigte Stutzen, die mit dem Hauptflansch 11 verschweißt sind, zugeführt.
Die Kühlung für den zentral angeordneten Startbrenner 4 erfolgt über das Kühlschlangensystem, welches sowohl die Kühlung des inneren Bereiches des Gesamtsystems der Brennerhaltevorrichtung 7 als auch die des unteren Teils des Startbrenners 4 übernimmt. Die Befestigung des Rohrschlangensystems, das den äußeren Kühlkreislauf 1 bereitstellt, erfolgt an einer gesonderten Ummantelung 12, die fest mit dem Hauptflansch 11 des Gesamtsystems verbunden ist. Der Hauptflansch 11 wird durch ein aus mehreren Komponenten aufgebautes System aus unterschiedlich Wärme leitenden Materialien, das eine lose Wärme dämmende Schüttung 17 zum Verfüllen des Hohlraumes, eine Wärme leitende Feuerbetonschicht 18 und eine isolierende Feuerleichtbetonschicht 19 umfasst, vor zu hoher Wärmebelastung geschützt.
Ein Abschnitt der Kühlschlangen erstreckt sich einen Außenring 13 bildend an einem äußeren Rand der Brennerhaltevorrichtung von der Stirnseite des Flugstromvergasungsreaktors nach oben und zumindest entlang eines Teils der Ummantelung 12, wobei eine Höhe der sich nach oben erstreckenden Kühlschlangenrohre einer Höhe eines Kragens 14 eines Kühlmantels des Flugstromvergasungsreaktors 8 entspricht, so dass ein Ringspalt 15 zwischen dem Kragen 14 und der sich nach oben erstreckenden Kühlschlangenrohre bereitgestellt ist, der eine Spaltbreite von 5 bis 50 mm aufweist.
Der Ringspalt 15 ist am unteren Ende der Brennerhaltevorrichtung 7 mit einer Dichtschnurpackung 20 versehen, welche das Eindringen von Schlacke in den Ringspalt 15 verhindert.
2 zeigt die Brennerhaltevorrichtung 7 in der Draufsicht; drei Hauptbrenner 5 werden von einem äußeren Kühlkreislauf 1 umgeben, der über die Kühlwasserzuführungsstutzen 9 und 10 gespeist wird. Der Startbrenner 4 ist von einem inneren Kühlkreislauf 2 umgeben, ebenfalls von Kühlwasserzuführungsstutzen 9 und 10 gespeist. Der Abschnitt des inneren Kühlkreislaufs 2 ist das Startbrennerkühlteil 3.
Insgesamt wird mit der vorgeschlagenen Lösung eine wesentliche Verbesserung gegenüber vorhandenen Systemen bereits dadurch erreicht, dass durch die separate Kühlkreislaufführung die Sicherheit gegenüber Überhitzung verbessert wird.
Außerdem wird eine geschickte konstruktive Anordnung der zum Kühlen erforderlichen Rohrschlangen bereitgestellt, die keine separaten Haltevorrichtungen erfordern. Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Komponenten der Brennerhaltevorrichtungen wie Kühlschlangen oder Isoliermaterialien auswechselbar sind.

1: Äußerer Kühlkreislauf für die Hauptbrenner
2: Innerer Kühlkreislauf für den Startbrenner
3: Startbrennerkühlabschnitt
4: Startbrenner
5: Hauptbrenner
6: Hauptbrennerkühlabschnitt
7: Gesamtsystem Brennerhaltevorrichtung
8: Flugstromreaktor
9: Stutzen Kühlwasserzuführung
10: Stutzen Kühlwasserabführung
11: Hauptflansch
12: Ummantelung der Kühlvorrichtung in der Brennerhaltevorrichtung
13: Außenring
14: gewickelter Kragen des Kühlmantels
14': Kühlmantel des Reaktors
15: Ringspalt
16: Ringraum
17: Isolierendes Schüttgut
18: Feuerbetonschicht wärmeleitend
19: Feuerleichtbetonschicht isolierend
20: Dichtschnurpackung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 269065 [0004]
- DE 4416037 C1 [0005]

Claims

Brennerhaltevorrichtung (7), die auf einem Flugstromvergasungsreaktor (8) angeordnet ist, wobei zumindest zwei Brenner (4, 5) in der Brennerhaltevorrichtung (7) gehalten werden und sich durch einen Flansch (11), der die Brennerhaltevorrichtung (7) an dem Flugstromvergasungsreaktor (8) festlegt, und durch die Brennerhaltevorrichtung (7) an einer Stirnfläche des Flugstromvergasungsreaktors (8) in diesen erstrecken, und wobei eine Kühlvorrichtung in der Brennerhaltevorrichtung (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung mindestens zwei voneinander unabhängige Kühlkreisläufe (1, 2) aufweist, wobei unterschiedlichen Brennern (4, 5) verschiedene Kühlkreisläufe (1, 2) zumindest teilweise zugeordnet sind, so dass jeder Brenner (4, 5) an einem der Stirnfläche zugewandten Ende von einem Abschnitt der Kühlvorrichtung umgeben ist, und wobei der Stirnfläche zumindest ein Kühlkreislauf (1, 2) zumindest teilweise zur Kühlung zugeordnet ist, und wobei unterhalb des Flansches (11) innerhalb der Brennerhaltevorrichtung (7) von oben nach unten – eine Schicht (19) aus isolierender, bis zumindest 800°C feuerfester Vergussmasse mit einer Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,02–0,8 W/m K, – eine Schicht aus bis zumindest 800°C feuerfestem Schüttgut (17), – eine Schicht (18) aus wärmeleitender, bis zumindest 1500°C feuerfester Vergussmasse mit einer Wärmeleitfähigkeit von 3–15 W/m K, die Brenner (4, 5) umgibt.
Brennerhaltevorrichtung (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die voneinander unabhängigen Kühlkreisläufe (1, 2) Kühlrohrschlangen umfassen und dass zumindest 20% der Gesamthöhe eines Brenners kühlungslückenfrei von einem Abschnitt (3, 6) der Kühlschlange umgeben sind.
Brennerhaltevorrichtung (7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unabhängigen Kühlkreisläufe (1, 2) gleichzeitig mit Kühlmittel beaufschlagbar sind.
Brennerhaltevorrichtung (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (19) aus isolierender, bis zumindest 800°C feuerfester Vergussmasse eine Dichte im Bereich von 1,0 bis 2,0 kg/l, bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 1,5 kg/l, aufweist.
Brennerhaltevorrichtung (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (19) aus isolierender bis zumindest 800°C feuerfester Vergussmasse Feuerleichtbeton ist.
Brennerhaltevorrichtung (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus bis zumindest 800°C feuerfestem Schüttgut (17) ein Schamottesteingranulat oder ein anderes Feuerleichtsteingranulat ist.
Brennerhaltevorrichtung (7) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das feuerfeste Schüttgutgranulat (17) eine Korngröße im Bereich von 8,0 bis 12,0 mm Durchmesser, vorzugsweise von 10,0 mm Durchmesser aufweist.
Brennerhaltevorrichtung (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme leitende Schicht (18) ein Feuerbeton mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 3 bis 15 W/m K, vorzugsweise von 5 bis 15 W/m K, und mit einer Dichte im Bereich von 2,0 bis 4,0, bevorzugt im Bereich von kg/l 2,4 bis 3,6 kg/l, am meisten bevorzugt im Bereich von 2,5 bis 2,7 kg/l ist.
Brennerhaltevorrichtung (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerhaltevorrichtung (7) einen kreisförmigen Querschnitt hat, und dass ein erster Brenner ein Startbrenner (4) ist, der längsaxial in der Brennerhaltevorrichtung (7) angeordnet und von einem inneren Kühlkreislauf (2) umgeben ist.
Brennerhaltevorrichtung (7) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl weiterer Brenner als Hauptbrenner (5) beabstandet von dem Startbrenner (4) angeordnet und zumindest einem äußeren Kühlkreislauf (1) zugeordnet ist.
Brennerhaltevorrichtung (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ummantelung, insbesondere ein gewalz ter Mantel (12), der an einem an der Unterseite des Hauptflansches (11) gebildeten Kragen befestigt ist, eine innere Begrenzung für die Schichten bildet.
Brennerhaltevorrichtung (7) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Kühlsystem für die Hauptbrenner an der Ummantelung (12) befestigt ist.
Brennerhaltevorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der Kühlschlangen sich an einem äußeren Rand der Brennerhaltevorrichtung von der Stirnseite des Flugstromvergasungsreaktors nach oben und zumindest entlang eines Teils der Ummantelung (12) erstreckt, wobei eine Höhe der sich nach oben erstreckenden Kühlschlangenrohre einer Höhe eines Kragens (14) eines Kühlmantels (14') des Flugstromvergasungsreaktors (8) entspricht, so dass ein Ringspalt (15) zwischen dem Kragen (14) und den sich nach oben erstreckenden Kühlschlangenrohren bereitgestellt ist, insbesondere ein Ringspalt (15), der eine Spaltbreite von 5 bis 50 mm aufweist.
Brennerhaltevorrichtung (7) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (15) mit feuerfester, flexibler Dichtschnur (21) dichtend gefüllt ist.
Brennerhaltevorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte der Kühlrohrschlangen der zumindest zwei voneinander unabhängigen der Kühlkreisläufe (1, 2) gleich lang sind.
Brennerhaltevorrichtung (7) nach einem der der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrohrschlangen auf der dem Brennraum zugewandten Seite mit einer Beschichtung aus feuerfestem Material hoher Wärmeleitfähigkeit versehen sind.
Brennerhaltevorrichtung (7) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus einem Material mit hohem Siliziumcarbidgehalt besteht, die durch auf die Rohroberfläche aufgeschweißte Metallstifte dauerhaft gehalten wird.
Brennerhaltevorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut (17) mehrfach genutzt werden kann.