DE68906760T2 - Gasbrenner, welcher eine Vorvermischungs-/Vorheizungszone umfasst. - Google Patents
Gasbrenner, welcher eine Vorvermischungs-/Vorheizungszone umfasst.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner, der mit einer Zone zum Vorvermischen/Vorheizen versehen ist, für die Teilverbrennung eines gasförmigen Brennstoffs und eines Oxidationsmittels.
- In einem solchen Brenner wird der Brennstoff zusammen mit einem sauerstoffhaltigen Gas einem Reaktorraum zugeführt, welcher unter den geeigneten Druckbedingungen betrieben wird, um zum Beispiel Synthesegas, Brenngas oder Reduktionsgas zu produzieren.
- Die Teilverbrennung, auch unter dem Namen Vergasung bekannt, gasförmigen Brennstoffs erfolgt durch die Reaktion des Brennstoffes mit Sauerstoff. Als brennbare Komponenten enthält der Brennstoff hauptsächlich Kohlenstoff und Wasserstoff, die mit dem zugeführten Sauerstoff reagieren - sowie möglicherweise mit eventuell vorhandenem Wasserdampf und Kohlendioxid -, um Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu bilden. Bei gewissen Temperaturen läßt sich auch Methan bilden.
- Im Reaktor wird eine Flamme aufrechterhalten, in welcher der Brennstoff mit sauerstoffhaltigem Gas bei hohen Temperaturen reagiert.
- Der Brennstoff wird üblicherweise über den Brenner in den Reaktor geleitet, und das sauerstoffhaltige Gas wird auch über den Brenner in den Reaktor geleitet. Bei einigen Verfahren wird ein Moderatorgas, wie Wasserdampf oder Kohlendioxid, auch über den Brenner in den Reaktor geleitet; ein solches Moderatorgas ist des öfteren von Vorteil für die Kontrolle der Vergasungstemperatur.
- Die Reaktionsteilnehmer können in jeder beliebigen Art, z. B. horizontal oder vertikal, in die Reaktionszone eines konventionellen, feuerfest ausgekleideten Teiloxidierungs-Gasgenerators eingeführt werden, und insbesondere kann eine Vergasungsvorrichtung mit einer Vielzahl von Brennern versehen werden, für die Reaktionsteilnehmer, die auf im wesentlichen entgegengesetzten Teilen der Verbrennungszone angeordnet sind, wo bei die Reaktionsteilnehmer horizontal zugeführt werden und die Brennerstrahlen aufeinander prallen, um den Teiloxidierungsprozeß zu begünstigen und Erosion der feuerfesten Wand zu minimieren.
- Da die Flammentemperaturen bei 2000ºC oder höher liegen können, ist eine Hauptsorge bei solchen Brennern das Vermeiden einer Beschädigung des Brennervorderteils, auch "Burner Face" genannt, durch den hohen Wärmefluß während des Vergasungsprozesses. Um den Brennervorderteil gegen Überhitzung zu schützen, wurde vorgeschlagen, die äußere Fläche der vorderen Brennerwand mit einer feuerfesten Verkleidung zu versehen, und/oder ein hohles Wandglied mit inneren Kühleitungen vorzusehen, durch die ein Kühlmittel schnell zirkuliert.
- Insbesondere betrifft die Erfindung einen spezifischen Gasbrenner, der in Gasverbrennungsöfen und Vergasungsanlagen erwendung findet. In Gasverbrennungsöfen und Vergasungsanlagen müssen reduzierende Gase, wie CO, H&sub2; und Kohlenwasserstoffe, und oxidierende Gase wie Luft O&sub2; gemischt werden, und des öfteren ist ein Vorheizen dieser Gase für ein effektives Verfahren erforderlich.
- Das Vorheizen ist insbesondere ein Problem für Sauerstoff, da die angewandten Materialien ein Vorheizen über 200 bis 250ºC nicht ermöglichen.
- Was das Mischen betrifft, so erfolgt dies meistens unmittelbar vor oder nach der Brennermündung.
- Vorvermischen innerhalb des Brenners wird im allgemeinen nicht durchgeführt wegen der Gefahr eines Flammenrückschlags und/oder einer Explosion.
- Daher ist es ein Ziel der Erfindung, einen Gasbrenner verfügbar zu machen, der mit einer Vorvermischungs-Vorheizzone versehen ist, für Teilverbrennung eines gasförmigen Brennstoffs und eines Oxidationsmittels, worin explosive Gasmischungen vor ihrer Teilverbrennung vorgemischt und/oder vorgeheizt werden können.
- Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, einen solchen Brenner mit niedriger HCN-Bildung und/oder niedriger oder rußfreier Vergasung verfügbar zu machen.
- Somit macht die Erfindung einen Brenner für eine Teiloxidierung eines gasförmigen Brennstoffs und eines Oxidationsmittels verfügbar, wobei er ein Gehäuse aufweist, welches über einen Gaseinlaß verfügt, der mit einer Zuleitung für gasförmigen Brennstoff und einer Oxidationsmittelzuleitung verbunden ist, und wobei das Gehäuse ferner mit einem Gasauslaß versehen ist, der mit dem Brenner verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse hohl und horizontal ist, sowie teilweise mit einer Schicht loser Partikel gefüllt ist, welche auf einer Trägerstruktur innerhalb des Gehäuses liegen, wobei die losen Partikel sich sowohl zwischen den vertikalen Endwandungen als auch den Seitenwänden des Zylinders befinden, wobei die Schicht die Funktionen eines Vormischers des Gases und eines Aufhaltens der Flamme ausübt, wobei der Einlaß für den gasförmigen Brennstoff und das Oxidationsmittel unterhalb der Trägerstruktur angeordnet sind und der Gasauslaß oberhalb der Partikelschicht angeordnet ist.
- Die Erfindung basiert auf dem Schritt eines Mischens der zwei Reaktionspartner (gasförmiger Brennstoff, Oxidationsmittel), wenn sie noch relativ kalt sind (z. B. deutlich unterhalb ihrer Zündtemperatur) und, daß das so erhaltene Gasgemisch durch eine inerte Packung geführt wird. Vorteilhafterweise kann eine solche inerte Packung aus Kügelchen, aus Raschig-Ringen oder aus Drahtgeflecht bestehen.
- In dieser Weise wird eine gute Vorvermischung gewährleistet, während jeglicher Verbrennungsansatz erstickt wird.
- Darüber hinaus ermöglicht die Packung die Installation von Wärmeaustauschflächen für (weiteres) Vorerhitzen des Gasgemisches.
- Vorteilhafterweise weist die Erfindungsvorrichtung einen Mantel und einen Röhrenwärmetauscher auf, indem die Gase in einem mit Packungsmaterial gefüllten Raum gemischt und erhitzt werden, wobei im Röhrenwärmetauscher Rohrleitungen angeordnet sind, durch welche ein Heizmittel fließt.
- Es wird darauf hingewiesen, daß WO-A-8 606 155 einen Brenner offenbart, in welchem scheinbar das Verbrennungsgas durch ein Packungsmaterial geschickt wird, ehe es an der Materialoberfläche zur Verbrennung gebracht wird, zusammen mit Luft/einem Sauerstoffträger, welcher am Material vorbeifließt. Dieses Dokument schlägt jedoch keine Lösung zum Problem vor, eine gute Vorvermischung eines sauerstoffhaltigen Gases mit Brennstoff ohne Verbrennung zu gewährleisten, da es keine Vorvermischung gibt.
- Die Erfindung wird nun beispielhaft detaillierter beschrieben, unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung, welche eine vorteilhafte Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt. Bezugnehmend auf die Abbildung besteht ein Teilverrennungsreaktor aus einem Gehäuse 1, welches mit einem Gaseinlaß (2a, 2b) für Brennstoff (vorteilhafterweise Erdgas) und Oxidationsmittel versehen ist und einem Gasauslaß 3. Typische Abmessungen eines solchen Reaktors sind folgende: Länge: 10 Meter; Durchmesser: 5 Meter. Der Reaktor ist mit einer Reaktionszone A, einer Flammenaufhaltzone B und einer Vorvermischungs- und Vorheizzone C versehen. Die Zonen B und C sind mit einer Schicht von Materialpartikeln oder Packungsmaterial gefüllt und erstrecken sich zwischen dem Einlaß und dem Auslaß. Vorteilhafterweise ist der Reaktor ein horizontales, zylindrisches Gefäß, worin das poröse Material oder das Packungsmaterial aus einer Schicht loser Partikel besteht (zum Beispiel Sand oder Aluminiumkörner), welche auf einer Trägerstruktur 5 ruhen, die in beliebiger geeigneter Weise zu diesem Zweck in dem Reaktor angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist die Innenwandung des Reaktors mit einer isolierenden, feuerfesten Verkleidung 4 ausgekleidet. Gasförmiger Brennstoff (zum Beispiel Erdgas oder Methan) und Oxidatiönsmittel (zum Beispiel sauerstoffhaltiges Gas oder Sauerstoff) werden durch den Gaseinlaß der Vorvermischungszone C zugeführt. Die Vorvermischung des Brennstoffes und des Oxidationsmittels findet in der Zone C statt, nachfolgend wird das Gasgemisch durch die poröse Schicht auf dem Halterungsgitter 5 in die Reaktionszone A geleitet, und das gewonnene Synthesegas wird dem Gasauslaß 3 zugeführt.
- Vorteilhafterweise können Vorerhitzungshilfsmittel wie eine Vielzahl von Wärmeaustauschrohren 6 in beliebig geeigneter Weise in oder unter dem Packungsmaterial in der Vorvermischungszone angeordnet werden. Es soll jedoch zur Kenntnis genommen werden, daß solche Wärmeaustauschrohre eine Option darstellen.
- Vorteilhafterweise können die Partikel entweder feuerfest oder metallisch sein.
- In dieser Weise entstehen keine Risse im porösen Brenner auf Grund von Ausdehnung usw., was die Herstellung von Brennern mit sehr hoher Kapazität ermöglicht.
Claims (7)
1. Ein Brenner für Teiloxidierung eines gasförmigen
Brennstoffs und eines Oxidationsmittels, das ein Gehäuse (1)
aufweist, welches über einen Gaseinlaß (2a, 2b) verfügt, mit
dem eine Zuleitung für gasförmigen Brennstoff und
Oxidationsmittel verbunden sind, wobei das Gehäuse ferner über einen
Gasauslaß (3) verfügt, der mit dem Brenner verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (1) ein hohler horizontaler Zylinder ist und
teilweise mit einer Schicht loser Partikel gefüllt ist, welche
auf einer Trägerstruktur innerhalb des Gehäuses (1) liegen,
wobei die losen Partikel sich sowohl zwischen den vertikalen
Endwandungen als auch den Seitenwänden des Zylinders befinden,
wobei die Schicht die Funktionen eines Vorvermischens des Gases
und eines Flammenaufhalters ausüben, wobei der Einlaß (2a, 2b)
für den gasförmigen Brennstoff und das Oxidationsmittel
unterhalb der Trägerstruktur (5) angeordnet ist und der Gasauslaß
(3) oberhalb der Partikelschicht angeordnet ist.
2. Der Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Vielzahl von Wärmeaustauschrohren (6) in der
Vorvermischungszone und/oder der Vorerhitzungszone angeordnet ist.
3. Der Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die inerte Packung aus Kügelchen besteht.
4. Der Brenner nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel feuerfest sind.
5. Der Brenner nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel metallisch sind.
6. Der Brenner nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel Sand sind.
7. Der Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Partikel Aluminiumkörner sind.
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