DK169526B1 - Brænder til forgasning af finkornet til støvformigt fast brændstof - Google Patents

Description

DK 169526 B1

Opfindelsen angår en brænder til forgasning af finkornet til støvformigt fast brændstof, i hvilken det fra den dannede rågas tørre, udskilte flyvestøv føres tilbage til forgasning, omfattende en central tilfør-5 selsindretning for primæroxidationsmiddel og brændstof til indføring ved hjælp af en bæregas, en den centrale tilførselsindretning omgivende ringformet tilførselskanal for sekundæroxidationsmiddel samt en i centeraksen for den centrale tilførselsindretning anbragt rørformet 10 injektionslanse for indføring af flyvestøv i form af en flyvestøv/bæregasstrøm i kernen af den fra forgasningsbrænderen kommende brændstof/reaktionsmiddelstrøm.

Den grundlæggende opbygning af forgasningsbrænderen er symmetrisk. Forgasningen gennemføres som tryk-15 forgasning. Det faste brændstof er navnlig kul, koks, petroleumskoks og lignende. Som oxidationsmiddel anvendes navnlig oxygen og/eller luft samt i givet fald vanddamp. Bæregassen er en inert gas som eksempelvis kvælstof eller kuldioxid eller afstøvet rågas. I ud-20 trykket brændstof/reaktionsmiddelstråle betegner reaktionsmiddel såvel oxidationsmidlet som allerede opståede reaktionsprodukter og i givet fald også moderatorgas og bæregas. Den rågas, som forlader reaktoren medfører som bekendt flyvestøv, som eksempelvis medfører en 25 mængde på indtil 15 vægt% brændstof. Flyvestøvet fjernes fra rågassen ved hjælp af en passende afstøvnings-indretning. Bortskaffelsen af det er kostbar. For at bortskaffe flyvestøvet er det kendt at føre flyvestøvet tilbage til forgasningsprocessen. Dets brændstofandel 30 forbrændes derved og flyvestøvet indsmeltes iøvrigt. Indenfor rammerne af kendte forholdsregler (EP-B-0 072 457, EP-B-0 109 109) blandes flyvestøvet med det friske brændstof og tilføres sammen med brændstoffet forgasningsbrænderne. Det kræver imidlertid en særlig tilbe-35 redning af flyveasken med en omfangsrig og kompliceret teknisk indretning såvel som omfattende sikkerhedsfor- 2 DK 169526 B1 holdsregler. Porerummet eller hulrummet i flyvestøvet er fyldt med kulmonoxid- og hydrogenholdig rågas, som først må fortyndes til under faregrænsen, eller fjernes gennem flere skylninger og ompumpninger med inert gas.

5 Også behandlingen af den fra flyvestøvet udtrukne rågas er omstændelig og kostbar, da den ofte er svovlholdig og af hensyn til miljøets beskyttelse hverken kan afbrændes eller forbrændes og udslippes i atmosfæren, løvrigt forstyrrer det, at det i det friske brændstof 10 indblandede flyvestøv reducerer brændstoffets varmevær-di, hvilket påvirker forgasningsprocessens termodynamik og reaktionskinetik. Det er også kendt at føre flyvestøvet tilbage til forgasningsreaktoren (DE-C2 909 008) og det gennem særlige, af forgasningsbrænderne gennem-15 trængte tilførselsdyser. Det skader forgasningsreaktionen og er næppe indført i praksis. I praksis er det sædvanligt (DE-B-2 325 204) at blæse flyvestøvet i en reaktor hen på slaggen, hvorved i almindelighed også restkulstoffet går ind i slaggen.

20 Fra US-A-4 480 559 kendes en brænder af den ind ledningsvis omtalte art, i hvilken en som "char" betegnet substans, bestående af 50% kul og 50% flyvbaske, ved hjælp af luft som bæremiddel via en centralt arrangeret injektionslanse ledes ind i kernen af den fra 25 brænderen kommende kul/reaktionsmiddelstråle. Denne injektionslanse er omgivet af en ringformet tilførselskanal, gennem hvilken kullet sammen med primæroxidationsmidlet tilføres. Primæroxidationsmidlet tjener derved samtidig som transportmiddel for det faste brændstof.

30 Oxidationsmiddelstrømmen må derfor afpasses således, at der sikres en sikker transport, og ikke kan ske tilbagetænding fra reaktionsrummet foran brænderen ind i brænderen. På grund af disse vanskeligheder er indstillingen af et for reaktionen optimalt mængdeforhold af 35 oxidationsmiddel og brændstof svært at opnå. Der er derudover det problem, at det via injektionslansen til- DK 169526 B1 3 førte "char" må forsynes tilstrækkeligt med oxidationsmiddel. Indsmeltningen af den deri indeholdte askedel nedsætter i betragtelig grad kulstofomsætningen af det med primæroxidationsmidlet tilførte brændstof.

5 Opfindelsen tilsigter at tilvejebringe en bræn der af den indledningsvis beskrevne art, hvor flyvestøvet når ind i forgasningsreaktorens reaktionszone uden at forstyrre forgasningsreaktionen, og hvor den i flyvestøvet indeholdte askedel kan indsmeltes til slagge 10 uden at hæmme den øvrige reaktion.

Formålet opnås med en brænder ifølge opfindelsen, som er særegen ved, at den centralt anbragte tilførselsindretning har en tilførselskanal for primæroxidationsmidlet og en denne omgivende brændstofringkanal 15 for det ved hjælp af en bæregas indførte brændstof, at injektionslansen er omgivet af en oxidationsmiddelkanal, og at denne er omgivet af tilførselskanalen for primæroxidationsmidlet, at oxidationsmiddelkanalen har en parallelt med forgasningsbrænderens akse forløbende 20 munding, at tilførselskanalen for primæroxidationsmidlet har en udad rettet munding og tilførselskanalen for sekundæroxidationsmidlet har en indad rettet munding, og at tilførselskanalen for sekundæroxidationsmidlet har flere ækvidistant langs omkredsen fordelte mun-2 5 dingsboringer.

Opfindelsen udnytter den kendsgerning, at en af en forgasningsbrænder udtrædende brændstof/reaktions-middelstråle, navnlig en rotationssymmetrisk brændstof/ reaktionsmiddelstråle, i gasdynamisk henseende er meget 30 stabil og kan bære en flyveaskemængdestrøm ind i primærreaktionszonen. Forgasningsreaktionen begynder allerede i brændstof/reaktionsmiddelstrømmen og bliver her som i primærreaktionszonen ikke forstyrret af flyvestøvet, hvortil bidrager, at også dettes restkulstof bli-35 ver forgasset. Mængdestrømmen af flyvestøv må under alle omstændigheder ikke vælges for stor. Overraskende 4 DK 169526 B1 udføres der næppe mere flyvestøv fra primærreaktionszonen end sædvanlig og uden den beskrevne tilbageføring.

Den øges ikke. En særlig flyvestøvsbortskaffelse er ikke mere krævet, når der arbejdes med brændere ifølge 5 opfindelsen. Flyvestøvet indsmeltes tværtimod til, slagge.

I enkelthederne er der indenfor rammerne af opfindelsen flere muligheder for den videre opbygning og udformning. En foretrukket udførelsesform for opfindel-10 sen, som tillader en indstilling til forskellige driftsforhold, er ejendommelig ved, at injektionslansen og dermed dens munding kan forskydes i aksialretning.

Det er endvidere en fordel at indrette en kølekanal mellem ringkanalen for primæroxidationsmidlet og 15 brændstof ringkanalen. En yderligere foretrukken udførelsesform for opfindelsen er ejendommelig ved, at injektionslansen, oxidationsmiddelkanalen, tilførselskanalen for primæroxidationsmidlet og kølekanalen danner et enkelt konstruktionselement, som gennem kølekanalen 20 er adskilt fra de øvrige konstruktionsdele af forgasningsbrænderen, og at dette enkelte konstruktionselement kan forskydes i aksial retning.

Indenfor opfindelsens rammer må som nævnt ikke indføres en for stor flyvestøvsmængdestrøm i forgas-25 ningsbrænderen. Ikke desto mindre er indstillinger indenfor et stort område mulige. En foretrukken udførelsesform er i denne sammenhæng ejendommelig ved, at injektionslansen er indrettet til tilførsel af en flyvestøvsmængdestrøm, som er en faktor 0,01 til.0,15 mindre 30 end brændstofmængdestrømmen. Indenfor dette område kan , i almindelighed tilbageføres den samlede ved anlægget til forgasnings af finkornet til støvformet fast brændstof opståede mængde flyvestøv med dets andel af brændstof.

35 Opfindelsen vil i det følgende blive forklaret nærmere ved hjælp af et udførelseseksempel med henvisning til tegningen, på hvilken DK 169526 B1 5 fig. 1 er et aksialsnit gennem en brænder ifølge opfindelsen, og fig. 2 et delvist frontbillede af brænderen i fig. 1.

5 Den i figurerne viste brænder er til et ikke vist anlæg til forgasning af finkornet til støvformet fast brændstof. Anlægget har en forgasningsreaktor.

Flere brændere brænder med deres brændstof/reaktions-middelstråle ind i forgasningsreaktoren og er dertil i 10 almindelighed fordelt i samme højde, ækvidistant langs omkredsen af forgasningsreaktoren. Brændstof/reaktionsmiddelstrålerne danner i forgasningsreaktoren en primær reaktionszone med forhøjet temperatur. Det forstås, at der fra forgasningsreaktoren udtages en rågas.

15 Til den grundlæggende opbygning af brænderen ifølge opfindelsen hører en første tilførselskanal 1 til primæroxidationsmidlet, en omgivende brændstofring-kanal 2 til brændstoffet, som indføres med en bæregas, en brændstof-ringkanalen 2 omgivende, anden, ringfor-20 met tilførselskanal 3 til sekundæroxidationsmiddel og kølekanaler 4 samt i givet fald mindst én moderator-gasringkanal 5.

I den første tilførselskanal 1 befinder sig en rørformet injektionslanse 6, omkring hvilken strømmer 25 oxidationsmiddel. Gennem injektionslansen 6 kan ind i kernen af brændstof/reaktionsmiddelstrålen injiceres en flyvestøv/bæregasstrøm. Bæregassen er eksempelvis rågas. I udførelseseksemplet udmunder injektionslansen 6 i området ved udmundingerne af den første tilførselska-30 nal 1, brændstof-ringkanalen 2 og den anden tilførselskanal 3 og dermed så at sige i fronten af forgasningsbrænderen. Der anvendes en tragtformet udformning. Injektionslansen 6 forløber i forgasningsbrænderens akse. Den kan være aksial forskydelig i retning af den 35 på tegningen viste dobbeltpil, hvilket tillader en tilpasning til forskellige driftsforhold.

DK 169526 B1 6

Ifølge opfindelsen er injektionslansen 6 omgivet af en oxidationsmiddelkanal 7, og denne er omgivet af den første tilførselskanal 1. Derved har oxidationsmiddelkanalen 7 en munding 8, som er rettet parallelt 5 med forgasningsbrænderens akse, og tilsvarende træder oxidationsmidlet ud af en oxidationskanal og omhyller flyvestøvsmængdestrømmen. Den første tilførselskanal 1 har derimod en udad rettet munding 9. Mundingen 10 af den anden tilførselskanal 3 er derimod rettet indad, 10 hvor den anden tilførselskanal 3 er forsynet med flere ækvidistant langs omkredsen fordelte mundingsboringer 11, som det er antydet i fig. 2. løvrigt er alle mundinger udformet som ringspalter. Mellem den første tilførselskanal 1 og brændstof-ringkanalen 2 befinder 15 sig en ringformet kølekanal 4. Der er antydet en flammeovervåger 12, ved hjælp af hvilken forgasningsbrænderen kan overvåges på i og for sig kendt måde. Der findes en ydre kølekappe 13 med yderligere kølekanaler 4. Det ligger indenfor rammerne af- opfindelsen, at 20 der ved injektionslansen 6 er indrettet en isoleret tændelektrode 14, som det er antydet med prikstiplet linie ved mundingen af injektionslansen 6.

I en foretrukket udførelsesform for opfindelsen befinder inkektionslansen 6, oxidationsmiddelkanalen 25 7, den første tilførselskanal 1 og kølekanalen 4 sig i et eller ved et enkelt konstruktionselement, som i fig. 1 er vist med tæt skravering og kan forskydes i aksial retning. For såvidt består brænderen ifølge opfindelsen på en måde af to selvstændige konstruktions-30 grupper, som også kan udskiftes. Gennem udskiftningen er en tilpasning til forskellige driftsforhold mulig.

Det til forgasningen af det finkornede til støvformede brændstof krævede oxidationsmiddel oxygen bliver fordelt i to strømme, det primære og det sekundære 35 forgasningsoxygen, hvis mængdeforhold primær til sekundær kan andrage 1:1,15 til 1,3. Indretningen er

Claims (5)

1. Brænder til forgasning af finkornet til støv-formigt fast brændstof, i hvilken det fra den dannede 25 rågas tørre, udskilte flyvestøv føres tilbage til forgasning, omfattende en central tilførselsindretning for primæroxidationsmiddel og brændstof, som indføres ved hjælp af en bæregas, , 30 en den centrale tilførselsindretning omgivende ringformet tilførselskanal for sekundæroxidationsmiddel samt en i centeraksen for den centrale tilførselsindretning anbragt rørformet injektionslanse for indføring 35 af flyvestøv i form af en flyvestøv/bæregasstrøm i kernen af den fra forgasningsbrænderen kommende brændstof/ DK 169526 B1 8 reaktionsmiddelstrøm, kendetegnet ved, at den centralt anbragte tilførselsindretning har en tilførselskanal (l) for pr imæroxid at ionsmidlet og en denne omgivende brændstof ringkanal (2) for det ved hjælp af 5 en bæregas indførte brændstof, at injektionslansen (6) er omgivet af en oxidationsmiddelkanal (7), og at denne er omgivet af tilførselskanalen (1) for primæroxidationsmidlet, at oxidationsmiddelkanalen (7) har en parallelt med forgasningsbrænderens akse forløbende mun-10 ding, at tilførselskanalen (1) for primæroxidationsmidlet har en udad rettet munding (9) og tilførselskanalen (3) for sekundæroxidationsmidlet har en indad rettet munding (10), og at tilførselskanalen (3) for sekundæroxidationsmidlet. har flere ækvidistant langs omkredsen 15 fordelte mundingsboringer (11).

2. Forgasningsbrænder ifølge krav l, kendetegnet ved, at injektionslansen (6) og dermed dens munding kan forskydes i aksial retning.

3. Forgasningsbrænder ifølge kravene l og 2 20 kendetegnet ved, at der mellem tilførselskanalen (1) for primæroxidationsmidlet og brændstof-ringkanalen (2) er indrettet en ringformet kølekanal (4) .

4. Forgasningsbrænder ifølge kravene 1-3, 25 kendetegnet ved, at injektionslansen (6), oxidationsmiddelkanalen (7), tilførselskanalen (1) for primæroxidationsmidlet og kølekanalen (4) danner et enkelt konstruktionselement, som gennem kølekanalen (4) er adskilt fra de øvrige konstruktionsdele af forgasnings-30 brænderen, og at dette enkelte konstruktionselement kan forskydes i aksial retning.

5. Forgasningsbrænder ifølge kravene 1-4, kendetegnet ved, at injektionslansen (6) er indrettet til tilførsel af en flyvestøvsmængdestrøm, 35 som er en faktor 0,01 til 0,15 mindre end brændstofmængdes trømmen .