DE3726875C2

DE3726875C2 -

Info

Publication number: DE3726875C2
Application number: DE3726875A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr.-Ing. Schingnitz; Christian Dipl.-Ing. Reuther; Peter Dr.-Ing. Goehler; Rainer Dr.-Ing. Ddr 9200 Freiberg Dd Wernecke; Ernest Dr.-Ing. Gudymov; Vladimir Dr.-Ing. Semenov; Boris Dipl.-Ing. Rodionov; Vasilij Dipl.-Ing. Moskau/Moskva Su Fedotov
Original assignee: Brennstoffinstitut Freiberg
Current assignee: Brennstoffinstitut Freiberg
Priority date: 1986-11-18
Filing date: 1987-08-12
Publication date: 1989-05-18
Also published as: DE3726875A1; GB2197714A; GB8726177D0; JPS63135706A; CS551787A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für die partielle Oxidation von gasförmigen Kohlenwasserstoffen zu CO- und H₂-haltigen Gasen gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1, und kann in der Chemieindustrie und in der Gasindustrie verwendet werden, wie z. B. bei der Dampf- Sauerstoff-Konvertierung von Erdgas.

In der DD 1 46 765 ist ein gattungsgemäßer Brenner zur partiellen Oxidation fließfähiger Brennstoffe beschrieben, der ein zylindrisches Gehäuse, einen doppelwandigen Kühl mantel mit einer Bodenplatte und Zu- und Ableitungen für Kühlwasser enthält. Die Brennstoffzuführung erfolgt über ein Zentralrohr, das sich an seinem unteren Ende zu einem Verteiler erweitert. Im Rohrboden des Verteilers sind mehrere Brennstoffrohre mit ihren oberen Enden befestigt, die stromauf von der Bodenplatte in rohrförmigen Gemisch düsen ausmünden. Die Zufuhr von Sauerstoff und ggf. Dampf zu den Düsen erfolgt durch den vom Gehäuse und vom Zen tralrohr begrenzten Ringraum. Die als gesonderte, kompakte Bauteile ausgeführten Düsen sind mit ihrem oberen Ende im Gehäuseboden und mit ihrem unteren Ende in der Bodenplatte des Kühlmantels befestigt. Das in den äußeren Kühlmantel seitlich einströmende Kühlwasser umströmt die Düsen mit unterschiedlicher Intensität und wird nach Durchfließen des inneren Kühlmantels an der dem Zulauf diametral gegen überliegenden Seite abgeführt. Trotz der Kühlung im Bodenbereich werden die Stirnseiten der Düsen stark durch die Strahlung aus dem Feuerraum erhitzt, was zu Verzunde rungen und insbesondere zu Haarrissen an ihren Verbin dungsstellen mit dem Gehäuseboden und der Bodenplatte führt.

Aus der DD 2 14 912 ist ein Gasbrenner bekannt, der ein Gehäuse mit einem seitlichen Stutzen für die Zuführung des Brenngases enthält, in dem ein Verteilungsgitter in einem axialen Abstand oberhalb seines auslaßseitigen Endrandes angeordnet ist. Ein Zentralrohr für die Zuführung des Sauerstoffes geht in einen Verteiler über, der durch eine Bodenplatte mit darin befestigten Rohren abgeschlossen ist, die durch das Verteilungsgitter hindurchgeführt sind. Im Ringraum zwischen den Wänden des Gehäuses und des Zen tralrohres ist ein zylindrischer Rohrschuß für die Zufüh rung von Dampf mit einem Verteiler eingebaut, in dessen Rohrboden Dampfrohre befestigt sind, die die Sauerstoff rohre stromab umgebend durch das Verteilungsgitter geführt sind. Letzteres kann entweder als Scheibe mit die Dampf rohre mit Abstand umgebenden Öffnungen oder als Ring mit halbrunden Ausschnitten an seiner inneren Kante ausgeführt sein. Durch den Kontakt mit dem ca. 350 bis 400°C heißen Wasserdampf und durch Wärmestrahlung aus dem Reaktionsraum werden die Mündungen der Sauerstoffrohre so weit über hitzt, daß starke Verzunderungen eintreten und die Gefahr eines Metallbrandes durch Einwirkung des Sauerstoffs be steht.

Aus der EP 01 51 683 A2 ist ein Gemischbrenner bekannt, bei dem der Brennstoff über ein durchgehendes Zentralrohr in den Brennraum strömt. Um die Mündung des Zentralrohrs sind mehrere Düsen auf einem Kreis angeordnet, denen das Oxidationsmittel aus einem das Zentralrohr umgebenden Ringraum zugeführt wird. Die Düsen sind in einer massiven Stirnwand ausgebildet; zwischen diesen sind parallel zur Stirnfläche verlaufende, von einem Kühlmedium durchströmte Nuten vorgesehen. Auch bei diesem Brenner treten beträcht liche Verzunderungen auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Bren ner derart zu verbessern, daß seine Brennermündung inten siver und gleichmäßig gekühlt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen den Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch diese Ausbildung wird eine hohe Betriebszuverlässigkeit des Brenners erreicht, da neben dem Gehäuseboden sowie der Bodenplatte sowohl die Brenngasrohre auslaßseitig als auch die Sauerstoffrohre direkt und gleichmäßig durch das Was ser gekühlt werden und eine Überhitzung dieser Teile bei verschiedenen Betriebsregimen des Brenners praktisch aus geschlossen ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 3 wird eine zusätzliche Kompensation der Wärmebelastung der gekühlten Bodenplatte erreicht. Außerdem wird die Wirt schaftlichkeit des Brenners gesteigert, da die Vermischung des Sauerstoffs und des Brenngases intensiver erfolgt, was eine nahezu vollständigee Reaktion des Sauerstoffs mit dem Brenngas bewirkt.

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfin dung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Brenner zur autothermen Umwandlung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen mit ebenem Boden im Axialschnitt;

Fig. 2 einen Brenner mit gewölbtem Boden im Axialschnitt.

Der Brenner nach Fig. 1 besteht aus einem Gehäuse 1 mit einem seitlichen Anschluß 2 für die Zufuhr von Sauerstoff und einem ebenen Boden 5, das außen von einem Kühlmantel 3 mit einem Wasserauslaß 4 umgeben ist. Der Kühlmantel 3 wird durch eine ebene Bodenplatte 16 abgeschlossen, die in einem Abstand vom Gehäuseboden 5 angeordnet ist. Innerhalb des Gehäuses befindet sich ein Zentralrohr 6 mit einem Erdgaszu führungsstutzen 7 und einem verbreiterten Verteiler 8, der an der Stirnseite durch einen Rohrboden 9 mit darin befe stigten Brenngasrohren 10 abgeschlossen ist. Ein das Zen tralrohr 6 umhüllender Rohrschuß 11 mit einem Einlaß 12 für Kühlwasser und einem unteren Verteiler 13 ist im Ge häuse 1 angeordnet und stirnseitig durch eine Rohrplatte 14 abgeschlossen. Kühlwasserrohre 15 sind mit ihrem oberen Ende in der Rohrplatte 14 und mit dem unteren Ende im Ge häuseboden 5 befestigt.

Im Gehäuseboden 5 und in der Bodenplatte 16 sind durch gehende Sauerstoffrohre 17 befestigt, durch die Sauerstoff dem Reaktionsraum zugeführt wird. Die Brenngasrohre 10 sind ebenfalls mit ihren Enden unmittelbar in der Boden platte 16 befestigt, während die Kühlwasserrohre 15 mit ihren unteren Enden im Gehäuseboden 5 befestigt sind und die Brenngasrohre 10 umhüllen. Die Ringspalte zwischen den Brenngasrohren 10 und den Kühlwasserrohren 15 kommuni zieren mit dem Spalt zwischen dem Gehäuseboden 5 und der Bodenplatte 16.

Bei dem Brenner nach Fig. 2 sind der Gehäuseboden 5 und die Bodenplatte 16 gewölbt ausgeführt. Die Achsen der Sauerstoffrohre 17 und der Brenngasrohre 15 sind in ihrem Austrittsabschnitt zur Brennerachse geneigt ausgerichtet.

Der Brenner nach Fig. 1 wird wie folgt betrieben:

Über den Erdgaszuführungsstutzen 7 wird in das Zentralrohr 6 Erdgas eingeführt, das im Verteiler 8 auf die Brenngas rohre 10 verteilt wird und in diesen zum Reaktionsraum strömt.

Der über den Anschluß 2 in den Ringraum zwischen dem Ge häuse 1 und dem Rohrschuß 11 eingeführte Sauerstoff um strömt den Verteiler 13 und gelangt durch die Sauerstoff rohre 17 in den Reaktionsraum.

Über den Einlaß 12 wird Kühlwasser in den Ringraum zwi schen dem Zentralrohr 6 und dem Rohrschuß 11 eingeführt. Es umspült den Verteiler 8 und fließt über den Verteiler 13 und die Wasserrohre 15 in den Spalt zwischen dem Gehäu seboden 5 und der Bodenplatte 16 des Kühlmantels 3, wobei sowohl die Sauerstoffrohre 17 als auch die Enden der Brenngasrohre 10 umspült werden. Daraufhin tritt das Kühl wasser in den Ringraum zwischen dem Gehäuse 1 und dem Kühlmantel 3 ein und wird über den Wasserauslaß 4 abge führt.

Beim Brenner nach Fig. 2 strömen der Sauerstoff aus den Sauerstoffrohren 17 und das Erdgas aus den Brenngasrohren 10 in zur Brennerachse geneigten Einzelstrahlen aus.

Claims

1. Brenner für die partielle Oxidation von gasförmigen Kohlenwasserstoffen zu CO- und H₂-haltigen Gasen, bestehend
aus einem Gehäuse (1) mit einem Boden (5),
aus einem das Gehäuse umgebenden Kühlmantel (3) mit einer Bodenplatte (16) und mit einem Kühlwasserauslaß (4),
aus einem mit dem Brenngas beschickten Zentralrohr (6) mit einem verbreiterten Verteiler (8), der an seiner Stirnseite durch einen Rohrboden (9) abgeschlossen ist, und
aus einem vom Gehäuse (1) außen begrenzten Ringraum mit einem Anschluß (2) für Sauerstoffzufuhr,
wobei in dem Rohrboden (9) des Verteilers (8) mehrere mit dem Verbrennungsraum in Verbindung stehende Brenn gasrohre (10) befestigt sind und
wobei im Gehäuseboden (5) und in der Bodenplatte (16) des Kühlmantels (3) Sauerstoffrohre (17) mit ihren Enden befestigt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Wandung des Gehäuses (1) und dem Zen tralrohr (6) ein Rohrschuß (11) mit einem oberen Kühl wassereinlaß (12) und einem unteren Verteiler (13) mit einer Rohrplatte (14) angeordnet ist,
daß in der Rohrplatte (14) dieses Verteilers (13) und im Gehäuseboden (5) die Brenngasrohre (10) koaxial um gebende Kühlwasserrohre (15) befestigt sind, und
daß die Sauerstoffrohre (17) gesondert zu den in der Bodenplatte (16) mit ihren Auslaßenden befestigten Brenngasrohren (10) angeordnet sind.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sauerstoffrohre (17) auf einem Kreis um jedes der Brenngasrohre (10) angeordnet sind.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseboden (5) und die Bodenplatte (16) ge wölbt ausgeführt sind und daß die Achsen der Sauerstoffrohre (17) und der Brenn gasrohre (10) austrittsseitig zur Brennerachse geneigt ausgerichtet sind.