AT402440B - Brenner - Google Patents

Description

AT 402 440 B

Die Erfindung betrifft einen Brenner zur Verbrennung von Brennstoffen mit Hilfe von mittels des Brenners zugeführtem Sauerstoff, für einen Einsatz in einem brennbare Gase enthaltenden Reaktor, insbesondere für einen Einsatz in einem Einschmelzvergaser zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder Stahlvorprodukten, einem Kohlevergaser oder einem Schmelzreaktor für oxidische und sulfidische Nichteisenmetalle.

Ein Brenner zum Einsatz in einem Einschmelzvergaser ist beispielsweise aus der EP 481 955 A2 bekannt. Dieser bekannte Brenner hat sich beim Einsatz in einem Einschmelzvergaser bewährt, da er eine zufriedenstellende Verbrennung des zugeführten feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffes erlaubt, und weiters eine hohe Standzeit aufweist. Die zufriedenstellende Verbrennung des zugeführten festen Brennstoffes wird durch die bei Verbrennung des Brennstoffes sich bildenden inerten Verbrennungsgase sichergestellt. Diese Verbrennungsgase, die infolge der speziellen Brennermündungskonstruktion bei geringer Wirbelbildung eines Sauerstoffstrahles, der beim Austritt aus dem Brennermund den Brennstoffstrahl ringförmig umgibt, den Sauerstoffstrahl außen umgeben, verhindern weitestgehend ein Vermischen dieses Sauerstoffstrahles mit im Reaktor befindlichen brennbaren Gasen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei unterschiedlichen Brennbedingungen eine Teilverbrennung von in dem Reaktor, in dem der Brenner zum Einsatz gelangt, vorhandenen brennbaren Gasen nicht ausgeschlossen werden kann, insbesondere bei Auftreten eines Verschleißes an der Brennermündung.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Brenner zu schaffen, mit dem nicht nur ein guter Ausbrand des zugeführten feinteiligen bis staubförmigen Brennstoffes stattfindet, sondern weiters ein Verbrennen von im Reaktor enthaltenen brennbaren Gasen zuverlässig vermieden wird, u.zw. bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen, daß die im Reaktor enthaltenen brennbaren Gase in ihrer Gesamtmenge für andere im Reaktor ablaufende Prozesse zur Verfügung stehen. Weiters soll der dem Brenner zugeführte Sauerstoff ausschließlich zur Verbrennung des dem Brenner zugeführten Brennstoffes dienen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein zentrales Innenrohr zur Zuführung des gesamten Sauerstoffes sowie ein das zentrale Innenrohr umgebender, von einem eine Außenwand des Brenners bildenden Außenrohr begrenzter Ringspalt zur Zuführung der Brennstoffe vorgesehen sind.

Ein Brenner, bei dem Sauerstoff zentral eingeleitet wird und feste Brennstoffe über einen den Sauerstoffstrahl umgebenden Ringspalt zugeführt werden, ist beispielsweise aus der EP 129 921 B bekannt. Bei diesem bekannten Brenner wird jedoch zusätzlich zu dem zentral eingeleiteten Sauerstoff ein weiterer Sauerstoffstrahl zugeführt, der den festen Brennstoff mantelförmig peripher umgibt. Nachteilig ist hierbei, daß dieser Brenner für einen Reaktor, in dem sich brennbare Gase befinden, nur bedingt einsetzbar ist, zumal es zu einer Teil Verbrennung der in dem Reaktor enthaltenen brennbaren Gase durch den peripheren und zumindest teilweise verwirbelten Sauerstoff strahl kommen kann. Damit würde der Sauerstoff, der eigentlich zur Verbrennung der feinteiligen bis staubförmigen, über den Brenner zugeführten Brennstoffe vorgesehen ist, vorzeitig verbraucht werden, und es könnte der über den Brenner zugeführte Brennstoff nicht mehr vollkommen ausgebrannt werden. Zur Erzielung eines vollständigen Ausbrandes des Brennstoffes müßte man daher bei diesem bekannten Brenner die Sauerstoffmenge wesentlich erhöhen. Dies verursacht jedoch wiederum zusätzliche Kosten.

Der peripher zugeführte Sauerstoffstrahl bewirkt weiters durch seinen großen Neigungswinkel in Richtung zum Zentrum eine Störung der vom zentral eingeleiteten Sauerstoff und umgebenden Brennstoff gebildeten Verbrennungszone. Außerdem wird durch Verschleiß der Mündungsspitze Richtung und Geschwindigkeit des Strahles des außen zugeleiteten Sauerstoffes stark verändert, was zu veränderten Verbrennungsbedingungen führt und ebenfalls einen vollständigen Ausbrand des zugeführten Brennstoffes verhindert, was durch übermäßig hohe Sauerstoffzufuhr nur mehr teilweise zu kompensieren ist.

In jedem Fall kommt es bei dem bekannten Brenner zu einer Störung der Prozesse, die in einem brennbare Gase enthaltenden Reaktor stattfinden sollen, da ein Teil der Reaktorgase durch den Sauerstoff verbraucht wird und für die im Reaktor durchzuführenden Prozesse nicht mehr zur Verfügung steht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Innenrohr des erfindungsgemäßen Brenners ein Stützrohr aus hitzebeständigem Stahl auf, das außenseitig, dem Ringspalt zugewendet, von einem Keramikrohr umgeben ist. Hierdurch gelingt es, den Verschleiß des Brenners gering zu halten und eine hohe Standzeit des Brenners zu erzielen. Ein besonderer Vorteil dieser bevorzugten Ausführungsform ist darin zu sehen, daß der Brenner eine schlanke Bauweise aufweisen kann, zumal eine Kühlung des den Sauerstoff zuführenden Innenrohres nicht notwendig ist. Das Stützrohr sorgt für die mechanische Festigkeit und das Keramikrohr für gute Abrasiv-Eigenschaften und thermische Beständigkeit des Innenrohrendes.

Aus der US 4,865,542 A und US 4,736,693 A sind Brenner bekannt, bei denen feste Brennstoffe durch ein zentrales Innenrohr zugeführt werden und Sauerstoff über einen das Innenrohr umgebenden Ringspalt zugeführt wird. Es handelt sich also um grundsätzlich andere Brennertypen als erfindungsgemäß. Bei diesen Brennertypen sind die Kanäle und die Auslässe für das sauerstoffhältige Gas bzw. den Sauerstoff 2

Claims (3)

1. AT 402 440 B aus Metall gefertigt und keramisch beschichtet. Hierbei ist jedoch die keramische Beschichtung dem Ringraum bzw. Ringspalt zugewendet, in dem der Sauerstoff bzw. das sauerstoffhältige Gas gefördert werden, so daß der Verschleiß, der durch die festen Brennstoffe verursacht wird, nicht vermindert ist. Um eine besonders gute Abschirmung der durch das Verbrennen fester Brennstoffe mit dem zugeführ-5 ten Sauerstoff im Reaktor gebildeten Verbrennungszone gegenüber den im Reaktor enthaltenen brennbaren Gasen zu erreichen, ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform das Außenrohr hohl ausgebildet und an der Brennermündung mit einer Ringspaltöffnung oder mehreren nebeneinander liegenden Ausströmöffnungen zur Zuleitung von Schutzgas versehen. Eine weitere Erhöhung der Standzeit ist dadurch erzielbar, wenn das Keramikrohr das Stützrohr an io dessen mündungsseitiger Stirnseite bedeckt, wobei vorteilhaft das Innenrohr an der Brennermündung über das Außenrohr hinausragt. Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobei die in der Zeichnung dargestellte Figur einen Axialschnitt durch das vordere Ende eines Brenners veranschaulicht. Mit 1 ist eine Wand eines als Einschmelzvergaser ausgebildeten Reaktors bezeichnet, durch die ein 75 Brenner 2 in das Innere 3 des Reaktors ragt, wobei der Brenner 2 mit seiner Brennermündung 4 ein kurzes Stück über die Innenseite der Wand 1 des Reaktors vorsteht. Der Brenner 2 weist ein zentral angeordnetes Innenrohr 5 auf, durch das Sauerstoff zugeführt wird, der über eine stirnseitige Mündung 6 des Innenrohres 5 an der Brennermündung 4 austritt. Das Innenrohr 5 ist von einem Stützrohr 7 aus hitzebeständigem Edelstahl gebildet und außenseitig von einem Keramikrohr 8 20 umgeben. Dieses Keramikrohr 8 umgibt das Stützrohr 7 an dessen stirnseitigem Ende derart, daß die Stirnseite des Innenrohres 5 von Keramikmasse bedeckt ist. Zur Einleitung von feinkörnigen bis staubförmigen festen, mit einem Fördergas geförderten Brennstoffen, wie Kohlestaub, dient ein das Innenrohr 5 außenseitig umgebender Ringspalt 9, der von einem einen Außenmantel des Brenners 2 bildenden Außenrohr 10 begrenzt ist. Dieses Außenrohr 10 ist vorzugsweise 25 hohl ausgebildet und dient zur Zuführung von Schutzgas, vorteilhaft N2 oder C02, das über eine Ringspaltöffnung oder mehrere nebeneinander liegende Ausströmöffnungen 11 an der Stirnseite des Außenrohres 10 austritt. Wie in der Figur schematisch angedeutet, bildet sich an der Brennermündung 4 zentral eine Verbrennungszone 12, die weitgehend von den feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffen, die über den 30 Ringspait 9 zugeführt werden, gegen die im Inneren 3 des Reaktors befindlichen brennbaren Gase abgeschirmt ist. Durch das peripher außen zugeführte Schutzgas wird zusätzlich eine besonders effiziente Abschirmzone 13 gegenüber den brennbaren Reaktorgasen erzielt, wodurch es gelingt, den zugeführten Sauerstoff nahezu zur Gänze für die Verbrennung der über den Ringspalt 9 zugeführten festen Brennstoffe auszunützen und ein Aufbrauchen eines Teiles des Sauerstoffes durch Verbrennen der im Inneren 3 des 35 Reaktors enthaltenen brennbaren Gase zu vermeiden. Der erfindungsgemäße Brenner 2 läßt sich für verschiedene Verwendungszwecke einsetzen und kann mit unterschiedlichen Brennstoffen betrieben werden. Er ist für die Verbrennung von feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffen, wie sie beim Einsatz des Brenners 2 in einem Kohlevergaser bzw. Einschmelzvergaser zur Anwendung gelangen, in besonders hohem Maß geeignet. 40 Der erfindungsgemäße Brenner kann jedoch auch mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, beispielsweise Abfallbrennstoffen, die ebenfalls über den Ringspalt 9 zugeführt werden, betrieben werden. Patentansprüche 1. Brenner (2) zur Verbrennung von Brennstoffen mit Hilfe von mittels des Brenners (2) zugeführtem Sauerstoff, für einen Einsatz in einem brennbare Gase enthaltenden Reaktor, insbesondere für einen Einsatz in einem Einschmelzvergaser zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder Stahlvorprodukten, einem Kohlevergaser oder einem Schmelzreaktor für oxidische und sulfidische Nichteisenmetalle, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentrales Innenrohr (5) zur Zuführung des gesamten Sauerstoffes so sowie ein das zentrale Innenrohr (5) umgebender, von einem eine Außenwand des Brenners bildenden Außenrohr (10) begrenzter Ringspalt (9) zur Zuführung der Brennstoffe vorgesehen sind.
2. 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (5) ein Stützrohr (7) aus hitzebeständigem Stahl aufweist, das außenseitig, dem Ringspalt (9) zugewendet, von einem Keramik- 55 rohr (8) umgeben ist.
3. 3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (10) hohl ausgebildet ist und an der Brennermündung (4) in an sich bekannter Weise mit einer Ringspaltöffnung oder 3 AT 402 440 B mehreren nebeneinander liegenden Ausströmöffnungen (11) zur Zuleitung von Schutzgas versehen ist. Brenner nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikrohr (8) das Stützrohr (7) an dessen mündungsseitiger Stirnseite bedeckt. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (5) an der Brennermündung (4) in an sich bekannter Weise über das Außenrohr (10) hinausragt. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4