DE3837586C2 - - Google Patents
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- DE3837586C2 DE3837586C2 DE3837586A DE3837586A DE3837586C2 DE 3837586 C2 DE3837586 C2 DE 3837586C2 DE 3837586 A DE3837586 A DE 3837586A DE 3837586 A DE3837586 A DE 3837586A DE 3837586 C2 DE3837586 C2 DE 3837586C2
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Description
Die Erfindung betrifft einen Vergasungsbrenner für eine zur Vergasung
von feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffen bestimmte An
lage, die einen Vergasungsreaktor mit einer Mehrzahl angeschlossener
Vergasungsbrenner und eine Einrichtung für die Rückführung von
trocken aus dem erzeugten Rohgas abgeschiedenem Flugstaub aufweist,
mit einer zentral angeordneten Zuführeinrichtung für Primäroxida
tionsmittel und Brennstoffe, die mit einem Trägergas eingeführt
werden, einem die zentrale Zuführeinrichtung umgebenden ringförmigen
Zuführungskanal für Sekundäroxidationsmittel, einer in der Mittel
achse der zentralen Zuführeinrichtung angeordneten rohrförmigen
Injektionslanze für die Einführung des Flugstaubes in Form eines
Flugstaub/Trägergas-Stromes in den Kern des aus dem Vergasungs
brenner austretenden Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahles sowie Kühl
kanälen. Der grundsätzliche Aufbau des Vergasungsbrenners ist
symmetrisch. Die Vergasung wird als Druckvergasung durchgeführt.
Die festen Brennstoffe sind insbesondere Kohle, Koks, Petrolkoks und
dergleichen. Als Oxidationsmittel werden insbesondere Sauerstoff und/oder
Luft sowie gegebenenfalls Wasserdampf eingesetzt. Das Träger
gas ist ein Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid,
oder entstaubtes Rohgas. In dem Ausdruck Brennstoff/Reaktionsmittel-
Strahl bezeichnet Reaktionsmittel sowohl die Oxidationsmittel als auch
bereits entstandene Reaktionsprodukte, gegebenenfalls auch Moderator
gas und Trägergas. Das den Reaktor verlassende Rohgas führt be
kanntlich Flugstaub mit, der z. B. in einer Menge von bis zu 15
Gew.-% Brennstoff mitführt. Der Flugstaub wird mit geeigneten Ent
staubungseinrichtungen aus dem Rohgas entfernt. Zum Zwecke seiner
Entsorgung ist es bekannt, den Flugstaub in den Vergasungsprozeß
zurückzuführen.
Bei dem aus der US-PS 44 80 559 bekannten gattungsgemäßen Ver
gasungsbrenner besteht die Zuführeinrichtung für Primäroxidations
mittel und Brennstoffe aus einem einzigen Strömungskanal. Das Oxi
dationsmittel dient zugleich als Fördermittel für die festen Brennstoffe.
Der Oxidationsmittelstrom muß so bemessen werden, daß eine sichere
Förderung gewährleistet ist und keine Rückzündung aus dem Reak
tionsraum vor dem Vergasungsbrenner in den Brenner hinein erfolgen
kann. Bei Störungen besteht die Gefahr einer Zerstörung des Ver
gasungsbrenners und eventuell anderer Bauteile durch Rückzündung.
Aufgrund dieser Zwänge ist die Einstellung eines für die Reaktion
optimalen Mengenverhältnisses von Oxidationsmittel und Brennstoffen
nur schwer möglich. Es besteht das weitere Problem, daß der über
die Injektionslanze zugeführte reaktionsträge Flugstaub mit aus
reichendem Oxidationsmittel versorgt werden muß. Die Einschmelzung
des in dem Flugstaub enthaltenen Ascheanteils beeinträchtigt in be
achtlichem Maße den Kohlenstoffumsatz des mit dem Primäroxidations
mittel zugeführten Brennstoffes.
Im Rahmen aus EP 00 72 457 B1 und EP 01 09 109 B1 bekannter Maß
nahmen wird der Flugstaub dem frischen Brennstoff beigemischt und
zusammen mit dem Brennstoff den Vergasungsbrennern zugeführt. Das
ist aufwendig und erfordert eine besondere Aufbereitung der Flug
asche, nämlich umfangreiche und komplizierte technische Einrichtungen
mit großen Sicherheitsvorkehrungen. Der Porenraum oder Lückenraum
des Flugstaubes ist mit dem kohlenmonoxid- und wasserstoffhaltigen
Rohgas gefüllt, welches erst durch mehrmaliges Beaufschlagen und Um
pumpen mit Inertgas bis unter die Gefahrengrenze verdünnt oder ent
fernt werden muß. Im übrigen stört, daß der dem frischen Brennstoff
beigemischte Flugstaub den Heizwert des Brennstoffes reduziert, was
die Thermodynamik und die Reaktionskinetik des Vergasungsprozesses
beeinflußt. Es ist auch bekannt, den Flugstaub in den Vergasungs
reaktor zurückzuführen (DE-PS 24 09 008), und zwar über besondere
von den Vergasungsbrennern getrennte Zuführungsdüsen. Das beein
trächtigt die Vergasungsreaktion und hat in die Praxis kaum Eingang
gefunden. In der Praxis ist es eher üblich (DE-AS 23 25 204), den
Flugstaub in einem Reaktor auf die Schlacke aufzublasen, wobei im
allgemeinen auch der Restkohlenstoff in die Schlacke geht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vergasungsbrenner
der eingangs beschriebenen Art so weiter auszubilden, daß der Flug
staub ohne Störung der Vergasungsreaktion in die Vergasungszone des
Vergasungsreaktors gelangt und der in dem Flugstaub enthaltene
Ascheanteil ohne Beeinträchtigung der übrigen Reaktionen zu Schlacke
aufgeschmolzen werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die zentrale Zu
führeinrichtung einen inneren Ringkanal für das Primäroxidations
mittel und einen diesen umgebenden Brennstoffringkanal für die mit
dem Trägergas eingeführten Brennstoffe aufweist und daß die Injek
tionslanze von einem Oxidationsmittelkanal sowie dieser von dem Ring
kanal für das Primäroxidationsmittel umgeben ist, wobei der Oxi
dationsmittelkanal eine parallel zur Achse des Vergasungsbrenners
verlaufende Mündung, der Ringkanal für das Primäroxidationsmittel
eine nach außen gerichtete Mündung und der Zuführungskanal für
das Sekundäroxidationsmittel eine nach innen gerichtete Mündung auf
weisen. Durch die erfindungsgemäße Lehre wird erreicht, daß der
rückgeführte Flugstaub in eine Primärreaktionszone des Vergasungs
reaktors, die eine Temperatur von über 2000°C aufweist, gelangt und
dort eingeschmolzen wird, während seine brennbaren Bestandteile ver
gasen. Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß der aus dem Ver
gasungsbrenner austretende Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl in gas
dynamischer Hinsicht sehr stabil ist und einen Flugaschenmengenstrom
in die Primärreaktionszone hineintragen kann. Die Vergasungsreaktion
beginnt bereits in dem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strom und wird hier
sowie in der Primärreaktionszone durch den Flugstaub nicht gestört,
wozu beiträgt, daß auch deren Restkohlenstoff vergast wird. Der
Mengenstrom an Flugstaub darf allerdings nicht zu groß gewählt
werden. Überraschenderweise wird aus der Primärreaktionszone der
Flugstaub kaum stärker ausgetragen als üblich und ohne die be
schriebene Rückführung. Er reichert sich nicht an. Eine besondere
Flugstaubentsorgung ist nicht mehr erforderlich, wenn mit erfindungs
gemäßen Vergasungsbrennern gearbeitet wird, der Flugstaub wird viel
mehr zu Schlacke aufgeschmolzen.
Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten
der weiteren Ausbildung und Gestaltung. Eine bevorzugte Ausführungs
form der Erfindung, die eine Einstellung auf unterschiedliche Be
triebsverhältnisse zuläßt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die In
jektionslanze und damit ihre Mündung in axialer Richtung verstellbar
sind. Im Rahmen der Erfindung liegt es, den Zuführungskanal für
das Sekundäroxidationsmittel mit einer Mehrzahl von äquidistant über
den Umfang verteilten Mündungsbohrungen zu versehen. Die Mündung
kann auch als Ringspalt ausgeführt sein. Es empfiehlt sich ferner,
zwischen dem Ringkanal für das Primäroxidationsmittel und dem Brenn
stoffringkanal einen ringförmigen Kühlkanal anzuordnen. Eine weitere
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Injektionslanze, der Oxidationsmittelkanal, der Ringkanal für
das Primäroxidationsmittel und der Kühlkanal ein einheitliches Bauteil
bilden, welches durch den Kühlkanal von den übrigen Bauteilen des
Vergasungsbrenners getrennt ist, und daß dieses einheitliche Bauteil
in axialer Richtung verstellbar ist.
Im Rahmen der Erfindung darf, wie bereits erwähnt, nicht ein zu
großer Flugstaubmengenstrom in den Vergasungsbrenner eingeführt
werden. Nichtsdestoweniger sind insoweit im großen Bereich Ein
stellungen möglich. Eine bevorzugte Ausführungsform ist in diesem
Zusammenhang dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionslanze für
die Zuführung eines Flugstaubmengenstromes eingerichtet ist, der um
einen Faktor von 0,01 bis 0,15 kleiner ist als der Brennstoffmengen
strom. In diesem Bereich kann im allgemeinen der gesamte bei einer
Anlage für die Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen festen
Brennstoffen anfallende Flugstaub, mit seinem Anteil an Brennstoff,
zurückgeführt werden.
Im folgenden werden die beschriebenen und weiteren Merkmale der Er
findung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen in schematischer Dar
stellung
Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Vergasungs
brenner,
Fig. 2 eine Ansicht des Gegenstandes der Fig. 1, ausschnittsweise.
Der in den Figuren dargestellte Vergasungsbrenner ist für eine nicht
gezeichnete Anlage für die Vergasung von feinkörnigen bis staubförmi
gen festen Brennstoffen bestimmt. Die Anlage weist einen Vergasungs
reaktor auf. Eine Mehrzahl der Vergasungsbrenner brennen mit ihrem
Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl in den Vergasungsreaktor hinein und
sind dazu im allgemeinen auf gleicher Höhe äquidistant um den Um
fang des Vergasungsreaktors verteilt. Die Brennstoff/Reaktionsmittel-
Strahlen bilden in dem Vergasungsreaktor eine Primärreaktionszone
hoher Temperatur. Es versteht sich, daß aus dem Vergasungsreaktor
ein Rohgas abgezogen wird.
Zum grundsätzlichen Aufbau des Vergasungsbrenners gehören ein
innerer Ringkanal 1 für die Primäroxidationsmittel, ein umgeben
der Brennstoffringkanal 2 für die Brennstoffe, die mit einem Träger
gas eingeführt werden, ein den Brennstoffringkanal 2 umgebender
ringförmiger Zuführungskanal 3 für Sekundäroxidationsmittel und Kühl
kanäle 4, sowie gegebenenfalls zumindest ein Moderatorgas-Ringkanal
5.
In dem inneren Ringkanal 1 befindet sich eine rohrförmige Injek
tionslanze 6, die von Oxidationsmittel umströmt ist. Durch die Injek
tionslanze 6 ist ein Flugstaub/Trägergasstrom in den Kern des Brenn
stoff/Reaktionsmittel-Strahles injizierbar. Das Trägergas ist beispiels
weise Rohgas. Im Ausführungsbeispiel mündet die Injektionslanze 6
im Bereich der Mündungen des inneren Ringkanals 1, des Brennstoff
ringkanals 2 sowie des Zuführungskanals 3 und damit gleichsam in
der Front des Vergasungsbrenners. Eine trichterförmige Ausbildung
schließt sich an. Die Injektionslanze 6 verläuft in der Achse des Ver
gasungsbrenners. Sie kann in Richtung des eingezeichneten Doppel
pfeils axial verstellbar sein, was eine Anpassung an unterschiedliche
Betriebsverhältnisse zuläßt.
Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Er
findung ist die Injektionslanze 6 von einem Oxidationsmittelkanal 7
und dieser von dem inneren Ringkanal 1 umgeben. Dabei besitzt der
Oxidationsmittelkanal 7 eine Mündung 8. die parallel zur Achse
des Vergasungsbrenners gerichtet ist und entsprechend tritt das Oxi
dationsmittel aus einem Oxidationskanal, den Flugstaubmengenstrom
umhüllend aus. Der Ringkanal 1 besitzt demgegenüber eine nach außen
gerichtete Mündung 9. Die Mündung 10 des Zuführungskanals 3 ist
demgegenüber nach innen gerichtet, wie es auch bei den eingangs be
schriebenen Vergasungsbrennern üblich ist. Im Rahmen der Erfindung
liegt es, den Zuführungskanal 3 mit einer Mehrzahl von äquidistant
über den Umfang verteilten Mündungsbohrungen 11 zu versehen, wie
es in Fig. 2 angedeutet wurde. Im übrigen sind die Mündungen als
Ringspalte ausgeführt. Zwischen dem inneren Ringkanal 1 und dem
Brennstoffringkanal 2 befindet sich ein ringförmiger Kühlkanal 4.
Angedeutet wurde ein Flammenüberwacher 12, mit dem der Vergasungs
brenner auf bekannte Weise überwacht werden kann. Ein äußerer Kühl
mantel 13 mit weiteren Kühlkanälen 4 schließt sich an. Im Rahmen
der Erfindung liegt es in der Injektionslanze 6 eine isolierte Zünd
elektrode 14 anzuordnen, wie es an der Mündung der Injektionslanze
6 strichpunktiert angedeutet wurde.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befinden sich
die Injektionslanze 6, der Oxidationsmittelkanal 7, der innere Ring
kanal 1 und der Kühlkanal 4 in einem bzw. an einem einheitlichen
Bauteil, welches durch enge Schraffur verdeutlicht und in axialer
Richtung verstellbar ist. Insoweit besteht der erfindungsgemäße Verga
sungsbrenner gleichsam aus zwei selbständigen Baugruppen, die auch
austauschbar sind. Durch das Austauschen ist eine Anpassung an un
terschiedliche Betriebsverhältnisse möglich.
Das für die Vergasung des feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffes
erforderliche Oxidationsmittel Sauerstoff wird in zwei Ströme aufge
teilt, den primären und den sekundären Vergasungssauerstoff, deren
Massenverhältnisse primär zu sekundär 1 : 1,5 bis 1,3 betragen
können. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Sauerstoffstrom aus
dem ersten Zuführungskanal unter einem Einströmwinkel von 0 bis 20°
zur Mittelachse des Vergasungsbrenners auf den Brennstoffstrom trifft.
Die Austrittsgeschwindigkeit von 60 bis 120 m/s des primären Sauer
stoffs dient neben einer innigen Vermischung der Stoffe auch dazu,
den Brennstoff von einer niedrigen Anfangsgeschwindigkeit auf die Ge
schwindigkeit zu beschleunigen, die der Axialgeschwindigkeit des se
kundären Sauerstoffs entspricht bzw. nahekommt. Dieser tritt unter
einem Winkel von 20 bis 50° zur Mittelachse des Vergasungsbrenners
mit einer Geschwindigkeit von 40 bis 100 m/s aus.
Von besonderer Bedeutung ist der Flammenüberwacher 12. Er erlaubt
es, festzustellen, ob sich Verbackungen von Flugstaubteilchen gebildet
haben.
Der erfindungsgemäße Vergasungsbrenner kann auch als Zündbrenner
bei Kohlevergasungsanlagen eingesetzt werden.
Claims (6)
1. Vergasungsbrenner für eine zur Vergasung von feinkörnigen bis
staubförmigen festen Brennstoffen bestimmte Anlage, die einen Ver
gasungsreaktor mit einer Mehrzahl angeschlossener Vergasungsbrenner
und eine Einrichtung für die Rückführung von trocken aus dem er
zeugten Rohgas abgeschiedenem Flugstaub aufweist, - mit
einer zentral angeordneten Zuführeinrichtung für Primäroxi dationsmittel und Brennstoffe, die mit einem Trägergas einge führt werden,
einem die zentrale Zuführeinrichtung umgebenden ringförmigen Zuführungskanal für Sekundäroxidationsmittel,
einer in der Mittelachse der zentralen Zuführeinrichtung an geordneten rohrförmigen Injektionslanze für die Einführung des Flugstaubes in Form eines Flugstaub/Trägergas-Stromes in den Kern des aus dem Vergasungsbrenner austretenden Brennstoff- Reaktionsmittel-Strahles sowie
Kühlkanälen,
dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Zu führeinrichtung einen inneren Ringkanal (1) für das Primäroxidations mittel und einen diesen umgebenden Brennstoffringkanal (2) für die mit einem Trägergas eingeführten Brennstoffe aufweist und daß die Injektionslanze (6) von einem Oxidationsmittelkanal (7) sowie dieser von dem Ringkanal (1) für das Primäroxidationsmittel umgeben ist, wobei der Oxidationsmittelkanal (7) eine parallel zur Achse des Ver gasungsbrenners verlaufende Mündung, der Ringkanal (1) für das Primäroxidationsmittel eine nach außen gerichtete Mündung (9) und der Zuführungskanal (3) für das Sekundäroxidationsmittel eine nach innen gerichtete Mündung (10) aufweisen.
einer zentral angeordneten Zuführeinrichtung für Primäroxi dationsmittel und Brennstoffe, die mit einem Trägergas einge führt werden,
einem die zentrale Zuführeinrichtung umgebenden ringförmigen Zuführungskanal für Sekundäroxidationsmittel,
einer in der Mittelachse der zentralen Zuführeinrichtung an geordneten rohrförmigen Injektionslanze für die Einführung des Flugstaubes in Form eines Flugstaub/Trägergas-Stromes in den Kern des aus dem Vergasungsbrenner austretenden Brennstoff- Reaktionsmittel-Strahles sowie
Kühlkanälen,
dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Zu führeinrichtung einen inneren Ringkanal (1) für das Primäroxidations mittel und einen diesen umgebenden Brennstoffringkanal (2) für die mit einem Trägergas eingeführten Brennstoffe aufweist und daß die Injektionslanze (6) von einem Oxidationsmittelkanal (7) sowie dieser von dem Ringkanal (1) für das Primäroxidationsmittel umgeben ist, wobei der Oxidationsmittelkanal (7) eine parallel zur Achse des Ver gasungsbrenners verlaufende Mündung, der Ringkanal (1) für das Primäroxidationsmittel eine nach außen gerichtete Mündung (9) und der Zuführungskanal (3) für das Sekundäroxidationsmittel eine nach innen gerichtete Mündung (10) aufweisen.
2. Vergasungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Injektionslanze (6) und damit deren Mündung in axialer Richtung
verstellbar sind.
3. Vergasungsbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zuführungskanal (3) für das Sekundäroxidationsmittel eine
Mehrzahl von äquidistant über den Umfang verteilten Mündungsboh
rungen (11) aufweist.
4. Vergasungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß zwischen dem Ringkanal (1) für das Primäroxi
dationsmittel und dem Brennstoffringkanal (2) ein ringförmiger Kühl
kanal (4) angeordnet ist.
5. Vergasungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Injektionslanze (6), der Oxidationsmittel
kanal (7), der Ringkanal (1) für das Primäroxidationsmittel und der
Kühlkanal (4) ein einheitliches Bauteil bilden, welches durch den
Kühlkanal (4) von den übrigen Bauteilen des Vergasungsbrenners ge
trennt ist, und daß dieses einheitliche Bauteil in axialer Richtung
verstellbar ist.
6. Vergasungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Injektionslanze (6) für die Zuführung eines
Flugstaubmengenstromes eingerichtet ist, der um einen Faktor von
0,01 bis 0,15 kleiner ist als der Brennstoffmengenstrom.
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