DE102008062028A1

DE102008062028A1 - Erweiterbarer Kompakt-Kohlenstaubbrenner mit tangentialer Staubeinspeisung für große Brennerleistungen

Info

Publication number: DE102008062028A1
Application number: DE200810062028
Authority: DE
Inventors: Matthias Köhler; Christian Reuther; Manfred Dr. Schingnitz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2010-06-17

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Brenner für die Oxydationsmittel-Vergasung von staubförmigen Brennstoffen unter hohen Drücken von beispielsweise 80 bar (8 MPa) und Temperaturen von beispielsweise 1200 bis 1900°C in Flugstromreaktoren sind um einen zentralen Pilotbrenner Brennermodule aus Oxydationsmittel-Zuführungs-Ringkanal (2) und diesen umschließenden Brennstaub-Zuführungs-Ringkanal in einer der erforderlichen Leistung entsprechenden Anzahl anordenbar.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für die Oxydationsmittel-Vergasung von Brennstäuben mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kohlenstaubbrenner, der für die Sauerstoff-Vergasung von staubförmigen Brennstoffen (Braunkohle und/oder Steinkohle oder ähnliche staubförmige Brennstoffe) unter hohen Drücken und Temperaturen in Reaktoren mit flüssigen Schlackeabzügen eingesetzt wird.
Bekannt sind Kohlenstaubbrenner für die Partialoxydation staubförmiger Brennstoffe mit einem zylindrischen wassergekühlten Gehäuse und innen liegenden koaxial angeordneten Ringräumen für die Zuführung des staubförmigen Brennstoffes und des Oxydationsmittels. Im Zentrum dieses Brenners befindet sich ein weiterer kleiner Gas-/Sauerstoffbrenner, der als Zünd-, oder Pilotbrenner dient und mit einer optischen Flammenüberwachung und Hochspannungszündeinrichtung ausgerüstet ist. Er dient zur Inbetriebnahme des o. g Kohlenstaubbrenners, wie im Patent DD 271038 A1 und DE 4306980 C2 gezeigt.
Die Zuführung des staubförmigen Brennstoffes erfolgt außerhalb und innerhalb des Brenners durch ein oder mehrere Rohre. Im Inneren des Brenners ist/sind das/die Zuführungsrohre zum Brenneraustritt so geführt, das sie mindestens ein volle Umdrehung um die Achse ausführen und dann in der Nähe des Brenneraustritts tangential angestellt enden. Am Ende des/der Staubrohre(s) tritt der Staub tangential in einen zylindrischen Ringraum ein. Bei dem Übergang von der Rohrfläche in den Ringraum kommt es schlagartig zu einer Flächenvergrößerung und damit zum Absinken der Staubgeschwindigkeit.
Durch Erhöhung der Anzahl der Staubrohre innerhalb des Ringraumes kann zwar der Flächensprung verringert, aber nicht aufgehoben werden. Im Ergebnis dieser Tatsache kommt es zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Staubstromes innerhalb des Ringraumes. Hierdurch kann es zu einer unsymmetrischen Flammenausbildung mit einseitiger Reaktionsraumbelastung kommen.
Der bekannte Brenner hat folgende Nachteile:

1. komplizierte Ausführung der Rohre innerhalb des zylindrischen Ringraumes im Brenner,
2. nach dem Austritt des Kohlenstaubes erfolgt ein unvermeidbarer Flächensprung der zum Absinken der Staubgeschwindigkeit führt,
3. durch diesen Flächensprung wird der nachfolgende Ringraum ungleichmäßig mit Kohlenstaub gefüllt, so dass die Mischung mit dem Oxydationsmittel unterschiedlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen kompakten Kohlenstaubbrenner zu schaffen, der an die maximal erforderliche Leistung anpassbar ist.
Das Problem wird durch einen Brenner für Brennstaub mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu nutze, dass bei einem Brennstaub-Zuführungs-Rohr die Begrenzung der Rohrnennweite auf unter 65 mm Förderstörungen, die auf zu große Flächensprünge beim Übergang Rohr auf Ringraum zurückzuführen sind, vermieden werden. Die Anpassung des Brenners an die maximal erforderliche Leistung erfolgt durch Anordnung einer entsprechenden Anzahl von Brennermoduln, die jeweils mit einem innen liegenden Oxydationsmittel-Zuführungs-Ringkanal und einem diesen umschließenden Brennstaub-Zuführungs-Ringkanal gebildet sind.
Es ist gelungen durch konstruktive Maßnahmen einen kompakten Kohlenstaubbrenner mit tangentialer Staubeinspeisung für sehr große Brennerleistungen auszubilden, der auch bei der Druckvergasung von staubförmigen Produkten einen sicheren Betrieb mit gleichmäßiger Flammenausbildung gewährleistet und technologisch einfach herzustellen ist. Die Anordnung von ansonsten mehreren Einzelbrennern mit großem Platzbedarf ist vermieden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen erweiterbaren Kompakt-Kohlenstaubbrenners mit tangentialer Staubeinspeisung für große Brennerleistungen ist in 1 dargestellt.
Der erfindungsgemäße Kohlenstaubbrenner weist einen zentral angeordneten Pilotbrenner 1 mit Brenngas und Oxydationsmittelzuführung, eine Flammenüberwachungseinrichtung und eine elektrische Hochspannungszündung auf. Um diese Baugruppe sind weitere Ringräume zur wechselnden Zuführung des Oxydationsmittels (2; 4; 6) und des staubförmigen Brennstoffes (3; 5; 7) angeordnet. Der Aufbau ist hierbei so ausgeführt, dass von innen nach außen gehend, zunächst ein Sauerstoffring 2 vorhanden ist, der von einem Staubzuführungsring 3 umhüllt wird, und so weiter. Dadurch wird erreicht, dass der Sauerstoffstrom immer von einem geschlossenen Staubstromschleier umhüllt ist. Die ringförmigen Austrittsöffnungen für Sauerstoff sind am Brennermund mit Drallkörpern 8 bestückt, deren aufgesetzte Leitschaufeln zur Verdrallung des Sauerstoffstromes dienen. Als Hüllelement um den letzten Staubringraum ist ein wasserdurchströmtes Kühlelement 9 angeordnet. Je nach geplanter Gesamtstaubleistung des Brenners wird die Anzahl der Ringräume für die Teilstaub- und Teilsauerstoffströme festgelegt. Bestimmend hierfür ist die maximal fertigungstechnisch vertretbare Größe des einzelnen Staubzuführungsrohres bei der tangentialen Einbindung in den Ringraum des Brenners.
Rohre mit einer Rohrnennweite > 65 mm werden nicht eingesetzt, da hier beim Übergang Rohr auf Ringraum Förderstörungen durch zu große Flächensprünge auftreten.
Es werden also Rohre mit einer auf 65 mm begrenzten Rohrnennweite eingesetzt, wobei die Leistungsskalierung durch die Anzahl der Brennstaub-Oxydationsmittel-Module erfolgt.
Die Einzelzuführungen des staubförmigen Brennstoffes in die jeweiligen Ringräume des Brenners erfolgen tangential und unter einem solchen Winkel zur Brennerachse, dass der eintretende Staubstrom nach einer vollen Umdrehung (360°) genau unter dem eintretenden Staubstahl wieder ankommt und somit eine gleichmäßig Rotationsbewegung bis zum Austritt am Brennermund ausführt. Vor dem Eintritt in den jeweiligen Brennerringraum ist durch ein spezielles Übergangsstück der ankommende Staubrohrquerschnitt in einen flächengleichen Rechteckquerschnitt übergeführt, dessen Breite genau der Ringspaltbreite des Brennerring-Kanals entspricht. Hierdurch wird die im Förderrohr vorhandene Staubfördergeschwindigkeit auch im Ringkanal des Brenners beibehalten, da durch diese Einbindung ein Minimum an Flächenübergangssprung auftreten.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist genau ein Brennstaub-Zuführungs-Rohr in den jeweiligen Brennstaub-Zuführungs-Ringkanal geführt.

1: Pilotbrenner mit Gas- und Sauerstoffzuführung und integrierter Flammenüberwachung und Hochspannungszündeinrichtung
2; 4; 6: Ringräume für die Oxydationsmittelzuführung
3; 5; 7: Ringräume für die Zuführung des staubförmigen Brennstoffes
8: Drallkörper zur Verwirbelung des Oxydationsmittels
9: Gekühltes Gehäuse (Kühlwasserkanäle)
10: Übergangsstück Rohrquerschnitt auf flächengleichen Rechteckquerschnitt
11: Tangentialer Staubeintritt
12: Flammenüberwachung und Zündung
13: Sauerstoffzuführung Pilotbrenner
14: Erdgaszuführung Pilotbrenner
15: Zuführung Oxydationsmittel
16: Eingang Kühlwasser
17: Ausgang Kühlwasser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DD 271038 A1 [0003]
- DE 4306980 C2 [0003]

Claims

Brenner für die Oxydationsmittel-Vergasung von Brennstäuben aufweisend – einen zentral angeordneten Pilotbrenner (1), – ein den Pilotbrenner umgebendes Brennermodul, das mit einem innen liegenden Oxydationsmittel-Zuführungs-Ringkanal (2) und einem diesen umschließenden Brennstaub-Zuführungs-Ringkanal (3) gebildet ist, – ein Brennstaub-Zuführungs-Rohr, dessen Rohrnennweite auf 65 mm begrenzt ist und das in den Brennstaub-Zuführungs-Ringkanal geführt ist, – eine der erforderlichen Brennerleistung entsprechende Anzahl von Brennermoduln (4, 5; 6, 7), die ein jeweiliges inneres Brennermodul umschließen, – ein Wasser durchströmtes Kühlelement (9), das um den außen liegenden Brennstaub-Zuführungs-Ringkanal angeordnet ist.
Staubbrenner nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Oxydationsmittel-Zuführungs-Ringkanal an seinem Austritt Drallschaufeln (8) zur Verdrallung des Oxidationsmittelstromes angeordnet hat.
Staubbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Brennstaub-Zuführungs-Rohr in den Brennstaub-Zuführungs-Ringkanal tangential und unter einem solchen Winkel zur zentralen Brennerachse eintritt (11), dass der eintretende Brennstaubstrom nach einer vollen Umdrehung um die zentrale Brennerachse am Brennermund austritt.
Staubbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass beim Eintritt des Brennstaub-Zuführungs-Rohrs in den Brennstaub-zuführungs-Ringkanal ein Übergangsstück (10) angeordnet ist, das den Rohrquerschnitt in einen flächengleichen Rechteckquerschnitt überführt, dessen Breite der Ringspaltbreite des Brennstaub-Zuführungs-Ringkanals gleicht.
Staubbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Brennstaub-Zuführungs-Rohr in den Brennstaub-Zuführungs-Ringkanal geführt ist.