WO2009027361A2 - Kohlenstaubkombinationsbrenner mit integriertem pilotbrenner - Google Patents

Kohlenstaubkombinationsbrenner mit integriertem pilotbrenner Download PDF

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WO2009027361A2
WO2009027361A2 PCT/EP2008/061071 EP2008061071W WO2009027361A2 WO 2009027361 A2 WO2009027361 A2 WO 2009027361A2 EP 2008061071 W EP2008061071 W EP 2008061071W WO 2009027361 A2 WO2009027361 A2 WO 2009027361A2
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Tino Just
Christian Reuther
Manfred Schingnitz
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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 Kohlenstaubkombmationsbrenner that is used for the oxygen gasification of dusty fuels (lignite and / or hard coal or similar dust-like fuels) under high pressure and temperatures m reactors with liquid Schlackeabzugen and by means of an integrated pilot burner with gaseous fuel and Oxygen operates and is commissioned and monitored with an electric igniter and optical flame monitor.
  • dusty fuels lignite and / or hard coal or similar dust-like fuels
  • the invention relates to a combination burner for the gasification of dust-like 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.
  • Carbon dust burners are known for the partial oxidation of dust-like fuels, which are ignited by an externally arranged pilot burner.
  • a generic pilot burner for the partial oxidation of gaseous hydrocarbons to CO and H2-containing gases in a pressurized reactor is described.
  • This pilot burner consists of coaxial channels for fuel gas and oxidant, which are open towards the reaction space and which are separated or enveloped by channels through which water flows.
  • an ignition cable is arranged, which is connected to a Hochwoodszundvor ⁇ chtung outside the burner and merges at its end facing the reaction space in a metallic electrode, which is guided to the burner tip and here forms a spark gap to the metallic wall.
  • the electrode of this burner is positioned in the fuel gas channel so that it passes through the confuser forming the nozzle. Forming nozzle and diffuser passes and at the axis-parallel radius of curvature of the diffuser, ie in the vortex region, which forms the transition to the oxygen channel, the spark gap has to the metallic wall.
  • the arrangement of the metallic electrode is chosen so that on the one hand enables the direct ignition of the fuel gas / oxygen and on the other hand, the metallic electrode is cooled by the nachstromende fuel gas.
  • the high-voltage ignition cable is introduced into the burner by means of two separate pressure seals. The resulting pressure-tight space is used as a safety zone against leaking fuel gas leaks and monitored pressure side. Further combinations of combination burners consisting of a Zund, pilot and dust burner are described in:
  • the well-known pilot burner has the following shortcoming.
  • the transmission of the flame signal from the reaction chamber to the flame guard is done by means of fiber optic cable, which is thermally stressed by the small distance to the flame and at the same time can be limited by impinging soot particles in the field of view.
  • the metallic electrode located in front of the optical insight obstructs the free view in the reaction space.
  • the metal electrode must be made of space reasons as a wire, which is bent several times to the electrode tip. As a result of this unstable structure, the adjustment necessary for the ignition at the sparkoverover point is difficult to precisely set. This causes ignition problems and the functionality of the burner is not always guaranteed.
  • the combination burner according to the Chinese patent application no. CN 200510079702.4 is further characterized in that the pilot burner gas, and the associated oxygen flow through a common channel in the burner center to the burner mouth. This entails the great danger that when the flow velocity changes, as occurs during inrush and decommissioning, there is a backlash in the burner duct, which leads to its destruction with considerable danger of operational safety.
  • the invention is based on the object by constructive measures to create a combination of pilot burner and pulverized coal burner in a burner unit as Kohlenstaubkombmations- burners, by combining both Burner Renewal Energy ensures easier and safer operation with even flame formation and minimizes the susceptibility to damage.
  • the object of the invention is to provide a simple coal dust combi burner with integrated pilot burner, which reliably ignites under the conditions of coal dust gasification under pressure and works safely.
  • Fig. 1 shows an exemplary embodiment of the inventive coal dustcomb burner with integrated pilot burner.
  • the erfmdungsgeofficeexplaine Kohlenstaubkombmationsbrenner comprises a centrally arranged pilot burner part with separate fuel gas and Oxydationsschzuschreibung in separate channels, a Flammenuberwachungsem ⁇ chtung FU and a elekt ⁇ - see Hochhardszundung.
  • An annular space 13 for supplying the oxidizing agent for the coal dust combination burner is arranged around this assembly.
  • swirl vanes 14 for swirling the Oxydationsstoffstromes.
  • the outer cooling part 5 of the pilot burner in the center and the mecanical 18 of the outer main burner form the Hauptbrenneroxydationsstoffkanal 17.
  • the Kohlenstaubzubow 15 and the cooledbishulle 16 of the main burner are arranged.
  • the pilot burner comprises a centrally arranged, mertgas- spooled tube 1, which serves as optical Ausblickso réelle for the outside of the burner located Flammenuberwachungsem- ⁇ chtung, arranged around the central tube annulus 2 for fuel gas supply, a further annular space 3 for Oxydationsschzuchtung, closed at the end face is and passes into individual Dusenbohrept 4 and the whole enclosing outer pilot burner cooling part 5 for supply and removal of Kuhlwassers.
  • a further tube 13 is arranged, which serves to hold exchangeable vertebrae, which serve for the directed supply of the main burner with oxidant.
  • the centrally arranged tube 1 is guided within the Brenngaska ⁇ nals 2 up to the burner mouth and is at the end on one side in a small, short electrode tip 6, which let ignite the ignition spark directed at the metal wall of the fuel gas supply.
  • the metallic centering ⁇ ralrohr is electrically disconnected in the front third and joined by a rohrformiges insulator stucco. 7
  • the upper part of the central tube serves as a carrier of introduced via a pressure-tight fürschreibung ignition cable 8, the end of which is connected to the burner mouth side part of the central tube after the insulation stucco.
  • the central tube is spooled in the direction of the reaction space with nitrogen in order to exclude 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 by the quartz glass 12 and is therefore protected against thermal stress and dirt particles.
  • the annular space 2 located around the central tube for supplying the fuel gas is drawn in at the outlet for nozzle formation (reduced in diameter).
  • the outer tube, which delimits the annular space, contains in this region of the nozzle a ceramic insulation 9, which effects the reduction in diameter and prevents unwanted sparking of the high voltage connection from the central tube. Only directly at the outlet of this tube is again made metallic.
  • small bores 11 are still arranged in the screw-in part 10 and lead into the fuel gas channel. These two holes introduce a small amount of oxidizing agent into the fuel gas channel. These holes are arranged so that the small amount of oxidizing agent enters immediately above the electrode tip in the fuel gas channel and in this area a gaseous gas mixture is formed. Overall, the sum of the constructive designs a locally fixed and precisely adjustable spark gap is formed, which is designed by the mechanical structure very stable.
  • the oxidant supply space 3 is enveloped by a water cooling system 5, which protects the inner internals and the nozzle of the pilot burner from thermal stress.
  • a further tube 13 is arranged, which serves as a carrier for exchangeable vortex body 14 mm main burner oxidation steam drent.
  • the flame formation can be influenced in their width and length.
  • the invention comprises a combination burner for the gasification of dusty 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 Bet ⁇ ebskanale separated from each other led to Brenner ⁇ mouth and the two are mixed only at the burner mouth.
  • the Kombina ⁇ tion burner a cooled outer housing 16 and a coal lenstaubzuschreibung to 15, whose inner Kuhlteil 18 serves to limit to receive a centrally disposed pilot burner with external Wirbelkorpern 14 and simultaneously forms the main burner oxidant passage 17, wherein the centrally arranged pilot burner for starting the Kohlenstaubbrenneremheit 15, 16, 17, comprising a central tube 1 as an optical insight into the gasification room with external flame monitoring, a fuel gas supply 2, an oxidant supply 3 and a Brennkuhlhunt 5 is used.
  • the central tube (1) within the fuel gas channel (2) led to the burner mouth and goes at the outlet on one side in a small short electrode tip (6), which directed at the Hochwoodszundung 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 guard while it can be spooled in the direction Brenneraust ⁇ tts- opening with an inert medium, for example nitrogen, to the penetration to prevent hot gases from the reaction space.
  • an inert medium for example nitrogen
  • the central tube (1) on the outside serves as a carrier for the insulated high-voltage ignition cable (8) with the metallic end of the high-voltage ignition cable (8) with the stucco of the metallic central tube (1) (behind) close to the burner Insulator 7) is connected to conduct the high voltage to the electrode tip (6).
  • the fuel gas supply duct (2) has a ceramic insulator (9) in the region of the constriction to the outlet nozzle at the outer channel boundary in order to prevent an uncontrolled high-voltage sparkover at the constriction.
  • the oxidation medium supply channel (3) in the region of the media outlet by means of a Emschraubers (10) with Dusenbohrungen (4) over, which are adaptable depending on the desired flame shape in the exit direction and exit angle.
  • small bores (11) are additionally arranged in the screw-in part (10) on the oxidizing agent supply channel (3), which ends in the fuel gas channel (2) and thus a small subset of oxidizing agent immediately above the electrode tip (6) into the nozzle region of the Pass fuel gas ducts (2) and form locally a zündfahi- ges mixture that is flammable by the Hochnapszun- sparks.
  • the outer shell of the pilot burner with the inner Kuhlteil (18) of the main burner part forms the Hauptbrenneroxydationsmittelkanal
  • the pulverized coal is introduced into the combination burner via one or more tangentially ending pulverized coal feed pipes (15), wherein the pulverized coal in the front burner part enters a pulverized coal ring space (19) common to the carbon dust feed pipes and here the coal dust annulus under rotary motion as uniformly distributed carbon dust veil leaving the annulus and mixed intensively with the oxidant stream before the burner mouth.

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Abstract

Die Erfindung umfasst einen Kombinationsbrenner für die Vergasung staubförmiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel bei Umgebungs- oder höheren Drücken, sowie Temperaturen zwischen 800-1800oC, 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 von den Kanälen geführten Medien erst am Brennermund gemischt werden. Bei Demontage des Pilotbrenners können die auf seiner Hülle befestigten Wirbelkörper (14) in der Hauptbrenneroxydationsmittel-Zuführung (17) schnell und einfach gewechselt werden und somit die Hauptbrennerflamme optimal an die Reaktionsraumkontur des Reaktors angepasst werden.

Description

Beschreibung
Kohlenstaubkombmationsbrenner mit integriertem Pilotbrenner
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kohlenstaubkombmationsbrenner, der für die Sauerstoff-Vergasung von staubformigen Brennstoffen (Braunkohle und/oder Steinkohle oder ähnliche staubformige Brennstoffe) unter hohen Drucken und Temperaturen m Reaktoren mit flussigen Schlackeabzugen eingesetzt wird und mittels eines integrierten Pilotbrenners der mit gasformigem Brennstoff und Sauerstoff arbeitet und mit einer elektrischen Zündeinrichtung und optischer Flammenuberwachung in Betrieb genommen und überwacht wird.
Die Erfindung betrifft einen Kombinationsbrenner für die Vergasung staubformiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel bei Drucken zwischen Umgebungsdruck und hohen Drucken von 80 bar (8 MPa) sowie Temperaturen zwischen 800-1800°C mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Bekannt sind Kohlenstaubbrenner für die Partialoxydation staubformiger Brennstoffe, die durch einen extern angeordneten Pilotbrenner gezündet werden. In der Patentschrift DD 285 523 ist ein gattungsgemaßer Pilotbrenner zur partiellen Oxidation von gasformigen Kohlenwasserstoffen zu CO- und H2-haltigen Gasen in einem unter Druck stehenden Reaktor beschrieben.
Dieser Pilotbrenner besteht aus koaxialen Kanälen für Brenngas und Oxidationsmittel, die nach dem Reaktionsraum hin offen sind und die durch wasserdurchstromte Kanäle getrennt bzw. umhüllt sind. In dem Brenngaskanal ist ein Zündkabel angeordnet, das mit einer Hochspannungszundvorπchtung außerhalb des Brenners verbunden ist und das an seinem nach dem Reaktionsraum zugewandten Ende in eine metallische Elektrode übergeht, die bis an die Brennerspitze gefuhrt 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, ring- formige Düse und Diffusor hindurchgeht und am achsparallelen Krümmungsradius des Diffusors, d. h. im Wirbeibereich, der den Übergang zum Sauerstoffkanal bildet, die Funkenstrecke zur metallischen Wand hat. Die Anordnung der metallischen Elektrode ist so gewählt, dass einerseits die Direktzundung des Brenngas/Sauerstoffes ermöglicht und andererseits die metallische Elektrode durch das nachstromende Brenngas gekühlt wird. Die Einfuhrung des Hochspannungszundkabels 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 Zund-, Pilot- und Staub- brenner bestehenden Kombinationsbrenner werden beschrieben in:
Sino German Gasification and CDM Form vom 5.-6. August 2004 in Beij mg "Lignite and Coal Gasification for Syngas and Ener- getic Gas Production" und
- Chinesische Patentanmeldung Nr. CN 200510079702.4 vom 24. Juni 2005 vom Bei]ing Aeronautical Power Inst.
„Powder-combustible vortex burner"
Die Übertragung des Flammensignals zur Uberwachungsemπch- tung erfolgt mittels eines mehradrigen Lichtleitkabels. Der bekannte Pilotbrenner hat folgende Mangel.
- die Übertragung des Flammensignals aus dem Reaktionsraum zum Flammenwachter 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 m den Reaktionsräum. - Die metallische Elektrode muss aus Platzgrunden als Draht ausgeführt werden, der bis zur Elektrodenspitze mehrfach gebogen ist. Durch dieses instabile Gebilde kann die zur Zündung notwendige Justierung an der Funkenuberschlag- stelle nur schwer exakt eingestellt werden. Hierdurch entstehen Zundstorungen und die Funktionstuchtigkeit des Brenners ist nicht immer gewährleistet.
- Die Ausfuhrung der wassergekühlten Düse (Konfusor, Zylinder und Diffusor) ist sehr kompliziert und fuhrt besonders im Diffusor zu thermischen Belastungen, die zur Rissbil- dung im Material und damit zum Ausfall des Brenners fuhren .
- Durch die Anordnung der Elektrodenspitze innerhalb des Diffusors der Düse bildet sich notwendigerweise an dieser Stelle ein Wirbeigebiet aus, das Sauerstoffanteile mit dem Brennstoff mischt und damit ein zundfahiges Gemisch bil¬ det, das gezündet werden kann. Kommt es bei der Zündung zu Medienschwankungen verschiebt sich das Wirbeigebiet 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 Stromungsgeschwindigkeit, wie sie bei In- und Außerbetπebnahmen auftritt, eine Ruckzundung in den Brennerkanal auftritt, die zu seiner Zerstörung fuhrt mit erhebli- chen Gefahrdungen der Betriebssicherheit.
Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, durch konstruktive Maßnahmen eine Kombination aus Pilotbrenner und Kohlenstaubbrenner in einer Brennereinheit als Kohlenstaubkombmations- brenner zu schaffen, der durch die Zusammenfassung beider Brenner rn erner Ernhert ernen einfacheren und sicheren Betrieb mit gleichmäßiger Flammenausbildung gewährleistet und die Störanfälligkeit wesentlich minimiert.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines einfachen Koh- lenstaubkombmationsbrenners 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 gelost.
Durch die Ausbildung der Flamme in der zentralen Achse des Reaktors werden Vorteile gegenüber der bisherigen Losung hinsichtlich Ausbrand und Umsatz erreicht. Gleichzeitig erfolgt eine Entflechtung der Medienzufuhrung 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 Unter- anspruchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden als Ausfuhrungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand einer Figur naher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemaßen Koh- lenstaubkombmationsbrenners mit integriertem Pilotbrenner .
Der erfmdungsgemaße Kohlenstaubkombmationsbrenner umfasst einen zentral angeordneten Pilotbrennerteil mit getrennter Brenngas- und Oxydationsmittelzufuhrung in separaten Kanälen, einer Flammenuberwachungsemπchtung FU und einer elektπ- sehen Hochspannungszundung. Um diese Baugruppe ist ein Ringraum 13 zur Zufuhrung des Oxydationsmittels für den Kohlenstaub- Kombinationsbrenner angeordnet. An der ringförmigen Austrittsoffnung sind Drallschaufeln 14 zur Verwirbelung des Oxydationsmittelstromes angeordnet .
Das Außenkuhlteil 5 des Pilotbrenners im Zentrum und das Innenkuhlteil 18 des außen liegenden Hauptbrenners bilden den Hauptbrenneroxydationsmittelkanal 17. Um diesen Kanal und dem Innenkuhlteil 18 sind die Kohlenstaubzufuhrung 15 und die gekühlte Außenhulle 16 des Hauptbrenners angeordnet.
Der Pilotbrenner umfasst ein zentral angeordnetes, mertgas- gespultes Rohr 1, das als optische Emblicksoffnung für die außerhalb des Brenners befindliche Flammenuberwachungsem- πchtung dient, einen um das Zentralrohr angeordneten Ringraum 2 zur Brenngaszufuhrung, einen weiteren Ringraum 3 zur Oxydationsmittelzufuhrung, der an der Stirnflache geschlossen ist und in einzelne Dusenbohrungen 4 übergeht sowie den das ganze umhüllende äußere Pilotbrennerkuhlteil 5 zur Zu- und Abfuhrung des Kuhlwassers. Um den äußeren Kuhlkanal (5) des Pilotbrenners ist ein weiteres Rohr 13 angeordnet, das zur Halterung von austauschbaren Wirbelkorpern dient, die zur gerichteten Versorgung des Hauptbrenners mit Oxydationsmittel dienen.
Das zentral angeordnete Rohr 1 ist innerhalb des Brenngaska¬ nals 2 bis an den Brennermund gefuhrt und geht am Ende ein- seitig in eine kleine, kurze Elektrodenspitze 6 über, die bei der Zündung den Zündfunken gerichtet auf die Metallwand der Brenngaszufuhrung überspringen lasst. Das metallische Zent¬ ralrohr ist im vorderen Drittel elektrisch unterbrochen und durch ein rohrformiges Isolatorstuck 7 verbunden. Der obere Teil des Zentralrohres dient als Trager des über eine druckdichte Durchfuhrung eingeführten Zündkabels 8, dessen Ende mit dem brennermundseitigen Teil des Zentralrohres nach dem Isolationsstuck verbunden ist. Das Zentralrohr wird in Richtung Reaktionsraum mit Stickstoff gespult, 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 Flammenuberwachung erkennt durch das Quarzglas 12 die Brennerflamme und ist somit vor thermischer Belastung und Schmutzpartikeln geschützt.
Der um das Zentralrohr befindliche Ringraum 2 zur Zufuhrung des Brenngases ist am Austritt zur Dusenausbildung eingezogen (im Durchmesser reduziert) . Das äußere, den Ringraum begrenzende Rohr enthalt in diesem Bereich der Düse einem keramischen Isolierung 9, der die Reduktion im Durchmesser bewirkt und einen ungewollten Funkenuberschlag der Hochspannungszun- dung vom Zentralrohr verhindert. Erst direkt am Austritt ist dieses Rohr wieder metallisch ausgeführt.
Die Zufuhrung 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 sein.
Zusätzlich zu den in Richtung Reaktionsraum zeigenden Bohrungen 4 sind in dem Einschraubteil 10 noch kleine Bohrungen 11 angeordnet, die in den Brenngaskanal fuhren. Über diese zwei Bohrungen wird eine geringe Teilmenge Oxyda- tionsmittel 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 zundfahiges Gasgemisch gebildet wird. Insgesamt wird durch die Summe der konstruk- tiven Ausgestaltungen eine ortlich feststehende und genau justierbare Zundfunkenstrecke gebildet, die vom mechanischen Aufbau sehr stabil ausgeführt ist.
Der Oxydationsmittelzufuhrungsraum 3 wird durch ein Wasser- kuhlsystem 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 Trager für austauschbare Wirbel- korper 14 rm Hauptbrenneroxydationsmrttelkanal drent. Durch diese erfindungsgemaße Gestaltung der Hülle um den Pilotbren- ner kann bei Demontage des Pilotbrenners schnell und einfach der Wirbelkorper 14 in der Hauptbrenneroxydationsmittelzufuh- rung 17 gewechselt werden und somit die Hauptbrennerflamme optimal an die Reaktionsraumkontur des Reaktors angepasst werden .
Durch die Ausfuhrung der Oxydationsmittelzufuhrung mit Wir- belkorpern wird der austretende Sauerstoffström stark m Rotation versetzt, in den die über die speziell gestalteten Zufuhrungselemente 15 austretenden Staubstrahlen eingesaugt werden .
Durch eine unterschiedliche Anstellung der Wirbelkorper bzw. Drallschaufeln kann die Flammenausbildung in ihrer Breite und Lange beeinflusst werden.
Die Erfindung umfasst einen Kombinationsbrenner für die Vergasung staubformiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel bei Umgebungs- oder hohe- ren Drucken, sowie Temperaturen zwischen 800-1800°C, wobei die Zündvorrichtung des Pilotbrenners mit Flammuberwachung und der Staubbrenner als Kombinationsbrenner integriert sind und alle Betπebskanale voneinander getrennt bis zum Brenner¬ mund gefuhrt und die beiden erst am Brennermund gemischt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Kombina¬ tionsbrenner ein gekühltes äußeres Gehäuse 16 und eine Koh- lenstaubzufuhrung 15 auf, dessen inneres Kuhlteil 18 die Begrenzung zur Aufnahme eines zentral angeordneten Pilotbrenners mit außen liegenden Wirbelkorpern 14 dient und gleichzeitig den Hauptbrenneroxidationsmittelkanal 17 bildet, wobei der zentral angeordnete Pilotbrenner zur Inbetriebnahme der Kohlenstaubbrenneremheit 15, 16, 17, aufweisend ein Zentral- röhr 1 als optischer Einblick in den Vergasungsraum mit außen liegender Flammuberwachung, einer Brenngaszufuhrung 2, einer Oxidationsmittelzufuhrung 3 und einer Brennkuhlkammer 5 dient . In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Zentralrohr (1) innerhalb des Brenngaskanals (2) bis an den Brennermund gefuhrt und geht am Austritt einseitig in eine kleine kurze Elektrodenspitze (6) über, die bei der Hochspannungszundung den Zündfunken gerichtet auf die gegenüberliegende äußere Metallwand des Brenngaszufuhrungskanals (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 tragt auf der drucklosen Seite einen optischen Flammenwachter wobei es in Richtung Brenneraustπtts- offnung mit einem Inertmedium, beispielsweise Stickstoff, spulbar ist, um das Eindringen heißer Gase aus dem Reaktionsraum zu verhindern.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung dient das Zentralrohr (1) auf der Außenseite als Trager für das isolierte Hochspan- nungszundkabel (8) wobei das metallische Ende des Hochspan- nungszundkabels (8) mit dem in Brennermundnahe befindlichen Stuck 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 Brenngaszu- fuhrungskanal (2) im Bereich der Einschnürung zur Austπtts- duse an der äußeren Kanalbegrenzung einen keramischen Isolator (9) auf, um an der Engstelle einen unkontrollierten Hoch- spannungsfunkenuberschlag zu verhindern.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung geht der Oxydations- mittelzufuhrungskanal (3) im Bereich des Medienaustritts mittels eines Emschraubteiles (10) mit Dusenbohrungen (4) über, die je nach gewünschter Flammenform in Austrittsrichtung und Austrittswinkel anpassbar sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind im Einschraub- teil (10) am Oxydationsmittelzufuhrungskanal (3) zusätzlich kleine Bohrungen (11) angeordnet, die im Brenngaskanal (2) enden und hierdurch eine geringe Teilmenge Oxydationsmittel unmittelbar über der Elektrodenspitze (6) in den Dusenbereich des Brenngaskanals (2) leiten und hier ortlich ein zundfahi- ges Gemisch bilden, das durch den Hochspannungszundfunken entzündbar ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bildet die äußere Hülle des Pilotbrenners mit dem inneren Kuhlteil (18) des Hauptbrennerteiles den Hauptbrenneroxydationsmittelkanal
(17), der am Medienaustritt mit austauschbaren Wirbelkorpern (14) ausgerüstet ist, die auf der äußeren Hülle (13) des Pilotbrenners befestigt sind und mit deren Hilfe die Flammen¬ geometrie im Reaktionsraum anpassbar ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Kohlenstaub über ein oder mehrere, tangential endende Kohlenstaubzufuh- rungsrohre (15) in den Kombinationsbrenner eingeleitet wobei der Kohlenstaub in dem vorderen Brennerteil in einen den Koh- lenstaubzufuhrungsrohren gemeinsamen Kohlenstaubringraum (19) eintritt und hier unter Rotationsbewegung den Kohlenstaubringraum ausfüllt und als gleichmäßig verteilter Koh- lenstaubschleier den Ringraum verlasst und vor dem Brennermund mit dem Oxidationsmittelstrom intensiv gemischt wird.
Bezugszeichenliste
1 Zentralrohr für optischen Einblick in den Reaktionsraum mit außen liegender Flammenuberwachung, stickstoffge- spult.
2 Brenngaszufuhrung
3 Oxydationsmittelzufuhrung
4 Dusenbohrungen in der Oxydationsmittelzufuhrung
5 Kuhlteil Pilotbrenner
6 Elektrodenspitze
7 Isolator am Zentralrohr 1
8 Hochspannungszundkabel
9 Keramischer Isolator im Brenngaszufuhrungskanal
10 Einschraubteil mit Bohrungen
11 Zundbohrungen für Oxydationsmittelemdusung
12 Quarzglas
13 Tragerrohr für Wirbeleinrichtungen
14 Wirbelkorper im Hauptbrenneroxydationsmittelstrom
15 Kohlenstaubzufuhrung
16 Äußeres Wasserkuhlteil
17 HauptbrennerOxydationsmittelzufuhrung
18 Inneres Wasserkuhlteil Hauptbrenner

Claims

Patentansprüche
1. Kombinationsbrenner für die Vergasung staubformiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxi- dationsmittel bei Drucken zwischen Umgebungsdruck und hohen Drucken von 80 bar (8 MPa) sowie Temperaturen zwischen 800- 18000C, 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 Oxidationsmittelπngkanal (3) konzentrisch angeordnet ist,
- um den Oxidationsmittelπngkanal (3) ein Kuhlmittelringkanal (5) konzentrisch angeordnet ist,
- um den Kuhlmittelringkanal (5) ein Ringkanal für das Oxidationsmittel des Staubbrenners (17) konzentrisch angeordnet ist,
- um den Ringkanal für das Oxidationsmittel des Staubbrenners (17) ein Kuhlmittelringkanal (18) konzentrisch angeordnet ist
- um den Kuhlmittelringkanal (18) ein Ringkanal für den Brennstaub des Staubbrenners (15) konzentrisch angeordnet ist,
- um den Ringkanal für den Brennstaub des Staubbrenners (15) ein Kuhlmittelringkanal (16) konzentrisch angeordnet ist.
2. Kombinationsbrenner nach Anspruch 1 dadurch ge kenn z e i chne t , das s das zentrale Rohr (1) eine gegenüber dem Brenner elektrisch isolierte Zundspitze (6) tragt.
3. Kombinationsbrenner nach Anspruch 2 dadurch ge kenn z e i chne t , das s die Isolation durch ein in zwei Rohrstucke separiertes, zentrale Rohr (1) realisiert ist und die Rohrstucke durch einen rohrformigen, keramischen Isolierkörper (7) mechanisch verbunden sind.
4. Kombinationsbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralrohr (1) als Trager für ein isoliertes Hochspan- nungszundkabel (8) dient, wobei das metallische Ende des Hochspannungszundkabels (8) mit dem in Nahe des Brennermundes befindlichen Stuck des metallischen Zentralrohres (1), das die Zundspitze tragt, verbunden ist.
5. Kombinationsbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Rohr (1) an seinem dem Brennermund abgewandten Ende einen druckfesten optischen Einblick zur Flammuber- wachung aufweist und durch ein Inertgas spulbar ist.
6. Kombinationsbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationsmittelπngkanal (3) Brennermund-seitig durch ein ringförmiges Einschraubteil (10) mit Dusenbohrungen (4) abgeschlossen ist.
7. Kombinationsbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Brenngaszufuhrungskanal (2) im Bereich der Einschnürung zur Austπttsduse eine keramische, isolierende Auskleidung (9) aufweist.
8. Kombinationsbrenner nach Anspruch 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnürung des Brenngaszufuhrungskanales (2) durch das ringförmige Emschraubteil (10) realisiert ist, dessen zentrale Bohrung einen kleineren Durchmesser als der Innendurch- messer des Brenngaszufuhrungskanales (2) aufweist.
9. Kombinationsbrenner nach einem der Ansprüche 6 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einschraubteil (10) kleine Bohrungen (11) angeordnet sind, die in den Brenngasringkanal (2) in unmittelbare Nahe der Zundspitze (6) fuhren.
10. Kombinationsbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch ge kenn z e i chne t , das s um den Kuhlmittelringkanal (5) ein Rohr (13) angeordnet ist, das als Trager für austauschbare Wirbelkorper (14) im Ringkanal für das Oxidationsmittel des Staubbrenners (17) dient.
11. Kombinationsbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch ge kenn z e i chne t , das s der Ringkanal für das Oxidationsmittel des Staubbrenners (17) und der Ringkanal für den Brennstaub des Staubbrenners (15) gegenseitig vertauscht angeordnet sind.
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