WO2015193220A1 - Carburetor head and method for partial oxidation of gaseous and liquid carburetion substances - Google Patents

Carburetor head and method for partial oxidation of gaseous and liquid carburetion substances Download PDF

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WO2015193220A1
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oxygen
nozzle
burner
nozzle tube
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Bernd Meyer
Fred COMPART
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Technische Universität Bergakademie Freiberg
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Definitions

  • the invention relates to gasifier heads for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification substances and to processes for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification substances.
  • the partial oxidation of gaseous and liquid gasification substances is carried out in carburetors.
  • Gasification burners are arranged at the top of the carburettor, by means of which the reactants are blown into the interior of the carburetor, which usually has high pressures of from 30 to 100 bar and temperatures of up to 1,600 ° C.
  • the reactants are:
  • Endothermic gasification agents with temperatures up to about 400 ° C containing water vapor and / or carbon dioxide,
  • Carbon-containing gasification substances with temperatures up to approx. 650 ° C, which contain gaseous and / or liquid hydrocarbons as well as
  • coolant with temperatures of up to about 100 ° C., which in particular contain cooling water, are frequently also added by means of pressure lines and discharged again.
  • a gasification burner is arranged in a predominantly axial, vertical position at the top of the carburetor.
  • two and more gasification burners are used in the head of the carburetor.
  • Burner flames are formed below the gasification burners and continue downwards into vortex streets in which hot gases react with each other.
  • the burner flames are surrounded by gas recirculation zones, which exceed the flame cross sections of the flames several times. In the recirculation zones, significantly lower turbulent mixing intensities and significantly lower temperatures prevail than in the flames and in the downwardly forming vortex streets.
  • the flames will be cooled by the recirculation.
  • the reaction conversion based on the flow cross section is lower in the recirculation zones than in the flames.
  • burner blocks Effective should be areal trained burners, so-called burner blocks, with at least three burners, as they are known for example from the publications EP 1 182 181 A1, DE 37 26 875 C2 and EP 1 717 295 B1.
  • Document EP 1 182 181 A1 discloses a premix burner block for partial oxidation processes.
  • the proposal is not suitable for carburetors that are operated at high pressures, since the required, very high flow rates can not be realized at the outlet of the burner block under increased pressures.
  • the burner block for carburetor temperatures of less than 1400 ° C is limited. These temperatures are usually exceeded in modern carburetors.
  • the document EP 1 717 295 B1 describes a planar gasification injector for liquid hydrocarbons in the form of a slurry and gasification agent in the form of oxygen.
  • the areal distribution of the gasification substances and the admixture of Oxygen on the cooled front panel are extremely expensive in terms of apparatus and operation.
  • There are massive safety concerns with respect to a pressurized oxygen chamber in which it can come at elevated temperatures (hot spots) to oxygen fires with the surrounding pressure-bearing metallic walls. This would be the case, for example, if one of the slurry injection pipes is disturbed in the flow and warms up by re-ignition into the oxygen pressure space.
  • a complex temperature monitoring of the entire front panel in the oxygen pressure chamber is inevitable.
  • the indicated in the claims 1, 11 and 12 invention has for its object to provide a gasifier head with a burner block for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification materials so that the reactants safely and without additional operational safety monitoring in the up to 1,600 ° C. hot and pressure-loaded carburetor interior can be fed.
  • the carburator heads with an associated burner block for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification materials are characterized in particular by the fact that the reactants can be safely and without additional operational safety monitoring in the up to 1,600 ° C hot and pressure-loaded carburetor interior.
  • the gasifier head has at least one supply and at least one in the direction of carburetor interior facing output for a protective gas possessing shelter in at least one insulating body. Furthermore, an oxygen-containing gasification agent or oxygen-introducing arrangement with the insulating body penetrating nozzle tubes and a gasification material-entry arrangement with arranged in the insulating body and on one side on or in the carburetor interior ending gasification nozzle pipes available.
  • the nozzle tubes thus end up in the shelter and on the other in the carburetor interior, so that oxygen-containing gasification agent or oxygen via the nozzle tubes to the carburetor interior can be fed.
  • the gasification material nozzle pipes end up in the insulation body and in the gasifier interior, so that gasification material can be fed to the gasifier interior via lines in the insulation body and therefore outside the shelter.
  • the nozzle tubes of the arrangement via lines and at least one distributor to a supply line for the oxygen-containing gasification agent or the oxygen in the shelter are connected.
  • the gasification material nozzle pipes are connected via gasification material lines and at least one gasification material distributor to a gasification material supply line on or in the insulation body.
  • the burner block advantageously has the shelter. Another advantage is that the entire gasification material entry assembly is outside the shelter in the carburator head, so that the highest safety requirements are guaranteed.
  • the gasification substance entry arrangement is arranged on or in the insulation layer and thus outside of the protection space.
  • a process for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification materials is characterized in that in a gasifier head one of a Vergasungsstoff- supply arrangement with Vergasungsstoff- lines, at least one Vergasungsstoff- distributor and a Vergasungsstoff supply line for Vergasungsstoff-nozzle tubes spatially separated oxygen-containing gasification agent or oxygen feeding Arrangement with lines, at least one distributor and a supply line for the oxygen-containing gasification agent or the oxygen is surrounded by a protective gas.
  • Another method for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification materials is characterized in particular in that in a gasifier head an oxygen-containing gasification or oxygen-introducing arrangement with lines, at least one manifold and a supply line for the oxygen-containing gasification agent or oxygen and a coolant arrangement with a Coolant supply line to at least one coolant distributor for nozzle cooling devices are surrounded by a protective gas, wherein a gasification material supply arrangement with gasification material lines, at least one gasification material distributor and a gasification material supply line for gasification material nozzle tubes thereof is spatially separated.
  • At least one nozzle tube of the nozzle tubes for the oxygen or the oxygen-containing gasification agent is spaced apart according to the embodiment of claim 2 in a protective gas nozzle tube for inert gas of the shelter, wherein the protective gas Nozzle tube connects the shelter and the carburetor interior as the output of the shelter.
  • At least one region of the nozzle tube of the oxygen-containing gasification agent or oxygen-introducing arrangement is arranged spaced apart in at least one region of the gasification substance nozzle tube for gasification substance of the gasification material registration arrangement. This is in each case a region of the nozzle tube in a gasification material nozzle tube.
  • the burners are thus components of the oxygen-containing gasification agent or oxygen-introducing arrangement and the gasification material entry arrangement.
  • the nozzle tube for the oxygen-containing gasification agent or the oxygen is arranged according to the embodiment of claim 4 spaced in a protective gas nozzle tube for inert gas of the shelter.
  • the protective gas nozzle tube connects the shelter and the carburetor interior as the output of the shelter.
  • the shield gas nozzle tube is spaced in the gasification nozzle tube so that the nozzle tube, shield gas nozzle tube and gasification nozzle tube is another inert gas burner between gasification agent and either oxygen-containing gasifier or oxygen at the exit of that burner. This is thus a burner with a Schleiergas from the inert gas.
  • the shielding gas may be an endothermically reacting and thus heat-consuming gasification agent, an inert gas or a mixture thereof each as a Schleiergas.
  • the Schleiergas is thus between the oxygen-containing gasification agent or the oxygen and the gasification material at the outlet. At least one such burner with veil gas is a component of the burner block.
  • the protective gas according to the embodiment of claim 5 water vapor and / or carbon dioxide and / or nitrogen.
  • a coolant arrangement with a coolant supply line to at least one coolant distributor in the shelter.
  • a nozzle cooling device is at least at the end pointing in the direction of carburetor interior end region of the nozzle tube or the gasification material nozzle tube arranged.
  • the nozzle cooling devices are connected via a coolant collecting device in the shelter with a coolant discharge line.
  • a coolant arrangement with a coolant supply line to at least one coolant distributor is located according to the embodiment of claim 7 in the insulation body.
  • a nozzle cooling device is arranged at least at the end pointing in the direction of carburetor interior end region of the nozzle tube or the Vergasungsstoff- nozzle tube.
  • the nozzle cooling devices are connected via a coolant collecting device in the insulating body with a coolant discharge line.
  • the nozzle-cooling device is according to the embodiment of claim 8 advantageously an annular nozzle-cooling device with a cavity at the end region of the nozzle tube or the gasification gas nozzle tube.
  • the burner block has, according to the embodiment of claim 9, at least one tubular and predominantly vertically extending opening in which the pilot burner or the pilot burner and further burner or entry arrangements are located.
  • the pressure of the protective gas in the shelter is greater than the pressure of the oxygen-containing gasification agent of the arrangement according to the embodiment of claim 10.
  • the oxygen-containing gasification medium supplied to the gasifier interior or the oxygen supplied to the gasifier interior is bathed by the protective gas and the protective gas by the gasification substance.
  • 1 is a gasifier head with a burner block with burners
  • Fig. 6 Burner with Schleiergas in the burner block and Fig. 7 shows an arrangement of nozzle tubes, gasification material nozzle tubes and burners with fog gas.
  • a gasifier head 1 for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification substances consists essentially of a burner block 2 with a shelter 12, at least one insulating body 4 and in each case at least
  • the carburetor head 1 is located on the carburetor interior 3 with a carburetor lining 7.
  • Fig. 1 shows a gasifier head 1 with a burner block 2 with burners 10, 11 in a schematic representation.
  • An carburetor head 1 may further include a carburetor head lining 5 as a cover body 5, a carburetor lining 6 as a side body 6, an opening 8 with a pilot burner 9, a supply line 13 for gasification material, a supply line 14 for oxygen-containing and exothermic gasification agent or oxygen, a Supply line 15 for coolant, a discharge line 16 for coolant, a cover attachment 17, an insulating layer 18 and seals 19 have.
  • the insulating body 4 and the insulating layer 18 will be referred to as an insulating body 4, 18.
  • FIG. 2 shows a nozzle tube 20 in the burner block 2 in a schematic representation.
  • An oxygen-containing gasifying agent or oxygen-introducing arrangement comprises at least one nozzle tube 20 penetrating the insulating body 4, 18. Several nozzle tubes are connected via lines and at least one distributor to the oxygen-containing gas supply line or oxygen in the protective space 12. 3 shows a gasification material nozzle tube 21 in the burner block 2 in a schematic representation.
  • a gasification substance inlet arrangement has at least one gasification substance nozzle tube 21 arranged in the insulation body 4 and ending on or in the gasifier interior 3 on one side.
  • Several are connected via gasification material lines and at least one gasification material distributor to a gasification material supply line 13 on or in the insulation body 4.
  • FIG 4 shows a burner 10 in the burner block 2 in a basic representation.
  • the oxygen-containing gasifying agent or oxygen-introducing assembly is spaced apart in at least a portion of the gasification material nozzle tube 21 of the gasification material registration assembly.
  • FIG 5 shows a burner 10 with a nozzle cooling device 22 in the burner block 2 in a basic representation.
  • the burner 10 is realized as already described for the representation of FIG. 4.
  • it has the nozzle cooling device 22.
  • the nozzle cooling device 22 is arranged on the end region of the gasification substance nozzle pipe 21 pointing in the direction of the carburetor interior 3.
  • the nozzle cooler 22 is an annular nozzle cooler 22 having a cavity at the end portion of the gasification nozzle tube 21.
  • FIG. 6 shows burner 11 with Schleiergas with a nozzle cooling device 22 in the burner block 2 in a schematic representation.
  • the nozzle tube 20 for the oxygen-containing gasification agent or oxygen is spaced apart in a protective gas nozzle tube 23 for protective gas of the shelter 12, wherein the protective gas nozzle tube 23 connects the shelter 12 and the carburetor interior 3 as the output of the shelter 12. Further, the shielding gas nozzle tube 23 is spaced in the gasification material nozzle tube 21, so that the nozzle tube 20, the shielding gas nozzle tube 23, and the gasification nozzle tube 21 are the burner 11 with the fogging gas. This is thus a burner 11 with a Schleiergas the protective gas.
  • the shielding gas may be an endothermically reacting and thus heat-consuming gasification agent, an inert gas or a mixture thereof each as a Schleiergas.
  • the veil gas is thus located between the oxygen-containing gasification agent or the oxygen and the gasification material at the outlet of the burner 1 1.
  • this may have the nozzle-cooling device 22.
  • the coolant arrangement is located with a coolant supply line 15 on at least one coolant distributor in the protective space 12 and / or in the insulation body 4, 18.
  • the nozzle cooling device 22 is arranged at the end region of the gasification substance nozzle pipe 21 pointing in the direction of the carburetor interior 3.
  • the nozzle cooler 22 is an annular nozzle cooler 22 having a cavity at the end portion of the gasification nozzle tube 21.
  • the exothermically reacting gasification agents are introduced into the gasifier head 1 by means of an oxygen pressure line and transferred to an oxygen distributor device, from which the exothermically reacting gasification agents are transferred by means of oxygen distributor lines to a nozzle tube 20 pointing toward the gasifier interior 3.
  • the nozzle tube 20 has, for example, a circular outlet nozzle formed by the end of the nozzle tube, so that the exothermically reacting gasification agents are injected in the vertical direction into the carburetor interior 3 at the level of the inner surface of the burner block 2.
  • oxygen removal devices may be present in the shelter 12, with which the nozzle tubes 20 are connected.
  • the oxygen introduction arrangement is provided with a closed protection space 12 except for regions of the nozzle tubes 20 corresponding to the insulation body surround.
  • the oxygen supply arrangement comprises the oxygen supply line 14 as a pressure line, the oxygen distribution device, the oxygen distribution lines, the oxygen removal devices, the nozzle tubes 20 with the oxygen outlet nozzles as the conclusion of the nozzle tubes 20.
  • the shelter 12 can uninterrupted from a be composed horizontal part and a vertical part.
  • the vertical part is preferably made of a tube on the horizontal part of the protective gas cover is placed. It protrudes in height beyond the carburetor cover and the lid 17 attachment.
  • the supply line 14 In the vertical part of the supply line 14 extends and penetrates at its upper end outside of the cap attachment 17. This ensures that the free oxygen-carrying piping and distribution devices in the form of the supply line 14, the oxygen distribution device, the oxygen distribution lines, the oxygen Removal devices and the nozzle tubes 20 at any point in the carburetor head 1 can come into contact with combustible gases. The arrangement also ensures that the oxygen supply assembly including the supply line 14 can move stress-free with temperature changes.
  • endothermically reacting gasifying agents and / or inert gases are at the upper end of the vertical part as protective and veiling gases consisting almost exclusively of water vapor, carbon dioxide, nitrogen and / or mixtures thereof, so fed that the pressures in the shelter 12 to at least 0.05 bar higher than the pressures in the supply line 14 are set.
  • the protective space 12 supplied protective gases are blown at the bottom of the horizontal part of at least one shielding gas outlet nozzle in the direction of the carburetor interior 3, insofar as these shielding gases are not formed by annular gap shaped Schleiergas outlet nozzles from the shielding gas nozzle tubes 23, the oxygen outlet nozzles formed surround the nozzle tubes 20, are blown out in the direction of the carburetor interior 3.
  • the overpressure in the shelter 12 is ensured by correspondingly dimensioned pressure losses of the protective gas outlet nozzles. Even in the case of leaks in the oxygen entry arrangement, care is taken in this way that free oxygen can not enter the shelter 12. Thus, its inerting function is fully preserved under all circumstances.
  • the shielding gases may perform the function of aerating the exothermic gasification agents exiting the nozzle tubes 20.
  • ATR mode autothermal reforming
  • the majority of these endothermic gasification agent is added to the gasification before this mixture is heated to about 650 ° C.
  • the shelter 12 takes over in the ATR mode only subordinate the function of supplying and distributing the endothermic gasification agent, wherein the protective gas may have a different composition than the gasification substances admixed endothermic gasification agent. This can, for example, a higher nitrogen content in the inert gas than in the admixing gas to the gasification substances be present.
  • the shelter 12 is largely responsible for the supply and distribution of the endothermic gasification agent and / or the inert gas nitrogen, which serve in the same way as protective and fogging gases.
  • the endothermically reacting gasification agent water vapor and / or carbon dioxide and / or the inert gas nitrogen can in the POX mode by downwardly extending extensions of the shelter 12, as the protective gas nozzle tubes 23, the nozzle tubes 20 here for the oxygen-containing and exothermic gasification agent or the oxygen concentric enclose, guided and blown through annular Schleiergas- outlet nozzles formed from the ends of the shielding gas nozzle tubes 23 at the same height as the oxygen outlet nozzles in the vertical direction in the carburetor interior 3.
  • the fogging of the exothermic gasification agent water vapor and / or carbon dioxide and / or the inert gas nitrogen can in the POX mode by downwardly extending extensions of the shelter 12, as the protective gas nozzle tubes 23, the nozzle tubes 20 here for the oxygen-containing and exothermic gasification agent or the oxygen concentric enclose, guided and blown through annular Schleiergas- outlet nozzles formed from the ends of the shielding gas nozzle tubes 23 at the same height as the oxygen outlet nozzles in
  • ATR mode this procedure can be used analogously to the POX mode. In the ATR mode, however, it is also possible to dispense with the fogging so that the shielding gas nozzle tubes 23 are arranged spatially separated from the nozzle tubes 20 and their oxygen outlet nozzles as outflow of the protective gases into the carburetor interior 3.
  • oxygen-containing and exothermically reacting gasification agents may be exothermically-reacting gasification agents diluted in admixed steam and / or carbon dioxide and / or inert gas.
  • the introduction of water vapor and / or carbon dioxide and / or inert gas nitrogen in both the gasification and in the exothermic gasification agents as well as the supply of protective and fog gases to the carburetor interior allows a moderation of temperature in the burner mouth of the burner and affects the temperature setting in Carburetor interior 3.
  • the ATR mode in total, much more water vapor and / or carbon dioxide is blown in than in the POX mode, which in turn is mainly used as admixing gas for the Gasification material.
  • the resulting gas temperature in the carburetor interior 3 is deliberately much lower than in the POX mode as a result of this admixture, so that the cooling device can also be dispensed with in the ATR mode.
  • the gasification materials are introduced by means of at least one gasification material supply line 13 as a pressure line in the carburator head 1 and passed from there to at least one gasification material distributor device. From here, the gasification materials are distributed by means of gasification material distributor lines to at least two gasification substance removal devices arranged at approximately the same height, from which the gasification substances are transferred to at least one gasification substance nozzle tube 21 arranged underneath and directed downwards. About the gasification material outlet nozzle arranged at the lower end, the gasification substances are blown in the amount of the inner surface of the burner block 2 in a predominantly vertical direction in the carburetor interior 3. The gasification substances can advantageously be guided by means of the gasification material distributor lines over the outer edge outside the protective space 12.
  • This arrangement has the advantage that the gasification material distributor devices and a part of the gasification material distributor lines above the horizontal part of the protective space 12 are protected against overheating.
  • the vertical thermal expansions of the gasification material pressure lines which are heated up to approximately 650 ° C., are easily absorbed by the non-rigid horizontal distribution arrangement.
  • the gasification material distributor lines are advantageously guided in such a way that their horizontally extending line lengths above and below the horizontal part of the protective space 12 are kept approximately the same length.
  • other forms of laying the gasification material distribution lines with compensators for thermal expansion can be selected.
  • the fact that the entire gasification material entry arrangement is arranged outside the closed protection space 12 in the gasifier head 1 ensures the highest safety requirements.
  • the gasification material introduction assembly comprises the gasification material pressure lines, the gasification material distribution devices, the gasification material distribution lines, the gasification material nozzle tubes 21 with the gasification material outlet nozzles as the end of the nozzle tubes 21.
  • the gasification materials are either separated (separately fed) from the nozzle tubes 20 here by means of gasification material nozzle tubes 21 for the oxygen-containing and exothermically reacting gasification agent or oxygen or in a unit with these as one injected common feed into the carburetor interior 3.
  • the gasification material nozzle tubes 21 are concentrically disposed around the nozzle tubes 20 (and possibly additional concentric shield gas nozzle tubes 23 terminating in vent gas exit nozzles), both forming burner nozzle tubes (along with optional annular rings around the nozzle tubes) 20 arranged shielding gas nozzle tubes 23 at oxygen Beschleleitersfunktion of the protective gas).
  • co-feed is preferable because it ensures rapid mixing of the reactants in the flames.
  • the separate feed can be advantageous both in the ATR and in the POX mode, in particular if temperature profiles defined for the carburetor space are to be impressed if qualitatively different gasification substances are to be injected or if the quality and calorific value of the gasification substances change rapidly.
  • the nozzle tubes 20, the carburetor lining 7 and / or the burner block 2 are protected from thermal overloads.
  • the number of gasification material nozzle tubes 21 may be the same or up to 50% larger than the number of nozzle tubes 20 in the case of separate feeding. However, it is also possible for the number of gasification material nozzle tubes 21 to be smaller than the number of nozzle tubes 20, in the limit case only one gasification substance nozzle tube 21.
  • a further embodiment is that the one part of the gasification materials is supplied separately, for example near the wall of the carburetor lining 7, and the other part together. Both separate and co-feeds require the fogging of the exothermic gasification agents exiting the nozzle tubes 20 (however, in the ATR mode, it is also possible to dispense with the fogging, see above).
  • a Beschletechnik the gasification material nozzle tubes 21, however, is not required.
  • the endothermically reacting gasification agents and the gasification substances are preferably blown into the carburetor interior 3 from an approximately horizontal plane which corresponds approximately to the inner surface of the burner block 2.
  • the inner surface it is also possible to give the inner surface a different shape, such as a concave shape, in which the central part of the inner surface is higher than that of the carburetor lining 7 near part.
  • the horizontal part of the shelter 12 is surrounded by ceramic insulation materials so that all are hot Carburetor interior 3 facing and metallic parts of the shelter 12, the oxygen inlet assembly and the gasification material entry assembly are protected from overheating.
  • the ceramic insulation materials are preferably layered, consisting of an outer ceramic wear and insulation layer 18, which images the contour of the inner surface of the burner block 2, and inner ceramic insulation layers 4 as insulation body 4.
  • the wear and insulation layer 18 holds the high temperatures and the gas atmosphere of the carburetor interior 3 stood.
  • the inner ceramic insulation layers 4 take over the thermal insulation between the outer ceramic wear and insulation layer 18 and the shelter 12.
  • the layer 18 is formed by a refractory masonry, while the layers 4 consist of ceramic casting or ramming masses.
  • the densely packed, ceramic insulating materials give the burner block 2 the contour of a compact and closed and largely gas-impermeable body, similar to that of a cylindrical disk whose cross section is greater than / equal to the cross section of the carburetor interior 3. This prevents hot gases from the carburetor interior 3 from entering the burner block 2 through the inner surface and from there circulating in the carburator head 1.
  • the burner block 2 is at the bottom to the at least the carburetor interior 3 enclosing carburetor lining 7 back and at the top via the lateral lining 6 to the carburetor cover protective carburetor head lining 5 out positively and via ceramic seals 19, for example by means of mortar connected.
  • the burner block 2 may have at least one tubular, predominantly vertically extending opening 8, in which the pilot burner 9 and optionally further burners or entry arrangements can be located.
  • the coolant is introduced by means of at least one coolant supply line 15 as a pressure line in the carburator head 1 and from there via at least one coolant distribution means by means of coolant distribution lines to nozzle cooling devices 22, the preferably in the form of cooling sleeves with the gasification material nozzle tubes 21 and / or the nozzle tubes 20 are fixedly connected for the purpose of cooling, introduced.
  • the nozzle cooling devices 22 are designed so that they surround the lower part of the nozzle tubes 20 or the gasification material nozzle tubes 21 in the form of cooling sleeves gap-free.
  • the emerging from the nozzle cooling means 22 coolant are returned by means of coolant distribution lines to at least one coolant collecting device and discharged from there by means of at least one coolant discharge line 16 from the carburetor head 1.
  • An advantageous embodiment of the coolant arrangement is that it is arranged with the exception of the nozzle cooling devices 22 and partially of the coolant distribution lines in the interior of the shelter 12 (inner coolant distribution).
  • the surfaces of the coolant arrangement are thermally insulated to the hot environment of the shelter 12, so that condensation in the shelter 12 is prevented.
  • the coolant arrangement In contrast to the internal coolant distribution, the coolant arrangement, with the exception of the nozzle cooling devices 22 and partially of the coolant distribution lines, can be arranged above the protective space 12 (outer coolant distribution).
  • the outer coolant distribution that means the arrangement of the coolant arrangement with the exception of the coolant pressure lines also below the shelter 12 possible.
  • the carburetor cover has at least one tower-shaped cover attachment 17 connected to a cover attachment flange, which consists of interconnected, generally concentrically arranged tubes in the form of a flanged outer tube and an inner tube closed at the top.
  • the outer tube is connected at the bottom with the Deckelaufsatz- flange and top with the inner tube pressure-tight.
  • the inner tube protrudes upwards beyond the outer tube.
  • the annular distance between the inner tube and the outer tube is sealed pressure-tight with a spacer in the form of a circular ring, preferably in the form of a conical annulus.
  • the pressure lines 14, 15, 16 are connected to the supply lines of the media just above the cover attachment 17 with detachable pipe connections.
  • the connections are made so that after separating the pipe joints, these together occupy such a small cross-sectional area that the outer pipe can be pulled over it.
  • several cover-top flanges, tower-shaped Install cover caps 17 and outer tubes to ensure that the outer tubes are pulled across all detachable connections. This can also be done via the implementation of the coolant pressure lines 15, 16 via a separate cover attachment.
  • the carburetor lid connected to the carburetor head 1 can be removed independently of the burner block 2 from the carburator head 1.
  • the material of the spacer is previously removed by being removed mechanically or in other ways.
  • the outer tube can now drag over the inner tube and the separate pipe connections and remove it with no additional effort.
  • the reverse process of placing the carburetor cover on the open carburetor head 1 is also safe to control and easy.
  • the carburator head 1 is completed by the ceramic gaskets 19, the burner block 2 and the carburetor head lining 5, 6 are introduced.
  • the carburetor cover is then applied to the carburetor head 1 and connected to this pressure-tight.
  • the outer tube is applied to the cover attachment flange and connected to this also pressure-tight.
  • the outer tube is joined to the inner tube by means of the spacer pressure-tight by means of a welded joint.
  • the outer tube is shortened to the extent that the welds on undisturbed from previous welds, fresh material surfaces of the inner tube and before reassembly with the newly manufactured spacer length of the outer tube can be applied.
  • the burner block 2 can be changed several times without the inner tube and the outer tube must be replaced.
  • the burner block 2 is stabilized in its local position in the carburettor head by the horizontal part of the shelter 12, preferably at its upper side, is connected by means of anchoring elements with the metallic pressure jacket of the carburetor head.
  • the present solution it becomes possible for the first time to distribute the supply of the free oxygen-containing gasification agents, the gaseous and / or liquid gasification agents and the endothermic gasification agent over the entire cross section of the carburetor interior 3 so that a predominant piston flow in the carburetor interior 3 is established.
  • the specific thermal power of the carburetor increases compared to known solutions by a factor of 3 to 5.
  • the reason for the increase in performance is that in these carburetors, the burner flames, which are arranged so far apart that they do not touch each other, only an area of about 10% to 40 % of the total flow cross section.
  • the gasifier cross section is fully utilized.
  • Burner 10 and / or burner 11 with a vaporizing gas can be arranged so that the burner flames even overlap one another at their lower ends. This applies both to carburetors with burner blocks 2 for the common feeders or for the separate feeds of gasification agents and gasification agents.
  • a catalytic partial oxidation of natural gas (ATR mode) of 500 MW is considered thermal (based on lower calorific value).
  • the gasification takes place under the overpressure (with respect to atmospheric pressure) of 60 bar.
  • the natural gas is mixed with superheated steam at 380 ° C as an endothermic gasifying agent.
  • the natural gas / vapor mixture as a gasification material is heated to 600 ° C before entering the gasifier head 1.
  • About the gasification material nozzle tubes 21 with the gasification material outlet nozzles this natural gas / steam mixture passes into the carburetor 3.
  • the reactor outlet temperature (synthesis gas after the catalyst bed) is adjusted via the supply of exothermic gasification agent to 1000 ° C.
  • this vapor has an overpressure in the range of in each case including 0.1 to 1 bar compared to the exothermic gasification agent (oxygen / steam mixture) of the oxygen entry arrangement.
  • This overpressure adjusts dynamically according to the performance and thus the media throughputs in the listed range.
  • Fig. 7 shows an arrangement of burners 11 with a haze gas for an ATR embodiment in a schematic representation.
  • burners 11 with fog gas are used. These burners 11 consist internally of the central nozzle tubes 20 for the exothermic gasification agents.
  • To the nozzle tubes 20 are the protective gas nozzle tubes 23rd arranged for the vapors.
  • the injection of the gasification substances (natural gas / vapor mixture) via the gasification material nozzle tubes 21 takes place peripherally.
  • the mixing of the large amount of endothermically reacting steam into the natural gas (natural gas / vapor mixture) in the gasifier interior 3 can result in the ATR Mode the nozzle cooling device 22 and thus eliminates the cooling water.
  • the ends of the nozzle tubes 20, 21, 23 are the outlets of the nozzle tubes 20, 21, 23.
  • a burner 11 with a vaporizing gas is arranged centrally with respect to the inner surfaces of the burner block 2.
  • the remaining six burners 11 with veiling gas are arranged in a circle 60 ° offset around the central burner 11 with veiling gas.
  • the installation of seven burners 11 with veiling gas, a reduction of the cross section of the carburetor interior 3 and an improved utilization of the carburetor interior 3 is achieved compared to only one central burner.
  • a burner block 2 for the POX mode in which cooling means are used to cool the burners 11 with veiling gas, is described below, wherein a non-catalytic partial oxidation of natural gas as a gasification material with a calorific value of 500 MW thermal (base: lower calorific value) is considered ,
  • the gasification takes place under the overpressure (with respect to atmospheric pressure) of 60 bar.
  • the natural gas is heated to 250 ° C before entering the carburetor head 1.
  • This natural gas passes into the carburetor interior 3.
  • the synthesis gas reactor outlet temperature is adjusted to 1400 ° C via the supply of exothermic gasification agent.
  • a mixture of oxygen preheated to 250 ° C
  • steam superheated to 380 ° C
  • This oxygen / steam mixture passes through nozzle tubes 20 in the carburetor interior 3.
  • steam (380 ° C) with protective and Schleiergasfunktion passed into the shelter 12, which passes through the shielding gas nozzle tubes 23 into the carburetor interior 3.
  • this vapor has an overpressure of 0.1 to 1 bar, in each case, relative to the exothermically reacting gasification agent (oxygen / vapor mixture) of the oxygen entry arrangement.
  • This overpressure adjusts dynamically according to the performance and thus the media throughputs in the listed range.
  • FIG. 7 shows an arrangement of burners 11 with a covering gas for a POX embodiment analogous to that of the ATR embodiment in a basic representation.
  • the POX embodiment seven burners 11 with fog gas are used. These consist inside of the central nozzle tubes 20 for the exothermic gasification agent.
  • the protective gas nozzle tubes 23 are arranged for the vapors.
  • the injection of the gasification substance takes place peripherally via the gasification material nozzle tubes 21.
  • the choice of the tube diameter and tube wall thicknesses takes place taking into account the compliance of appropriate outflow velocities of the individual media.
  • a burner 11 with a vaporizing gas is arranged centrally with respect to the inner surfaces of the burner block 2.
  • the remaining six burners 11 with veiling gas are arranged in a circle 60 ° offset around the central burner 11 with veiling gas.
  • the installation of seven burners 11 with veiling gas, a reduction of the cross section of the carburetor interior 3 and improved utilization of the carburetor interior 3 is achieved in comparison to only one central burner.
  • the burners 11 with fogging gas have nozzle cooling means 22 in contrast to the above-mentioned ATR embodiment.
  • nozzle cooling devices 22 with throughflows of pressurized cooling water are used which, for example, have a pressure cooling water inlet temperature of 25 ° C. and a temperature spread of 5 K.
  • the seven burners 11 with Schleiergas are each bypassed by pressure cooling water. For safety reasons, the pressure cooling water has an overpressure of one bar with respect to the protective space 12.

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Abstract

The invention relates to carburetor heads (1) for partial oxidation of gaseous and liquid carburetion substances and to a method for partial oxidation of gaseous and liquid carburetion substances. The carburetor head (1) has a protection chamber (12), having at least one inlet and at least one outlet, pointing in the direction of the carburetor interior chamber (3), for a protection gas, in at least one isolating body (4). Furthermore, there is an arrangement introducing an oxygenic carburetion agent or oxygen having nozzle pipes (20) penetrating the isolation body (4) and a carburetion substance input arrangement having carburetion substance nozzle pipes (21) arranged in the isolation body (4) and ending on one side on or in the carburetor interior chamber (3). A method for partial oxidation of gaseous and liquid carburetion substances is characterized in that, in a carburetor head (1), an arrangement, containing oxygenic carburetion means or oxygen and having lines, at least one distributor, and a supply line (13) for the oxygenic carburetion means or the oxygen, separated spatially from a carburetion substance supply arrangement, having carburetion substance lines, at least one carburetion substance distributor, and a carburetion substance supply line for carburetion substance nozzle pipes (21), is circulated through by protection gas.

Description

Vergaserkopf und Verfahren für die Partialoxidation von gasförmigen und flüssigen Vergasungsstoffen  Gasifier head and process for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification substances
Die Erfindung betrifft Vergaserköpfe zur Partialoxidation von gasförmigen und flüssigen Vergasungsstoffen und Verfahren zur Partialoxidation von gasförmigen und flüssigen Vergasungsstoffen. The invention relates to gasifier heads for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification substances and to processes for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification substances.
Die Partialoxidation von gasförmigen und flüssigen Vergasungsstoffen wird in Vergasern durchgeführt. Am Kopf der Vergaser sind Vergasungsbrenner angeordnet, mittels derer die Reaktanten in den Innenraum des Vergasers, der üblicherweise hohe Drücke von 30 bis 100 bar und Temperaturen bis 1.600 °C aufweist, eingeblasen werden. The partial oxidation of gaseous and liquid gasification substances is carried out in carburetors. Gasification burners are arranged at the top of the carburettor, by means of which the reactants are blown into the interior of the carburetor, which usually has high pressures of from 30 to 100 bar and temperatures of up to 1,600 ° C.
Die Reaktanten sind The reactants are
exotherm reagierende Vergasungsmittel mit Temperaturen bis ca. 400°C, die freien Sauerstoff enthalten,  exothermic gasification agents with temperatures up to about 400 ° C containing free oxygen,
endotherm reagierende Vergasungsmittel mit Temperaturen bis ca. 400°C, die Wasserdampf und/oder Kohlendioxid enthalten,  Endothermic gasification agents with temperatures up to about 400 ° C containing water vapor and / or carbon dioxide,
kohlenstoffhaltige Vergasungsstoffe mit Temperaturen bis ca. 650°C, die gasförmige und/oder flüssige Kohlenwasserstoffe enthalten sowie  Carbon-containing gasification substances with temperatures up to approx. 650 ° C, which contain gaseous and / or liquid hydrocarbons as well as
Spülgase mit Temperaturen bis ca. 400°C, die beispielsweise Wasserdampf enthalten.  Purge gases with temperatures up to about 400 ° C, for example, contain water vapor.
Zur Kühlung der Oberflächen der Vergasungsbrenner, die mit dem heißen Innenraum des Vergasers in Berührung kommen, werden häufig außerdem Kühlmittel mit Temperaturen bis ca. 100°C, die insbesondere Kühlwasser enthalten, mittels Druckleitungen zugegeben und wieder abgeführt. To cool the surfaces of the gasification burners, which come into contact with the hot interior of the carburetor, coolant with temperatures of up to about 100 ° C., which in particular contain cooling water, are frequently also added by means of pressure lines and discharged again.
Bei Leistungseinheiten der Vergaser bis 250 MW (thermisch) ist ein Vergasungsbrenner in überwiegend axialer, vertikaler Position am Kopf des Vergasers angeordnet. Bei größeren Leistungseinheiten der Vergaser ab 500 MW (thermisch) werden zwei und mehrere Vergasungsbrenner im Kopf des Vergasers eingesetzt. In power units of the carburetor to 250 MW (thermal), a gasification burner is arranged in a predominantly axial, vertical position at the top of the carburetor. For larger power units of carburetors from 500 MW (thermal) two and more gasification burners are used in the head of the carburetor.
Unterhalb der Vergasungsbrenner bilden sich Brennerflammen aus, die weiter abwärts in Wirbelstraßen übergehen, in denen heiße Gase miteinander reagieren. Die Brennerflammen sind von Gas-Rezirkulationszonen umgeben, die die Flammenquerschnitte der Flammen um ein Mehrfaches übersteigen. In den Rezirkulationszonen herrschen deutlich geringere turbulente Vermischungsintensitäten und deutlich niedrigere Temperaturen als in den Flammen und in den sich nach unten ausbildenden Wirbelstraßen. Die Flammen werden durch die Rezirkulation gekühlt. Der Reaktionsumsatz bezogen auf den Strömungsquerschnitt ist in den Rezirkulationszonen geringer als in den Flammen. Es gibt verschiedene Vorschläge, die darauf gerichtet sind, den Strömungsquerschnitt des Vergasers für die Vergasungsreaktionen in den Flammen besser auszunutzen. Die einfachste und am häufigsten angewendete, jedoch am wenigsten wirksame Lösung, besteht darin, den Querschnitt der Brennerflamme durch Verdrillen aufzuweiten, beispielsweise in Kohlestaubbrennern oder Ölbrennern durch verdrillten Eintrag des Brennstoffstroms. Derartige Lösungen sind unter anderem in den Druckschriften US 4,704,971 , DE 31 23 866 A1 und WO 01/081509 A3 zu finden. Burner flames are formed below the gasification burners and continue downwards into vortex streets in which hot gases react with each other. The burner flames are surrounded by gas recirculation zones, which exceed the flame cross sections of the flames several times. In the recirculation zones, significantly lower turbulent mixing intensities and significantly lower temperatures prevail than in the flames and in the downwardly forming vortex streets. The flames will be cooled by the recirculation. The reaction conversion based on the flow cross section is lower in the recirculation zones than in the flames. There are several proposals aimed at making better use of the gasifier flow area for the gasification reactions in the flames. The simplest and most commonly used, but least effective, solution is to dilate the cross section of the burner flame by twisting, for example, in coal dust burners or oil burners by twisting the fuel flow. Such solutions can be found inter alia in the publications US 4,704,971, DE 31 23 866 A1 and WO 01/081509 A3.
Wirkungsvoller sollen flächenhaft ausgebildete Brenner, sogenannte Brennerblöcke, mit mindestens drei Brennern sein, wie sie beispielsweise aus den Druckschriften EP 1 182 181 A1 , DE 37 26 875 C2 und EP 1 717 295 B1 bekannt sind. Effective should be areal trained burners, so-called burner blocks, with at least three burners, as they are known for example from the publications EP 1 182 181 A1, DE 37 26 875 C2 and EP 1 717 295 B1.
Die Druckschrift EP 1 182 181 A1 offenbart einen Vormisch-Brennerblock für partielle Oxidationsprozesse. Der Vorschlag ist für Vergaser, die bei hohen Drücken betrieben werden, nicht geeignet, da die geforderten, sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten am Austritt aus dem Brennerblock unter erhöhten Drücken nicht realisiert werden können. Des Weiteren ist der Brennerblock für Temperaturen im Vergaser von kleiner 1.400°C begrenzt. Diese Temperaturen werden in modernen Vergasern in der Regel überschritten. Document EP 1 182 181 A1 discloses a premix burner block for partial oxidation processes. The proposal is not suitable for carburetors that are operated at high pressures, since the required, very high flow rates can not be realized at the outlet of the burner block under increased pressures. Furthermore, the burner block for carburetor temperatures of less than 1400 ° C is limited. These temperatures are usually exceeded in modern carburetors.
Die Lösung der Druckschrift DE 37 26 875 C2 sieht einen wassergekühlten Mehrdüsen- Brenner vor, bei dem die Reaktanten in Form des Vergasungsstoffes Erdgas und der exotherm reagierenden Vergasungsmittel, durch Kühlwasser führende Zwischenräume voneinander getrennt sind. Der Vorschlag ist für die technische Ausführung moderner Vergasungsbrenner, die die hohe Vorwärmung der Vergasungsmittel bis ca. 400°C und der Vergasungsstoffe bis ca. 650°C erfordern, nicht geeignet. Durch die Kompaktheit der Bodenplatte würde diese aufgrund der hohen thermischen Spannungen schnell zerstört werden. Ebenso können die Längsdehnungen der nicht gekühlten Zuführungsrohre mechanisch nicht abgefangen werden. Außerdem ist die erforderliche Schweißkonstruktion technisch praktisch nicht ausführbar. Dies wird insbesondere in der Darstellung der Fig. 2 ersichtlich, wonach der Einbau der nach innen geneigten Rohre technisch als nicht realisierbar erscheint. The solution of the document DE 37 26 875 C2 provides a water-cooled Mehrdüsen- burner in which the reactants in the form of the gasification gas natural gas and the exothermic gasification agent, leading through cooling water spaces are separated. The proposal is not suitable for the technical design of modern gasification burners, which require the high preheating of the gasification agent to about 400 ° C and the gasification materials to about 650 ° C. Due to the compactness of the bottom plate this would be destroyed quickly due to the high thermal stresses. Likewise, the longitudinal expansion of the non-cooled supply pipes can not be mechanically intercepted. In addition, the required weld construction is technically practically impossible. This can be seen in particular in the illustration of FIG. 2, according to which the installation of the inwardly inclined tubes appears technically unrealizable.
Die Druckschrift EP 1 717 295 B1 beschreibt einen flächenhaften Vergasungsinjektor für flüssige Kohlenwasserstoffe in Form einer Aufschlämmung und Vergasungsmittel in Form von Sauerstoff. Die flächenhafte Verteilung der Vergasungsstoffe und die Zumischung von Sauerstoff an der gekühlten Frontplatte sind apparate- und betriebstechnisch extrem aufwendig. Es bestehen massive sicherheitstechnische Bedenken gegenüber einem mit Sauerstoff beaufschlagten Druckraum, bei dem es bei erhöhten Temperaturen (hot spots) zu Sauerstoffbränden mit den umgebenden drucktragenden metallischen Wänden kommen kann. Dies wäre beispielsweise der Fall, wenn eines der Aufschlämmungs-Einspritzrohre im Durchfluss gestört ist und sich durch Rückzündung in den Sauerstoff-Druckraum hinein erwärmt. Eine aufwändige Temperaturüberwachung der gesamten Frontplatte im Sauerstoff- Druckraum ist unumgänglich. The document EP 1 717 295 B1 describes a planar gasification injector for liquid hydrocarbons in the form of a slurry and gasification agent in the form of oxygen. The areal distribution of the gasification substances and the admixture of Oxygen on the cooled front panel are extremely expensive in terms of apparatus and operation. There are massive safety concerns with respect to a pressurized oxygen chamber in which it can come at elevated temperatures (hot spots) to oxygen fires with the surrounding pressure-bearing metallic walls. This would be the case, for example, if one of the slurry injection pipes is disturbed in the flow and warms up by re-ignition into the oxygen pressure space. A complex temperature monitoring of the entire front panel in the oxygen pressure chamber is inevitable.
Der in den Patentansprüchen 1 , 11 und 12 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vergaserkopf mit einem Brennerblock für die Partialoxidation von gasförmigen und flüssigen Vergasungsstoffen so zu schaffen, dass die Reaktanten gefahrlos und ohne zusätzliche betriebliche Sicherheits-Überwachung in den bis 1.600°C heißen und druckbelasteten Vergaserinnenraum zuführbar sind. The indicated in the claims 1, 11 and 12 invention has for its object to provide a gasifier head with a burner block for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification materials so that the reactants safely and without additional operational safety monitoring in the up to 1,600 ° C. hot and pressure-loaded carburetor interior can be fed.
Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1 , 11 und 12 aufgeführten Merkmalen gelöst. This object is achieved with the features listed in the patent claims 1, 11 and 12.
Die Vergaserköpfe mit einem dazugehörigen Brennerblock für die Partialoxidation von gasförmigen und flüssigen Vergasungsstoffen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Reaktanten gefahrlos und ohne zusätzliche betriebliche Sicherheits-Überwachung in den bis 1.600°C heißen und druckbelasteten Vergaserinnenraum zugeführt werden können. The carburator heads with an associated burner block for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification materials are characterized in particular by the fact that the reactants can be safely and without additional operational safety monitoring in the up to 1,600 ° C hot and pressure-loaded carburetor interior.
Dazu weist der Vergaserkopf einen wenigstens eine Zuführung und mindestens einen in Richtung Vergaserinnenraum weisenden Ausgang für ein Schutzgas besitzenden Schutzraum in wenigstens einem Isolationskörper auf. Weiterhin sind eine sauerstoffhaltiges Vergasungsmittel oder Sauerstoff eintragende Anordnung mit den Isolationskörper durchdringende Düsenrohre sowie eine Vergasungsstoff-Eintragsanordnung mit im Isolationskörper angeordneten und einseitig am oder im Vergaserinnenraum endenden Vergasungsstoff-Düsenrohren vorhanden. Die Düsenrohre enden damit zum einen im Schutzraum und zum anderen im Vergaserinnenraum, so dass sauerstoffhaltiges Vergasungsmittel oder Sauerstoff über die Düsenrohre dem Vergaserinnenraum zuführbar sind. Dagegen enden die Vergasungsstoff-Düsenrohre zum einen im Isolationskörper und zum anderen im Vergaserinnenraum, so dass über Leitungen im Isolationskörper und damit außerhalb des Schutzraumes dem Vergaserinnenraum Vergasungsstoff zuführbar ist. Dazu sind die Düsenrohre der Anordnung über Leitungen und wenigstens einen Verteiler mit einer Zufuhrleitung für das sauerstoffhaltige Vergasungsmittel oder den Sauerstoff im Schutzraum verbunden. Die Vergasungsstoff-Düsenrohre sind über Vergasungsstoff- Leitungen und wenigstens einem Vergasungsstoff-Verteiler mit einer Vergasungsstoff- Zufuhrleitung am oder im Isolationskörper verbunden. For this purpose, the gasifier head has at least one supply and at least one in the direction of carburetor interior facing output for a protective gas possessing shelter in at least one insulating body. Furthermore, an oxygen-containing gasification agent or oxygen-introducing arrangement with the insulating body penetrating nozzle tubes and a gasification material-entry arrangement with arranged in the insulating body and on one side on or in the carburetor interior ending gasification nozzle pipes available. The nozzle tubes thus end up in the shelter and on the other in the carburetor interior, so that oxygen-containing gasification agent or oxygen via the nozzle tubes to the carburetor interior can be fed. On the other hand, the gasification material nozzle pipes end up in the insulation body and in the gasifier interior, so that gasification material can be fed to the gasifier interior via lines in the insulation body and therefore outside the shelter. For this purpose, the nozzle tubes of the arrangement via lines and at least one distributor to a supply line for the oxygen-containing gasification agent or the oxygen in the shelter are connected. The gasification material nozzle pipes are connected via gasification material lines and at least one gasification material distributor to a gasification material supply line on or in the insulation body.
Der Brennerblock besitzt vorteilhafterweise den Schutzraum. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich die gesamte Vergasungsstoff-Eintragsanordnung außerhalb des Schutzraumes im Vergaserkopf befindet, so dass höchste Sicherheitsanforderungen gewährleistet sind. Dazu ist die Vergasungsstoff-Eintragsanordnung an oder in der Isolationsschicht und damit außerhalb des Schutzraumes angeordnet. The burner block advantageously has the shelter. Another advantage is that the entire gasification material entry assembly is outside the shelter in the carburator head, so that the highest safety requirements are guaranteed. For this purpose, the gasification substance entry arrangement is arranged on or in the insulation layer and thus outside of the protection space.
Ein Verfahren zur Partialoxidation von gasförmigen und flüssigen Vergasungsstoffen zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Vergaserkopf eine von einer Vergasungsstoff- Zufuhranordnung mit Vergasungsstoff-Leitungen, wenigstens einem Vergasungsstoff- Verteiler und einer Vergasungsstoff-Zufuhrleitung für Vergasungsstoff-Düsenrohre räumlich getrennte sauerstoffhaltige Vergasungsmittel oder Sauerstoff zuführende Anordnung mit Leitungen, wenigstens einem Verteiler und einer Zufuhrleitung für das sauerstoffhaltige Vergasungsmittel oder den Sauerstoff von einem Schutzgas umspült wird. A process for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification materials is characterized in that in a gasifier head one of a Vergasungsstoff- supply arrangement with Vergasungsstoff- lines, at least one Vergasungsstoff- distributor and a Vergasungsstoff supply line for Vergasungsstoff-nozzle tubes spatially separated oxygen-containing gasification agent or oxygen feeding Arrangement with lines, at least one distributor and a supply line for the oxygen-containing gasification agent or the oxygen is surrounded by a protective gas.
Ein weiteres Verfahren zur Partialoxidation von gasförmigen und flüssigen Vergasungsstoffen zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass in einem Vergaserkopf eine sauerstoffhaltige Vergasungsmittel oder Sauerstoff eintragende Anordnung mit Leitungen, wenigstens einem Verteiler und einer Zufuhrleitung für das sauerstoffhaltige Vergasungsmittel oder den Sauerstoff und eine Kühlmittel-Anordnung mit einer Kühlmittel-Zufuhrleitung an wenigstens einem Kühlmittelverteiler für Düsen-Kühleinrichtungen von einem Schutzgas umspült werden, wobei eine Vergasungsstoff-Zufuhranordnung mit Vergasungsstoff-Leitungen, wenigstens einem Vergasungsstoff-Verteiler und einer Vergasungsstoff-Zufuhrleitung für Vergasungsstoff-Düsenrohre davon räumlich getrennt ist. Another method for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification materials is characterized in particular in that in a gasifier head an oxygen-containing gasification or oxygen-introducing arrangement with lines, at least one manifold and a supply line for the oxygen-containing gasification agent or oxygen and a coolant arrangement with a Coolant supply line to at least one coolant distributor for nozzle cooling devices are surrounded by a protective gas, wherein a gasification material supply arrangement with gasification material lines, at least one gasification material distributor and a gasification material supply line for gasification material nozzle tubes thereof is spatially separated.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 10 und 13 angegeben. Advantageous embodiments of the invention are specified in the claims 2 to 10 and 13.
Wenigstens ein Düsenrohr der Düsenrohre für den Sauerstoff oder das sauerstoffhaltige Vergasungsmittel ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 beabstandet in einem Schutzgas-Düsenrohr für Schutzgas des Schutzraumes angeordnet, wobei das Schutzgas- Düsenrohr den Schutzraum und den Vergaserinnenraum als Ausgang des Schutzraumes verbindet. At least one nozzle tube of the nozzle tubes for the oxygen or the oxygen-containing gasification agent is spaced apart according to the embodiment of claim 2 in a protective gas nozzle tube for inert gas of the shelter, wherein the protective gas Nozzle tube connects the shelter and the carburetor interior as the output of the shelter.
Für einen Brenner ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 wenigstens ein Bereich des Düsenrohres der sauerstoffhaltiges Vergasungsmittel oder Sauerstoff eintragenden Anordnung beabstandet in mindestens einem Bereich des Vergasungsstoff-Düsenrohres für Vergasungsstoff der Vergasungsstoff-Eintragungsanordnung angeordnet. Damit befindet sich jeweils ein Bereich des Düsenrohres in einem Vergasungsstoff-Düsenrohr. Weiterhin weist der Brennerblock Düsenrohre und Vergasungsstoff-Düsenrohre oder Brenner oder eine Kombination mit jeweils mindestens einem Düsenrohr, einem Vergasungsstoff-Düsenrohr und einem Brenner auf. For a burner, according to the embodiment of claim 3, at least one region of the nozzle tube of the oxygen-containing gasification agent or oxygen-introducing arrangement is arranged spaced apart in at least one region of the gasification substance nozzle tube for gasification substance of the gasification material registration arrangement. This is in each case a region of the nozzle tube in a gasification material nozzle tube. Furthermore, the burner block nozzle tubes and gasification gas nozzle tubes or burner or a combination of at least one nozzle tube, a gasification material nozzle tube and a burner.
Die Brenner sind damit Bestandteile der sauerstoffhaltiges Vergasungsmittel oder Sauerstoff eintragenden Anordnung und der Vergasungsstoff-Eintragsanordnung. The burners are thus components of the oxygen-containing gasification agent or oxygen-introducing arrangement and the gasification material entry arrangement.
Das Düsenrohr für das sauerstoffhaltige Vergasungsmittel oder den Sauerstoff ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 beabstandet in einem Schutzgas-Düsenrohr für Schutzgas des Schutzraumes angeordnet. Dabei verbindet das Schutzgas-Düsenrohr den Schutzraum und den Vergaserinnenraum als Ausgang des Schutzraumes. Weiterhin befindet sich das Schutzgas-Düsenrohr beabstandet in dem Vergasungsstoff-Düsenrohr, so dass das Düsenrohr, das Schutzgas-Düsenrohr und das Vergasungsstoff-Düsenrohr ein weiterer Brenner mit Schutzgas zwischen Vergasungsstoff und entweder sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel oder Sauerstoff am Austritt dieses Brenners ist. Dieser ist damit ein Brenner mit einem Schleiergas aus dem Schutzgas. Das Schutzgas kann ein endotherm reagierendes und damit wärmeverbrauchendes Vergasungsmittel, ein Inertgas oder ein Gemisch davon jeweils als Schleiergas sein. Das Schleiergas befindet sich damit zwischen dem sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel oder dem Sauerstoff und dem Vergasungsstoff am Austritt. Wenigstens ein derartiger Brenner mit Schleiergas ist ein Bestandteil des Brennerblocks. The nozzle tube for the oxygen-containing gasification agent or the oxygen is arranged according to the embodiment of claim 4 spaced in a protective gas nozzle tube for inert gas of the shelter. In this case, the protective gas nozzle tube connects the shelter and the carburetor interior as the output of the shelter. Further, the shield gas nozzle tube is spaced in the gasification nozzle tube so that the nozzle tube, shield gas nozzle tube and gasification nozzle tube is another inert gas burner between gasification agent and either oxygen-containing gasifier or oxygen at the exit of that burner. This is thus a burner with a Schleiergas from the inert gas. The shielding gas may be an endothermically reacting and thus heat-consuming gasification agent, an inert gas or a mixture thereof each as a Schleiergas. The Schleiergas is thus between the oxygen-containing gasification agent or the oxygen and the gasification material at the outlet. At least one such burner with veil gas is a component of the burner block.
Günstigerweise ist das Schutzgas nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 Wasserdampf und/oder Kohlendioxid und/oder Stickstoff. Conveniently, the protective gas according to the embodiment of claim 5 water vapor and / or carbon dioxide and / or nitrogen.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 befindet sich eine Kühlmittel-Anordnung mit einer Kühlmittel-Zufuhrleitung an wenigstens einem Kühlmittelverteiler im Schutzraum. Jeweils eine Düsen-Kühleinrichtung ist wenigstens am in Richtung Vergaserinnenraum weisenden Endenbereich des Düsenrohres oder des Vergasungsstoff-Düsenrohres angeordnet. Darüber hinaus sind die Düsen-Kühleinrichtungen über eine Kühlmittel- Sammeleinrichtung im Schutzraum mit einer Kühlmittel-Abfuhrleitung verbunden. According to the embodiment of claim 6, there is a coolant arrangement with a coolant supply line to at least one coolant distributor in the shelter. In each case a nozzle cooling device is at least at the end pointing in the direction of carburetor interior end region of the nozzle tube or the gasification material nozzle tube arranged. In addition, the nozzle cooling devices are connected via a coolant collecting device in the shelter with a coolant discharge line.
Eine Kühlmittel-Anordnung mit einer Kühlmittel-Zufuhrleitung an wenigstens einem Kühlmittelverteiler befindet sich nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 im Isolationskörper. Jeweils eine Düsen-Kühleinrichtung ist wenigstens am in Richtung Vergaserinnenraum weisenden Endenbereich des Düsenrohres oder des Vergasungsstoff- Düsenrohres angeordnet. Die Düsen-Kühleinrichtungen sind über eine Kühlmittel- Sammeleinrichtung im Isolationskörper mit einer Kühlmittel-Abfuhrleitung verbunden. A coolant arrangement with a coolant supply line to at least one coolant distributor is located according to the embodiment of claim 7 in the insulation body. In each case a nozzle cooling device is arranged at least at the end pointing in the direction of carburetor interior end region of the nozzle tube or the Vergasungsstoff- nozzle tube. The nozzle cooling devices are connected via a coolant collecting device in the insulating body with a coolant discharge line.
Die Düsen-Kühleinrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 vorteilhafterweise eine ringförmige Düsen-Kühleinrichtung mit einem Hohlraum am Endenbereich des Düsenrohres oder des Vergasungsstoff-Düsenrohres. The nozzle-cooling device is according to the embodiment of claim 8 advantageously an annular nozzle-cooling device with a cavity at the end region of the nozzle tube or the gasification gas nozzle tube.
Der Brennerblock weist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 mindestens eine röhrenförmige und überwiegend vertikal verlaufende Öffnung auf, in der sich der Zündbrenner oder der Zündbrenner und weitere Brenner oder Eintragsanordnungen befinden. The burner block has, according to the embodiment of claim 9, at least one tubular and predominantly vertically extending opening in which the pilot burner or the pilot burner and further burner or entry arrangements are located.
Der Druck des Schutzgases im Schutzraum ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 größer als der Druck des sauerstoffhaltigen Vergasungsmittels der Anordnung. The pressure of the protective gas in the shelter is greater than the pressure of the oxygen-containing gasification agent of the arrangement according to the embodiment of claim 10.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 13 wird das dem Vergaserinnenraum zugeführte sauerstoffhaltige Vergasungsmittel oder der dem Vergaserinnenraum zugeführte Sauerstoff von dem Schutzgas und das Schutzgas vom Vergasungsstoff umspült. According to the embodiment of claim 13, the oxygen-containing gasification medium supplied to the gasifier interior or the oxygen supplied to the gasifier interior is bathed by the protective gas and the protective gas by the gasification substance.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. An embodiment of the invention is illustrated in principle in the drawings and will be described in more detail below.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 ein Vergaserkopf mit einem Brennerblock mit Brennern,  1 is a gasifier head with a burner block with burners,
Fig. 2 ein Düsenrohr im Brennerblock, 2 a nozzle tube in the burner block,
Fig. 3 ein Vergasungsstoff-Düsenrohr im Brennerblock, 3 a gasification nozzle tube in the burner block,
Fig. 4 einen Brenner im Brennerblock, 4 shows a burner in the burner block,
Fig. 5 einen Brenner mit einer Düsen-Kühleinrichtung im Brennerblock,  5 shows a burner with a nozzle cooling device in the burner block,
Fig. 6 Brenner mit Schleiergas im Brennerblock und Fig. 7 eine Anordnung von Düsenrohren, Vergasungsstoff-Düsenrohren und Brennern mit Schleiergas. Fig. 6 Burner with Schleiergas in the burner block and Fig. 7 shows an arrangement of nozzle tubes, gasification material nozzle tubes and burners with fog gas.
Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel werden eine Einrichtung und ein Verfahren zur Partialoxidation von gasförmigen und flüssigen Vergasungsstoffen zusammen näher erläutert. In the following exemplary embodiment, a device and a method for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification substances are explained together in more detail.
Ein Vergaserkopf 1 für die Partialoxidation von gasförmigen und flüssigen Vergasungsstoffen besteht im Wesentlichen aus einem Brennerblock 2 mit einem Schutzraum 12, wenigstens einem Isolationskörper 4 und jeweils wenigstens A gasifier head 1 for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification substances consists essentially of a burner block 2 with a shelter 12, at least one insulating body 4 and in each case at least
einem Düsenrohr 20 und einem Vergasungsstoff-Düsenrohr 21 ,  a nozzle tube 20 and a gasification nozzle tube 21,
einem Brenner 10,  a burner 10,
einem Brenner 11 mit Schleiergas oder  a burner 11 with Schleiergas or
einer Kombination aus wenigstens  a combination of at least
einem Düsenrohr 20, einem Vergasungsstoff-Düsenrohr 21 , einem Brenner 10 und/oder einem Brenner 11 mit Schleiergas. Der Vergaserkopf 1 befindet sich auf dem Vergaserinnenraum 3 mit einer Vergaser-Ausmauerung 7.  a nozzle tube 20, a gasification material nozzle tube 21, a burner 10 and / or a burner 11 with fog gas. The carburetor head 1 is located on the carburetor interior 3 with a carburetor lining 7.
Die Fig. 1 zeigt einen Vergaserkopf 1 mit einem Brennerblock 2 mit Brennern 10, 11 in einer prinzipiellen Darstellung. Fig. 1 shows a gasifier head 1 with a burner block 2 with burners 10, 11 in a schematic representation.
Ein Vergaserkopf 1 kann weiterhin eine Vergaserkopf-Ausmauerung 5 als Deckkörper 5, eine Vergaser-Ausmauerung 6 als Seitenkörper 6, eine Öffnung 8 mit einem Zündbrenner 9, eine Zuleitung 13 für Vergasungsstoff, eine Zuleitung 14 für sauerstoffhaltiges und exotherm reagierendes Vergasungsmittel oder Sauerstoff, eine Zuleitung 15 für Kühlmittel, eine Ableitung 16 für Kühlmittel, einen Deckelaufsatz 17, eine Isolationsschicht 18 und Dichtungen 19 aufweisen. Nachfolgend werden der Isolationskörper 4 und die Isolationsschicht 18 als ein Isolationskörper 4, 18 bezeichnet. An carburetor head 1 may further include a carburetor head lining 5 as a cover body 5, a carburetor lining 6 as a side body 6, an opening 8 with a pilot burner 9, a supply line 13 for gasification material, a supply line 14 for oxygen-containing and exothermic gasification agent or oxygen, a Supply line 15 for coolant, a discharge line 16 for coolant, a cover attachment 17, an insulating layer 18 and seals 19 have. Hereinafter, the insulating body 4 and the insulating layer 18 will be referred to as an insulating body 4, 18.
Die Fig. 2 zeigt ein Düsenrohr 20 im Brennerblock 2 in einer prinzipiellen Darstellung. 2 shows a nozzle tube 20 in the burner block 2 in a schematic representation.
Eine sauerstoffhaltiges Vergasungsmittel oder Sauerstoff eintragende Anordnung umfasst wenigstens ein den Isolationskörper 4, 18 durchdringendes Düsenrohr 20. Mehrere Düsenrohre sind über Leitungen und wenigstens einen Verteiler mit der Zufuhrleitung 14 für das sauerstoffhaltige Vergasungsmittel oder den Sauerstoff im Schutzraum 12 verbunden. Die Fig. 3 zeigt ein Vergasungsstoff-Düsenrohr 21 im Brennerblock 2 in einer prinzipiellen Darstellung. An oxygen-containing gasifying agent or oxygen-introducing arrangement comprises at least one nozzle tube 20 penetrating the insulating body 4, 18. Several nozzle tubes are connected via lines and at least one distributor to the oxygen-containing gas supply line or oxygen in the protective space 12. 3 shows a gasification material nozzle tube 21 in the burner block 2 in a schematic representation.
Eine Vergasungsstoff-Eintragsanordnung weist wenigstens ein im Isolationskörper 4 angeordnetes und am oder im Vergaserinnenraum 3 einseitig endendes und Vergasungsstoff-Düsenrohr 21 auf. Mehrere sind über Vergasungsstoff-Leitungen und wenigstens einem Vergasungsstoff-Verteiler mit einer Vergasungsstoff-Zufuhrleitung 13 am oder im Isolationskörper 4 verbunden. A gasification substance inlet arrangement has at least one gasification substance nozzle tube 21 arranged in the insulation body 4 and ending on or in the gasifier interior 3 on one side. Several are connected via gasification material lines and at least one gasification material distributor to a gasification material supply line 13 on or in the insulation body 4.
Die Fig. 4 zeigt einen Brenner 10 im Brennerblock 2 in einer prinzipiellen Darstellung. 4 shows a burner 10 in the burner block 2 in a basic representation.
Für einen Brenner 10 ist wenigstens ein Bereich des Düsenrohres 20 der sauerstoffhaltiges Vergasungsmittel oder Sauerstoff eintragenden Anordnung beabstandet in mindestens einem Bereich des Vergasungsstoff-Düsenrohres 21 für Vergasungsstoff der Vergasungsstoff- Eintragungsanordnung angeordnet. For a burner 10, at least a portion of the nozzle tube 20, the oxygen-containing gasifying agent or oxygen-introducing assembly, is spaced apart in at least a portion of the gasification material nozzle tube 21 of the gasification material registration assembly.
Die Fig. 5 zeigt einen Brenner 10 mit einer Düsen-Kühleinrichtung 22 im Brennerblock 2 in einer prinzipiellen Darstellung. 5 shows a burner 10 with a nozzle cooling device 22 in the burner block 2 in a basic representation.
Der Brenner 10 ist wie der bereits zur Darstellung der Fig. 4 beschriebene realisiert. Zusätzlich weist dieser die Düsen-Kühleinrichtung 22 auf. Dazu befindet sich eine Kühlmittel- Anordnung mit einer Kühlmittel-Zufuhrleitung 15 an wenigstens einem Kühlmittelverteiler im Schutzraum 12 und/oder im Isolationskörper 4, 18. Die Düsen-Kühleinrichtung 22 ist am in Richtung Vergaserinnenraum 3 weisenden Endenbereich des Vergasungsstoff-Düsenrohres 21 angeordnet. Die Düsen-Kühleinrichtung 22 ist eine ringförmige Düsen-Kühleinrichtung 22 mit einem Hohlraum am Endenbereich des Vergasungsstoff-Düsenrohres 21 . The burner 10 is realized as already described for the representation of FIG. 4. In addition, it has the nozzle cooling device 22. For this purpose there is a coolant arrangement with a coolant supply line 15 on at least one coolant distributor in the protective space 12 and / or in the insulation body 4, 18. The nozzle cooling device 22 is arranged on the end region of the gasification substance nozzle pipe 21 pointing in the direction of the carburetor interior 3. The nozzle cooler 22 is an annular nozzle cooler 22 having a cavity at the end portion of the gasification nozzle tube 21.
Die Fig. 6 zeigt Brenner 11 mit Schleiergas mit einer Düsen-Kühleinrichtung 22 im Brennerblock 2 in einer prinzipiellen Darstellung. FIG. 6 shows burner 11 with Schleiergas with a nozzle cooling device 22 in the burner block 2 in a schematic representation.
Das Düsenrohr 20 für das sauerstoffhaltige Vergasungsmittel oder den Sauerstoff ist beabstandet in einem Schutzgas-Düsenrohr 23 für Schutzgas des Schutzraumes 12 angeordnet, wobei das Schutzgas-Düsenrohr 23 den Schutzraum 12 und den Vergaserinnenraum 3 als Ausgang des Schutzraumes 12 verbindet. Weiterhin befindet sich das Schutzgas-Düsenrohr 23 beabstandet in dem Vergasungsstoff-Düsenrohr 21 , so dass das Düsenrohr 20, das Schutzgas-Düsenrohr 23 und das Vergasungsstoff-Düsenrohr 21 der Brenner 11 mit Schleiergas ist. Dieser ist damit ein Brenner 11 mit einem Schleiergas aus dem Schutzgas. Das Schutzgas kann ein endotherm reagierendes und damit wärmeverbrauchendes Vergasungsmittel, ein Inertgas oder ein Gemisch davon jeweils als Schleiergas sein. Das Schleiergas befindet sich damit zwischen dem sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel oder dem Sauerstoff und dem Vergasungsstoff am Austritt des Brenners 1 1. Zusätzlich kann dieser die Düsen-Kühleinrichtung 22 aufweisen. Dazu befindet sich die Kühlmittel-Anordnung mit einer Kühlmittel-Zufuhrleitung 15 an wenigstens einem Kühlmittelverteiler im Schutzraum 12 und/oder im Isolationskörper 4, 18. Die Düsen- Kühleinrichtung 22 ist am in Richtung Vergaserinnenraum 3 weisenden Endenbereich des Vergasungsstoff-Düsenrohres 21 angeordnet. Die Düsen-Kühleinrichtung 22 ist eine ringförmige Düsen-Kühleinrichtung 22 mit einem Hohlraum am Endenbereich des Vergasungsstoff-Düsenrohres 21 . The nozzle tube 20 for the oxygen-containing gasification agent or oxygen is spaced apart in a protective gas nozzle tube 23 for protective gas of the shelter 12, wherein the protective gas nozzle tube 23 connects the shelter 12 and the carburetor interior 3 as the output of the shelter 12. Further, the shielding gas nozzle tube 23 is spaced in the gasification material nozzle tube 21, so that the nozzle tube 20, the shielding gas nozzle tube 23, and the gasification nozzle tube 21 are the burner 11 with the fogging gas. This is thus a burner 11 with a Schleiergas the protective gas. The shielding gas may be an endothermically reacting and thus heat-consuming gasification agent, an inert gas or a mixture thereof each as a Schleiergas. The veil gas is thus located between the oxygen-containing gasification agent or the oxygen and the gasification material at the outlet of the burner 1 1. In addition, this may have the nozzle-cooling device 22. For this purpose, the coolant arrangement is located with a coolant supply line 15 on at least one coolant distributor in the protective space 12 and / or in the insulation body 4, 18. The nozzle cooling device 22 is arranged at the end region of the gasification substance nozzle pipe 21 pointing in the direction of the carburetor interior 3. The nozzle cooler 22 is an annular nozzle cooler 22 having a cavity at the end portion of the gasification nozzle tube 21.
Nachfolgend wird an Hand der Darstellung der Fig. 1 ein darin dargestellter Vergaserkopf 1 und Verfahren zur Partialoxidation von gasförmigen und flüssigen Vergasungsstoffen zusammen näher erläutert. 1, a carburetor head 1 and a process for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification substances shown therein will be explained together in more detail.
Die exotherm reagierenden Vergasungsmittel werden mittels einer Sauerstoff-Druckleitung in den Vergaserkopf 1 eingebracht und an eine Sauerstoff-Verteilereinrichtung übergeben, von der aus die exotherm reagierenden Vergasungsmittel mittels Sauerstoff-Verteilerleitungen an jeweils ein in Richtung Vergaserinnenraum 3 weisendes Düsenrohr 20 übergeben werden. Das Düsenrohr 20 besitzt dabei beispielsweise eine durch das Ende des Düsenrohres gebildete kreisförmige Austrittsdüse, so dass die exotherm reagierenden Vergasungsmittel in Höhe der inneren Oberfläche des Brennerblocks 2 in vertikaler Richtung in den Vergaserinnenraum 3 eingeblasen werden. Dazu können weiterhin in horizontal etwa gleicher Höhe angeordnete Sauerstoff-Entnahmeeinrichtungen im Schutzraum 12 vorhanden sein, mit denen die Düsenrohre 20 verbunden sind. The exothermically reacting gasification agents are introduced into the gasifier head 1 by means of an oxygen pressure line and transferred to an oxygen distributor device, from which the exothermically reacting gasification agents are transferred by means of oxygen distributor lines to a nozzle tube 20 pointing toward the gasifier interior 3. In this case, the nozzle tube 20 has, for example, a circular outlet nozzle formed by the end of the nozzle tube, so that the exothermically reacting gasification agents are injected in the vertical direction into the carburetor interior 3 at the level of the inner surface of the burner block 2. For this purpose, further arranged in horizontal about the same height oxygen removal devices may be present in the shelter 12, with which the nozzle tubes 20 are connected.
Um wirksam zu verhindern, dass im Falle von Undichtheiten oder Lecks in der Sauerstoff- Eintragsanordnung der austretende freie Sauerstoff zu unkontrollierbaren Schäden im Vergaserkopf 1 führen kann, ist die Sauerstoff-Eintragsanordnung bis auf korrespondierend zum Isolationskörper angeordnete Bereiche der Düsenrohre 20 von einem geschlossenen Schutzraum 12 umgeben. Die Sauerstoff-Eintragsanordnung umfasst die Sauerstoff- Zufuhrleitung 14 als eine Druckleitung, die Sauerstoff-Verteilereinrichtung, die Sauerstoff- Verteilerleitungen, die Sauerstoff-Entnahmeeinrichtungen, die Düsenrohre 20 mit den Sauerstoff-Austrittsdüsen als Abschluss der Düsenrohre 20. Der Schutzraum 12 kann unterbrechungsfrei aus einem horizontalen Teil und einem vertikalen Teil zusammengesetzt sein. Der vertikale Teil besteht vorzugsweise aus einem Rohr, das auf dem horizontalen Teil des Schutzgasdeckels aufgesetzt ist. Es ragt in der Höhe bis über den Vergaser-Deckel und den Deckelaufsatz 17 hinaus. Im vertikalen Teil verläuft die Zufuhrleitung 14 und durchdringt sie an ihrem oberen Ende außerhalb des Deckelaufsatzes 17. Damit ist sichergestellt, dass die freien Sauerstoff führenden Rohrleitungen und Verteilereinrichtungen in Form der Zufuhrleitung 14, der Sauerstoff-Verteilereinrichtung, der Sauerstoff-Verteilerleitungen, der Sauerstoff-Entnahmeeinrichtungen und der Düsenrohre 20 an keiner Stelle im Vergaserkopf 1 mit brennbaren Gasen in Kontakt kommen können. Die Anordnung gewährleistet außerdem, dass sich die Sauerstoff-Eintragsanordnung einschließlich der Zufuhrleitung 14 bei Temperaturänderungen spannungsfrei bewegen kann. In order to effectively prevent the leaking free oxygen from leading to uncontrollable damage in the carburator head 1 in the event of leaks or leaks in the oxygen introduction arrangement, the oxygen introduction arrangement is provided with a closed protection space 12 except for regions of the nozzle tubes 20 corresponding to the insulation body surround. The oxygen supply arrangement comprises the oxygen supply line 14 as a pressure line, the oxygen distribution device, the oxygen distribution lines, the oxygen removal devices, the nozzle tubes 20 with the oxygen outlet nozzles as the conclusion of the nozzle tubes 20. The shelter 12 can uninterrupted from a be composed horizontal part and a vertical part. The vertical part is preferably made of a tube on the horizontal part of the protective gas cover is placed. It protrudes in height beyond the carburetor cover and the lid 17 attachment. In the vertical part of the supply line 14 extends and penetrates at its upper end outside of the cap attachment 17. This ensures that the free oxygen-carrying piping and distribution devices in the form of the supply line 14, the oxygen distribution device, the oxygen distribution lines, the oxygen Removal devices and the nozzle tubes 20 at any point in the carburetor head 1 can come into contact with combustible gases. The arrangement also ensures that the oxygen supply assembly including the supply line 14 can move stress-free with temperature changes.
In den Schutzraum 12 werden am oberen Ende des vertikalen Teiles endotherm reagierende Vergasungsmittel und/oder Inertgase als Schutz- und Schleiergase, die nahezu ausschließlich aus Wasserdampf, Kohlendioxid, Stickstoff und/oder deren Gemische bestehen, so eingespeist, dass die Drücke im Schutzraum 12 um mindestens 0,05 bar höher als die Drücke in der Zufuhrleitung 14 eingestellt sind. Die dem Schutzraum 12 zugeführten Schutzgase werden am Boden des horizontalen Teils aus mindestens einer Schutzgas- Austrittsdüse in Richtung des Vergaserinnenraumes 3 ausgeblasen, insoweit diese Schutzgase nicht durch ringspaltförmig gestaltete Schleiergas-Austrittsdüsen gebildet aus den Schutzgas-Düsenrohren 23, die die Sauerstoff-Austrittsdüsen gebildet aus den Düsenrohren 20 umschließen, in Richtung des Vergaserinnenraumes 3 ausgeblasen werden. Der Überdruck im Schutzraum 12 wird durch entsprechend dimensionierte Druckverluste der Schutzgas-Austrittsdüsen gewährleistet. Selbst im Falle von Undichtheiten in der Sauerstoff-Eintragsanordnung wird auf diese Weise Sorge getragen, dass freier Sauerstoff nicht in den Schutzraum 12 gelangen kann. Damit bleibt seine Inertisierungsfunktion unter allen Umständen vollständig erhalten. In the shelter 12 endothermically reacting gasifying agents and / or inert gases are at the upper end of the vertical part as protective and veiling gases consisting almost exclusively of water vapor, carbon dioxide, nitrogen and / or mixtures thereof, so fed that the pressures in the shelter 12 to at least 0.05 bar higher than the pressures in the supply line 14 are set. The protective space 12 supplied protective gases are blown at the bottom of the horizontal part of at least one shielding gas outlet nozzle in the direction of the carburetor interior 3, insofar as these shielding gases are not formed by annular gap shaped Schleiergas outlet nozzles from the shielding gas nozzle tubes 23, the oxygen outlet nozzles formed surround the nozzle tubes 20, are blown out in the direction of the carburetor interior 3. The overpressure in the shelter 12 is ensured by correspondingly dimensioned pressure losses of the protective gas outlet nozzles. Even in the case of leaks in the oxygen entry arrangement, care is taken in this way that free oxygen can not enter the shelter 12. Thus, its inerting function is fully preserved under all circumstances.
Die Schutzgase können die Funktion der Beschleierung der exotherm reagierenden Vergasungsmittel, die aus den Düsenrohren 20 austreten, übernehmen. Beim sogenannten Autothermreforming (ATR-Modus) steht dafür nur der geringere Teil des gesamten Eintrags an endotherm reagierenden Vergasungsmitteln Wasserdampf und/oder Kohlendioxid für die Beschleierung zur Verfügung. Der überwiegende Teil dieser endotherm reagierenden Vergasungsmittel wird den Vergasungsstoffen zugemischt, bevor dieses Gemisch bis auf ca. 650°C erhitzt wird. Der Schutzraum 12 übernimmt im ATR-Modus nur untergeordnet die Funktion der Zuführung und Verteilung der endotherm reagierenden Vergasungsmittel, wobei das Schutzgas eine andere Zusammensetzung als das den Vergasungsstoffen zugemischte endotherm reagierende Vergasungsmittel aufweisen kann. Dazu kann beispielsweise ein höherer Stickstoffanteil im Schutzgas als im Zumischgas zu den Vergasungsstoffen vorhanden sein. The shielding gases may perform the function of aerating the exothermic gasification agents exiting the nozzle tubes 20. In the case of so-called autothermal reforming (ATR mode), only the smaller part of the total amount of endothermic gasification agents water vapor and / or carbon dioxide is available for the fogging. The majority of these endothermic gasification agent is added to the gasification before this mixture is heated to about 650 ° C. The shelter 12 takes over in the ATR mode only subordinate the function of supplying and distributing the endothermic gasification agent, wherein the protective gas may have a different composition than the gasification substances admixed endothermic gasification agent. This can, for example, a higher nitrogen content in the inert gas than in the admixing gas to the gasification substances be present.
Anders verhält es sich im Falle der nichtkatalytischen Partialoxidation (POX-Modus). Der Schutzraum 12 ist hier weit überwiegend für die Zuführung und Verteilung der endotherm reagierenden Vergasungsmittel und/oder des Inertgases Stickstoff verantwortlich, wobei diese in gleicher Weise als Schutz- und Schleiergase dienen. The situation is different in the case of non-catalytic partial oxidation (POX mode). The shelter 12 is largely responsible for the supply and distribution of the endothermic gasification agent and / or the inert gas nitrogen, which serve in the same way as protective and fogging gases.
Die endotherm reagierenden Vergasungsmittel Wasserdampf und/oder Kohlendioxid und/oder das Inertgas Stickstoff können beim POX-Modus durch nach unten gerichtete Verlängerungen des Schutzraumes 12, die als Schutzgas-Düsenrohre 23 die Düsenrohre 20 hier für das sauerstoffhaltige und exotherm reagierende Vergasungsmittel oder den Sauerstoff konzentrisch umschließen, geleitet und über ringförmige Schleiergas- Austrittsdüsen gebildet aus den Enden der Schutzgas-Düsenrohren 23 in gleicher Höhe wie die Sauerstoff-Austrittsdüsen in vertikaler Richtung in den Vergaserinnenraum 3 eingeblasen. Dabei erfolgt, wie bereits dargestellt, die Beschleierung der exotherm reagierenden Vergasungsmittel The endothermically reacting gasification agent water vapor and / or carbon dioxide and / or the inert gas nitrogen can in the POX mode by downwardly extending extensions of the shelter 12, as the protective gas nozzle tubes 23, the nozzle tubes 20 here for the oxygen-containing and exothermic gasification agent or the oxygen concentric enclose, guided and blown through annular Schleiergas- outlet nozzles formed from the ends of the shielding gas nozzle tubes 23 at the same height as the oxygen outlet nozzles in the vertical direction in the carburetor interior 3. In this case, as already shown, the fogging of the exothermic gasification agent
und damit eine Separation zwischen exotherm reagierenden Vergasungsmittel und Vergasungsstoff direkt am Brennermund durch das Schleiergas. and thus a separation between exothermic gasification agent and gasification material directly at the burner mouth by the Schleiergas.
Im ATR-Modus kann analog dem POX-Modus mit dieser Beschleierung verfahren werden. Im ATR-Modus besteht jedoch auch die Möglichkeit, auf die Beschleierung zu verzichten, so dass als Abfluss der Schutzgase in den Vergaserinnenraum 3 die Schutzgas-Düsenrohre 23 örtlich getrennt von den Düsenrohren 20 und deren Sauerstoff-Austrittsdüsen angeordnet sind. In ATR mode, this procedure can be used analogously to the POX mode. In the ATR mode, however, it is also possible to dispense with the fogging so that the shielding gas nozzle tubes 23 are arranged spatially separated from the nozzle tubes 20 and their oxygen outlet nozzles as outflow of the protective gases into the carburetor interior 3.
Daneben können weiterhin die sauerstoffhaltigen und exotherm reagierenden Vergasungsmittel durch zugemischten Wasserdampf und/oder Kohlendioxid und/oder Inertgas Stickstoff verdünnte exotherm reagierende Vergasungsmittel sein. Das Einbringen von Wasserdampf und/oder Kohlendioxid und/oder Inertgas Stickstoff sowohl in die Vergasungsstoffen als auch in die exotherm reagierenden Vergasungsmittel als auch über die Zuführung von Schutz- und Schleiergasen zum Vergaserinnenraum ermöglicht eine Temperaturmoderation im Bereich des Brennermundes der Brenner und beeinflusst die Temperatureinstellung im Vergaserinnenraum 3. In addition, the oxygen-containing and exothermically reacting gasification agents may be exothermically-reacting gasification agents diluted in admixed steam and / or carbon dioxide and / or inert gas. The introduction of water vapor and / or carbon dioxide and / or inert gas nitrogen in both the gasification and in the exothermic gasification agents as well as the supply of protective and fog gases to the carburetor interior allows a moderation of temperature in the burner mouth of the burner and affects the temperature setting in Carburetor interior 3.
Im ATR-Modus wird in Summe viel mehr Wasserdampf und/oder Kohlendioxid als im POX- Modus eingeblasen, und dass wiederum hauptsächlich als Zumischgas zum Vergasungsstoff. Die resultierende Gastemperatur im Vergaserinnenraum 3 ist durch diese Zumischung auch gewollt viel tiefer als im POX-Modus, so dass im ATR-Modus auch auf die Kühleinrichtung verzichtet werden kann. Unter den Brennern kann sich dabei eine Katalysatorschicht befinden, um die Reaktionen zu beschleunigen, da kleinere Temperaturen als im POX-Modus vorhanden sind. In the ATR mode, in total, much more water vapor and / or carbon dioxide is blown in than in the POX mode, which in turn is mainly used as admixing gas for the Gasification material. The resulting gas temperature in the carburetor interior 3 is deliberately much lower than in the POX mode as a result of this admixture, so that the cooling device can also be dispensed with in the ATR mode. There may be a catalyst layer beneath the burners to speed up the reactions because of lower temperatures than in POX mode.
Die Vergasungsstoffe werden mittels mindestens einer Vergasungsstoff-Zufuhrleitung 13 als Druckleitung in den Vergaserkopf 1 eingebracht und von dort an mindestens eine Vergasungsstoff-Verteilereinrichtung übergeben. Von hier aus werden die Vergasungsstoffe mittels Vergasungsstoff-Verteilerleitungen auf mindestens zwei, in horizontal etwa gleicher Höhe angeordneten, Vergasungsstoff-Entnahmeeinrichtungen verteilt, von denen aus die Vergasungsstoffe an mindestens jeweils ein darunter angeordnetes und nach unten gerichtetes Vergasungsstoff-Düsenrohr 21 übergeben werden. Über dessen am unteren Ende angeordnete Vergasungsstoff-Austrittsdüse werden die Vergasungsstoffe in Höhe der inneren Oberfläche des Brennerblocks 2 in überwiegend vertikaler Richtung in den Vergaserinnenraum 3 eingeblasen. Die Vergasungsstoffe können vorteilhafterweise mittels der Vergasungsstoff-Verteilerleitungen über den äußeren Rand außerhalb des Schutzraumes 12 geführt werden. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Vergasungsstoff- Verteilereinrichtungen und ein Teil der Vergasungsstoff-Verteilerleitungen oberhalb des horizontalen Teiles des Schutzraumes 12 vor Überhitzungen geschützt sind. Die vertikalen Wärmedehnungen der bis ca. 650°C heißen Vergasungsstoff-Druckleitungen werden durch die nicht starre horizontale Verteilungsanordnung problemlos abgefangen. Um die horizontalen Wärmedehnungen zu kompensieren, werden vorteilhafter Weise die Vergasungsstoff-Verteilerleitungen so geführt, dass deren horizontal verlaufenden Leitungslängen oberhalb und unterhalb des horizontalen Teiles des Schutzraumes 12 in etwa gleich lang gehalten werden. Es können aber auch andere Formen der Verlegung der Vergasungsstoff-Verteilerleitungen mit Kompensatoren für Wärmedehnungen gewählt werden. Dadurch, dass die gesamte Vergasungsstoff-Eintragsanordnung außerhalb des geschlossenen Schutzraumes 12 im Vergaserkopf 1 angeordnet ist, werden höchste Sicherheitsanforderungen gewährleistet. Die Vergasungsstoff-Eintragsanordnung umfasst dabei die Vergasungsstoff-Druckleitungen, die Vergasungsstoff-Verteilereinrichtungen, die Vergasungsstoff-Verteilerleitungen, die Vergasungsstoff-Düsenrohre 21 mit den Vergasungsstoff-Austrittsdüsen als Abschluss der Düsenrohre 21 . The gasification materials are introduced by means of at least one gasification material supply line 13 as a pressure line in the carburator head 1 and passed from there to at least one gasification material distributor device. From here, the gasification materials are distributed by means of gasification material distributor lines to at least two gasification substance removal devices arranged at approximately the same height, from which the gasification substances are transferred to at least one gasification substance nozzle tube 21 arranged underneath and directed downwards. About the gasification material outlet nozzle arranged at the lower end, the gasification substances are blown in the amount of the inner surface of the burner block 2 in a predominantly vertical direction in the carburetor interior 3. The gasification substances can advantageously be guided by means of the gasification material distributor lines over the outer edge outside the protective space 12. This arrangement has the advantage that the gasification material distributor devices and a part of the gasification material distributor lines above the horizontal part of the protective space 12 are protected against overheating. The vertical thermal expansions of the gasification material pressure lines, which are heated up to approximately 650 ° C., are easily absorbed by the non-rigid horizontal distribution arrangement. In order to compensate for the horizontal thermal expansions, the gasification material distributor lines are advantageously guided in such a way that their horizontally extending line lengths above and below the horizontal part of the protective space 12 are kept approximately the same length. However, other forms of laying the gasification material distribution lines with compensators for thermal expansion can be selected. The fact that the entire gasification material entry arrangement is arranged outside the closed protection space 12 in the gasifier head 1 ensures the highest safety requirements. The gasification material introduction assembly comprises the gasification material pressure lines, the gasification material distribution devices, the gasification material distribution lines, the gasification material nozzle tubes 21 with the gasification material outlet nozzles as the end of the nozzle tubes 21.
Die Vergasungsstoffe werden mittels Vergasungsstoff-Düsenrohren 21 entweder getrennt (separate Zuführung) von den Düsenrohren 20 hier für das sauerstoffhaltige und exotherm reagierende Vergasungsmittel oder Sauerstoff oder in einer Einheit mit diesen als eine gemeinsame Zuführung in den Vergaserinnenraum 3 eingeblasen. Bei gemeinsamer Zuführung sind die Vergasungsstoff-Düsenrohre 21 konzentrisch um die Düsenrohre 20 (und eventuell zusätzliche konzentrische Schutzgas-Düsenrohre 23, die in Schleiergas- Austrittsdüsen enden) angeordnet, wobei beide in dieser Einheit Brenner-Düsenrohre bilden (zusammen mit optionalen ringförmig um die Düsenrohre 20 angeordneten Schutzgas- Düsenrohre 23 bei Sauerstoff-Beschleierungsfunktion des Schutzgases). Üblicherweise ist die gemeinsame Zuführung zu bevorzugen, da sie die schnelle Mischung der Reaktanten in den Flammen gewährleistet. Die separate Zuführung kann aber sowohl im ATR- und im POX-Modus von Vorteil sein, insbesondere wenn dem Vergaserfreiraum definierte Temperaturprofile aufgeprägt werden sollen, wenn qualitativ unterschiedliche Vergasungsstoffe eingedüst werden sollen oder wenn sich Qualität und Heizwert der Vergasungsstoffe schnell ändern. Auf diese Weise werden die Düsenrohre 20, die Vergaser- Ausmauerung 7 und/oder der Brennerblock 2 vor thermischen Überlastungen geschützt. Die Anzahl der Vergasungsstoff-Düsenrohre 21 kann bei getrennter Zuführung gleich groß oder bis zu 50% größer als die Anzahl der Düsenrohre 20 sein. Es ist aber auch möglich, dass die Anzahl der Vergasungsstoff-Düsenrohre 21 kleiner ist als die Anzahl der Düsenrohre 20, im Grenzfall nur ein Vergasungsstoff-Düsenrohr 21 , zu wählen. Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass der eine Teil der Vergasungsstoffe separat, beispielsweise in Wandnähe der Vergaser-Ausmauerung 7, und der andere Teil gemeinsam zugeführt wird. Sowohl bei separater als auch bei gemeinsamer Zuführung ist die Beschleierung der exotherm reagierenden Vergasungsmittel, die aus den Düsenrohren 20 austreten, vorzunehmen (im ATR-Modus besteht jedoch auch die Möglichkeit, auf die Beschleierung zu verzichten, siehe weiter oben). Eine Beschleierung der Vergasungsstoff-Düsenrohre 21 ist dagegen nicht erforderlich. Durch die gewonnene Variabilität der Art und des Ortes der Zuführung der Vergasungsstoffe werden die Vergaser-Laufzeiten erhöht und Reparaturkosten gespart. The gasification materials are either separated (separately fed) from the nozzle tubes 20 here by means of gasification material nozzle tubes 21 for the oxygen-containing and exothermically reacting gasification agent or oxygen or in a unit with these as one injected common feed into the carburetor interior 3. When co-fed, the gasification material nozzle tubes 21 are concentrically disposed around the nozzle tubes 20 (and possibly additional concentric shield gas nozzle tubes 23 terminating in vent gas exit nozzles), both forming burner nozzle tubes (along with optional annular rings around the nozzle tubes) 20 arranged shielding gas nozzle tubes 23 at oxygen Beschleierungsfunktion of the protective gas). Usually, co-feed is preferable because it ensures rapid mixing of the reactants in the flames. However, the separate feed can be advantageous both in the ATR and in the POX mode, in particular if temperature profiles defined for the carburetor space are to be impressed if qualitatively different gasification substances are to be injected or if the quality and calorific value of the gasification substances change rapidly. In this way, the nozzle tubes 20, the carburetor lining 7 and / or the burner block 2 are protected from thermal overloads. The number of gasification material nozzle tubes 21 may be the same or up to 50% larger than the number of nozzle tubes 20 in the case of separate feeding. However, it is also possible for the number of gasification material nozzle tubes 21 to be smaller than the number of nozzle tubes 20, in the limit case only one gasification substance nozzle tube 21. A further embodiment is that the one part of the gasification materials is supplied separately, for example near the wall of the carburetor lining 7, and the other part together. Both separate and co-feeds require the fogging of the exothermic gasification agents exiting the nozzle tubes 20 (however, in the ATR mode, it is also possible to dispense with the fogging, see above). A Beschleierung the gasification material nozzle tubes 21, however, is not required. Through the obtained variability of the type and location of the supply of gasification carburetor run times are increased and repair costs saved.
Die endotherm reagierenden Vergasungsmittel und die Vergasungsstoffe werden vorzugsweise von einer annähernd horizontalen Ebene aus, die in etwa der inneren Oberfläche des Brennerblocks 2 entspricht, in den Vergaserinnenraum 3 eingeblasen. Es ist aber auch möglich, der inneren Oberfläche eine andere Gestalt zu geben, wie beispielsweise eine konkave Gestalt, bei der der zentrale Teil der inneren Oberfläche höher ist als der der Vergaser-Ausmauerung 7 nahe Teil. The endothermically reacting gasification agents and the gasification substances are preferably blown into the carburetor interior 3 from an approximately horizontal plane which corresponds approximately to the inner surface of the burner block 2. However, it is also possible to give the inner surface a different shape, such as a concave shape, in which the central part of the inner surface is higher than that of the carburetor lining 7 near part.
Es wird sichergestellt, dass die zulässigen Betriebstemperaturen der für den Brennerblock 2 verwendeten metallischen Materialien auch für den Fall, dass keine Kühlmittel eingesetzt werden, nicht überschritten werden. Um das zu gewährleisten, ist der horizontale Teil des Schutzraumes 12 von keramischen Isolationsmaterialien so umhüllt, dass alle dem heißen Vergaserinnenraum 3 zugewandten und metallischen Teile des Schutzraumes 12, der Sauerstoff-Eintragsanordnung und der Vergasungsstoff-Eintragsanordnung vor Überhitzung geschützt werden. It is ensured that the permissible operating temperatures of the metallic materials used for the burner block 2, even in the event that no coolant is used, are not exceeded. To ensure this, the horizontal part of the shelter 12 is surrounded by ceramic insulation materials so that all are hot Carburetor interior 3 facing and metallic parts of the shelter 12, the oxygen inlet assembly and the gasification material entry assembly are protected from overheating.
Die keramischen Isolationsmaterialien sind vorzugsweise schichtenhaft aufgebaut, bestehend aus einer äußeren keramischen Verschleiß- und Isolationsschicht 18, die die Kontur der inneren Oberfläche des Brennerblocks 2 abbildet, und inneren keramischen Isolationsschichten 4 als Isolationskörper 4. Die Verschleiß- und Isolationsschicht 18 hält den hohen Temperaturen und der Gasatmosphäre des Vergaserinnenraumes 3 stand. Die inneren keramischen Isolationsschichten 4 übernehmen die Wärmedämmung zwischen der äußeren keramischen Verschleiß- und Isolationsschicht 18 und dem Schutzraum 12. Dabei wird die Schicht 18 von einem Feuerfest-Mauerwerk gebildet, während die Schichten 4 aus keramischen Gieß- oder Stampfmassen bestehen. The ceramic insulation materials are preferably layered, consisting of an outer ceramic wear and insulation layer 18, which images the contour of the inner surface of the burner block 2, and inner ceramic insulation layers 4 as insulation body 4. The wear and insulation layer 18 holds the high temperatures and the gas atmosphere of the carburetor interior 3 stood. The inner ceramic insulation layers 4 take over the thermal insulation between the outer ceramic wear and insulation layer 18 and the shelter 12. In this case, the layer 18 is formed by a refractory masonry, while the layers 4 consist of ceramic casting or ramming masses.
Die dicht gepackten, keramischen Isolationsmaterialien geben dem Brennerblock 2 die Kontur eines kompakten und geschlossenen sowie weitestgehend gasundurchlässigen Körpers, ähnlich dem einer Zylinderscheibe, deren Querschnitt größer/gleich dem Querschnitt des Vergaserinnenraumes 3 ist. Dies verhindert, dass heiße Gase aus dem Vergaserinnenraum 3 durch die innere Oberfläche in den Brennerblock 2 eintreten und von dort aus im Vergaserkopf 1 zirkulieren können. The densely packed, ceramic insulating materials give the burner block 2 the contour of a compact and closed and largely gas-impermeable body, similar to that of a cylindrical disk whose cross section is greater than / equal to the cross section of the carburetor interior 3. This prevents hot gases from the carburetor interior 3 from entering the burner block 2 through the inner surface and from there circulating in the carburator head 1.
Um weiter zu verhindern, dass Gase aus dem Vergaserinnenraum 3 entlang der inneren Oberfläche des Brennerblocks 2 aufwärts in Richtung Vergaser-Deckel strömen können, ist der Brennerblock 2 an der Unterseite zu der mindestens den Vergaserinnenraum 3 umhüllenden Vergaser-Ausmauerung 7 hin und an der Oberseite über die seitliche Ausmauerung 6 zu der den Vergaser-Deckel schützenden Vergaserkopf-Ausmauerung 5 hin formschlüssig und über keramische Dichtungen 19, beispielsweise mittels Mörtel, verbunden. To further prevent gases from the carburetor interior 3 along the inner surface of the burner block 2 can flow upward in the direction of carburetor cover, the burner block 2 is at the bottom to the at least the carburetor interior 3 enclosing carburetor lining 7 back and at the top via the lateral lining 6 to the carburetor cover protective carburetor head lining 5 out positively and via ceramic seals 19, for example by means of mortar connected.
Der Brennerblock 2 kann mindestens eine röhrenförmige, überwiegend vertikal verlaufende Öffnung 8 aufweisen, in der sich der Zündbrenner 9 und gegebenenfalls weitere Brenner oder Eintragsanordnungen befinden können. The burner block 2 may have at least one tubular, predominantly vertically extending opening 8, in which the pilot burner 9 and optionally further burners or entry arrangements can be located.
Im Falle der im POX-Modus empfehlenswerten Anwendung von Kühlmitteln werden die Kühlmittel mittels mindestens einer Kühlmittel-Zufuhrleitung 15 als Druckleitung in den Vergaserkopf 1 eingebracht und von dort über mindestens eine Kühlmittel- Verteilereinrichtung mittels Kühlmittel-Verteilerleitungen an Düsen-Kühleinrichtungen 22, die vorzugsweise in Form von Kühlmanschetten mit den Vergasungsstoff-Düsenrohren 21 und/oder den Düsenrohren 20 zwecks deren Kühlung fest verbunden sind, eingebracht. Insbesondere sind die Düsen-Kühleinrichtungen 22 so gestaltet, dass sie in Form von Kühlmanschetten den unteren Teil der Düsenrohre 20 oder der Vergasungsstoff-Düsenrohre 21 spaltfrei umgeben. Die aus den Düsen-Kühleinrichtungen 22 austretenden Kühlmittel werden mittels Kühlmittel-Verteilerleitungen an mindestens eine Kühlmittel- Sammeleinrichtung zurückgeführt und von dort mittels mindestens einer Kühlmittel-Ableitung 16 aus dem Vergaserkopf 1 ausgebracht. In the case of the recommended in POX mode use of coolant, the coolant is introduced by means of at least one coolant supply line 15 as a pressure line in the carburator head 1 and from there via at least one coolant distribution means by means of coolant distribution lines to nozzle cooling devices 22, the preferably in the form of cooling sleeves with the gasification material nozzle tubes 21 and / or the nozzle tubes 20 are fixedly connected for the purpose of cooling, introduced. In particular, the nozzle cooling devices 22 are designed so that they surround the lower part of the nozzle tubes 20 or the gasification material nozzle tubes 21 in the form of cooling sleeves gap-free. The emerging from the nozzle cooling means 22 coolant are returned by means of coolant distribution lines to at least one coolant collecting device and discharged from there by means of at least one coolant discharge line 16 from the carburetor head 1.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Kühlmittel-Anordnung besteht darin, dass diese mit Ausnahme der Düsen-Kühleinrichtungen 22 und teilweise der Kühlmittel-Verteilerleitungen im Inneren des Schutzraumes 12 angeordnet ist (innere Kühlmittel-Verteilung). Die Oberflächen der Kühlmittel-Anordnung sind dabei zur heißen Umgebung des Schutzraumes 12 thermisch isoliert, so dass eine Kondensation im Schutzraum 12 verhindert wird. An advantageous embodiment of the coolant arrangement is that it is arranged with the exception of the nozzle cooling devices 22 and partially of the coolant distribution lines in the interior of the shelter 12 (inner coolant distribution). The surfaces of the coolant arrangement are thermally insulated to the hot environment of the shelter 12, so that condensation in the shelter 12 is prevented.
Abweichend von der inneren Kühlmittel-Verteilung kann die Kühlmittel-Anordnung mit Ausnahme der Düsen-Kühleinrichtungen 22 und teilweise der Kühlmittel-Verteilerleitungen oberhalb des Schutzraumes 12 angeordnet sein (äußere Kühlmittel-Verteilung). Alternativ ist die äußere Kühlmittel-Verteilung, dass bedeutet die Anordnung der Kühlmittel-Anordnung mit Ausnahme der Kühlmittel-Druckleitungen auch unterhalb des Schutzraumes 12 möglich. In contrast to the internal coolant distribution, the coolant arrangement, with the exception of the nozzle cooling devices 22 and partially of the coolant distribution lines, can be arranged above the protective space 12 (outer coolant distribution). Alternatively, the outer coolant distribution, that means the arrangement of the coolant arrangement with the exception of the coolant pressure lines also below the shelter 12 possible.
Der Vergaser-Deckel weist mindestens einen mit einem Deckelaufsatz-Flansch verbundenen turmförmigen Deckelaufsatz 17 auf, der aus miteinander verbundenen, in der Regel konzentrisch angeordneten Rohren in Form eines geflanschten Außenrohres und eines oben verschlossenen Innenrohres besteht. Das Außenrohr ist unten mit dem Deckelaufsatz- Flansch und oben mit dem Innenrohr druckdicht verbunden. Das Innenrohr ragt über das Außenrohr nach oben hinaus. Die ringförmige Distanz zwischen Innenrohr und Außenrohr ist mit einem Distanzstück in Form eines Kreisrings, vorzugsweise in Form eines konischen Kreisrings, druckdicht verschlossen. Durch das Innenrohr, das an seinem oberen Ende mit einem Deckelaufsatz 17 verschlossen ist, sind der vertikale Teil des Schutzraumes 12 sowie die Druckleitungen 14, 15, 16 druckdicht durchgeführt. The carburetor cover has at least one tower-shaped cover attachment 17 connected to a cover attachment flange, which consists of interconnected, generally concentrically arranged tubes in the form of a flanged outer tube and an inner tube closed at the top. The outer tube is connected at the bottom with the Deckelaufsatz- flange and top with the inner tube pressure-tight. The inner tube protrudes upwards beyond the outer tube. The annular distance between the inner tube and the outer tube is sealed pressure-tight with a spacer in the form of a circular ring, preferably in the form of a conical annulus. Through the inner tube, which is closed at its upper end with a cover cap 17, the vertical part of the shelter 12 and the pressure lines 14, 15, 16 are pressure-tight.
Die Druckleitungen 14, 15, 16 sind kurz oberhalb des Deckelaufsatzes 17 mit lösbaren Rohrverbindungen mit den Zuführungsleitungen der Medien verbunden. Die Verbindungen sind so ausgeführt, dass nach Trennen der Rohrverbindungen diese zusammen eine so geringe Querschnittsfläche einnehmen, dass das Außenrohr darüber hinweg gezogen werden kann. Bei Bedarf sind mehrere Deckelaufsatz-Flansche, turmförmigen Deckelaufsätze 17 und Außenrohre zu installieren, um das Ziehen der Außenrohre über alle lösbaren Verbindungen zu garantieren. Das kann auch über die Durchführung der Kühlmittel- Druckleitungen 15, 16 über einen separaten Deckelaufsatz erfolgen. The pressure lines 14, 15, 16 are connected to the supply lines of the media just above the cover attachment 17 with detachable pipe connections. The connections are made so that after separating the pipe joints, these together occupy such a small cross-sectional area that the outer pipe can be pulled over it. If required, several cover-top flanges, tower-shaped Install cover caps 17 and outer tubes to ensure that the outer tubes are pulled across all detachable connections. This can also be done via the implementation of the coolant pressure lines 15, 16 via a separate cover attachment.
Auf diese Weise wird ermöglicht, dass der mit dem Vergaserkopf 1 verbundene Vergaser- Deckel unabhängig vom Brennerblock 2 vom Vergaserkopf 1 entfernt werden kann. Hierzu wird zuvor das Material des Distanzstücks entfernt, indem es mechanisch oder auf andere Art und Weise abgetragen wird. Das Außenrohr lässt sich nun ohne zusätzlichen Aufwand über das Innenrohr und die getrennten Rohrverbindungen hinwegziehen und damit entfernen. In this way, it is possible that the carburetor lid connected to the carburetor head 1 can be removed independently of the burner block 2 from the carburator head 1. For this purpose, the material of the spacer is previously removed by being removed mechanically or in other ways. The outer tube can now drag over the inner tube and the separate pipe connections and remove it with no additional effort.
Der umgekehrte Vorgang des Aufsetzens des Vergaser-Deckels auf den offenen Vergaserkopf 1 ist ebenfalls sicher kontrollierbar und einfach. Zunächst wird der Vergaserkopf 1 komplettiert, indem die keramischen Dichtungen 19, der Brennerblock 2 und die Vergaserkopf-Ausmauerung 5, 6 eingebracht werden. Der Vergaser-Deckel wird danach auf den Vergaserkopf 1 aufgebracht und mit diesem druckdicht verbunden. In einem weiteren Schritt wird das Außenrohr auf den Deckelaufsatz-Flansch aufgebracht und mit diesem ebenfalls druckdicht verbunden. Schließlich wird das Außenrohr mit dem Innenrohr mittels des Distanzstücks druckdicht mittels einer Schweißverbindung zusammengefügt. The reverse process of placing the carburetor cover on the open carburetor head 1 is also safe to control and easy. First, the carburator head 1 is completed by the ceramic gaskets 19, the burner block 2 and the carburetor head lining 5, 6 are introduced. The carburetor cover is then applied to the carburetor head 1 and connected to this pressure-tight. In a further step, the outer tube is applied to the cover attachment flange and connected to this also pressure-tight. Finally, the outer tube is joined to the inner tube by means of the spacer pressure-tight by means of a welded joint.
Hierbei ist von Vorteil, dass jedes Mal, wenn der Vergaser-Deckel wieder aufgesetzt wird, das Außenrohr vor dem erneuten Zusammenfügen mit dem neu hergestellten Distanzstück in der Länge soweit gekürzt wird, dass die Schweißnähte auf von früheren Schweißnähten ungestörten, frischen Materialoberflächen des Innenrohres und des Außenrohres aufgebracht werden können. Damit kann der Brennerblock 2 mehrfach gewechselt werden, ohne dass das Innenrohr und das Außenrohr gewechselt werden müssen. It is advantageous that each time the carburetor cover is replaced, the outer tube is shortened to the extent that the welds on undisturbed from previous welds, fresh material surfaces of the inner tube and before reassembly with the newly manufactured spacer length of the outer tube can be applied. Thus, the burner block 2 can be changed several times without the inner tube and the outer tube must be replaced.
Der Brennerblock 2 wird in seiner örtlichen Lage im Vergaserkopf stabilisiert, indem der horizontale Teil des Schutzraumes 12, vorzugsweise an dessen oberer Seite, mittels Verankerungselementen mit dem metallischen Druckmantel des Vergaserkopfs verbunden ist. The burner block 2 is stabilized in its local position in the carburettor head by the horizontal part of the shelter 12, preferably at its upper side, is connected by means of anchoring elements with the metallic pressure jacket of the carburetor head.
Mit der vorliegenden Lösung wird es erstmals möglich, die Zuführung der freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel, der gasförmigen und/oder flüssigen Vergasungsstoffe und der endotherm reagierenden Vergasungsmittel über den gesamten Querschnitt des Vergaserinnenraums 3 so zu verteilen, dass sich eine überwiegende Kolbenströmung im Vergaserinnenraum 3 einstellt. Die spezifische thermische Leistung der Vergaser erhöht sich gegenüber bekannten Lösungen um den Faktor 3 bis 5. Der Grund für die Leistungserhöhung liegt darin, dass bei diesen Vergasern die Brennerflammen, die so weit voneinander entfernt angeordnet sind, dass sie sich gegenseitig nicht berühren, nur einen Flächenanteil von ca. 10 % bis 40 % des gesamten Strömungsquerschnitts ausmachen. In der erfindungsgemäßen Weise wird der Vergaserquerschnitt vollständig ausgenutzt. Brenner 10 und/oder Brenner 11 mit Schleiergas können so angeordnet werden, dass sich die Brennerflammen an deren unteren Enden sogar gegenseitig überlagern. Dies trifft sowohl für Vergaser mit Brennerblöcken 2 für die gemeinsamen Zuführungen oder für die getrennten Zuführungen von Vergasungsstoffen und Vergasungsmitteln zu. With the present solution, it becomes possible for the first time to distribute the supply of the free oxygen-containing gasification agents, the gaseous and / or liquid gasification agents and the endothermic gasification agent over the entire cross section of the carburetor interior 3 so that a predominant piston flow in the carburetor interior 3 is established. The specific thermal power of the carburetor increases compared to known solutions by a factor of 3 to 5. The reason for the increase in performance is that in these carburetors, the burner flames, which are arranged so far apart that they do not touch each other, only an area of about 10% to 40 % of the total flow cross section. In the manner according to the invention, the gasifier cross section is fully utilized. Burner 10 and / or burner 11 with a vaporizing gas can be arranged so that the burner flames even overlap one another at their lower ends. This applies both to carburetors with burner blocks 2 for the common feeders or for the separate feeds of gasification agents and gasification agents.
In einer ersten Ausführungsform wird eine katalytische Partialoxidation von Erdgas (ATR- Modus) von 500 MW thermisch (Basis: unterer Heizwert) betrachtet. Die Vergasung findet unter dem Überdruck (gegenüber Atmosphärendruck) von 60 bar statt. Das Erdgas wird mit auf 380 °C überhitzten Dampf als endotherm reagierendes Vergasungsmittel gemischt. Das Erdgas/Dampf-Gemisch als Vergasungsstoff wird vor Eintritt in den Vergaserkopf 1 auf 600 °C erhitzt. Über die Vergasungsstoff-Düsenrohre 21 mit den Vergasungsstoff- Austrittsdüsen gelangt dieses Erdgas/Dampf-Gemisch in den Vergaserinnenraum 3. Die Reaktoraustrittstemperatur (Synthesegas nach der Katalysatorschüttung) wird über die Zufuhr von exotherm reagierenden Vergasungsmittel auf 1000 °C eingeregelt. Als dieses exotherm reagierende Vergasungsmittel fungiert eine Mischung aus Sauerstoff (vorerhitzt auf 250 °C) mit Dampf (überhitzt auf 380 °C). Dieses Sauerstoff/Dampf-Gemisch gelangt über Düsenrohre 20 mit den Austrittsdüsen in den Vergaserinnenraum 3. Weiterhin wird Dampf (380 °C) mit Schutz- und Schleiergasfunktion in den Schutzraum 12 geleitet, welches über die Schutzgas-Düsenrohre 23 in den Vergaserinnenraum 3 gelangt. In a first embodiment, a catalytic partial oxidation of natural gas (ATR mode) of 500 MW is considered thermal (based on lower calorific value). The gasification takes place under the overpressure (with respect to atmospheric pressure) of 60 bar. The natural gas is mixed with superheated steam at 380 ° C as an endothermic gasifying agent. The natural gas / vapor mixture as a gasification material is heated to 600 ° C before entering the gasifier head 1. About the gasification material nozzle tubes 21 with the gasification material outlet nozzles this natural gas / steam mixture passes into the carburetor 3. The reactor outlet temperature (synthesis gas after the catalyst bed) is adjusted via the supply of exothermic gasification agent to 1000 ° C. As this exothermic gasifying agent, a mixture of oxygen (preheated to 250 ° C) and steam (superheated to 380 ° C) acts. This oxygen / steam mixture passes through nozzle tubes 20 with the outlet nozzles in the carburetor interior 3. Furthermore, steam (380 ° C) with protective and Schleiergasfunktion passed into the shelter 12, which passes through the shielding gas nozzle tubes 23 into the carburetor interior 3.
Dieser Dampf hat aus Sicherheitsgründen einen Überdruck im Bereich von jeweils einschließlich 0,1 bis 1 bar gegenüber dem exotherm reagierenden Vergasungsmittel (Sauerstoff/Dampf-Gemisch) der Sauerstoff-Eintragsanordnung. Dieser Überdruck stellt sich dynamisch entsprechend der Leistung und damit den Mediendurchsätzen in dem aufgeführten Bereich ein. For safety reasons, this vapor has an overpressure in the range of in each case including 0.1 to 1 bar compared to the exothermic gasification agent (oxygen / steam mixture) of the oxygen entry arrangement. This overpressure adjusts dynamically according to the performance and thus the media throughputs in the listed range.
Die Fig. 7 zeigt eine Anordnung von Brennern 11 mit Schleiergas für eine ATR- Ausführungsform in einer prinzipiellen Darstellung. Fig. 7 shows an arrangement of burners 11 with a haze gas for an ATR embodiment in a schematic representation.
In der ATR-Ausführungsform kommen sieben Brenner 11 mit Schleiergas zum Einsatz. Diese Brenner 11 bestehen innen aus dem zentralen Düsenrohren 20 für die exotherm reagierenden Vergasungsmittel. Um die Düsenrohre 20 sind die Schutzgas-Düsenrohre 23 für den Schleierdampf angeordnet. Peripher erfolgt die Eindüsung der Vergasungsstoffe (Erdgas/Dampf-Gemisch) über die Vergasungsstoff-Düsenrohre 21. Durch die Zumischung der großen Menge von endotherm reagierenden und damit im Vergaserinnenraum 3 temperatursenkend wirkenden Dampf zum Erdgas (Erdgas/Dampf-Gemisch) kann im ATR- Modus die Düsen-Kühleinrichtung 22 und damit das Kühlwasser entfallen. Die Enden der Düsenrohre 20, 21 , 23 sind die Austritte der Düsenrohre 20, 21 , 23. Die Wahl der Rohrdurchmesser und Rohr-Wandstärken erfolgt unter der Berücksichtigung der Einhaltung angemessener Ausströmungsgeschwindigkeiten der einzelnen Medien über die Düsenquerschnitte. Ein Brenner 11 mit Schleiergas ist zentral bezüglich der inneren Oberflächen des Brennerblocks 2 angeordnet. Die verbleibenden sechs Brenner 11 mit Schleiergas sind kreisförmig um 60 ° versetzt um den zentralen Brenner 11 mit Schleiergas angeordnet. Durch die Installation von sieben Brennern 11 mit Schleiergas wird eine Verkleinerung des Querschnitts des Vergaserinnenraums 3 und eine verbesserte Auslastung des Vergaserinnenraums 3 im Vergleich zu nur einem Zentralbrenner erreicht. In the ATR embodiment, seven burners 11 with fog gas are used. These burners 11 consist internally of the central nozzle tubes 20 for the exothermic gasification agents. To the nozzle tubes 20 are the protective gas nozzle tubes 23rd arranged for the vapors. The injection of the gasification substances (natural gas / vapor mixture) via the gasification material nozzle tubes 21 takes place peripherally. The mixing of the large amount of endothermically reacting steam into the natural gas (natural gas / vapor mixture) in the gasifier interior 3 can result in the ATR Mode the nozzle cooling device 22 and thus eliminates the cooling water. The ends of the nozzle tubes 20, 21, 23 are the outlets of the nozzle tubes 20, 21, 23. The choice of the tube diameter and tube wall thicknesses takes place taking into account the maintenance of adequate outflow velocities of the individual media through the nozzle cross sections. A burner 11 with a vaporizing gas is arranged centrally with respect to the inner surfaces of the burner block 2. The remaining six burners 11 with veiling gas are arranged in a circle 60 ° offset around the central burner 11 with veiling gas. The installation of seven burners 11 with veiling gas, a reduction of the cross section of the carburetor interior 3 and an improved utilization of the carburetor interior 3 is achieved compared to only one central burner.
Ein Brennerblock 2 für den POX-Modus, bei dem Kühlmittel zur Kühlung der Brenner 11 mit Schleiergas eingesetzt werden, wird nachfolgend beschrieben, wobei eine nicht katalytische Partialoxidation von Erdgas als Vergasungsstoff mit einem Heizwertstrom von 500 MW thermisch (Basis: unterer Heizwert) betrachtet wird. A burner block 2 for the POX mode, in which cooling means are used to cool the burners 11 with veiling gas, is described below, wherein a non-catalytic partial oxidation of natural gas as a gasification material with a calorific value of 500 MW thermal (base: lower calorific value) is considered ,
Die Vergasung findet unter dem Überdruck (gegenüber Atmosphärendruck) von 60 bar statt. Das Erdgas wird vor Eintritt in den Vergaserkopf 1 auf 250 °C erhitzt. Über die Vergasungsstoff-Düsenrohre 21 gelangt dieses Erdgas in den Vergaserinnenraum 3. Die Synthesegas-Reaktoraustrittstemperatur wird über die Zufuhr von exotherm reagierenden Vergasungsmittel auf 1400 °C eingeregelt. Als dieses exotherm reagierende Vergasungsmittel fungiert eine Mischung aus Sauerstoff (vorerhitzt auf 250 °C) mit Dampf (überhitzt auf 380 °C). Dieses Sauerstoff/Dampf-Gemisch gelangt über Düsenrohre 20 in den Vergaserinnenraum 3. Weiterhin werden Dampf (380 °C) mit Schutz- und Schleiergasfunktion in den Schutzraum 12 geleitet, welches über die Schutzgas-Düsenrohre 23 in den Vergaserinnenraum 3 gelangt. Dieser Dampf hat aus Sicherheitsgründen einen Überdruck von jeweils einschließlich 0,1 bis 1 bar gegenüber dem exotherm reagierenden Vergasungsmittel (Sauerstoff/Dampf-Gemisch) der Sauerstoff-Eintragsanordnung. Dieser Überdruck stellt sich dynamisch entsprechend der Leistung und damit den Mediendurchsätzen in dem aufgeführten Bereich ein. The gasification takes place under the overpressure (with respect to atmospheric pressure) of 60 bar. The natural gas is heated to 250 ° C before entering the carburetor head 1. About the gasification material nozzle tubes 21, this natural gas passes into the carburetor interior 3. The synthesis gas reactor outlet temperature is adjusted to 1400 ° C via the supply of exothermic gasification agent. As this exothermic gasifying agent, a mixture of oxygen (preheated to 250 ° C) and steam (superheated to 380 ° C) acts. This oxygen / steam mixture passes through nozzle tubes 20 in the carburetor interior 3. Furthermore, steam (380 ° C) with protective and Schleiergasfunktion passed into the shelter 12, which passes through the shielding gas nozzle tubes 23 into the carburetor interior 3. For safety reasons, this vapor has an overpressure of 0.1 to 1 bar, in each case, relative to the exothermically reacting gasification agent (oxygen / vapor mixture) of the oxygen entry arrangement. This overpressure adjusts dynamically according to the performance and thus the media throughputs in the listed range.
Die Fig. 7 zeigt eine Anordnung von Brennern 11 mit Schleiergas für eine POX- Ausführungsform analog der der ATR-Ausführungsform in einer prinzipiellen Darstellung. In der POX-Ausführungsform kommen sieben Brenner 11 mit Schleiergas zum Einsatz. Diese bestehen innen aus den zentralen Düsenrohren 20 für die exotherm reagierenden Vergasungsmittel. Um die Düsenrohre 20 sind die Schutzgas-Düsenrohre 23 für den Schleierdampf angeordnet. Peripher erfolgt die Eindüsung des Vergasungsstoffs (Erdgas) über die Vergasungsstoff-Düsenrohre 21. Die Wahl der Rohrdurchmesser und Rohr- Wandstärken erfolgt unter der Berücksichtigung der Einhaltung angemessener Ausströmungsgeschwindigkeiten der einzelnen Medien. Ein Brenner 11 mit Schleiergas ist zentral bezüglich der inneren Oberflächen des Brennerblocks 2 angeordnet. Die verbleibenden sechs Brenner 11 mit Schleiergas sind kreisförmig um 60 ° versetzt um den zentralen Brenner 11 mit Schleiergas angeordnet. Durch die Installation von sieben Brennern 11 mit Schleiergas wird eine Verkleinerung des Querschnitts des Vergaserinnenraums 3 und eine verbesserte Auslastung des Vergaserinnenraums 3 im Vergleich zu nur einem Zentralbrenner erzielt. Die Brenner 11 mit Schleiergas weisen im Gegensatz zur oben genannten ATR-Ausführungsform Düsen-Kühleinrichtungen 22 auf. Dabei kommen in der POX-Ausführungsform Düsen-Kühleinrichtungen 22 mit Durchströmungen von Druckkühlwasser zum Einsatz, die beispielsweise eine Druckkühlwassereintrittstemperatur von 25 °C und einer Temperaturspreizung von 5 K aufweisen. Die sieben Brenner 11 mit Schleiergas werden jeweils von Druckkühlwasser umströmt. Das Druckkühlwasser hat aus Sicherheitsgründen einen Überdruck von einem bar gegenüber dem Schutzraum 12. FIG. 7 shows an arrangement of burners 11 with a covering gas for a POX embodiment analogous to that of the ATR embodiment in a basic representation. In the POX embodiment, seven burners 11 with fog gas are used. These consist inside of the central nozzle tubes 20 for the exothermic gasification agent. Around the nozzle tubes 20, the protective gas nozzle tubes 23 are arranged for the vapors. The injection of the gasification substance (natural gas) takes place peripherally via the gasification material nozzle tubes 21. The choice of the tube diameter and tube wall thicknesses takes place taking into account the compliance of appropriate outflow velocities of the individual media. A burner 11 with a vaporizing gas is arranged centrally with respect to the inner surfaces of the burner block 2. The remaining six burners 11 with veiling gas are arranged in a circle 60 ° offset around the central burner 11 with veiling gas. The installation of seven burners 11 with veiling gas, a reduction of the cross section of the carburetor interior 3 and improved utilization of the carburetor interior 3 is achieved in comparison to only one central burner. The burners 11 with fogging gas have nozzle cooling means 22 in contrast to the above-mentioned ATR embodiment. In the POX embodiment, nozzle cooling devices 22 with throughflows of pressurized cooling water are used which, for example, have a pressure cooling water inlet temperature of 25 ° C. and a temperature spread of 5 K. The seven burners 11 with Schleiergas are each bypassed by pressure cooling water. For safety reasons, the pressure cooling water has an overpressure of one bar with respect to the protective space 12.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Vergaserkopf 1 carburetor head
2 Brennerblock  2 burner block
3 Vergaserinnenraum  3 carburetor interior
4 Isolationskörper  4 insulation body
5 Vergaserkopf-Ausmauerung - Deckkörper 5 carburettor head lining - cover body
6 Vergaserkopf-Ausmauerung - Seitenkörper6 Carburetor Head Lining - Side Body
7 Vergaser-Ausmauerung 7 carburettor lining
8 Öffnung  8 opening
9 Zündbrenner  9 pilot burner
10 Brenner  10 burners
1 1 Brenner mit Schleiergas  1 1 burner with fog gas
12 Schutzraum  12 shelter
13 Zufuhrleitung für Vergasungsstoff  13 Supply line for gasification substance
14 Zufuhrleitung für Vergasungsmittel oder Sauerstoff 14 Supply line for gasification agent or oxygen
15 Zufuhrleitung für Kühlmittel 15 supply line for coolant
16 Abfuhrleitung für Kühlmittel  16 discharge line for coolant
17 Deckelaufsatz  17 lid attachment
18 Isolationsschicht  18 insulation layer
19 Dichtungen  19 seals
20 Düsenrohr  20 nozzle tube
21 Vergasungsstoff-Düsenrohr  21 gasification nozzle tube
22 Düsen-Kühleinrichtung  22 nozzle cooling device
23 Schutzgas-Düsenrohr  23 shielding gas nozzle tube

Claims

Patentansprüche claims
1 . Vergaserkopf (1 ) für die Partialoxidation von gasförmigen und flüssigen Vergasungsstoffen mit einem einen wenigstens eine Zuführung und mindestens einen in Richtung Vergaserinnenraum (3) weisenden Ausgang für ein Schutzgas besitzenden Schutzraum (12) in wenigstens einem Isolationskörper (4) aufweisenden Brennerblock (2) mit 1 . Carburetor head (1) for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification materials with a burner block (2) having at least one inlet and at least one exit pointing towards a gasifier interior (3) for a protective gas (12) in at least one insulating body (4)
einer sauerstoffhaltiges Vergasungsmittel oder Sauerstoff eintragenden Anordnung mit den Isolationskörper (4) durchdringende Düsenrohren (20), die über Leitungen und wenigstens einen Verteiler mit einer Zufuhrleitung (14) für das sauerstoffhaltige Vergasungsmittel oder den Sauerstoff im Schutzraum (12) verbunden sind, und  an oxygen-containing gasifying agent or oxygen-introducing arrangement with the insulating body (4) penetrating nozzle tubes (20) which are connected via lines and at least one manifold to a supply line (14) for the oxygen-containing gasification agent or the oxygen in the shelter (12), and
einer Vergasungsstoff-Eintragsanordnung mit im Isolationskörper (4) angeordneten und am oder im Vergaserinnenraum (3) einseitig endenden Vergasungsstoff-Düsenrohren (21 ), die über Vergasungsstoff-Leitungen und wenigstens einem Vergasungsstoff-Verteiler mit einer Vergasungsstoff- Zufuhrleitung (13) am oder im Isolationskörper (4) verbunden sind.  a Vergasungsstoff-entry arrangement arranged in the insulating body (4) and on or in the carburetor interior (3) unilaterally terminating Vergasungsstoff-nozzle tubes (21) via Vergasungsstoff-lines and at least one gasification distributor with a Vergasungsstoff- supply line (13) on or in Insulating body (4) are connected.
2. Vergaserkopf nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Düsenrohr (20) der Düsenrohre (20) für das sauerstoffhaltige Vergasungsmittel oder Sauerstoff beabstandet in einem Schutzgas-Düsenrohr (23) für Schutzgas des Schutzraumes (12) angeordnet ist, wobei das Schutzgas-Düsenrohr (23) den Schutzraum (12) und den Vergaserinnenraum (3) als Ausgang des Schutzraumes (12) verbindet. 2. carburator head according to claim 1, characterized in that at least one nozzle tube (20) of the nozzle tubes (20) for the oxygen-containing gasification agent or oxygen spaced in a protective gas nozzle tube (23) for protective gas of the shelter (12) is arranged, wherein the inert gas Nozzle tube (23) connects the shelter (12) and the carburetor interior (3) as an exit of the shelter (12).
3. Vergaserkopf nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für einen Brenner (10) wenigstens ein Bereich des Düsenrohres (20) der sauerstoffhaltiges Vergasungsmittel oder Sauerstoff eintragenden Anordnung beabstandet in mindestens einem Bereich des Vergasungsstoff-Düsenrohres (21 ) für Vergasungsstoff der Vergasungsstoff-Eintragungsanordnung angeordnet ist und dass der Brennerblock (2) Düsenrohre (20) und Vergasungsstoff-Düsenrohre (21 ) oder Brenner (10) oder eine Kombination mit jeweils mindestens einem Düsenrohr (20), einem Vergasungsstoff- Düsenrohr (21 ) und einem Brenner (10) aufweist. 3. carburator head according to claim 1, characterized in that for a burner (10) at least a portion of the nozzle tube (20) of the oxygen-containing gasifying agent or oxygen-introducing arrangement spaced in at least one region of the gasification material nozzle tube (21) for gasification of Vergasungsstoff-registration arrangement and that the burner block (2) nozzle tubes (20) and gasification material nozzle tubes (21) or burner (10) or a combination with at least one nozzle tube (20), a Vergasungsstoff- nozzle tube (21) and a burner (10). having.
4. Vergaserkopf nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenrohr (20) für das sauerstoffhaltige Vergasungsmittel oder den Sauerstoff beabstandet in einem Schutzgas-Düsenrohr (23) für Schutzgas des Schutzraumes (12) angeordnet ist, wobei das Schutzgas-Düsenrohr (23) den Schutzraum (12) und den Vergaserinnenraum (3) als Ausgang des Schutzraumes (12) verbindet, dass sich weiterhin das Schutzgas- Düsenrohr (23) beabstandet in dem Vergasungsstoff-Düsenrohr (21 ) befindet, so dass das Düsenrohr (20), das Schutzgas-Düsenrohr (23) und das Vergasungsstoff-Düsenrohr (21 ) ein weiterer Brenner (11 ) mit Schutzgas als Schleiergas zwischen Vergasungsstoff und entweder sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel oder Sauerstoff am Austritt dieses Brenners (11 ) ist, und dass wenigstens ein derartiger Brenner (11 ) ein Bestandteil des Brennerblocks (2) ist. 4. carburator head according to claim 1, characterized in that the nozzle tube (20) for the oxygen-containing gasification agent or the oxygen spaced in a protective gas nozzle tube (23) for protective gas of the shelter (12) is arranged, wherein the protective gas nozzle tube (23) connects the protective space (12) and the carburetor interior (3) as the outlet of the protective space (12) so that the protective gas nozzle tube (23) is still located in the gasification substance nozzle tube (21), so that the nozzle tube (20), the protective gas nozzle tube (23) and the gasification nozzle tube (21) is a further burner (11) with inert gas as a covering gas between the gasification substance and either oxygen-containing gasification agent or oxygen at the outlet of this burner (11); at least one such burner (11) is a component of the burner block (2).
5. Vergaserkopf nach wenigstens einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas Wasserdampf und/oder Kohlendioxid und/oder Stickstoff ist. 5. carburator head according to at least one of the claims 1 to 4, characterized in that the protective gas is water vapor and / or carbon dioxide and / or nitrogen.
6. Vergaserkopf nach wenigstens einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Kühlmittel-Anordnung mit einer Kühlmittel-Zufuhrleitung (15) an wenigstens einem Kühlmittelverteiler im Schutzraum (12) befindet, dass jeweils eine Düsen-Kühleinrichtung (22) wenigstens am in Richtung Vergaserinnenraum (3) weisenden Endenbereich des Düsenrohres (20) oder des Vergasungsstoff-Düsenrohres (21 ) angeordnet ist und dass die Düsen-Kühleinrichtungen über eine Kühlmittel- Sammeleinrichtung im Schutzraum (12) mit einer Kühlmittel-Abfuhrleitung (16) verbunden sind. 6. carburator head according to at least one of the claims 1 to 4, characterized in that there is a coolant arrangement with a coolant supply line (15) on at least one coolant distributor in the shelter (12), that in each case a nozzle cooling device (22) at least on the in the direction of the carburetor interior (3) facing end portion of the nozzle tube (20) or the Vergasungsstoff nozzle tube (21) is arranged and that the nozzle cooling means via a coolant collecting means in the shelter (12) with a coolant discharge line (16) are connected ,
7. Vergaserkopf nach wenigstens einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Kühlmittel-Anordnung mit einer Kühlmittel-Zufuhrleitung (15) an wenigstens einem Kühlmittelverteiler im Isolationskörper befindet, dass jeweils eine Düsen-Kühleinrichtung (22) wenigstens am in Richtung Vergaserinnenraum (3) weisenden Endenbereich des Düsenrohres (20) oder des Vergasungsstoff-Düsenrohres (21 ) angeordnet ist und dass die Düsen-Kühleinrichtungen (22) über eine Kühlmittel- Sammeleinrichtung im Isolationskörper (4) mit einer Kühlmittel-Abfuhrleitung (16) verbunden sind. 7. carburator head according to at least one of the claims 1 to 4, characterized in that there is a coolant arrangement with a coolant supply line (15) on at least one coolant distributor in the insulating body, that in each case a nozzle cooling device (22) at least in the direction Carburetor interior (3) facing end portion of the nozzle tube (20) or the Vergasungsstoff nozzle tube (21) is arranged and that the nozzle cooling means (22) via a coolant collecting means in the insulating body (4) are connected to a coolant discharge line (16) ,
8. Vergaserkopf nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen- Kühleinrichtung (22) eine ringförmige Düsen-Kühleinrichtung (22) mit einem Hohlraum am Endenbereich des Düsenrohres (20) oder des Vergasungsstoff-Düsenrohres (21 ) ist. 8. carburator head according to claim 6 or 7, characterized in that the nozzle cooling device (22) is an annular nozzle cooling device (22) having a cavity at the end region of the nozzle tube (20) or the gasification material nozzle tube (21).
9. Vergaserkopf nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerblock (2) mindestens eine röhrenförmige, überwiegend vertikal verlaufende Öffnung (8) aufweist, in der sich der Zündbrenner (9) oder der Zündbrenner und weitere Brenner oder Eintragsanordnungen befinden. 9. carburator head according to claim 1, characterized in that the burner block (2) has at least one tubular, predominantly vertically extending opening (8) in which the pilot burner (9) or the pilot burner and other burner or entry arrangements are located.
10. Vergaserkopf nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Schutzgases im Schutzraum (12) größer als der Druck des sauerstoffhaltigen Vergasungsmittels oder Sauerstoffs der Anordnung ist. 10. carburator head according to claim 1, characterized in that the pressure of the protective gas in the shelter (12) is greater than the pressure of the oxygen-containing gasification agent or oxygen of the arrangement.
1 1 . Verfahren zur Partialoxidation von gasförmigen und flüssigen Vergasungsstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Vergaserkopf (1 ) eine von einer Vergasungsstoff-Zufuhranordnung mit Vergasungsstoff-Leitungen, wenigstens einem Vergasungsstoff-Verteiler und einer Vergasungsstoff-Zufuhrleitung (13) für Vergasungsstoff-Düsenrohre (21 ) räumlich getrennte sauerstoffhaltige Vergasungsmittel oder Sauerstoff zuführende Anordnung mit Leitungen, wenigstens einem Verteiler und einer Zufuhrleitung (14) für das sauerstoffhaltige Vergasungsmittel oder den Sauerstoff von einem Schutzgas umspült wird. 1 1. Method for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification materials, characterized in that in a gasifier head (1) one of a gasification material supply arrangement with gasification material lines, at least one gasification substance distributor and a gasification material supply line (13) for gasification material nozzle tubes (21) spatially separated oxygen-containing gasifying agent or oxygen-supplying arrangement with lines, at least one distributor and a supply line (14) for the oxygen-containing gasification agent or the oxygen is surrounded by a protective gas.
12. Verfahren zur Partialoxidation von gasförmigen und flüssigen Vergasungsstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Vergaserkopf (1 ) eine sauerstoffhaltige Vergasungsmittel oder Sauerstoff eintragende Anordnung mit Leitungen, wenigstens einem Verteiler und einer Zufuhrleitung (14) für das sauerstoffhaltige Vergasungsmittel oder den Sauerstoff und eine Kühlmittel-Anordnung mit einer Kühlmittel-Zufuhrleitung (15) an wenigstens einem Kühlmittelverteiler für Düsen-Kühleinrichtungen (22) von einem Schutzgas umspült werden, wobei eine Vergasungsstoff-Zufuhranordnung mit Vergasungsstoff-Leitungen, wenigstens einem Vergasungsstoff-Verteiler und einer Vergasungsstoff-Zufuhrleitung (13) für Vergasungsstoff-Düsenrohre (21 ) davon räumlich getrennt ist. 12. A process for the partial oxidation of gaseous and liquid gasification materials, characterized in that in a gasifier head (1) an oxygen-containing gasifying agent or oxygen-introducing arrangement with lines, at least one distributor and a supply line (14) for the oxygen-containing gasification agent or the oxygen and a coolant Arrangement with a coolant supply line (15) on at least one coolant distributor for nozzle cooling devices (22) are surrounded by an inert gas, wherein a gasification material supply arrangement with gasification lines, at least one gasification material distributor and a gasification material supply line (13) for gasification material nozzle tubes (21) of which is spatially separated.
13. Verfahren nach Patentanspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Vergaserinnenraum (3) zugeführte sauerstoffhaltige Vergasungsmittel oder der dem Vergaserinnenraum (3) zugeführte Sauerstoff von dem Schutzgas und das Schutzgas vom Vergasungsstoff umspült wird. 13. The method according to claim 11 or 12, characterized in that the carburetor interior (3) supplied oxygen-containing gasification agent or the carburetor interior (3) supplied oxygen from the inert gas and the protective gas is flushed from the gasification material.
PCT/EP2015/063281 2014-06-18 2015-06-15 Carburetor head and method for partial oxidation of gaseous and liquid carburetion substances WO2015193220A1 (en)

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