WO2012034573A1 - Feststoffgefeuerter heissgaserzeuger mit erweitertem regelbereich - Google Patents

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Klaus Kasseck
Holger Wulfert
André BÄTZ
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Loesche Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a solids-fired hot gas generator with an extended control range, which can preferably be used in grinding drying plants, for example for grinding solid fuels.
  • Coal grinding plants with an air-flow mill for example a vertical roller mill of the LOESCHE type, a spherical roller mill or a roller ring mill, in which moist raw coal is subjected to grinding drying by supplying hot gas and ground into pulverized coal, with a separation unit, for example a filter, in where the pulverized coal gas mixture is separated and with a hot gas generator for producing the hot gas, to which a part of the gas is returned as a return gas, are from coal gasification, pig iron and steel production with PCI (Pulverized Coal Injection) processes and from the cement industry known (DE 40 35 730 C2, prospectus LOESCHE GmbH, Dusseldorf, "Loesche - mills for solid fuels", 01/2008).
  • PCI Pulverized Coal Injection
  • Coal dust fired hot gas generators are also used in the stone and earth industry for drying raw meal, slag and blastfurnace slag and cement, and also in the gypsum, sugar and potash industries hot gas generators fired with lignite or hard coal dust are known.
  • LOMA perforated jacket
  • the burner is a multi-lance burner with surrounding lean-gas combustion air nozzles.
  • DE 197 25 613 A1 describes a burner for producing hot exhaust gases by combustion of heating oil or heating gas or pulverized coal.
  • the pulverized coal is transported with a gaseous carrier medium, preferably air, and blown into the reaction space through an injection lance, which extends from the burner head to the point of maximum diameter of a conical reaction space and is provided with a deflecting hood at the outlet end.
  • the combustion air is supplied via a radial blade grid at the head end of the reaction space.
  • the blade grid and part of the reaction space are surrounded by an air collecting housing in which the combustion air is to be calmed and from which the combustion air passes via the blade grid into the reaction space.
  • the burner generates a particularly large range of turbulent fluctuation movements.
  • the fuel dust is transported back to the air guide vanes after exiting the deflector hood and heated by a swirling, helical flame to about 1000 ° C and ignited.
  • the flame jet has a strong impulse and produces a very fast recirculation of the gases.
  • the throughput of a vertical roller mill of the LOESCHE type is between 100% and 40%.
  • the mill thus has a control ratio of 1: 2.5.
  • a minimum throughput coincides with a very low humidity and a relatively high outside temperature, only a relatively small amount of heat is required.
  • Maximum heat consumption results from maximum throughput, maximum humidity of the material to be milled and dried and a relatively low outdoor temperature.
  • the aforementioned control ratio of 1: 8,14 is so far achieved with any hot gas generator with a solid fuel burner. Therefore, unless waste heat from the process itself is available, hot gas generators with a gas or oil burner are predominantly used in grinding and drying plants for grinding coal.
  • the hot gas generator is usually fed with synthesis gas as fuel and blast furnace gas for combustion in PCI systems.
  • Coal gasification plants for coal gasification, PCI plants and in the cement industry require control ranges of at least 1: 8.
  • a control ratio of at least 1:10 for oil and gas fired hot gas generators is already state of the art.
  • the invention has for its object to provide a solids-fired hot gas generator, in particular a coal dust-fired hot gas generator, with an extended control range to replace fuel oil and gas by a cost fuel, such as lignite dust, hard coal dust, etc., and also the economically inefficient use of Syngas, blast furnace gas etc. for the production of hot gases in hot gas generators can turn off.
  • a cost fuel such as lignite dust, hard coal dust, etc.
  • a basic idea can be seen to equip a hot gas generator with multiple burners to increase the control range.
  • a solids-fired hot gas generator has a plurality of solid fuel burners for increasing or expanding the control range, so that a multiple solid fuel burner is formed.
  • Each solids burner is associated with an independent solids feed and combustion air supply, and each solid fuel burner can be fired independently of the other solid fuel burners.
  • the firing capacity of the multi-purpose solid fuel burner then ranges from the minimum output of one of the solid fuel burners to the maximum output of all arranged solid fuel burners.
  • the control range is thus extended, and all load ranges of an aggregate, to which the hot gas produced in the hot gas generator is supplied, can be covered.
  • a hot gas generator with a burner muffle and a starting burner, which is arranged in a burner plate of the burner muffle, with a feed device for the gas to be heated and with a mixing part, in which the generated combustion gas is mixed with the gas to be heated and which of the burner muffle downstream, a plurality of solid fuel burner, which are arranged coaxially with the starting burner and fixed in the burner plate of the burner muffle.
  • the number of burners can advantageously be adapted to the respective requirements. For example, two, three or four, possibly even more solid fuel burner can be flanged to the burner plate of the burner muffle. Also advantageous equal or different sized burners can be used, that is, burners are arranged with equal or different sized firing capacity.
  • the hot gas generator according to the invention is advantageously carried out in a vertical design and the multiple solid fuel burner is designed and arranged in the burner plate of the burner muffle that the solid fuel burner with its coal dust feed and its reaction chamber into the burner muffle.
  • three solid fuel burner are arranged at the same distance from one another and coaxially with the starting burner guided on a longitudinal axis of the burner muffle and through the burner plate.
  • the burners can also be arranged at a defined angle, such that the flue gases emerging from the burners are guided to the center of the exit of the burner muffle. Since the solids burners are provided for ash-containing fuels, a vertically or obliquely downward leading arrangement is recommended in the burner plate or in the burner muffle of the hot gas generator.
  • a burner muffle which only has to be adapted in its dimensioning of the intended number of solid fuel burners in the burner plate, can be used.
  • the burner muffle may be lined with a refractory material.
  • the burner muffle is surrounded by a feed device for the gas to be heated and the gas to be heated corresponds to the subsequent following mixing part for mixing with the generated combustion gas can be supplied.
  • a perforated jacket device may be arranged, which is designed as a steel combustion chamber and in the axial direction has a plurality of cylindrical and coaxial perforated coats, which form at their transitions annular gaps for the inflow of gas to be heated, and are surrounded by an outer, closed steel jacket to form an annular channel ,
  • LOMA combustion chamber Such a steel sheet chamber is known as LOMA combustion chamber.
  • the pulse burners have outputs between 0.5 and 100 MW and are suitable for arrangement in an upper, end-side burner plate of the burner muffle of the hot gas generator according to the invention, so that a multiple impulse burner is formed.
  • a metering device for a separate control and regulation of each solid fuel burner, a metering device is provided which can supply each solid fuel burner individually and independently of the operation of the adjacent burner with pulverized coal and can approach any desired control point.
  • CT dosing machine for fluidizing, dosing and pneumatic conveying of Carbotechnik Energysysteme GmbH, Geretsried.
  • the metering machine is described in an Internet publication of the aforementioned company and in EP 0 054 018 B1 and EP 0 210 162 B2.
  • the multiple solid fuel burner arrangement according to the invention on or in the burner muffle of a hot gas generator thus makes it possible to produce hot gases, grinding drying plants and other thermal plants in an extraordinarily efficient manner.
  • solid fuels such as lignite dust
  • lignite dust which is much cheaper compared to fuel oil and fuel gases and is also present in sufficient quantity.
  • Fig. 1 is an axial longitudinal section through an inventive
  • Fig. 2 is a plan view along line II-II in Fig. 1st
  • FIG. 1 and 2 show a hot gas generator with a multi-solid fuel burner 10, which consists in this example of three solid fuel burners 3, 4, 5. From FIG. 1 with two solid fuel burners 3, 4 shown, it is clear that each solids burner 3, 4, 5 is assigned a solids feed 6 and a combustion air feed 7 and that the solid burners 3, 4, 5 are arranged in a burner plate 12 of a burner muffle 2.
  • the burner muffle 2 and a downstream mixing part 9 are like the solid fuel burner 3, 4, 5 and a start burner 8 vertically aligned.
  • a solid fuel burner 3 4, 5 are pulse burners for coal dust, such as lignite dust, used which a conically widening reaction chamber 16 with a conically narrowing flame acceleration nozzle 17, an injection lance 18 with Umlenkhaube 19 for injecting fluidized coal dust and a radial Schaufeig itter 25 am Burner head through which combustion air enters the reaction chamber 16, which enters via a lateral inlet opening 7 in an air housing 28 and from here to the radial blade grid 25 and the reaction chamber 16 passes.
  • coal dust such as lignite dust
  • the solid fuel fired impulse burners have a high flame jet velocity and, as shown in FIG. 1, a flame 30 extends through the burner muffle 2 into the mixing part 9.
  • the pulse burners can be switched to gas to maintain operation of subsequent equipment. From Fig. 1 go in addition to the solid feeds 6 gas feeds 27 to the visible here solid or impulse burners 3, 4.
  • the heating and mixing of the combustion gases generated in the multi-solid burner 0 takes place with heated process gas 13, which is supplied via a feed device 11.
  • the feed device 1 surrounds with its radial housing the burner muffle 2, in which the solid fuel burner 3, 4, 5 extend their reaction chamber 16 and the flame acceleration nozzle 17.
  • the burner muffle 2 is lined in this embodiment with a refractory material 15.
  • the refractory lining may also be omitted.
  • a perforated jacket device closes. 20.
  • This perforated jacket device 20 is part of the steel combustion chamber and consists of several cylindrical and coaxial perforated jackets 21 with increasing diameters. Between the individual perforated jackets 21 are annular gaps 22 for the inflow of the heated gas 13 and between the perforated jackets 21 and an outer closed steel jacket 23, an annular channel 24 is formed, in which the heated gas 13 from the feed device 11 and then through the annular gaps 22 and holes of Hole jacket 21 enters the mixing chamber 26.
  • the formed hot gas 14 is discharged via an outlet opening 29.
  • Fig. 2 shows a plan view of the hot gas generator at the level of the burner plate 12 of the burner muffle 2 with the arranged on the circumference of the burner muffle 2 volute casing of the feed device 11 for the gas to be heated.
  • a starting burner 8, which is operated with gas or oil, is arranged in the center of the burner plate 12 and the three solid fuel burners 3, 4, 5 extend coaxially and equidistant from each other and to the starting burner 8 vertically downwards.
  • the solid fuel burners 3, 4, 5 used as impulse burners are also suitable for the combustion of gases. If coal dust is not available in an accident, the pulse burners can be easily converted to natural gas, syngas or blast furnace gas, so that the operation of downstream equipment such as a coal gasification power plant, blast furnace at PCI plants, etc. can be maintained.
  • An essential advantage of the multiple solid fuel burner according to the invention is the expansion of the field of use of hot gas generators with solid fuel burners.
  • a hot gas generator with multiple solid fuel burners offers itself in coal gasification plants as well as in PCI plants in the steel industry and for multicolored metallurgical procedures as well as in general heat technical plants.
  • the synthesis gas produced in the coal gasification can be used advantageously in the energy-producing industry and increasingly in the plastics industry. If, on the other hand, synthesis gas is branched off as energy carrier for the grinding drying, this requires at usual heat outputs between 10 and 30 MW synthesis gas quantities of 3300 m N 3 / h to 10000 m N 3 / h with a calorific value of the synthesis gas of about 11000 kJ / m N 3 . This represents a considerable loss for the intended use.
  • Blast furnace gas from the steel industry is also being used more and more frequently in special power plants to generate electricity.
  • the use of coal dust for hot gas production avoids the use of the above-mentioned gases and other fuels, such as light and heavy oil, natural gas, etc. in hot gas generators and is extremely advantageous in energy and investment terms.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen feststoffgefeuerten Heißgaserzeuger, weicher zur Erweiterung des Regelbereichs mehrere Feststoffbrenner (3, 4, 5) aufweist, welche einen Mehrfach - Feststoffbrenner (10) mit vergrößertem Regelbereich bilden. Jedem Feststoffbrenner ist eine FeststoffZuführung (6) und eine Verbrennungsluftzuführung (7) zugeordnet, und mit Hilfe einer Dosiereinrichtung ist eine separate, dosierte FeststoffZuführung zu jedem Feststoffbrenner gewährleistet. Die Feuerungsleistung des Mehrfach- Feststoffbrenners, welcher insbesondere ein Mehrfach - Impulsbrenner ist, reicht von der Mindestleistung eines der Feststoffbrenner bis zur maximalen Leistung aller Feststoffbrenner, so das eine Regelung aller erforderlichen Lastbereiche eines zu beliefernden Anlagenaggregats abgedeckt ist.

Description

Feststoffgefeuerter Heißqaserzeuger mit erweitertem Regelbereich
Die Erfindung betrifft einen feststoffgefeuerten Heißgaserzeuger mit einem erweiterten Regelbereich, welcher bevorzugt in Mahl-Trocknungsanlagen, beispielsweise zur Aufmahlung fester Brennstoffe, eingesetzt werden kann.
Kohle-Mahlanlagen mit einer Luftstrommühle, beispielsweise einer vertikalen Wälzmühle des LOESCHE-Typs, einer Pendelrollenmühle oder einer Walzenringmühle, in welcher feuchte Rohkohlen unter Zuführung von Heißgas einer Mahl-Trocknung unterzogen und zu Kohlenstaub vermählen wird, mit einem Trennaggregat, beispielsweise einem Filter, in welchem das Kohlenstaub-Gas-Gemisch getrennt wird, und mit einem Heißgaserzeuger zur Erzeugung des Heißgases, welchem ein Teil des Gases als Rückgas wieder zugeführt wird, sind aus der Kohlevergasung, der Roheisen- und Stahlherstellung mit PCI (Pulverized Coal Injection) - Prozessen und aus der Zementindustrie bekannt (DE 40 35 730 C2, Prospekt der LOESCHE GmbH, Düsseldorf,„Loesche - Mühlen für feste Brennstoffe", 01/2008).
Kohlenstaubgefeuerte Heißgaserzeuger werden zudem in der Steine- und Erden- Industrie zur Trocknung von Rohmehl, Schlacken- und Hüttensand und Zement eingesetzt, und auch in der Gips-, Zucker- und Kaliindustrie sind Heißgaserzeuger, welche mit Braunkohlen- oder Steinkohlenstaub befeuert werden, bekannt.
Ein Heißgaserzeuger mit einem Brenner, welcher mit pneumatisch gefördertem Brennstaub, zum Beispiel Steinkohlen- oder Braunkohlenstaub, Biomassestaub oder deren Mischungen, unter Zuführung von Verbrennungsluft befeuert wird, eine aus- trittsseitig am Brenner angeordnete Brennermuffel, eine Zuführung für das aufzuheizende Gas und ein Mischteil, welches der Brennermuffel nachgeschaltet und als Lochmantel (LOMA) mit gestaffelten Zylinderabschnitten ausgebildet ist und mit ei- nem Schutzmantel einen Ringkanal für das aufzuheizende Gas bildet, ist aus DE 197 06 077 A1 bekannt.
Eine Lochmantel-Einrichtung aus Metall zur Einströmung des aufzuheizenden Gases sowie eine Brennermuffel, welche in axialer Richtung wesentlich kürzer als die Lochmanteleinrichtung ausgebildet und mit feuerfestem Material ausgekleidet ist, weist bereits der in DE 42 08 951 A1 beschriebene Heiligaserzeuger auf. Der Brenner ist hier jedoch ein Mehrlanzenbrenner mit einander umgebenden Schwachgas-Verbrennungs- luft-Düsen.
In DE 197 25 613 A1 ist ein Brenner zur Erzeugung heißer Abgase durch Verbrennung von Heizöl oder Heizgas oder Kohlenstaub beschrieben. Der Kohlenstaub wird mit einem gasförmigen Trägermedium, vorzugsweise Luft, transportiert und durch eine Einblaslanze, welche vom Brennerkopf bis zum Punkt des größten Durchmessers eines konischen Reaktionsraumes reicht und am austrittsseitigen Ende mit einer Umlenkhaube versehen ist, in den Reaktionsraum eingeblasen. Die Verbrennungsluft wird über ein radiales Schaufelgitter am kopfseitigen Ende des Reaktionsraums zugeführt. Das Schaufelgitter und ein Teil des Reaktionsraumes sind von einem Luft- sammelgehäuse umgeben, in welchem die Verbrennungsluft beruhigt werden soll und aus welchem die Verbrennungsluft über das Schaufelgitter in den Reaktionsraum gelangt. Der Brenner erzeugt als Folge seines Strömungsbildes einen besonders großen Bereich turbulenter Schwankungsbewegungen. Der Brennstaub wird nach dem Austritt aus der Umlenkhaube bis zu den Luftleitschaufeln zurücktransportiert und von einer wirbelnden, schraubenförmigen Flamme auf ca. 1000°C aufgeheizt und gezündet. Der Flammstrahl hat einen starken Impuls und erzeugt eine sehr schnelle Rezirkulation der Gase.
In der Internet-Veröffentlichung„Impuls-Brenner, System Dr. Schoppe, für Braunkohlenstaub, Heizöl und Gas von 100 kW bis 35 MW" wird der vorstehende Brenner als Impulsbrenner bezeichnet.
Eine Weiterbildung des Impulsbrenners, welcher eine erhöhte Flammstabilität und Flammstrahlgeschwindigkeit für einen Heißgastemperaturbereich von wenigstens 200°C bis 900°C aufweisen soll, ist in DE 102 32 373 B4 beschrieben. Brenner für feste Brennstoffe, welche in Verbindung mit Mischkammern zum Einsatz kommen, weisen einen Regelbereich von maximal 1 :5 auf. Diese technisch begründete Begrenzung des Regelbereichs erschwert oder verhindert den Einsatz von Heißgaserzeugern mit Mischkammern, beispielsweise einer Lochmanteleinrichtung, in verfahrenstechnischen Anlagen, welche höhere Regelbereiche, beispielsweise Regelbereiche bis 1 :10, erfordern. Derartige Regelbereiche können von stark schwankenden Feuchten des zu trocknenden Materials und Veränderungen des Durchsatzes des zu beliefernden Aggregates verursacht werden.
Der Durchsatz einer vertikalen Wälzmühle des LOESCHE - Typs liegt beispielsweise zwischen 100% und 40%. Die Mühle besitzt somit ein Regelverhältnis von 1 :2,5. Wenn ein Mindest-Durchsatz mit einer sehr geringen Feuchte und einer relativ hohen Außentemperatur zusammenfällt, wird nur eine relativ geringe Wärme erforderlich. Ein maximaler Wärmeverbrauch ergibt sich bei einem maximalen Durchsatz, einer maximalen Feuchte des zu vermählenden und zu trocknenden Materials und einer relativ niedrigen Außentemperatur.
Das folgende konkrete Beispiel soll verdeutlichen, dass ein Regelverhältnis von etwa 1 :8 erforderlich ist, um alle„Betriebspunkte" anfahren zu können.
Beispiel: Steinkohle
Max-Fall: Durchsatz = 80 t/h
Feuchtigkeit 15%
Temperatur 5°C
Wärmemenge 49,66x106 kJ/h (13,8 MW)
Min-Fall: Durchsatz 32 t/h
Feuchtigkeit 5%
Temperatur 35°C
Wärmemenge 6,1x106 kJ/h (1 ,695 MW)
Das Regelverhältnis beträgt somit: 49,66 : 6,1 = 1 : 8,14. Das vorgenannte Regelverhältnis von 1 :8,14 wird bisher mit keinem Heißgaserzeuger mit einem Feststoffbrenner erreicht. In Mahl-Trocknungsanlagen zur Vermahlung von Kohle werden deshalb, sofern nicht Abwärme aus dem Prozess selbst zur Verfügung steht, überwiegend Heißgaserzeuger mit einem Gas- oder Ölbrenner eingesetzt. Bei Kohlevergasungsanlagen wird dem Heißgaserzeuger als Brennstoff in der Regel Synthesegas und bei PCI - Anlagen Gichtgas zur Verbrennung zugeführt. Die Kohlen - Mahlanlagen für die Kohlevergasung, PCI - Anlagen und in der Zementindustrie erfordern Regelbereiche von mindestens 1 :8. In der Regel ist ein Regelverhältnis von mindestens 1 :10 für Öl- und Gas gefeuerte Heißgaserzeuger bereits Stand der Technik.
Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, einen feststoffgefeuerten Heißgaserzeuger, insbesondere einen kohlenstaubgefeuerten Heißgaserzeuger, mit einem erweiterten Regelbereich zu schaffen, um Heizöl und Gas durch einen kostengünstigen Brennstoff, beispielsweise Braunkohlenstaub, Steinkohlenstaub etc., ersetzen zu können und auch die wirtschaftlich ineffiziente Verwendung von Synthesegas, Gichtgas etc. zur Herstellung von Heißgasen in Heißgaserzeugern abstellen zu können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 2 gelöst. Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und der Figurenbeschreibung enthalten.
Ein Grundgedanke kann darin gesehen werden, einen Heißgaserzeuger mit mehreren Brennern zu bestücken, um den Regelbereich zu erhöhen.
Gemäß der Erfindung weist ein feststoffgefeuerter Heißgaserzeuger zur Erhöhung beziehungsweise Erweiterung des Regelbereichs mehrere Feststoffbrenner auf, so dass ein Mehrfach-Feststoffbrenner gebildet ist.
Jedem Feststoffbrenner ist eine unabhängige Feststoffzuführung und eine Verbrennungsluftzuführung zugeordnet, und jeder Feststoffbrenner kann unabhängig von den anderen Feststoffbrennern befeuert werden. Die Feuerungsleistung des Mehr- fach-Feststoffbrenners reicht dann von der Mindestleistung eines der Feststoffbrenner bis zu der maximalen Leistung aller angeordneten Feststoffbrenner. Der Regelbereich ist somit erweitert, und alle Lastbereiche eines Aggregates, welchem das im Heißgaserzeuger hergestellte Heißgas zugeführt wird, können abgedeckt werden. In einer bevorzugten Ausbildung weist ein Heißgaserzeuger mit einer Brennermuffel und einem Startbrenner, welcher in einer Brennerplatte der Brennermuffel angeordnet ist, mit einer Zuführungseinrichtung für das aufzuheizende Gas und mit einem Mischteil, in welchem das erzeugte Verbrennungsgas mit dem aufzuheizenden Gas vermischt wird und welches der Brennermuffel nachgeschaltet ist, mehrere Feststoffbrenner auf, welche koaxial zu dem Startbrenner angeordnet und in der Brennerplatte der Brennermuffel befestigt sind.
Die Anzahl der Brenner kann vorteilhaft den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden. Beispielsweise können zwei, drei oder vier, gegebenenfalls auch mehr Feststoffbrenner an der Brennerplatte der Brennermuffel angeflanscht sein. Auch können vorteilhaft gleich oder unterschiedlich große Brenner eingesetzt werden, das heißt, Brenner mit gleich großer oder unterschiedlich großer Feuerungsleistung angeordnet werden.
Der erfindungsgemäße Heißgaserzeuger wird zweckmäßigerweise in senkrechter Bauart ausgeführt und der Mehrfach-Feststoffbrenner ist derart ausgebildet und in der Brennerplatte der Brennermuffel angeordnet, dass die Feststoffbrenner mit ihrer Kohlenstaubzuführung und ihrem Reaktionsraum bis in die Brennermuffel reichen.
Es ist von Vorteil, wenn drei Feststoffbrenner mit gleichem Abstand zueinander und koaxial zu dem auf einer Längsachse der Brennermuffel und durch die Brennerplatte geführten Startbrenner angeordnet sind. Die Brenner können auch unter einem definierten Winkel angeordnet werden, derart, dass die aus den Brennern austretenden Rauchgase auf das Zentrum des Austritts der Brennermuffel geführt werden. Da die Feststoffbrenner für aschehaltige Brennstoffe vorgesehen sind, empfiehlt sich eine vertikal oder schräg abwärts führende Anordnung in der Brennerplatte beziehungsweise in der Brennermuffel des Heißgaserzeugers.
Es ist weiterhin vorteilhaft, dass eine Brennermuffel, welche lediglich in ihrer Dimensionierung der vorgesehenen Anzahl der Feststoffbrenner in der Brennerplatte angepasst werden muss, eingesetzt werden kann. Die Brennermuffel kann mit einem feuerfesten Material ausgekleidet sein.
Außerdem ist es zweckmäßig, wenn die Brennermuffel mit einer Zuführungseinrichtung für das aufzuheizende Gas umgeben ist und das aufzuheizende Gas dem nach- folgenden Mischteil zur Vermischung mit dem erzeugten Verbrennungsgas zugeführt werden kann.
Vorteilhaft kann als Mischteil eine Lochmanteleinrichtung angeordnet sein, welche als Stahlbrennkammer ausgebildet ist und in axialer Richtung mehrere zylindrische und koaxiale Lochmäntel aufweist, welche an ihren Übergängen Ringspalte zur Einströmung von aufzuheizendem Gas bilden, und von einem äußeren, geschlossenen Stahlblechmantel unter Ausbildung eines Ringkanals umgeben sind. Eine derartige Stahlblechkammer ist als LOMA-Brennkammer bekannt.
Als Feststoffbrenner können beispielsweise Impulsbrenner der Firma Carbotechnik Energiesysteme GmbH, Geretsried, vorteilhaft eingesetzt werden, welche vorstehend im Zusammenhang mit DE 197 25 613 A1 und DE 102 32 373 B4 sowie eine Internet-Veröffentlichung dieser Firma bereits beschrieben wurden. Es können jedoch auch andere Feststoffbrenner eingesetzt werden.
Die Impulsbrenner weisen Leistungen zwischen 0,5 und 100 MW auf und eignen sich für die Anordnung in einer oberen, stirnseitigen Brennerplatte der Brennermuffel des erfindungsgemäßen Heißgaserzeugers, so dass ein Mehrfach-Impulsbrenner gebildet ist.
Für eine separate Steuerung und Regelung jedes einzelnen Feststoffbrenners ist eine Dosiereinrichtung vorgesehen, welche jeden Feststoffbrenner einzeln und unabhängig vom Betrieb des benachbarten Brenners mit Kohlenstaub versorgen und jeden gewünschten Regelpunkt anfahren kann.
Besonders geeignet ist die CT-Dosiermaschine zum Fluidisieren, Dosieren und pneumatischen Fördern der Firma Carbotechnik Energiesysteme GmbH, Geretsried.
Die Dosiermaschine ist in einer Internet-Veröffentlichung der vorgenannten Firma und in EP 0 054 018 B1 und EP 0 210 162 B2 beschrieben.
Der erweiterte beziehungsweise erhöhte Regelbereich des erfindungsgemäßen Heißgaserzeugers mit einem Mehrfach-Feststoffbrenner beziehungsweise einem Mehrfach-Impulsbrenner soll nachstehend anhand des eingangs beschriebenen Beispiels weiter erläutert werden. In diesem Beispiel war eine maximale Wärmemenge von 13,8 MW erforderlich. Aus verfahrenstechnischen Gründen und unter dem Aspekt der Einbindung der Brenner in die Brennermuffel wird eine Anzahl von drei Feststoffbrennern als optimale Anordnung gewählt. Jeder Feststoffbrenner hat dann eine Leistung von 4,6 MW zu bringen. Bei einem Regelbereich eines einzelnen Feststoffbrenners von 1 :4 ergibt sich eine minimale Leistung von 1 ,15 MW. Somit wird die erforderliche Wärmemenge von 1 ,695 MW sogar unterschritten und der Regelbereich eines einzigen Feststoffbrenners von 1 :4 auf einen Regelbereich des erfindungsgemäßen Mehrfachbrenners mit drei Feststoffbrennern auf 1 :12 erweitert.
Je nach Wärmebedarf kann nur ein Feststoffbrenner der Mehrfach - Brenneranordnung oder es können zwei oder alle drei Brennstoffbrenner in Betrieb gesetzt werden. Das Gesamtregelverhältnis liegt dann für den Heißgaserzeuger mit drei Feststoffbrennern bei 1 :12.
Einen derartigen Wert erreicht man auch nur in Ausnahmefällen bei Gasbrennern.
Die erfindungsgemäße Mehrfach-Feststoffbrenner-Anordnung an beziehungsweise in der Brennermuffel eines Heißgaserzeugers ermöglicht somit in außerordentlich effizienter Weise die Herstellung von Heißgasen, Mahl-Trocknungsanlagen und anderen thermischen Anlagen. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz von festen Brennstoffen, beispielsweise Braunkohlenstaub, welcher im Vergleich zu Heizöl und Brenngasen wesentlich kostengünstiger ist und außerdem in ausreichender Menge vorhanden ist. Bei der Verwendung von Gichtgas oder Synthesegas zur Herstellung von Heißgasen für Trocknungszwecke, insbesondere in Kohle-Mahlanlagen, kann eine Substitution mit Kohlenstaub vorgenommen werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Figurenbeschreibung weiter erläutert; In dieser zeigen in einer stark schematisierten Darstellung:
Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Heißgaserzeuger mit einem Mehrfach-Feststoffbrenner und
Fig. 2 eine Draufsicht nach Linie II-II in Fig. 1.
Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Heißgaserzeuger mit einem Mehrfach-Feststoffbrenner 10, welcher in diesem Beispiel aus drei Feststoffbrennern 3, 4, 5 besteht. Aus Fig. 1 mit zwei dargestellten Feststoffbrennern 3, 4 geht hervor, dass jedem Feststoffbrenner 3, 4, 5 eine Feststoffzuführung 6 und eine Verbrennungsluftzuführung 7 zugeordnet ist und dass die Feststoffbrenner 3, 4, 5 in einer Brennerplatte 12 einer Brennermuffel 2 angeordnet sind. Die Brennermuffel 2 und ein nachgeschaltetes Mischteil 9 sind wie die Feststoffbrenner 3, 4, 5 und ein Startbrenner 8 vertikal ausgerichtet.
Als Feststoffbrenner 3, 4, 5 sind Impulsbrenner für Kohlenstaub, beispielsweise Braunkohlenstaub, eingesetzt, welche einen sich konisch erweiternden Reaktionsraum 16 mit einer sich konisch verengenden Flammbeschleunigungsdüse 17, eine Einblaslanze 18 mit Umlenkhaube 19 zum Einblasen von fluidisiertem Kohlenstaub und ein radiales Schaufeig itter 25 am Brennerkopf aufweist, durch welches Verbrennungsluft in den Reaktionsraum 16 gelangt, wobei diese über eine seitliche Eintrittsöffnung 7 in ein Luftgehäuse 28 eintritt und von hier zum radialen Schaufelgitter 25 und den Reaktionsraum 16 gelangt.
Die mit festen Brennstoffen befeuerten Impulsbrenner weisen eine hohe Flammstrahlgeschwindigkeit auf, und eine Flamme 30 reicht, wie Fig. 1 zeigt, durch die Brennermuffel 2 bis in das Mischteil 9.
Wenn kein fester Brennstoff zur Verfügung steht, können die Impulsbrenner auf Gas umgestellt werden, um den Betrieb nachfolgender Anlagen aufrechterhalten zu können. Aus Fig. 1 gehen neben den Feststoffzuführungen 6 Gaszuführungen 27 an den hier sichtbaren Feststoff- beziehungsweise Impulsbrennern 3, 4 hervor.
In dem Mischteil 9 erfolgt die Erhitzung und Vermischung der im Mehrfach- Feststoffbrenner 0 erzeugten Verbrennungsgase mit aufzuheizendem Prozessgas 13, welches über eine Zuführungseinrichtung 11 zugeführt wird.
Die Zuführungseinrichtung 1 umgibt mit ihrem Radialgehäuse die Brennermuffel 2, in welche die Feststoffbrenner 3, 4, 5 ihrem Reaktionsraum 16 und der Flammbeschleunigungsdüse 17 hineinreichen.
Die Brennermuffel 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einem feuerfesten Material 15 ausgekleidet. Die feuerfeste Auskleidung kann auch entfallen. An die Brennermuffel 2 schließt sich austrittsseitig und damit gegenüber der Mehrfach-Feststoff- Brenneranordnung 10 in der Brennerplatte 12 als Mischteil 9 eine Lochmanteleinrich- tung 20 an. Diese Lochmanteleinrichtung 20 ist Teil der Stahlbrennkammer und besteht aus mehreren zylindrischen und koaxialen Lochmänteln 21 mit sich vergrößernden Durchmessern. Zwischen den einzelnen Lochmänteln 21 sind Ringspalte 22 zur Einströmung des aufzuheizenden Gases 13 und zwischen den Lochmänteln 21 und einem äußeren geschlossenen Stahlblechmantel 23 ist ein Ringkanal 24 ausgebildet, in welchen das aufzuheizende Gas 13 aus der Zuführungseinrichtung 11 und danach über die Ringspalten 22 und Löcher der Lochmantel 21 in den Mischraum 26 gelangt. Das gebildete Heißgas 14 wird über eine Austrittsöffnung 29 abgeführt.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht des Heißgaserzeugers in Höhe der Brennerplatte 12 der Brennermuffel 2 mit dem am Umfang der Brennermuffel 2 angeordneten Spiralgehäuse der Zuführungseinrichtung 11 für das aufzuheizende Gas. Ein Startbrenner 8, welcher mit Gas oder Öl betrieben wird, ist im Zentrum der Brennerplatte 12 angeordnet und die drei Feststoffbrenner 3, 4, 5 erstrecken sich koaxial und mit gleichem Abstand zueinander und zu dem Startbrenner 8 vertikal nach unten.
Die als Impulsbrenner eingesetzten Feststoffbrenner 3, 4, 5 eignen sich auch zur Verbrennung von Gasen. Wenn in einem Störfall kein Kohlenstaub zur Verfügung steht, können die Impulsbrenner problemlos auf Erdgas, Synthesegas oder Gichtgas umgestellt werden, so dass der Betrieb der nachfolgenden Anlagen, beispielsweise eines Kraftwerks bei der Kohlevergasung, eines Hochofens bei PCI-Anlagen etc. aufrechterhalten werden kann.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Mehrfach-Feststoffbrenners besteht in der Erweiterung des Einsatzbereiches von Heißgaserzeugern mit Feststoffbrennern.
Der Einsatz eines Heißgaserzeugers mit Mehrfach-Feststoffbrennern, insbesondere Mehrfach-Impulsbrennern, bietet sich in Kohlevergasungsanlagen sowie in PCI- Anlagen in der Stahlindustrie und für buntmetallurgische Verfahren sowie in allgemeinen wärmetechnischen Anlagen an. Dadurch kann das bei der Kohlevergasung produzierte Synthesegas vorteilhaft in der Energie produzierenden Industrie und zunehmend in der Kunststoff Industrie genutzt werden. Wenn dagegen Synthesegas als Energieträger für die Mahl-Trocknung abgezweigt wird, erfordert dies bei üblichen Wärmeleistungen zwischen 10 und 30 MW Synthesegasmengen von 3300 mN 3/h bis 10000 mN 3/h bei einem Heizwert des Synthesegases von ca. 11000 kJ/mN 3. Dies stellt einen beachtlichen Verlust für die vorgesehene Verwendung dar. Gichtgas aus der Stahlindustrie wird inzwischen ebenfalls immer häufiger in speziellen Kraftwerken zur Stromerzeugung genutzt. Die Nutzung von Kohlenstaub für die Heißgaserzeugung vermeidet die Verwendung von oben genannten Gasen und anderen Brennstoffen, wie Leicht- und Schweröl, Erdgas etc. in Heißgaserzeugern und ist außerordentlich vorteilhaft in energie- und investitionstechnischer Hinsicht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Feststoffgefeuerter Heißgaserzeuger mit einem erweiterten Regelbereich, dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Feststoffbrenner (3, 4, 5) angeordnet sind und ein Mehrfach- Feststoffbrenner (10) gebildet ist,
dass jedem Feststoffbrenner (3, 4, 5) eine unabhängige Feststoffzuführung (6) und Verbrennungsluftzuführung (7) zugeordnet ist und
dass die Feuerungsleistung des Mehrfach-Feststoffbrenners (10) von der Mindestleistung eines Feststoffbrenners bis zur maximalen Leistung aller Fest- stoffbrenner (3, 4, 5) regelbar ist und alle erforderlichen Lastbereiche des nachfolgenden Anlageaggregats abdeckt.
2. Heißgaserzeuger nach Anspruch 1,
mit einer Brennermuffel (2) und einem Startbrenner (8), welcher in einer Brennerplatte (12) der Brennermuffel (2) angeordnet ist,
mit einer Zuführungseinrichtung ( ) für aufzuheizendes Gas (13) und mit einem der Brennermuffel (2) nachgeschalteten Mischteil (9), in welchem das erzeugte Verbrennungsgas mit dem aufzuheizenden Gas (13) vermischt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Feststoffbrenner (3, 4, 5) koaxial zu dem Startbrenner (8) angeordnet und in der Brennerplatte (12) der Brennermuffel (2) befestigt sind.
3. Heißgaserzeuger nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass gleich große oder unterschiedlich große Feststoffbrenner (3, 4, 5) einen Mehrfach-Feststoffbrenner (10) bilden.
4. Heißgaserzeuger nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass drei Feststoffbrenner (3, 4, 5) mit einem gleichen Winkelabstand zueinander und mit einem gleichen radialen Abstand zu dem Startbrenner (8) in der Brennerplatte (12) angeordnet sind.
5. Heißgaserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Feststoffbrenner (3, 4, 5) unter einem definierten Winkel zur Längsachse der Brennermuffel (2) angeordnet sind.
6. Heißgaserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Dosiereinrichtung für eine separate, dosierte Feststoffzuführung zu jedem Feststoffbrenner (3, 4, 5) vorgesehen ist.
7. Heißgaserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass den Feststoffbrennern (3, 4, 5) staubförmiger Brennstoff, insbesondere Kohlenstaub oder Biomassestaub, in fluidisierter Form zuführbar ist.
8. Heißgaserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Feststoffbrenner (3, 4, 5) Impulsbrenner, insbesondere für Steinkohlenstaub, Braunkohlenstaub, Petrolkoksstaub, Biomassestaub sowie Staubmischungen, angeordnet sind, welche jeweils einen sich konisch erweiternden Reaktionsraum (16), gegebenenfalls mit einer sich konisch verengenden Flammbeschleunigungsdüse (17), sowie eine Einblaslanze (18) mit Umlenkhaube (19) für den fluidisierten staubförmigen Brennstoff und ein radiales Schaufelgitter (25) zur Zuführung von Verbrennungsluft aufweisen.
9. Heißgaserzeuger nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die als Feststoffbrenner (3, 4, 5) eingesetzten Impulsbrenner auf Gas umstellbar und beispielsweise mit Erdgas, Synthesegas oder Gichtgas betreibbar sind.
10. Heißgaserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Mischteil (9) eine Lochmanteleinrichtung (20) (LOMA) mit mehreren zylindrischen und koaxialen Lochmänteln (21), mit Ringspalten (22) zwischen den Lochmänteln (21) und mit einem Ringkanal (24) zwischen den Lochmänteln (21) und einem äußeren, geschlossenen Stahlblechmantel (23) angeordnet ist.
11. Heißgaserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
die Verwendung in Kohlevergasungsanlagen, PCI-Anlagen in der Stahlindustrie und bei buntmetallurgischen Verfahren, in der Zementindustrie und in allgemein wärmetechnischen Anlagen.
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