Verfahren und Anlage zum Erzeugen von Rückstandsfreien-Heißgasen,
wie sie für MD-Generatoren benötigt werden (Für diese Patentanmeldung wird die Priorität
der entsprechenden US-Anmeldung Serial No. 493 842 vom 7.10.1965 beansprucht.) Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen heißer Arbeitsgase, wie sie für magnetohydrodynamische
(MHD-)Generatoren benötigt werden, durch Verbrennung fester Brennstoffe. MHD-Generatoren
arbeiten gewöhnlich mit einem thermisch ionisierten Arbeitsgas, das in einem Generatorkanal
ein transversal'angelegtes Magnetfeld durchströmt. An Elektroden, die gewöhnlich
im Generatorkanal angeordnet werden, kann man elektrische Leistung entnehmen. Die
als Arbeitsgas dienenden Heißgase werden üblicherweise in Hochtemperaturbrenn
Kammern
durch Verbrennen fester, flüssiger oder gaeförmiger Brennstoffe erzeugt. Werden
solche Brennkammern mit festen Brennstoffen, wie Kohle oder Asche bzw. mit Schlacke
(geschmolzener Asche) betrieben, treten vielfältige technische Schwierigkeiten auf.
Insbesondere gefährden von den Heißgasen mitgerissene unverbrannte Rückstände die
Kanalwände, Elektroden sowie die meist nachgeschalteten Wärmetauscher und Rückgewinnungsanlagen.
Solche Rückgewinnungsanlagen werden vorgesehen, um den Heißgasen zur Erzeugung der
elek-
trischen Leitfähigkeit zugesetzte, leicht ionisierbare Stoffe - sog.
Saatmaterial - zurückzugewinnen. Man ist deshalb in den geschilderten Anwendungsfällen
sowie in einer Vielzahl weiteren Anwendungsgebieten daran interessiert, rückstandsfreie
Heißgase zu erzeugen. Insbesondere noch deshalb, ereil Ascheabscheidung in den mit
Heißgas betriebenen Anlagen Betriebsunterbrechungen zum Reinigen und Instandsetzen
der Anlagen erforderlich machen. Diese Rückstände erschweren auch die Rückgewinnung
von Saatmaterial. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Schwierigkeiten
zu umgehen und rückstandsfreie Heißgase für die verschiedensten Anwendungsfälle
bereitzustellen. Solche Heißgase werden au-* ßer für MHD-Generatoren beispielsweise
auch für PJHD-Beschleuniger, die nach einer Umkehrung des Generatorprinzips arbeiten,
sowie zum Betreiben von Turbinen benötigt. Die Heißgase aus festen Brennstoffen
erzeugen zu können, bedeutet dabei in vielen Gegenden auch einen wirtschaftlichen
Vorteil. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist nach
der Erfindung
vorgesehen, daß die Brennstoffe einer Verkokungskammer zumindest bis zur teilweisen
Verkokung zugeführt werden und die ver-
kokte Füllung in einer
ersten Brennkammer (Primärbrennkammer) unter Luftüber®chuß verbrannt wird und
daß die Plammenabgase in einer zwei-
ten Brennkammer (Sekundärbrennkammer)
stoechiometrisch nachverbrannt werden. Die Plammenabgase aus der Primärbrennkammer
können in der Sekundärbrennkammer mit den flüchtigen Stoffen aus
der Verkokungskammer oder mit gesondert zugeführten Brennölen oder Brenngasen
nachverbrannt werden. Das erste Verfahren, zur Nachverbrennung die flüch-
tigen
Stoffe aus der Verkokungskammer heranzuziehen, bietet als Vor-
teil
einen von zusätzlicher Brennstoffzufuhr unabhängigen Betrieb.
Nach
einer wesentlichen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgasehen,
als Primärbrennkammer eine- Drehströmungebrennkammereinzusetzen. Diese
an sich zur Verfeuerung von-Brennölen bekannten Brennkammern
verfeuern
den Brennstoff in einem schraubenförmigen Luftstrom. Solche
Drehetrömungebrennkammern als Primärbrennkammer beim erfindungsgemäßen
Verfahren einzusetzen, bietet den Vorteil, daß die Schlacke an die i,m.wesentlichen
zylindrische Brennkammerwand geschleudert wird. Dadurtbildet sidtizein natürlicher
Wandschutz, der die Kammerwand ge-gen die heiße Verbrennungszone thermisch
soliert. Das erlaubt wieder-um, mit niedriger Kühlleistung auszukommen,wesnalb
wiederum die 7@'ärmeableitungsverluste verringert werden. Im Betrieb stellt sich
dabei die niedergeschla-;e;:e Schicht auf eine bestimmte Stärke so ein., da13 die
Oberfläche laufend abgeschnoizen wird. Diese flüssiger Rückstände können dann am
Boden der Brentlrammer abgezo`-e:-. werden. Der -ins;ii:: einer Drehströmungsbrennkammer_erm.öglicht
-C)% des Ascnegehaltes abzu fsngen.
Die Primärbrennkammer mit Luftüberschuß
zu betreiben, bringt den Vorteil, daß die Verbrennung optimal eingestellt werden
kann. Es werden bei der Verfeuerung von Kohle in der Verkokungskammer und bei einer
auf stoechiometrische Verbrennung bezogenen 1,5 bis 2,0-fachen Luftmenge Flammentemperaturen
von 2200 °K erzielt. Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen, die
in der Zeichnung schematisch wiedergegeben sind, näher erläutert werden: Bei der
Anlage nach Figur 1 ist die Verkokungskammer mit 3 bezeichnet. Sie kann mit Überdruck
arbeiten und heizt die vom Mahlwerk 2 einge-
füllten festen Brennstoffe, beispielsweise
Kohle aus dem Bunker lauf. Mit 5 ist ein Drehströmungsentstauber bezeichnet, der
die flüchtigen Stoffe aus der Verkokungskammer von mitgerissenem Staub reinigt.
An die Stelle des Drehströmungsentstaubers 5 kann auch ein nach anderen Prnzipien
arbeitender Entstaubet treten. Die gereinigten, flüchtigen Stoffe werden über die
Gasleitung 11 der Sekundärbrennkammer 7 zugeführt. Der Drehströmungsentstauber 5
ist entbehrlich, falls die Staubbeaufsc:-ilagung des Gasstromes aus der Verkokungskammer
gering ist. Die zumindest teilweise vervokte Füllung aus der Verkokungskammer 3
,:ird in einem Brechwerk 4 zerir:leinert und über die Feststoffbeschickungsleitung
12 e;ner Drehstrc-wan#."skarrmer 6 als ersten Brennkammer zugeführt. In der Leitung
12 wird über die Gebläseleitung 13 Verbrennungsluft in 14 eingeleitet. In der Verkokungskammer
7 r;erden die festen Brennstoffe teilweise
vergast und bei
Kohle in Kohlenmonoxyd überführt. Der Verkokungskammer 3 kann über die Leitung
15 eine geringe Menge Heißluft eingeleitet werden. Das Brechwerk 4 wird aus
der Verkokungskammer 3 mit einer Substanz beschickt, deren Eigenschaft zwischen
Kohle und Koks liegt. Die im Brechwerk 4 zerkleinerte Füllung aus der Verkokungskammer
3 wird der Primärbrennkammer 6 mit überstoechiometrischer Luftmenge zug4führt. Vorzugsweise
soll die Luftmenge das 1,5 bis 2-fache der für stoechiometrische Verbrennung erforderlichen
Luftmenge ausmachen. Der überschüssige, in den Flammenabgasen aus der Primärkammer
6 unverbrannte Sauerstoff der Verbrennungsluft unterhält in der Sekundärbrennkammer
7 dann eine stoechiometrische Verbrennung. Über die gesamte Anlage gesehen, läßt
sich also eine stoechiometrische Verbrennung erzielen. Bei den geschilderten Betriebsbedingungen
wird in einer Drehströmungsbrennkammer als Primärbrennkammer 6 eine Flammtemperatur
von 2200 0K erzielt. Der von den Kammerwänden abgeschmolzene Niederschlag kann durch
die am Boden der Brennkammer 6 vorgesehne Zeitung 16 in Pfeilrichtung abgezogen
werden. In einer mit dem vorgeschlagenen Luftüberschuß betriebenen Drehströmungsbrennkammer
6 werden Plammtemperaturen erreicht, wie sie bei üblichen mit Kohle befeuerten Kesselanlagen
nur mit stark vorerhitzter Verbrennungsluft großer Menge erreicht werden. Als Sekundärbrennkammer
7 eignet sich dann eine handelsübliche; für Ölverbrennung ent-
wickelte Brennkammer.
Ein verhältnismäßig-kleiner vorerhitzter Luftstrom kann der als Drehströmungsbrennkammer
ausgebildeten Primär-. brennkammer über die Zeitung 19 zugeführt werden.
Die
Anlage nach Figur 2 ist im wesentlichen wie die in Figur 1 dargestellte Anlage aufgebaut.
Sie unterscheidet sich jedoch dadurch, daß der Sekundärbrennkammer 7 über eine Brennstoffzuführungsleitung
17 Verbrennungsmittel wie Erdgas oder Brennöl zugeführt werden. Die in Figur 2 nicht
wiedergegebene.Verkokungskammer beliefert dann lediglich die Primärbrennkammer 6,
die vorzugsweise wieder eine Dreh-- strömungsbrenrikammer sein kann, über
die Zeitung 18. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt vielfältige Detailänderungen.
So kang eine als Primärbrennkammer dienende Drehströmungsbrennkammer mit auf 1300
°K vorerhitzter Luft bei stoechiometrischer Durchsatzmenge betrieben werden. Die
Flammtemperatur in der Brennkammer erreicht dann 2700 o K. Bei dieser Temperatur
wird die Schlacke von den Wänden verdampft und der Sekundärbrennkammer 7 ganförmig
zugeleitet. Die Wand der Primärbrennkammer müßte dann jedoch zweckmäßigerweise aus
wärmeisolierendem Material gefertigt werden. Dabei wäre
mit größerem Materialverschleiß
und mit größeren Kühlverlusten, zu rechnen.Method and system for generating residue-free hot gases, as required for MD generators (for this patent application priority is claimed from the corresponding US application Serial No. 493 842 of October 7, 1965). The invention relates to a method for generating hot gases Working gases, as required for magnetohydrodynamic (MHD) generators, through the combustion of solid fuels. MHD generators usually work with a thermally ionized working gas that flows through a transversely applied magnetic field in a generator duct. Electrical power can be drawn from electrodes, which are usually arranged in the generator duct. The hot gases used as the working gas are usually generated in high-temperature combustion chambers by burning solid, liquid or gaseous fuels. If such combustion chambers are operated with solid fuels such as coal or ash or with slag (molten ash), various technical difficulties arise. In particular, unburned residues entrained by the hot gases endanger the duct walls, electrodes and the mostly downstream heat exchangers and recovery systems. Such recovery systems are provided in order to recover easily ionizable substances - so-called seed material - which have been added to the hot gases to generate the electrical conductivity. There is therefore an interest in generating residue-free hot gases in the applications described and in a large number of other fields of application. For this reason, in particular, ash separation in the systems operated with hot gas make operational interruptions necessary for cleaning and repairing the systems. These residues also make it difficult to recover seeds. The invention is based on the object of circumventing the difficulties outlined and providing residue-free hot gases for a wide variety of applications. Such hot gases are required for MHD generators, for example, also for PJHD accelerators, which work according to a reversal of the generator principle, and to operate turbines. Being able to generate the hot gases from solid fuels also means an economic advantage in many areas. To solve the problem, the invention provides that the fuels are fed to a coking chamber at least up to partial coking and the coked filling is burned in a first combustion chamber (primary combustion chamber) with excess air and that the flame exhaust gases in a two- th combustion chamber (secondary combustion chamber) can be post-burned stoechiometrically . The flame exhaust gases from the primary combustion chamber can be post-burned in the secondary combustion chamber with the volatile substances from the coking chamber or with separately supplied fuel oils or fuel gases. The first method to refer to the post-combustion flüch- term substances from the retort, as a pre part provides independent of additional fuel supply operation. According to an essential embodiment of the invention , a rotary flow combustion chamber should be used as the primary combustion chamber. These combustion chambers , known per se for burning fuel oils, burn the fuel in a helical air flow. Using such rotary-flow combustion chambers as the primary combustion chamber in the method according to the invention offers the advantage that the slag is thrown against the essentially cylindrical combustion chamber wall. This creates a natural wall protection that thermally insulates the chamber wall from the hot combustion zone. This in turn allows to manage with lower cooling capacity, wesnalb in turn will reduce the 7 @ 'ärmeableitungsverluste. During operation, the deposited layer adjusts itself to a certain thickness in such a way that the surface is continuously cut off. These liquid residues can then be drawn off at the bottom of the Brentlrammer: -. will. The -ins; ii :: a rotary-flow combustion chamber_ enables -C)% of the ascne content to be absorbed. Operating the primary combustion chamber with excess air has the advantage that the combustion can be optimally adjusted. Flame temperatures of 2200 ° K are achieved when coal is burned in the coking chamber and with 1.5 to 2.0 times the amount of air related to stoechiometric combustion. The invention will now be explained in more detail on the basis of exemplary embodiments which are shown schematically in the drawing: In the system according to FIG. 1, the coking chamber is denoted by 3. You can work with pressure and heats up the running from the grinder 2 einge- filled solid fuels, such as coal from the bunker. With a rotary flow deduster is designated, which cleans the volatile substances from the coking chamber of entrained dust. In place of the rotary flow deduster 5, a dedusting device operating according to other principles can also be used. The cleaned, volatile substances are fed to the secondary combustion chamber 7 via the gas line 11. The rotary flow deduster 5 is unnecessary if the dust accumulation of the gas flow from the coking chamber is low. The at least partially voided filling from the coking chamber 3 is crushed in a crusher 4 and fed via the solids feed line 12 e; ner three-phase wan #. "Skarrmer 6 as the first combustion chamber. In line 12, combustion air is supplied via the fan line 13 introduced in 14 r of the coking chamber 7;. earthed partly gasified and transferred on carbon in carbon monoxide, the solid fuel of the coking chamber 3, a small amount of hot air can be introduced via line 15 the crusher 4 is supplied from the coking chamber 3 with a substance.. , whose properties lie somewhere between coal and coke. The filling crushed in the crusher 4 from the coking chamber 3 is fed to the primary combustion chamber 6 with an overstoechiometric amount of air. The amount of air should preferably be 1.5 to 2 times the amount of air required for stoechiometric combustion , in the flame exhaust gases from the primary chamber 6 unburned oxygen off the combustion air then maintains a stoechiometric combustion in the secondary combustion chamber 7. Viewed over the entire system, stoechiometric combustion can therefore be achieved. Under the operating conditions described, a flame temperature of 2200 ° K is achieved in a rotary-flow combustion chamber as the primary combustion chamber 6. The precipitate melted from the chamber walls can be drawn off in the direction of the arrow by the newspaper 16 provided at the bottom of the combustion chamber 6. In a rotary-flow combustion chamber 6 operated with the proposed excess air, plasma temperatures are reached which are only achieved in conventional coal-fired boiler systems with a large amount of strongly preheated combustion air. A commercially available one is then suitable as the secondary combustion chamber 7; Combustion chamber developed for oil combustion. A relatively small, preheated air flow can be used in the primary combustion chamber, which is designed as a rotary flow combustion chamber. Combustion chamber are fed through the newspaper 19. The system according to FIG. 2 is constructed essentially like the system shown in FIG. However, it differs in that the secondary combustion chamber 7 is supplied via a fuel supply line 17 with combustion agents such as natural gas or fuel oil. The coking chamber not shown in FIG. 2 then only supplies the primary combustion chamber 6, which can preferably again be a rotary-flow combustion chamber, via the newspaper 18. The method according to the invention allows a wide range of detailed changes. For example, a rotary-flow combustion chamber serving as the primary combustion chamber can be operated with air preheated to 1300 ° K at a stoechiometric throughput. The flame temperature in the combustion chamber then reaches 2700 o K. At this temperature, the slag is evaporated from the walls and fed to the secondary combustion chamber 7 in a continuous manner. The wall of the primary combustion chamber would then have to be made of heat-insulating material. Here would be expected with greater material wear and with larger cooling losses.