DE20001421U1 - Vorrichtung zur Vergasung von homogenen Brenn-, Rest- und Abfallstoffen - Google Patents
Vorrichtung zur Vergasung von homogenen Brenn-, Rest- und AbfallstoffenInfo
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Description
Vorrichtung zur Vergasung von homogenen Brenn-, Rest- und Abfallstoffen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vergasung von homogenen Brenn-, Rest- und Abfallstoffen entsprechend dem Oberbegriff des 1. Anspruches.
Die Vorrichtung ist geeignet als.Brennerdüse für die Vergasung flüssiger Brenn-, Rest- und Abfallstoffe bei Drücken zwischen Umgebungsdruck und 50 bar in Vergasungskammern unter Nutzung des Oxidationsmittels als Zerstäubungsmittel.
Als Oxidations- und Zerstäubungsmittel können Sauerstoff, Luft oder ein Gasgemisch aus Sauerstoff und Dampf genutzt werden.
Unter Brenn-, Rest- und Abfallstoffen sind hydraulisch oder pneumatisch förderbare, zu feinem Staub aufgemahlene feste Brennstoffe, Öle, Emulsionen, aber auch förderbare kohlenstoffhaltige Schlämme oder Slurries, verbrauchte, als Black Liquor bezeichnete hochsalzhaltige Lösungen aus dem Holzaufschluss, toxische halogen- oder stickstofforganische Kohlenwasserstoffe oder ihre Mischungen zu verstehen.
Es ist bekannt, bei der Vergasung im Flugstrom die Vergasungsstoffe, also Brenn-, Rest- und Abfallstoffe, und die Vergasungsmittel Sauerstoff, Luft und Wasserdampf über spezielle Brenner dem Vergasungsraum zuzuführen, wobei sich die Hauptreaktion in einer Flamme vollzieht. Die Gestaltung des Brenners besitzt dabei einen beträchtlichen Einfluss auf die Flammengeometrie, die Wärmeentbindung und die Umsatzgeschwindigkeit. Die Umsatzgeschwindigkeit wird beschleunigt, wenn der Vergasungsstoff sehr fein verteilt in die Vergasungsflamme gelangt. Nach dem Stand der Technik kann die Feinverteilung des Vergasungsstoffes über eine Druckzerstäubung oder unter Einsatz eines Zerstäubungsmittels erfolgen.
Bei der Druckzerstäubung pumpbarer Vergasungsstoffe wird dieser auf einen Druck gebracht, der den Vergasungsdruck in der Vergasungskammer um einen bestimmten Betrag überschreitet. Durch Entspannung über eine Düse wird der Vergasungsstoff in feine Tröpfchen verteilt und kann somit in der Flamme der Vergasungskammer reagieren. Mit zunehmender Druckdifferenz über die Düse, und damit höherer Geschwindigkeit bei engeren Querschnitten, nimmt die Feinheit der Vergasungsstofftröpfchen zu. Die engeren Querschnitte erhöhen aber gleichzeitig die Anfälligkeit des Brenners gegen Verstopfung, wenn auch nur geringe Feststoffanteile im Vergasungsstoff sind. Um diesen Nachteil auszugleichen, kann man einen Zerstäubungsbrenner mit größeren Strömungsquerschnitten einsetzen, der weitgehend unempfindlich gegen Verstopfung ist. Als Zerstäubungsmittel wird in der Regel Wasserdampf eingesetzt, der gleichzeitig als Moderator des Vergasungsprozesses dient. Probleme ergeben sich dann, wenn der Vergasungsstoff bereits so hohe Wassergehalte besitzt, dass das zusätzliche Zerstäubungsmittel Wasserdampf den Vergasungsprozess thermisch in unvertretbater Weise belastet oder der erhöhte Wasseranteil bei der Kühlung des Vergasungsgases die Eigenschaften der Zielprodukte verschlechtert. Ein solches Beispiel ist die Vergasung von Black Liquor, dieser beim Kraftprozess zum Aufschluss von Holz anfallenden Flüssigkeit, die zu etwa 30 % aus Wasser, zu weiteren 30 % aus Natriumsalzen und zu 40 % aus organischer Substanz besteht. Die nach der Vergasung regenerierte Lösung muss eine bestimmte Konzentration der Natriumsalze aufweisen, die bei Einsatz von Wasserdampf als Zerstäubungsmittel nicht gewährleistet ist.
Dies legt den Gedanken nahe, das Vergasungsmittel Luft, sauerstoffangereicherte Luft oder technischen Sauerstoff gleichzeitig als Zerstäubungsmittel einzusetzen.
Aus WO 97/06386 ist eine Vorrichtung bekannt, die aus einem zentral angeordneten Flüssigbrennstoffkanal und ringförmig darum angeordneten Zerstäubungsmittel- und Sauerstoffkanälen besteht. Zur Ausbildung einer speziellen Flammenform ist die Austrittsöffnung in fischschwanzartiger Weise geformt. Das hat bei Reaktoren den Nachteil, dass durch die Form der Flamme Beschädigungen an den Reaktorwänden auftreten.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die bei druckloser und bei mit erhöhtem Druck betriebener Vergasung von flüssigen Brenn-, Rest- und Abfallstoffen auf den
Einsatz eines speziellen Zerstäubungsmediums verzichtet und diese Aufgabe dem Oxidationsmittel zusätzlich überträgt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll sich sowohl für die thermische Verwertung homogener Flüssigkeiten als auch für feststoffbeladene Produkte eignen. 5
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach den kennzeichnenden Merkmalen des 1. Anspruches gelöst.
Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Vergasung homogener Brenn-, Restund Abfallstoffe in einer Vergasungskammer besteht aus einem Kanal für die Brennflüssigkeit, einem Kanal für Gas und einem Kanal für Kühlmittel. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass an oder in einem Flüssigkeitskanal zur Zuführung von Brennflüssigkeit Einrichtungen zur Zerstäubung der Brennflüssigkeit angeordnet sind. Der Flüssigkeitskanal kann dabei zentral in der Mitte der Vorrichtung angeordnet sein, er kann aber auch einen zentralen Kanal für das Oxidations- und Zerstäubungsmittel umgeben.
Als Einrichtungen zur Zerstäubung der Brennflüssigkeit können ein Drallkörper, eine Freistrahldüse oder eine Venturidüse dienen.
Soll ein Drallkörper zur Zerstäubung der Brennflüssigkeit im Flüssigkeitskanal angeordnet sein, so ist dieser vorteilhaft kurz vor der Öffnung der Düse anzuordnen, wobei ein Vorzerstäubungsmittelkanal den Flüssigkeitskanal umgibt. Vorteilhaft ist es dabei, wenn der Vorzerstäubungsmittelkanal in der Höhe des Drallkörpers in Richtung auf die Fortführung des Kanales eine Verminderung des Durchmessers aufweist. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Flüssigkeitskanal in Richtung auf die Düsenauslassöffnung eine geringere Länge aufweist als der Kanal für das Vorzerstäubungsmittel.
Vorteilhaft ist es, wenn der Oxidations- und Zerstäubungsmittelkanal für den Fall, dass ein Drallkörper oder eine Freistrahldüse angewendet werden, um den Flüssigkeitskanal angeordnet ist.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, als äußere Begrenzung für alle aufgezählten Varianten Kühlkanäle anzuordnen, wobei es günstig ist, die Kühlkanäle am tiefsten Punkt der Vorrichtung mit einer Umlenkung auszuführen, so dass das Kühlmittel wieder zurückgeleitet werden kann. 5
Für den Fall, dass eine Venturidüse am Flüssigkeitskanal angeordnet ist, wird das Oxidations- und Zerstäubungsmittel in einem mittigen Kanal geführt, wobei der Flüssigkeitskanal außen liegend von diesem angeordnet ist.
Im Folgenden soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und 3 Figuren näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 Erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die Zerstäubung der Brennflüssigkeit mittels Freistrahl erfolgt;
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Fig. 2 erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die Zerstäubung der Brennflüssigkeit mittels Drallkörper erfolgt;
Fig. 3 erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die Zerstäubung der Brennflüssigkeit mittels Venturidüse erfolgt.
Wie in den Ausführungsbeispielen in Fig.1 und 2 dargestellt, wird der Flüssigbrennstoff in einem zentral angeordneten Flüssigkeitskanal 1 zugeführt und mit dem Oxidationsmittel aus einem weiteren Kanal der Oxidationsmittel- und Zerstäubungsmittelzuführung 2 zerstäubt und in einem Flammenreaktor vergast.
Figur 1 stellt dabei die Methode der klassischen Injektionszerstäubung dar, wobei Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltiges Gas als Zerstäubungsmedium dient und ringförmig um den Flüssigkeitsauslauf austritt. Die Freistrahldüse 6 kann dabei zylindrisch sein oder sich konisch unter einem Winkel von bis zu 7 ° erweitern. Zum Schutz vor der entstehenden Wärme der Flammenreaktion sind alle Brennerteile intensiv gekühlt. Wie die Figur zeigt, ist der Flüssigkeitskanal 1, der in die Freistrahldüse 6 mündet, von einem Oxidations- und Zerstäubungsmittelkanal 2 umgeben, wobei beide die gleiche Länge aufweisen. Das Kühlmittel wird im Kühlmittelkanal 3 zur Spitze des Brenners und dann wieder zurückgeführt.
In Figur 2 ist die Aufteilung des Flüssigkeitsstrahls mittels eines aufgeprägten Dralles dargestellt. Der Drallkörper 5 ist im Flüssigkeitskanal 1 angeordnet, wobei die Länge des Flüssigkeitskanal 1 kürzer ist als die des ihn umgebenden Vorzerstäubungsmittelkanales 4. Der Vorzerstäubungsmittelkanal 4 weist in Höhe des Drallkörpers 5 eine Durchmesserreduzierung auf. Umgeben wird der Vorzerstäubungsmittelkanal 4 von Kühlkanälen 3, die an der Spitze der Vorrichtung umgelenkt werden.
Die Zerstäubung erfolgt hier 2-stufig mittels eines gasförmigen Mediums zum Beispiel zur Moderierung der Flammenreaktion und dem Oxidationsmittel.
Sowohl Figur 1 als auch Figur 2 arbeiten nach dem Prinzip der externen Zerstäubung außerhalb der Vorrichtung.
In Figur 3 wird das interne Zusammenbringen und die Vermischung von Flüssigkeit und Oxidationsmittel durch eine Venturidüse 7 gezeigt. Mittels hoher Geschwindigkeit in der Venturikehle werden die Medien intensiv gemischt, die Flüssigkeit vom Gas zerstäubt und beide treten reaktionsbereit aus der Vorrichtung aus. Der Austrittsbereich kann dabei intensiv gekühlt, keramisch ausgekleidet oder massiv keramisch ausgeführt werden. Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführung wird das Oxidations- und Zerstäubungsmittel 2 zentral im mittleren Kanal auf die Venturidüse 7 zugeführt, während der Flüssigkeitskanal 1 außen liegend angeordnet ist.
Die Kühlung erfolgt in einem außen liegenden Kühlkanal 3, wobei auch in diesem Ausführungsbeispiel der Kühlkanal vom tiefsten Punkt der Vorrichtung aus wieder zurückgeführt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass auf ein spezielles Zerstäubungsmedium verzichtet werden kann.
| 1 | Flüssigkeitskanal |
| 2 | Oxidations- und Zerstäubungsmittel |
| 5 3 | Kühlkanäle |
| 4 | Vorzerstäubungsmittelkanal |
| 5 | Drallkörper |
| 6 | Freistrahldüse |
| 7 | Venturidüse |
Claims (9)
1. Vorrichtung zur Vergasung homogener Brenn-, Rest- und Abfallstoffe in Vergasungskammern, bestehend aus einem Kanal für die Brennflüssigkeit, einem Kanal für Gas und einem Kanal für Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in dem Flüssigkeitskanal (1) zur Zuführung von Brennflüssigkeit Einrichtungen (5, 6, 7) zur Zerstäubung der Brennflüssigkeit angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung zur Zerstäubung der Brennflüssigkeit ein Drallkörper (5) im Flüssigkeitskanal (1) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung zur Zerstäubung der Brennflüssigkeit eine Freistrahldüse (7) im Flüssigkeitskanal (1) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung zur Zerstäubung der Brennflüssigkeit eine Venturidüse (7) am Flüssigkeitskanal (1) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass um den Flüssigkeitskanal (1) ein Zerstäubungskanal (4) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass um den Flüssigkeitskanal (1) für flüssigen Brennstoff ein Kanal für das Oxidations- und Zerstäubungsmittel (2) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung von einem Kühlmittelkanal (3) umschlossen wird, der an seinem tiefsten Punkt eine Umlenkung aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskanal (1) zur Zuführung von Brennflüssigkeit um den Kanal für ein Oxidations- und Zerstäubungsmittel (2) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskanal (1), in dem der Drallkörper (5) angeordnet ist, kürzer ist als der Vorzerstäubungsmittelkanal (4), wobei der Zerstäubungsmittelkanal (4) in Höhe des Drallkörpers (5) eine Einengung aufweist.
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