WO2014206396A2

WO2014206396A2 - Brennerlanze und verfahren zum betreiben einer brennerlanze für industrielle thermoprozesse, insbesondere für die kohlevergasungsprozesse

Info

Publication number: WO2014206396A2
Application number: PCT/DE2014/100177
Authority: WO
Inventors: Hendrik Rahms; Mike HOFMAN; Ahmad Al-Halbouni; Bachir CHALH-ANDREAS
Original assignee: Brinkmann Industrielle Feuerungssysteme Gmbh
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2014-12-31
Also published as: WO2014206396A3; DE202014102398U1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennerlanze für industrielle Thermoprozesse, insbesondere für die Kohlevergasung, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennerlanze. Erfindungsgemäß ist eine Düsenkombination für die Zufuhr von Brennstoff (4) und Oxidator (9) vorgesehen mit einer Ringspaltdüse (2), die im Querschnitt als Lavaldüse ausgestaltet ist, einer Querschnittsverengung sowie einem konvergenten und einem divergenten Bereich und einer weiteren Düse (8), die die Ringspaltdüse (2) koaxial durchgreift.

Description

Brennerlanze und Verfahren zum Betreiben einer Brennerlanze für industrielle Thermoprozesse, insbesondere für die Kohleverqasunqsprozesse

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennerlanze für industrielle Thermoprozesse, insbesondere für die Kohlevergasung, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennerlanze.

Bei derartigen Thermoprozessen handelt es sich üblicherweise um thermische Zersetzungsverfahren zur Erzeugung von Synthesegasen in Hochdruckgefäßen bei hohen Temperaturen, wie z. B. bei Kohlevergasungsprozessen, oder auch um Ver- arbeitungs- und Herstellungsverfahren von Eisen, Stahl, Aluminium, Kalk oder Kupfer, was regelmäßig einen hohen Energieverbrauch erfordert. Darüber hinaus können die Brennerlanze und das Verfahren zum Betreiben der Brennerlanze auch bei Prozessen der chemischen Industrie eingesetzt werden.

Eine Brennerlanze wird bei den vorgenannten Anwendungen besonders hohen Belastungen ausgesetzt. Insbesondere sind sehr hohe schwankende absolute Umgebungsdrücke zu nennen, die beispielsweise vom Vakuum bis 50 bar betragen können. Zudem werden die Brennerlanzen auch sehr hohen Temperaturen und thermischen Belastungen ausgesetzt sowie in inerten Atmosphären eingesetzt. Ein Einsatzgebiet der Brennerlanzen ist beispielsweise die Kohlevergasung. Bei der Kohlevergasung wird die Energie eines festen Brennstoffs unter hohem Druck und hoher Temperatur in ein brennbares Gas umgewandelt. Als Vergasungsmittel werden ein Sauerstoff-Dampfgemisch, reiner Sauerstoff oder Luft verwendet. Es laufen allotherme Reaktionen ab, deren Ergebnis ein Synthesegasgemisch ist, überwiegend bestehend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Weitere Komponenten sind

Kohlendioxid, Wasserdampf und Methan. Außerdem enthält das Synthesegasgemisch Störstoffe und Schadstoffe. Deshalb wird dieses je nach Anwendungsfall zunächst abgekühlt, entstaubt und entschwefelt, sowie einer Gaswäsche zum Entzug der Stör- und Schadstoffe unterzogen. Herkömmliche Feuerungssysteme zum Anfahren eines Reaktors zur Kohlevergasung bestehen hauptsächlich aus einem (Start-)Brenner (Brennerlanze), einem zugehörigen separaten Zündbrenner (Zündlanze), deren Medienanschlüssen, Vorrichtungen zur Flammenüberwachung, einer Regelung und einer elektrischen Steuerung. Bei den bekannten Systemen wird der Brenner in eine inerte, stickstoffhaltige Atmosphäre des Reaktors eingefahren und durch eine separat eingefahrene Zündlanze sicher gezündet. Die Verbrennung liefert die erforderliche thermische Energie und überführt eine Reaktoratmosphäre bei steigendem Druck in einen für die Kohlevergasung erforderlichen Zustand (1300°C bis 1500° C bei 15 bar bis 30 bar).

Nachteilig an herkömmlichen Brennerlanzen ist, dass die Brennerlanzen regelmäßig nur mit einem bestimmten Brennstoff in einem bestimmten Aggregatzustand betreibbar sind und daher der Energieeintrag begrenzt ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennerlanze der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Brennerlanze für gasförmige, flüssige und feste Brennstoffe verwendbar ist und insbesondere solche Brennstoffe auf Überschallgeschwindigkeit zu beschleunigen, um den Energieeintrag zu erhöhen. Ferner soll auch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennerlanze angegeben werden, mit dem sich der Energieeintrag für den Verbrennungsprozess steigern lässt.

Diese Aufgaben werden durch eine Brennerlanze und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden. Die erfindungsgemäße Brennerlanze für industrielle Thermoprozesse weist eine Düsenkombination für die Zufuhr von Brennstoff und Oxidator auf mit

a) einer Ringspaltdüse, die im Querschnitt als Lavaldüse ausgestaltet ist, einer Querschnittsverengung sowie einem konvergenten und einem divergenten Bereich und

b) einer weiteren Düse, die die Ringspaltdüse koaxial durchgreift.

Mit anderen Worten, die Brennerlanze weist eine im Querschnitt lavalförmige Ringspaltdüse und eine in der Ringspaltdüse zentral angeordnete Düse auf. Eine derartige Brennerlanze wird - neben den oben erwähnten Kohlevergasungsprozessen - insbesondere für Verarbeitungs- und/oder Herstellungsverfahren von Eisen, Stahl, Aluminium, Kalk oder Kupfer eingesetzt. Darüber hinaus kann die Brennerlanze auch für Prozesse der chemischen Industrie verwendet werden. Die besondere Form der erfindungsgemäßen Brennerlanze ermöglicht den Betrieb sowohl im Überschall-, im Unterschall- und/oder im schallnahen Bereich. Zur Erzielung einer Überschall- strömung weist die Ringspaltdüse kurz vor dem Austritt zunächst eine Querschnittsverengung gefolgt von einer Querschnittserweiterung bis zum Austritt auf. Durch die Kombination der Ringspaltdüse und der zentral in ihr angeordneten Düse können nicht nur gasförmige, sondern auch flüssige und feste Brennstoffe auf Über- schallströmung beschleunigt werden, was den Energieeintrag in dem Verbrennungs- prozess deutlich erhöht.

Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend und in den Unteransprüchen beschrieben.

Nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dient die Ringspaltdüse der Zufuhr von Brennstoff und die weitere Düse der Zufuhr des Oxidators. Eine umgekehrte Zuordnung ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ebenfalls vorgesehen.

Vorzugsweise besitzt der divergente Bereich der Ringspaltdüse eine kegelförmige Mantelfläche mit einem Öffnungswinkel α gegen die Längsachse A von 4,5°± 0,5°. Mit anderen Worten, der Ausbreitungswinkel der Querschnittserweiterungskontur der Ringspaltdüse entspricht bevorzugt dem Ausbreitungswinkel der Lavaldüsen-Aus- breitungskontur.

Der Ringspaltabstand S an der engsten Stelle der Ringspaltdüse beträgt vorzugsweise 1 % bis 25 % des Innendurchmessers der Ringspaltdüse D an dieser Stelle. Für das Verhältnis S/D gilt mithin 0,01 < S/D < 0,25 an der engsten Stelle der Ringspaltdüse.

Eine typische Brennerlanze weist vorzugsweise eine Länge von 2.000 bis 10.000 mm (Millimeter) und einen Durchmesser von 100 bis 1 .000 mm (Millimeter) auf und besteht im Wesentlichen aus Zuführleitungen und Rohren aus Metall.

Die Ringspaltdüse und die Brennstoffdüse bestehen ebenfalls bevorzugt aus Metall und sind regelmäßig an einem längsseitigen Ende der Brennerlanze (Stirnseite), beispielsweise koaxial oder exzentrisch zu einer Längsachse der Brennerlanze, angeordnet. Darüber hinaus weist die Ringspaltdüse quer zur Längsachse der Brennerlanze bevorzugt einen im Wesentlichen runden Querschnitt mit einem Durchmesser von bevorzugt 50 mm bis 500 mm (Millimeter) und eine Düsenlänge in Richtung der Längsachse der Brennerlanze von bevorzugt 100 mm bis 1 .000 mm (Millimeter) auf.

An den bekannten Systemen hat sich weiterhin als nachteilig erwiesen, dass die Reaktorwand mehrere Öffnungen zur Einführung der Brennerlanze, des Zündbrenners und der weiteren Überwachungssysteme besitzt. Dies führt insbesondere bei Reaktoren, die unter hohem Betriebsdruck stehen, zu einem hohen Aufwand zur Abdichtung der Öffnungen der Reaktorwand, hohen Herstellungskosten und mithin hohen Betriebskosten. Um diese Nachteile zu beheben, weist die Brennerlanze vorzugsweise eine Aufnahme für eine Zündvorrichtung zur Zündung des Brennstoff- Oxidator-Gemisches auf. Bei der Aufnahme handelt es sich insbesondere um eine Bohrung, die sich vorzugsweise parallel zur Längsachse der Brennerlanze erstreckt. Die Aufnahme weist dabei bevorzugt einen Durchmesser von 50 bis 200 mm (Millimeter) auf. Darüber hinaus dient die Aufnahme der Führung und/oder Befestigung der Zündvorrichtung. Die Zündvorrichtung besteht bevorzugt aus einer Glühkerze mit einer bevorzugten Hitzebeständigkeit von bis zu 2000°C. Durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung der Brennerlanze kann eine Zündvorrichtung von außerhalb eines Behandlungsraums, beispielsweise eines Reaktors, durch dieselbe Wandöffnung in den Behandlungsraum eingeführt werden, wie der Brenner. Somit wird für die Brennerlanze und die Zündvorrichtung nur eine einzige Wandöffnung in der Wand des Behandlungsraums benötigt, wobei klarzustellen ist, dass ein thermischer Behandlungsraum, beispielsweise ein Reaktor, eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Brennerlanzen mit einer entsprechenden Mehrzahl von Wandöffnungen aufweisen kann.

Darüber hinaus ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Zündvorrichtung innerhalb der Brennerlanze verfahrbar ist. Beispielsweise kann die Zündvorrichtung zum Zünden des Brennstoff-Oxidator-Gemisches von einer Parkposition in eine Arbeitsposition und im Anschluss wieder in die Parkposition verfahrbar sein, wobei eine Distanz zwischen der Arbeitsposition und der Parkposition bevorzugt 50 bis 500 mm (Millimeter), besonders bevorzugt 100 bis 1 .000 mm (Millimeter) beträgt. Bevorzugt weist die Zündvorrichtung hierzu einen (elektrischen oder pneumatischen) Antrieb auf. Durch diese Ausgestaltung kann die Zündvorrichtung im Inneren der Brennerlanze besonders vorteilhaft vor der aggressiven Atmosphäre eines thermischen Ofens einer Thermoprozessanlage durch Sperrmedium (z. B. Stickstoff) geschützt werden.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Zündvorrichtung in die Brennerlanze integriert ist. Dies bedeutet insbesondere, dass die Zündvorrichtung kein separates (äußeres bzw. außen angebrachtes) Bauteil darstellt, sondern fest mit der Brennerlanze verbunden bzw. in der Brennerlanze aufgenommen ist. Somit weist die Brennerlanze mit der Zündvorrichtung eine besonders kompakte Bauweise auf.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind im Kopf der Lanze Vorrichtungen zur Flammenüberwachung, zur Temperaturüberwachung und/oder zur Flammenaufnahme vorgesehen. Dabei besitzt die Flammenüberwachung vorzugsweise einen UV/IR-Sensor und ist innerhalb der Brennerlanze integriert. Demgegenüber ist die Vorrichtung zur Flammenaufnahme vorzugsweise eine Kamera.

Bei dem Brennstoff kann es sich um einen flüssigen, gasförmigen oder festen Brennstoff handeln. Insbesondere kommen (Leicht-)ÖI und/oder Erdgas zum Einsatz. Die Brennerlanze ist bevorzugt für Brennstoffmassenströme von bis zu 5.000 Kilogramm pro Stunde (oder circa 50 Megawatt) ausgelegt. Bei dem Oxidator handelt es sich bevorzugt um reinen Sauerstoff, Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft.

Vorzugsweise weist die Brennerlanze einen äußeren Kühlmantel, vorzugsweise aus mehreren Kühlsegmenten auf, mit dem die Brennerlanze durch ein Kühlmittel zumindest teilweise kühl bar ist. Bei dem Kühlmittel handelt es sich bevorzugt um Wasser oder Stickstoff. Allerdings ist auch vorgesehen, dass die Brennerlanze ohne eine innere Zusatzkühlung auskommt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Zündvorrichtung durch einen Antrieb und einen Kolben zwischen einer Parkposition und einer Arbeitsposition relativ zur Düse verfahrbar ist. Der pneumatische oder elektrische Antrieb wird auf einer Mantelfläche der Brennerlanze positioniert und mit entsprechenden Armaturen (bevorzugt Gewindestange, Federn, Kolben, Dichtungen und/oder elektrische Leitungen) versehen, welche eine Vorwärts- und Rückwärts-Bewegung der Zündvorrichtung durch den Kolben ermöglichen.

Ferner ist die Zündvorrichtung vorteilhafterweise zumindest teilweise von einem Isolator umgeben. Bei dem Isolator handelt es sich bevorzugt um ein (fest eingebautes) Keramikrohr. Der Isolator hat die Aufgabe, die Zündvorrichtung und den Kolben thermisch zu isolieren.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn der Kolben zumindest eine Dichtung aufweist, wobei die Dichtung mit dem Kolben verfahrbar ist und wobei die Dichtung ein zumindest teilweises Umströmen der Zündvorrichtung und des Kolbens mit einem inerten Gas, vorzugsweise Stickstoff, Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, in der Parkposi- tion der Zündvorrichtung erlaubt und ein zumindest teilweises Umströmen der Zündvorrichtung mit dem inerten Gas in der Arbeitsposition der Zündvorrichtung verhindert. Klarzustellen ist hier, dass in der Parkposition der Zündvorrichtung die Dichtung bevorzugt ein Einströmen des Gases in einen Behandlungsraum, insbesondere über die Aufnahme, erlaubt. Ferner ist klarzustellen, dass in der Arbeitsposition der Zündvorrichtung die Dichtung das Einströmen des Gases in den Behandlungsraum, insbesondere über die Aufnahme, verhindert.

Einem weiteren Aspekt der Erfindung folgend wird auch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennerlanze für industrielle Thermoprozesse vorgeschlagen, das zumindest die folgenden Schritte aufweist:

a) Bereitstellen der Brennerlanze im Bereich einer Wandöffnung eines

Behandlungsraums;

b) Verfahren einer Zündvorrichtung der Brennerlanze hin zu einer Aufnahme der Brennerlanze in eine Arbeitsposition;

c) Aktivieren der Zündvorrichtung;

d) Zuführen eines flüssigen, gasförmigen oder festen Brennstoffs und eines Oxida- tors über die Düsen der Brennerlanze in den Behandlungsraum;

e) Zünden eines Gemisches aus Brennstoff und Oxidator durch die Zündvorrichtung; und

f) Verfahren der Zündvorrichtung weg von der zentralen Aufnahme der Düse in eine Parkposition.

Bei dem thermischen Behandlungsraum handelt es sich insbesondere um einen Reaktor, der bei Prozessen der chemischen Industrie und/oder der Kohlevergasung eingesetzt wird. Bezüglich der Ausgestaltung der Brennerlanze und ihrer Komponenten wird auf die Beschreibung der erfindungsgemäßen Brennerlanze verwiesen. Zum Anfahren beziehungsweise Starten eines thermischen Prozesses in einem thermischen Behandlungsraum wird die Brennerlanze zunächst im Bereich einer Wandöffnung des thermischen Behandlungsraums bereitgestellt. Anschließend wird die Zündvorrichtung der Brennerlanze bevorzugt parallel zu der Längsachse der Brennerlanze hin zu einer zentralen Aufnahme einer Düse der Brennerlanze in eine Arbeitsposition verfahren und anschließend aktiviert. Dann werden der Brennstoff und der Oxidator bevorzugt über eine Mehrzahl von Düsenbohrungen der Düse der Brennerlanze in den Behandlungsraum zugeführt. Hierbei wird das Gemisch aus Brennstoff und Oxidator durch die Zündvorrichtung gezündet und die Zündvorrichtung nach dem Zünden des Gemisches weg von der zentralen Aufnahme der Düse, bevorzugt parallel zu der Längsachse der Brennerlanze, in eine Parkposition verfahren.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn nach Schritt f) über die zentrale Aufnahme ein Sperrfluid ausgeleitet wird. Bei diesem Sperrfluid handelt es sich bevorzugt um Stickstoff, mit dem ein Austreten einer Atmosphäre aus dem Behandlungsraum durch die Wandöffnung verhindert wird.

Die Hauptvorteile dieser Erfindung sind:

Es wird eine kombinierte Brennerlanze für energieintensive Industrieprozesse bestehend aus mehreren Systemkomponenten zur Führung von Brennstoff, Oxidator, Sperr- und Kühlmittel sowie Zündungs-, Überwachungs- und Temperatureinrichtungen angegeben.

Mittels der speziellen Ringspaltdüse können sowohl flüssige, gasförmige und sogar feste Brennstoffe mit dem Oxidator vermischt und auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden. Dadurch wird die Energieumsetzung deutlich höher als bei konventionellen Brennern.

Der Lanzenkopf ist wassergekühlt und auswechselbar.

Sichere Zündung unter atmosphärischen Bedingungen in inerter Atmosphäre sowie unter hohem Druck wird gewährleistet.

Sicherer Betrieb bei Vakuum und hohen Drücken ist möglich.

Die Brennerlanze ist auch für die aggressiven Verbrennungsgase bei den hohen Temperaturen und Drücken der energieintensiven Anwendungen geeignet.

Es wird eine hohe Effizienz des Feuerungssystems aus feuerungstechnischer Sicht (Zündung, Mischung, Verbrennung und Wärmeübertragung) sowie aus wirtschaftlicher Sicht (Brennstoff- und Betriebskosten) erzielt. Eine Emissionsreduzierung der umweltschädigenden Konzentrationen im Abgas ist bis weit unter die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte möglich.

Es ergibt sich eine einfache Handbarkeit und eine Verringerung der Herstellungsund Betriebskosten.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Zeichnungen besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Dabei sind gleiche Bauteile in den Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 : eine Brennerlanze mit einer Zündvorrichtung in einer Parkposition, Fig. 2: die Brennerlanze mit der Zündvorrichtung in einer Arbeitsposition, Fig. 3: die Stirnseite der Brennerlanze und

Fig. 4: den Querschnitt einer Ringspaltdüse.

Die Fig. 1 zeigt eine Brennerlanze 1 in einer schematischen Schnittdarstellung, die durch eine Wandöffnung 23 einer Wand 25 eines thermischen Behandlungsraums 22 in den Behandlungsraum 22 ragt. Der thermische Behandlungsraum 22 ist in Fig. 1 nur teilweise dargestellt. Die Brennerlanze 1 besitzt eine Ringspaltdüse 2 für den Oxidator 9 und eine in der Ringspaltdüse zentral angeordnete Düse 8 für den Brennstoff 4. Die Ringspaltdüse 2 für den Oxidator 9 ist im vorderen Teil - nahe an der Austrittsöffnung - verengt ausgestaltet und weist die Form einer Lavaldüse auf. Über die Ringspaltdüse 2 wird der Oxidator 9 und über die Düse 8 wird der Brennstoff 4 über (hier nicht dargestellte) Quellen zugeführt.

Die Brennerlanze 1 weist darüber hinaus eine Aufnahme 5 für eine Zündvorrichtung 6 für das Gemisch aus dem Brennstoff 4 und dem Oxidator 9 auf. Die Aufnahme 5 ist als Durchgangsbohrung ausgebildet und erstreckt sich vorzugsweise parallel zu der Längsachse der Brennerlanze 1 . Die Zündvorrichtung 6 ist an einem längsseitigen Ende eines Kolbens 12 montiert und kann durch den Antrieb 13 vorwärts und rückwärts gefahren werden. Der Antrieb 13 befindet sich außerhalb der Brennerlanze 1 . Der Kolben 12 weist eine Dichtung 19 auf, welche insbesondere durch eine

Schweißverbindung, befestigt ist. Der Kolben 12 wird von einem Isolator 16 umgeben, der in diesem Ausführungsbeispiel als Keramikrohr ausgebildet ist. Zwischen dem Kolben 12 und dem Isolator 16 ist ein dritter Ringspalt 17 ausgebildet, durch den ein Sperrfluid 18 leitbar ist. Die Zündvorrichtung 6 ist mit dem Kolben 12, der Dichtung 19 und dem Isolator 16 parallel zu der Längsachse durch einen Antrieb 13 verfahrbar, wobei die Zündvorrichtung 6 in Fig. 1 in einer Parkposition gezeigt wird. Darüber hinaus ist - vorzugsweise an der Stirnseite 26 der Brennerlanze 1 - eine Überwachungsvorrichtung 20 und eine Temperaturüberwachungseinrichtung bzw. Kamera zur Flammenaufnahme 20' vorgesehen, sodass eine Flamme der Brennerlanze 1 mit der Überwachungsvorrichtung 20 durch die Wandöffnung 23 überwacht werden kann. Darüber hinaus wird die Brennerlanze 1 radial außen von einem Kühlmantel 10 umgeben, über den ein Kühlmittel 1 1 zuführbar ist.

Fig. 2 zeigt die Brennerlanze 1 der Fig. 1 , wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Es wird daher im Folgenden nur auf die Unterschiede zur Fig. 1 eingegangen. In Fig. 2 befindet sich die Zündvorrichtung 6 im Unterschied zur Fig. 1 in einer Arbeitsposition. Die Zündvorrichtung 6 mit dem Kolben 12 ist durch den Antrieb 13 parallel zu der Längsachse zwischen der Parkposition und der Arbeitsposition relativ zu der Brennerlanze 1 verfahrbar. Hierbei bewegt sich die Dichtung 19 mit dem Kolben 12 mit, wobei die Dichtung 19 durch den Isolator 16 geführt wird. In der Arbeitsposition ist durch die Zündvorrichtung 6 eine Zündquelle generierbar, so dass ein Gemisch aus Brennstoff 4 und Oxidator 9 in dem Behandlungsraum 22 entzündbar ist.

Fig. 3 zeigt die Stirnseite 26 der Brennerlanze 1 mit der Ringspaltdüse 2 für den Oxidator 9 und der Brennstoffdüse 8 für den flüssigen oder gasförmigen oder festen Brennstoff 4. Die Ringspaltdüse weist im Wesentlichen eine der Lavaldüse entsprechende Außenkontur 7 und eine (hier nicht dargestellte) Querschnittsverengung kurz vor dem Austritt auf. Darüber hinaus ist der Ringspalt 17 mit der Zündvorrichtung 6 zu erkennen. Schließlich sind an der Stirnseite der Lanze 1 die Überwachungs- einrichtung 20 und die separate Temperaturüberwachungseinrichtung bzw. Kameras zur Flammenaufnahme 20' zu erkennen.

Fig. 4 veranschaulicht die Ringspaltdüse 2 für den Oxidator 9 sowie die darin zentral angeordnete Düse 8 für den Brennstoff 4. Die Ringspaltdüse 2 weist eine sich aufweitende Außenkontur 7 und eine Querschnittsverengung S auf. Der Ausbreitungswinkel der Außenkontur 7 entspricht bevorzugt dem Ausbreitungswinkel einer Lavaldüsenausführung und beträgt vorzugsweise 4,5° ± 0,5°. Die Ringspaltdüse 2 ist an einem Rohr 7' zur Führung des Oxidators 9 und die Brennstoffdüse 8 an einem Rohr 8' zur Führung des Brennstoffes 4 angeschlossen.

Vorsorglich sei noch darauf hingewiesen, dass die in den Figuren gezeigten Kombinationen von technischen Merkmalen nicht generell zwingend sind. So können technische Merkmale einer Figur mit anderen technischen Merkmalen einer weiteren Figur und/oder der allgemeinen Beschreibung kombiniert werden. Etwas anderes soll nur gelten, wenn hier explizit die Kombination von Merkmalen ausgewiesen wurde und/oder der Fachmann erkennt, dass sonst die Grundfunktionen der Vorrichtung bzw. des Verfahrens nicht mehr erfüllt werden können.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass für die Brennerlanze, die Zündvorrichtung und die Überwachungsvorrichtung lediglich eine Wandöffnung in einem thermischen Behandlungsraum erforderlich ist.

Bezuqszeichenliste

1 Brennerlanze 14 Parkposition

2 Ringspaltdüse 15 Arbeitsposition

4 Brennstoff 16 Isolator

5 Aufnahme 17 Ringspalt

6 Zündvorrichtung 18 Sperrfluid

7 Außenkontur der Ringspaltdüse 19 Dichtung

7' Rohr für Oxidatorzufuhr 20 Überwachungsvorrichtung

8 Brennstoffdüse (weitere Düse) 20' Temperaturüberwachungseinrichtung 8' Rohr für Brennstoffzufuhr bzw. Kamera

9 Oxidator 22 Behandlungsraum

10 Kühlmantel 23 Wandöffnung

1 1 Kühlmittel 25 Wand

12 Kolben 26 Längsende / Stirnseite

13 Antrieb

Claims

Ansprüche

1 . Brennerlanze (1 ) für industrielle Thermoprozesse, insbesondere für die Kohlevergasung,

g e k e n n z e i c h n e t d u r c h

eine Düsenkombination für die Zufuhr von Brennstoff (4) und Oxidator (9) mit a) einer Ringspaltdüse (2), die im Querschnitt als Lavaldüse ausgestaltet ist, einer Querschnittsverengung sowie einem konvergenten und einem divergenten Bereich und

b) einer weiteren Düse (8), die die Ringspaltdüse (2) koaxial durchgreift.

2. Brennerlanze nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ringspaltdüse (2) der Zufuhr von Brennstoff (4) und die weitere Düse (8) der Zufuhr des Oxidators (9) dient.

3. Brennerlanze nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ringspaltdüse (2) der Zufuhr des Oxidators (9) und die weitere Düse (8) der Zufuhr des Brennstoffs (4) dient.

4. Brennerlanze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der divergente Bereich der Ringspaltdüse (2) eine kegelförmige Mantelfläche mit einem Öffnungswinkel (a) gegen die Längsachse (A) von 4,5°± 0,5° besitzt.

5. Brennerlanze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspaltabstand (S) an der engsten Stelle der Ringspaltdüse (2) vorzugsweise 1 % bis 25 % des Innendurchmessers der Ringspaltdüse D an dieser Stelle beträgt.

6. Brennerlanze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerlanze (1 ) eine Aufnahme (5) für eine Zündvorrichtung (6) zur Zündung des Brennstoff-Oxidator-Gemisches besitzt, wobei die Zündvorrichtung (6) vorzugsweise in der Brennerlanze (1 ) integriert ist und/oder hierin verfahrbar ist und/oder als Glühkerze mit einer bevorzugten Hitzebeständigkeit von bis zu 2.000 °C besteht.

7. Brennerlanze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerlanze (1 ) eine Vorrichtung für die Flammenüberwachung (20) aufweist, wobei die Überwachungseinrichtung (20) vorzugsweise in der Brennerlanze (1 ) integriert ist und/oder einen UV/IR-Sensor besitzt.

8. Brennerlanze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine im Kopf der Brennerlanze (1 ) angeordnete Temperatur- und/oder Flammenaufnahme, vorzugsweise in Form einer Kamera.

9. Brennerlanze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung (6) und/oder die Vorrichtung zur Flammenüberwachung und zur Temperaturüberwachung (20') oder zur Flammenaufnahme im Kopf der Brennerlanze (1 ) außerhalb der Ringspaltdüse (2) angeordnet sind.

10. Brennerlanze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff (4) gasförmig, flüssig oder fest ist.

1 1 . Brennerlanze (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend einen äußeren Kühlmantel (10), mit dem die Brennerlanze (1 ) durch ein Kühlmittel (1 1 ) zumindest teilweise kühlbar ist.

12. Brennerlanze (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei die Zündvorrichtung (6) durch einen Antrieb (13) und einen Kolben (12) zwischen einer Parkposition (14) und einer Arbeitsposition (15) relativ zur Brennerlanze (1 ) verfahrbar ist.

13. Brennerlanze (1 ) nach Anspruch 12, wobei der Kolben (12) und die Zündvorrichtung (6) zumindest teilweise von einem Isolator (16) umgeben sind.

14. Brennerlanze (1 ) nach einem der Patentansprüche 12 oder 13, wobei der Kolben (12) zumindest eine Dichtung (19) aufweist, wobei die Dichtung (19) mit dem Kolben (12) verfahrbar ist und wobei die Dichtung (19) ein zumindest teilweises Umströmen der Zündvorrichtung (6) mit einem inerten Gas, vorzugsweise Stickstoff, Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, in der Parkposition der Zündvorrichtung (6) erlaubt und ein zumindest teilweises Umströmen der Zündvorrichtung (6) mit dem inerten Gas in der Arbeitsposition der Zündvorrichtung (6) verhindert.

15. Verfahren zum Betreiben einer Brennerlanze (1 ) für industrielle Thermopro- zesse, insbesondere Kohlevergasungsprozesse, gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, aufweisend zumindest die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen der Brennerlanze (1 ) im Bereich einer Wandöffnung (23) eines thermischen Behandlungsraums (22), vorzugsweise eines Kohlevergasungsreaktors;

b) Verfahren einer Zündvorrichtung (6) der Brennerlanze (1 ) hin zu einer Aufnahme (5) der Brennerlanze (1 ) in eine Arbeitsposition; c) Aktivieren der Zündvorrichtung (6);

d) Zuführen eines flüssigen, gasförmigen oder festen Brennstoffs (4) und eines Oxidators (9) in den Behandlungsraum (22);

e) Zünden eines Gemisches aus Brennstoff (4) und Oxidator (9) durch die Zündvorrichtung (6); und

f) Verfahren der Zündvorrichtung (6) weg von der zentralen Aufnahme (5) der Düse (2) in eine Parkposition.

16. Verfahren nach Patentanspruch 15, wobei nach Schritt f) über die zentrale Aufnahme (5) ein Sperrfluid (18) ausgeleitet wird.