EP2181287B1 - Kohlenstaubkombinationsbrenner mit integriertem pilotbrenner - Google Patents

Kohlenstaubkombinationsbrenner mit integriertem pilotbrenner Download PDF

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EP2181287B1
EP2181287B1 EP08803189.3A EP08803189A EP2181287B1 EP 2181287 B1 EP2181287 B1 EP 2181287B1 EP 08803189 A EP08803189 A EP 08803189A EP 2181287 B1 EP2181287 B1 EP 2181287B1
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EP
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burner
annular
channel
fuel burner
pulverised fuel
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Tino Just
Christian Reuther
Manfred Schingnitz
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • F23D17/005—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
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    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00018—Means for protecting parts of the burner, e.g. ceramic lining outside of the flame tube

Definitions

  • the invention relates to a Kohlenstaubkombinationsbrenner, which is used for the oxygen gasification of dust-like fuels (lignite and / or hard coal or similar dusty fuels) under high pressures and temperatures in reactors with liquid slag and by means of an integrated pilot burner with gaseous fuel and Oxygen works and is put into operation and monitored with an electric ignition device and optical flame monitoring.
  • dust-like fuels lignite and / or hard coal or similar dusty fuels
  • the invention relates to a combination burner for the gasification of pulverulent fuels with a free oxygen-containing oxidant at pressures between ambient pressure and high pressures of 80 bar (8 MPa) and temperatures between 800-1800 ° C with the features of claim 1.
  • the combination burner according to the Chinese patent application no. CN 200510079702.4 is also characterized by the fact that the pilot burner gas, and the associated oxygen flow through a common channel in the burner center the burner mouth. This involves the great danger that when changing the flow velocity, as occurs during commissioning and decommissioning, a flashback occurs in the burner channel, which leads to its destruction with significant threats to operational safety.
  • each fuel a pair of concentric annular channels for this fuel or the oxygen are arranged, which open into a mixing chamber.
  • the invention is based on the objective, by constructive measures, a combination of pilot burner and pulverized coal burner in a burner unit as Kohlenstaubkombinationsbrenner
  • the combination of both burners in one unit ensures a simpler and safer operation with even flame formation and minimizes the susceptibility to interference.
  • the object of the invention is to provide a simple pulverized coal burner with integrated pilot burner, which ignites reliably under the conditions of coal dust gasification under pressure and works safely.
  • a locally fixed and precisely adjustable spark gap is formed, which is designed very stable from the mechanical structure.
  • the formation of the flame in the central axis of the reactor advantages over the previous solution in terms of burnout and sales are achieved.
  • the media supply to the reactor head is unbundled.
  • the coal dust combination burner comprises a centrally arranged pilot burner part with separate fuel gas and oxidant supply in separate channels, a flame monitoring device FÜ and an electrical High voltage ignition.
  • an annular space 13 for supplying the oxidizing agent for the coal dust combination burner is arranged.
  • swirl vanes 14 are arranged at the annular Outlet openings.
  • the outer cooling part 5 of the pilot burner in the center and the inner cooling part 18 of the outer main burner form the Hauptbrenneroxydationsstoffkanal 17.
  • the pulverized coal feed 15 and the cooled outer shell 16 of the main burner are arranged.
  • the pilot burner comprises a centrally arranged, inert gas-flushed tube 1, which serves as an optical inspection opening for the located outside the burner flame monitoring device, arranged around the central tube annulus 2 for fuel gas supply, another annular space 3 for oxidant supply, which is closed at the end face and in individual Nozzle holes 4 passes as well as the whole surrounding outer pilot burner cooling part 5 for supply and discharge of the cooling water.
  • a further tube 13 is arranged, which serves to hold exchangeable vertebral bodies, which serve for the directed supply of the main burner with oxidant.
  • the centrally located pipe 1 is guided within the fuel gas channel 2 to the burner mouth and at the end is unilaterally in a small, short electrode tip 6, which can ignite the ignition spark directed at the metal wall of the fuel gas supply.
  • the metallic central tube is electrically interrupted in the front third and connected by a tubular insulator piece 7.
  • the upper part of the central tube serves as a carrier of the introduced via a pressure-tight implementation ignition cable 8, whose end is connected to the burner mouth side part of the central tube after the insulation piece.
  • the central tube is purged with nitrogen in the direction of the reaction space in order to prevent the penetration of hot gas or impurities from the reaction space.
  • the central tube with a special quartz glass 12 is pressure-tight manner. The outside of the burner Optical flame monitoring detects the burner flame through the quartz glass 12 and is thus protected against thermal stress and dirt particles.
  • the annular space 2 around the central tube for supplying the fuel gas is drawn in at the outlet to the nozzle formation (reduced in diameter).
  • the outer, the annular space limiting tube contains in this region of the nozzle a ceramic insulating ring 9, which causes the reduction in diameter and prevents unwanted sparkover of high-voltage ignition of the central tube. Only directly at the outlet of this tube is again made metallic.
  • the oxidant supply space 3 is enveloped by a water cooling system 5, which protects the internals and the nozzle of the pilot burner from thermal stress.
  • a further tube 13 is arranged, which serves as a carrier for exchangeable vertebral bodies 14 in Hauptbrenneroxydationsffenkanal serves.
  • the exiting oxygen flow is strongly set into rotation, into which the dust jets emerging via the specially designed supply elements 15 are sucked.
  • the flame formation can be influenced in its width and length.
  • the invention comprises a combination burner for the gasification of pulverulent fuels with a free oxygen-containing oxidizing agent at ambient or higher pressures, and temperatures between 800-1800 ° C, the ignition device of the pilot burner with flame monitoring and the dust burner are integrated as a combination burner and all operating channels from each other run separately to the burner mouth and the two are mixed only at the burner mouth.
  • the combination burner on a cooled outer housing 16 and a pulverized coal feed 15, the inner cooling part 18 serves to limit the inclusion of a centrally located pilot burner with external vertebral bodies 14 and at the same time forms the Hauptbrenneroxidationsstoffkanal 17, wherein the centrally located pilot burner for Commissioning the pulverized coal burner unit 15, 16, 17, comprising a central tube 1 as an optical insight into the gasification chamber with external flame monitoring, a fuel gas supply 2, an oxidant supply 3 and a combustion cooling chamber 5 is used.
  • the central tube (1) within the fuel gas channel (2) led to the burner mouth and at the outlet on one side into a small short electrode tip (6), which directed at the high voltage ignition the spark on the opposite outer metal wall of the Fuel gas supply channel (2) passes.
  • the metallic central tube (1) is interrupted in the front third and connected by an insulator (7).
  • the central tube (1) is closed with respect to the atmosphere with a quartz glass (12) and carries on the non-pressurized side an optical flame detector whereby it is in the direction of the burner outlet opening with an inert medium, such as nitrogen, flushable to the penetration of hot gases to prevent from the reaction space.
  • an inert medium such as nitrogen
  • the central tube (1) on the outside serves as a carrier for the isolated Hochnapszündcht (8) wherein the metallic end of the Hochnapszündiquess (8) with the burner near the burner piece of the metallic central tube (1) (behind insulator 7) is to conduct the high voltage to the electrode tip (6).
  • the fuel gas supply channel (2) in the region of the constriction to the outlet nozzle on the outer channel boundary on a ceramic insulator (9) to prevent an uncontrolled high-voltage sparkover at the bottleneck.
  • the oxidant supply channel (3) in the region of the media outlet by means of a screw-in (10) with nozzle holes (4) over, which are adaptable depending on the desired flame shape in the exit direction and exit angle.
  • the outer shell of the pilot burner with the inner cooling part (18) of the main burner part forms the Hauptbrenneroxydationsffenkanal (17) which is equipped at the media outlet with exchangeable vertebral bodies (14) which are mounted on the outer shell (13) of the pilot burner and with the aid of which the flame geometry in the reaction space can be adapted.
  • the pulverized coal via one or more tangentially ending coal dust feed tubes (15) is introduced into the combination burner wherein the pulverized coal in the front burner part in a Kohlenstaubzu enclosuresrohren common Kohlenstaubringraum (19) enters and here under rotary motion fills the Kohlenstaubringraum and as evenly Distributed pulverized coal veil leaves the annulus and is intensively mixed in front of the burner mouth with the oxidant stream.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Kohlenstaubkombinationsbrenner, der für die Sauerstoff-Vergasung von staubförmigen Brennstoffen (Braunkohle und/oder Steinkohle oder ähnliche staubförmige Brennstoffe) unter hohen Drücken und Temperaturen in Reaktoren mit flüssigen Schlackeabzügen eingesetzt wird und mittels eines integrierten Pilotbrenners der mit gasförmigem Brennstoff und Sauerstoff arbeitet und mit einer elektrischen Zündeinrichtung und optischer Flammenüberwachung in Betrieb genommen und überwacht wird.
  • Die Erfindung betrifft einen Kombinationsbrenner für die Vergasung staubförmiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel bei Drücken zwischen Umgebungsdruck und hohen Drücken von 80 bar (8 MPa) sowie Temperaturen zwischen 800-1800°C mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Bekannt sind Kohlenstaubbrenner für die Partialoxydation staubförmiger Brennstoffe, die durch einen extern angeordneten Pilotbrenner gezündet werden.
    In den Patentdokumenten EP 0363787 A1 und DD 285 523 sind jeweils gattungsgemäße Pilotbrenner zur partiellen Oxidation von gasförmigen Kohlenwasserstoffen zu CO- und H2-haltigen Gasen in einem unter Druck stehenden Reaktor beschrieben.
    Ein derartiger Pilotbrenner besteht aus koaxialen Kanälen für Brenngas und Oxidationsmittel, die nach dem Reaktionsraum hin offen sind und die durch wasserdurchströmte Kanäle getrennt bzw. umhüllt sind. In dem Brenngaskanal ist ein Zündkabel angeordnet, das mit einer Hochspannungszündvorrichtung außerhalb des Brenners verbunden ist und das an seinem nach dem Reaktionsraum zugewandten Ende in eine metallische Elektrode übergeht, die bis an die Brennerspitze geführt ist und hier eine Funkenstrecke zur metallischen Wand bildet. Die Elektrode dieses Brenners ist im Brenngaskanal so positioniert, dass sie durch den die Düse bildenden Konfusor, ringförmige Düse und Diffusor hindurchgeht und am achsparallelen Krümmungsradius des Diffusors, d. h. im Wirbelbereich, der den Übergang zum Sauerstoffkanal bildet, die Funkenstrecke zur metallischen Wand hat. Die Anordnung der metallischen Elektrode ist so gewählt, dass einerseits die Direktzündung des Brenngas/Sauerstoffes ermöglicht und andererseits die metallische Elektrode durch das nachströmende Brenngas gekühlt wird.
    Die Einführung des Hochspannungszündkabels in den Brenner erfolgt durch zwei separate Druckabdichtungen. Der hierdurch entstehende druckdichte Raum wird als Sicherheitszone gegenüber austretenden Brenngasleckagen genutzt und druckseitig überwacht.
    Weitere Kombinationen von aus einem Zünd-, Pilot- und Staubbrenner bestehenden Kombinationsbrenner werden beschrieben in:
    • Sino German Gasification and CDM Form vom 5.-6. August 2004 in Beijing "Lignite and Coal Gasification for Syngas and Energetic Gas Production" und
    • Chinesische Patentanmeldung Nr. CN 200510079702.4 vom 24. Juni 2005 vom Beijing Aeronautical Power Inst. "Powder-combustible vortex burner"
  • Die Übertragung des Flammensignals zur Überwachungseinrichtung erfolgt mittels eines mehradrigen Lichtleitkabels. Der bekannte Pilotbrenner hat folgende Mängel.
    • die Übertragung des Flammensignals aus dem Reaktionsraum zum Flammenwächter erfolgt mittels Lichtleitkabel, das durch den geringen Abstand zur Flamme thermisch belastet wird und gleichzeitig auch durch auftreffende Russpartikel im Sichtfeld eingeschränkt werden kann. Außerdem behindert die vor den optischen Einblick befindliche metallische Elektrode den freien Einblick in den Reaktionsraum.
    • Die metallische Elektrode muss aus Platzgründen als Draht ausgeführt werden, der bis zur Elektrodenspitze mehrfach gebogen ist. Durch dieses instabile Gebilde kann die zur Zündung notwendige Justierung an der Funkenüberschlagstelle nur schwer exakt eingestellt werden. Hierdurch entstehen Zündstörungen und die Funktionstüchtigkeit des Brenners ist nicht immer gewährleistet.
    • Die Ausführung der wassergekühlten Düse (Konfusor, Zylinder und Diffusor) ist sehr kompliziert und führt besonders im Diffusor zu thermischen Belastungen, die zur Rissbildung im Material und damit zum Ausfall des Brenners führen.
    • Durch die Anordnung der Elektrodenspitze innerhalb des Diffusors der Düse bildet sich notwendigerweise an dieser Stelle ein Wirbelgebiet aus, das Sauerstoffanteile mit dem Brennstoff mischt und damit ein zündfähiges Gemisch bildet, das gezündet werden kann. Kommt es bei der Zündung zu Medienschwankungen verschiebt sich das Wirbelgebiet und damit die Gemischstelle, was Fehlzündungen zur Folge hat. Eine hohe Störanfälligkeit ist damit vorgegeben.
  • Der Kombinationsbrenner nach der chinesischen Patentanmeldung Nr. CN 200510079702.4 zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass das Pilotbrennergas, sowie der dazugehörige Sauerstoff durch einen gemeinsamen Kanal im Brennerzentrum dem Brennermund zuströmen. Dies birgt die große Gefahr, dass bei Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit, wie sie bei In- und Außerbetriebnahmen auftritt, eine Rückzündung in den Brennerkanal auftritt, die zu seiner Zerstörung führt mit erheblichen Gefährdungen der Betriebssicherheit.
  • Aus der GB 1001032 ist ein Brenner für die gleichzeitige Verbrennung mehrerer unterschiedlicher Brennstoffe bekannt, wobei je Brennstoff ein Paar konzentrischer Ringkanäle für diesen Brennstoff beziehungsweise den Sauerstoff angeordnet sind, die in eine Mischkammer münden.
  • Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, durch konstruktive Maßnahmen eine Kombination aus Pilotbrenner und Kohlenstaubbrenner in einer Brennereinheit als Kohlenstaubkombinationsbrenner zu schaffen, der durch die Zusammenfassung beider Brenner in einer Einheit einen einfacheren und sicheren Betrieb mit gleichmäßiger Flammenausbildung gewährleistet und die Störanfälligkeit wesentlich minimiert.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines einfachen Kohlenstaubkombinationsbrenners mit integriertem Pilotbrenner, der unter den Bedingungen der Kohlenstaubvergasung unter Druck zuverlässig zündet und sicher arbeitet.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Kohlenstaubkombinationsbrenner ist eine örtlich feststehende und genau justierbare Zündfunkenstrecke gebildet, die vom mechanischen Aufbau sehr stabil ausgeführt ist. Durch die Ausbildung der Flamme in der zentralen Achse des Reaktors werden Vorteile gegenüber der bisherigen Lösung hinsichtlich Ausbrand und Umsatz erreicht. Gleichzeitig erfolgt eine Entflechtung der Medienzuführung zum Reaktorkopf. Mit der Einpassung des Pilotbrenners in den Kohlenstaubbrenner wurden gleichzeitig konstruktive Änderungen am Pilotbrenner vorgenommen, so dass ein funktionssicherer und störungsfreier Betrieb gewährleistet werden kann.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand einer Figur näher erläutert. Dabei zeigt:
    • Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kohlenstaubkombinationsbrenners mit integriertem Pilotbrenner.
  • Der erfindungsgemäße Kohlenstaubkombinationsbrenner umfasst einen zentral angeordneten Pilotbrennerteil mit getrennter Brenngas- und Oxydationsmittelzuführung in separaten Kanälen, einer Flammenüberwachungseinrichtung FÜ und einer elektrischen Hochspannungszündung. Um diese Baugruppe ist ein Ringraum 13 zur Zuführung des Oxydationsmittels für den Kohlenstaub- Kombinationsbrenner angeordnet. An der ringförmigen Austrittsöffnung sind Drallschaufeln 14 zur Verwirbelung des Oxydationsmittelstromes angeordnet.
    Das Außenkühlteil 5 des Pilotbrenners im Zentrum und das Innenkühlteil 18 des außen liegenden Hauptbrenners bilden den Hauptbrenneroxydationsmittelkanal 17. Um diesen Kanal und dem Innenkühlteil 18 sind die Kohlenstaubzuführung 15 und die gekühlte Außenhülle 16 des Hauptbrenners angeordnet.
  • Der Pilotbrenner umfasst ein zentral angeordnetes, inertgasgespültes Rohr 1, das als optische Einblicksöffnung für die außerhalb des Brenners befindliche Flammenüberwachungseinrichtung dient, einen um das Zentralrohr angeordneten Ringraum 2 zur Brenngaszuführung, einen weiteren Ringraum 3 zur Oxydationsmittelzuführung, der an der Stirnfläche geschlossen ist und in einzelne Düsenbohrungen 4 übergeht sowie den das ganze umhüllende äußere Pilotbrennerkühlteil 5 zur Zu- und Abführung des Kühlwassers. Um den äußeren Kühlkanal (5) des Pilotbrenners ist ein weiteres Rohr 13 angeordnet, das zur Halterung von austauschbaren Wirbelkörpern dient, die zur gerichteten Versorgung des Hauptbrenners mit Oxydationsmittel dienen.
  • Das zentral angeordnete Rohr 1 ist innerhalb des Brenngaskanals 2 bis an den Brennermund geführt und geht am Ende einseitig in eine kleine, kurze Elektrodenspitze 6 über, die bei der Zündung den Zündfunken gerichtet auf die Metallwand der Brenngaszuführung überspringen lässt. Das metallische Zentralrohr ist im vorderen Drittel elektrisch unterbrochen und durch ein rohrförmiges Isolatorstück 7 verbunden. Der obere Teil des Zentralrohres dient als Träger des über eine druckdichte Durchführung eingeführten Zündkabels 8, dessen Ende mit dem brennermundseitigen Teil des Zentralrohres nach dem Isolationsstück verbunden ist.
    Das Zentralrohr wird in Richtung Reaktionsraum mit Stickstoff gespült, um das Eindringen heißer Gases oder Verunreinigungen aus dem Reaktionsraum auszuschließen. Gegenüber der Atmosphäre ist das Zentralrohr mit einem speziellen Quarzglas 12 druckdicht getrennt. Die außerhalb des Brenners befindliche optische Flammenüberwachung erkennt durch das Quarzglas 12 die Brennerflamme und ist somit vor thermischer Belastung und Schmutzpartikeln geschützt.
  • Der um das Zentralrohr befindliche Ringraum 2 zur Zuführung des Brenngases ist am Austritt zur Düsenausbildung eingezogen (im Durchmesser reduziert). Das äußere, den Ringraum begrenzende Rohr enthält in diesem Bereich der Düse einem keramischen Isolierring 9, der die Reduktion im Durchmesser bewirkt und einen ungewollten Funkenüberschlag der Hochspannungszündung vom Zentralrohr verhindert. Erst direkt am Austritt ist dieses Rohr wieder metallisch ausgeführt.
  • Die Zuführung des Oxydationsmittels für den Pilotbrenner erfolgt über den Ringraum 3. Dieser Ringraum ist am Austritt zum Reaktionsraum hin mit einem austauschbaren Einschraubteil 10, das mit mehreren Bohrungen 4 versehen ist, verschlossen. Diese Bohrungen 4 können je nach der Beschaffenheit des Brenngases in Durchmesser und Austrittsrichtung angepasst serin.
    Zusätzlich zu den in Richtung Reaktionsraum zeigenden Bohrungen 4 sind in dem Einschraubteil 10 noch kleine Bohrungen 11 angeordnet, die in den Brenngaskanal führen.
    Über diese zwei Bohrungen wird eine geringe Teilmenge Oxydationsmittel in den Brenngaskanal eingeleitet. Diese Bohrungen sind so angeordnet, dass die kleine Oxydationsmittelteilmenge unmittelbar über der Elektrodenspitze in den Brenngaskanal eintritt und in diesem Bereich ein zündfähiges Gasgemisch gebildet wird. Insgesamt wird durch die Summe der konstruktiven Ausgestaltungen eine örtlich feststehende und genau justierbare Zündfunkenstrecke gebildet, die vom mechanischen Aufbau sehr stabil ausgeführt ist.
  • Der Oxydationsmittelzuführungsraum 3 wird durch ein Wasserkühlsystem 5 umhüllt, das die Inneneinbauten und die Düse des Pilotbrenners vor thermischer Belastung schützt.
    Um die Wasserkühlung 5 des Pilotbrenners ist ein weiteres Rohr 13 angeordnet, das als Träger für austauschbare Wirbelkörper 14 im Hauptbrenneroxydationsmittelkanal dient. Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung der Hülle um den Pilotbrenner kann bei Demontage des Pilotbrenners schnell und einfach der Wirbelkörper 14 in der Hauptbrenneroxydationsmittelzuführung 17 gewechselt werden und somit die Hauptbrennerflamme optimal an die Reaktionsraumkontur des Reaktors angepasst werden.
    Durch die Ausführung der Oxydationsmittelzuführung mit Wirbelkörpern wird der austretende Sauerstoffstrom stark in Rotation versetzt, in den die über die speziell gestalteten Zuführungselemente 15 austretenden Staubstrahlen eingesaugt werden.
    Durch eine unterschiedliche Anstellung der Wirbelkörper bzw. Drallschaufeln kann die Flammenausbildung in ihrer Breite und Länge beeinflusst werden.
  • Die Erfindung umfasst einen Kombinationsbrenner für die Vergasung staubförmiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel bei Umgebungs- oder höheren Drücken, sowie Temperaturen zwischen 800-1800°C, wobei die Zündvorrichtung des Pilotbrenners mit Flammüberwachung und der Staubbrenner als Kombinationsbrenner integriert sind und alle Betriebskanäle voneinander getrennt bis zum Brennermund geführt und die beiden erst am Brennermund gemischt werden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Kombinationsbrenner ein gekühltes äußeres Gehäuse 16 und eine Kohlenstaubzuführung 15 auf, dessen inneres Kühlteil 18 die Begrenzung zur Aufnahme eines zentral angeordneten Pilotbrenners mit außen liegenden Wirbelkörpern 14 dient und gleichzeitig den Hauptbrenneroxidationsmittelkanal 17 bildet, wobei der zentral angeordnete Pilotbrenner zur Inbetriebnahme der Kohlenstaubbrennereinheit 15, 16, 17, aufweisend ein Zentralrohr 1 als optischer Einblick in den Vergasungsraum mit außen liegender Flammüberwachung, einer Brenngaszuführung 2, einer Oxidationsmittelzuführung 3 und einer Brennkühlkammer 5 dient.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Zentralrohr (1) innerhalb des Brenngaskanals (2) bis an den Brennermund geführt und geht am Austritt einseitig in eine kleine kurze Elektrodenspitze (6) über, die bei der Hochspannungszündung den Zündfunken gerichtet auf die gegenüberliegende äußere Metallwand des Brenngaszuführungskanals (2) leitet.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das metallische Zentralrohr (1) im vorderen Drittel unterbrochen und durch einen Isolator (7) verbunden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Zentralrohr (1) gegenüber der Atmosphäre mit einem Quarzglas (12) verschlossen und trägt auf der drucklosen Seite einen optischen Flammenwächter wobei es in Richtung Brenneraustrittsöffnung mit einem Inertmedium, beispielsweise Stickstoff, spülbar ist, um das Eindringen heißer Gase aus dem Reaktionsraum zu verhindern.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung dient das Zentralrohr (1) auf der Außenseite als Träger für das isolierte Hochspannungszündkabel (8) wobei das metallische Ende des Hochspannungszündkabels (8) mit dem in Brennermundnähe befindlichen Stück des metallischen Zentralrohres (1) (hinter Isolator 7) verbunden ist, um die Hochspannung bis zur Elektrodenspitze (6) zu leiten.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Brenngaszuführungskanal (2) im Bereich der Einschnürung zur Austrittsdüse an der äußeren Kanalbegrenzung einen keramischen Isolator (9) auf, um an der Engstelle einen unkontrollierten Hochspannungsfunkenüberschlag zu verhindern.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung geht der Oxydationsmittelzuführungskanal (3) im Bereich des Medienaustritts mittels eines Einschraubteiles (10) mit Düsenbohrungen (4) über, die je nach gewünschter Flammenform in Austrittsrichtung und Austrittswinkel anpassbar sind.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind im Einschraubteil (10) am Oxydationsmittelzuführungskanal (3) zusätzlich kleine Bohrungen (11) angeordnet, die im Brenngaskanal (2) enden und hierdurch eine geringe Teilmenge Oxydationsmittel unmittelbar über der Elektrodenspitze (6) in den Düsenbereich des Brenngaskanals (2) leiten und hier örtlich ein zündfähiges Gemisch bilden, das durch den Hochspannungszündfunken entzündbar ist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bildet die äußere Hülle des Pilotbrenners mit dem inneren Kühlteil (18) des Hauptbrennerteiles den Hauptbrenneroxydationsmittelkanal (17), der am Medienaustritt mit austauschbaren Wirbelkörpern (14) ausgerüstet ist, die auf der äußeren Hülle (13) des Pilotbrenners befestigt sind und mit deren Hilfe die Flammengeometrie im Reaktionsraum anpassbar ist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Kohlenstaub über ein oder mehrere, tangential endende Kohlenstaubzuführungsrohre (15) in den Kombinationsbrenner eingeleitet wobei der Kohlenstaub in dem vorderen Brennerteil in einen den Kohlenstaubzuführungsrohren gemeinsamen Kohlenstaubringraum (19) eintritt und hier unter Rotationsbewegung den Kohlenstaubringraum ausfüllt und als gleichmäßig verteilter Kohlenstaubschleier den Ringraum verlässt und vor dem Brennermund mit dem Oxidationsmittelstrom intensiv gemischt wird.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Zentralrohr für optischen Einblick in den Reaktionsraum mit außen liegender Flammenüberwachung, stickstoffgespült.
    2
    Brenngaszuführung
    3
    Oxydationsmittelzuführung
    4
    Düsenbohrungen in der Oxydationsmittelzuführung
    5
    Kühlteil Pilotbrenner
    6
    Elektrodenspitze
    7
    Isolator am Zentralrohr 1
    8
    Hochspannungszündkabel
    9
    Keramischer Isolator im Brenngaszuführungskanal
    10
    Einschraubteil mit Bohrungen
    11
    Zündbohrungen für Oxydationsmitteleindüsung
    12
    Quarzglas
    13
    Trägerrohr für Wirbeleinrichtungen
    14
    Wirbelkörper im Hauptbrenneroxydationsmittelstrom
    15
    Kohlenstaubzuführung
    16
    Äußeres Wasserkühlteil
    17
    Hauptbrenneroxydationsmittelzuführung
    18
    Inneres Wasserkühlteil Hauptbrenner

Claims (8)

  1. Kombinationsbrenner für die Vergasung staubförmiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel bei Drücken zwischen Umgebungsdruck und hohen Drücken von 80 bar (8 MPa) sowie Temperaturen zwischen 800-1800°C, mit folgenden Merkmalen
    - ein zentrales, im Wesentlichen bis zum Brennermund führendes Rohr (1),
    - um das zentrale Rohr (1) ein im Wesentlichen bis zum Brennermund führender Brenngasringkanal (2) konzentrisch angeordnet ist,
    - um den Brenngasringkanal (2) ein im Wesentlichen bis zum Brennermund führender Oxidationsmittelringkanal (3) konzentrisch angeordnet ist,
    - um den Oxidationsmittelringkanal (3) ein Kühlmittelringkanal (5) konzentrisch angeordnet ist,
    - um den Kühlmittelringkanal (5) ein Ringkanal für das Oxidationsmittel des Staubbrenners (17) konzentrisch angeordnet ist,
    - um den Ringkanal für das Oxidationsmittel des Staubbrenners (17) ein Kühlmittelringkanal (18) konzentrisch angeordnet ist
    - um den Kühlmittelringkanal (18) ein Ringkanal für den Brennstaub des Staubbrenners (15) konzentrisch angeordnet ist,
    - um den Ringkanal für den Brennstaub des Staubbrenners (15) ein Kühlmittelringkanal (16) konzentrisch angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
    - das zentrale Rohr (1) eine gegenüber dem Brenner elektrisch isolierte Zündspitze (6) trägt,
    - die Isolation durch das in zwei Rohrstücke separiertes, zentrales Rohr (1) realisiert ist und die Rohrstücke durch einen rohrförmigen, keramischen Isolierkörper (7) mechanisch verbunden sind,
    - das Zentralrohr (1) als Träger für ein isoliertes Hochspannungszündkabel (8) dient, wobei das metallische Ende des Hochspannungszündkabels (8) mit dem in Nähe des Brennermundes befindlichen Stück des metallischen Zentralrohres (1), das die Zündspitze trägt, verbunden ist.
  2. Kombinationsbrenner nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das zentrale Rohr (1) an seinem dem Brennermund abgewandten Ende einen druckfesten optischen Einblick zur Flammüberwachung aufweist und durch ein Inertgas spülbar ist.
  3. Kombinationsbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Oxidationsmittelringkanal (3) Brennermund-seitig durch ein ringförmiges Einschraubteil (10) mit Düsenbohrungen (4) abgeschlossen ist. (A6)
  4. Kombinationsbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche

    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Brenngaszuführungskanal (2) im Bereich der Einschnürung zur Austrittsdüse eine keramische, isolierende Auskleidung (9) aufweist. (A7)
  5. Kombinationsbrenner nach Anspruch 3 oder 4
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Einschnürung des Brenngaszuführungskanales (2) durch das ringförmige Einschraubteil (10) realisiert ist, dessen zentrale Bohrung einen kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser des Brenngaszuführungskanales (2) aufweist. (A8)
  6. Kombinationsbrenner nach einem der Ansprüche 3 bis 5

    dadurch gekennzeichnet, dass
    in dem Einschraubteil (10) kleine Bohrungen (11) angeordnet sind, die in den Brenngasringkanal (2) in unmittelbare Nähe der Zündspitze (6) führen. (A9)
  7. Kombinationsbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche
    dadurch gekennzeichnet, dass
    um den Kühlmittelringkanal (5) ein Rohr (13) angeordnet ist, das als Träger für austauschbare Wirbelkörper (14) im Ringkanal für das Oxidationsmittel des Staubbrenners (17) dient. (A10)
  8. Kombinationsbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Ringkanal für das Oxidationsmittel des Staubbrenners (17) und der Ringkanal für den Brennstaub des Staubbrenners (15) gegenseitig vertauscht angeordnet sind. (A11)
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