DE3837586C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vergasungsbrenner für eine zur Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffen bestimmte An­ lage, die einen Vergasungsreaktor mit einer Mehrzahl angeschlossener Vergasungsbrenner und eine Einrichtung für die Rückführung von trocken aus dem erzeugten Rohgas abgeschiedenem Flugstaub aufweist, mit einer zentral angeordneten Zuführeinrichtung für Primäroxida­ tionsmittel und Brennstoffe, die mit einem Trägergas eingeführt werden, einem die zentrale Zuführeinrichtung umgebenden ringförmigen Zuführungskanal für Sekundäroxidationsmittel, einer in der Mittel­ achse der zentralen Zuführeinrichtung angeordneten rohrförmigen Injektionslanze für die Einführung des Flugstaubes in Form eines Flugstaub/Trägergas-Stromes in den Kern des aus dem Vergasungs­ brenner austretenden Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahles sowie Kühl­ kanälen. Der grundsätzliche Aufbau des Vergasungsbrenners ist symmetrisch. Die Vergasung wird als Druckvergasung durchgeführt. Die festen Brennstoffe sind insbesondere Kohle, Koks, Petrolkoks und dergleichen. Als Oxidationsmittel werden insbesondere Sauerstoff und/oder Luft sowie gegebenenfalls Wasserdampf eingesetzt. Das Träger­ gas ist ein Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid, oder entstaubtes Rohgas. In dem Ausdruck Brennstoff/Reaktionsmittel- Strahl bezeichnet Reaktionsmittel sowohl die Oxidationsmittel als auch bereits entstandene Reaktionsprodukte, gegebenenfalls auch Moderator­ gas und Trägergas. Das den Reaktor verlassende Rohgas führt be­ kanntlich Flugstaub mit, der z. B. in einer Menge von bis zu 15 Gew.-% Brennstoff mitführt. Der Flugstaub wird mit geeigneten Ent­ staubungseinrichtungen aus dem Rohgas entfernt. Zum Zwecke seiner Entsorgung ist es bekannt, den Flugstaub in den Vergasungsprozeß zurückzuführen.

Bei dem aus der US-PS 44 80 559 bekannten gattungsgemäßen Ver­ gasungsbrenner besteht die Zuführeinrichtung für Primäroxidations­ mittel und Brennstoffe aus einem einzigen Strömungskanal. Das Oxi­ dationsmittel dient zugleich als Fördermittel für die festen Brennstoffe. Der Oxidationsmittelstrom muß so bemessen werden, daß eine sichere Förderung gewährleistet ist und keine Rückzündung aus dem Reak­ tionsraum vor dem Vergasungsbrenner in den Brenner hinein erfolgen kann. Bei Störungen besteht die Gefahr einer Zerstörung des Ver­ gasungsbrenners und eventuell anderer Bauteile durch Rückzündung. Aufgrund dieser Zwänge ist die Einstellung eines für die Reaktion optimalen Mengenverhältnisses von Oxidationsmittel und Brennstoffen nur schwer möglich. Es besteht das weitere Problem, daß der über die Injektionslanze zugeführte reaktionsträge Flugstaub mit aus­ reichendem Oxidationsmittel versorgt werden muß. Die Einschmelzung des in dem Flugstaub enthaltenen Ascheanteils beeinträchtigt in be­ achtlichem Maße den Kohlenstoffumsatz des mit dem Primäroxidations­ mittel zugeführten Brennstoffes.

Im Rahmen aus EP 00 72 457 B1 und EP 01 09 109 B1 bekannter Maß­ nahmen wird der Flugstaub dem frischen Brennstoff beigemischt und zusammen mit dem Brennstoff den Vergasungsbrennern zugeführt. Das ist aufwendig und erfordert eine besondere Aufbereitung der Flug­ asche, nämlich umfangreiche und komplizierte technische Einrichtungen mit großen Sicherheitsvorkehrungen. Der Porenraum oder Lückenraum des Flugstaubes ist mit dem kohlenmonoxid- und wasserstoffhaltigen Rohgas gefüllt, welches erst durch mehrmaliges Beaufschlagen und Um­ pumpen mit Inertgas bis unter die Gefahrengrenze verdünnt oder ent­ fernt werden muß. Im übrigen stört, daß der dem frischen Brennstoff beigemischte Flugstaub den Heizwert des Brennstoffes reduziert, was die Thermodynamik und die Reaktionskinetik des Vergasungsprozesses beeinflußt. Es ist auch bekannt, den Flugstaub in den Vergasungs­ reaktor zurückzuführen (DE-PS 24 09 008), und zwar über besondere von den Vergasungsbrennern getrennte Zuführungsdüsen. Das beein­ trächtigt die Vergasungsreaktion und hat in die Praxis kaum Eingang gefunden. In der Praxis ist es eher üblich (DE-AS 23 25 204), den Flugstaub in einem Reaktor auf die Schlacke aufzublasen, wobei im allgemeinen auch der Restkohlenstoff in die Schlacke geht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vergasungsbrenner der eingangs beschriebenen Art so weiter auszubilden, daß der Flug­ staub ohne Störung der Vergasungsreaktion in die Vergasungszone des Vergasungsreaktors gelangt und der in dem Flugstaub enthaltene Ascheanteil ohne Beeinträchtigung der übrigen Reaktionen zu Schlacke aufgeschmolzen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die zentrale Zu­ führeinrichtung einen inneren Ringkanal für das Primäroxidations­ mittel und einen diesen umgebenden Brennstoffringkanal für die mit dem Trägergas eingeführten Brennstoffe aufweist und daß die Injek­ tionslanze von einem Oxidationsmittelkanal sowie dieser von dem Ring­ kanal für das Primäroxidationsmittel umgeben ist, wobei der Oxi­ dationsmittelkanal eine parallel zur Achse des Vergasungsbrenners verlaufende Mündung, der Ringkanal für das Primäroxidationsmittel eine nach außen gerichtete Mündung und der Zuführungskanal für das Sekundäroxidationsmittel eine nach innen gerichtete Mündung auf­ weisen. Durch die erfindungsgemäße Lehre wird erreicht, daß der rückgeführte Flugstaub in eine Primärreaktionszone des Vergasungs­ reaktors, die eine Temperatur von über 2000°C aufweist, gelangt und dort eingeschmolzen wird, während seine brennbaren Bestandteile ver­ gasen. Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß der aus dem Ver­ gasungsbrenner austretende Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl in gas­ dynamischer Hinsicht sehr stabil ist und einen Flugaschenmengenstrom in die Primärreaktionszone hineintragen kann. Die Vergasungsreaktion beginnt bereits in dem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strom und wird hier sowie in der Primärreaktionszone durch den Flugstaub nicht gestört, wozu beiträgt, daß auch deren Restkohlenstoff vergast wird. Der Mengenstrom an Flugstaub darf allerdings nicht zu groß gewählt werden. Überraschenderweise wird aus der Primärreaktionszone der Flugstaub kaum stärker ausgetragen als üblich und ohne die be­ schriebene Rückführung. Er reichert sich nicht an. Eine besondere Flugstaubentsorgung ist nicht mehr erforderlich, wenn mit erfindungs­ gemäßen Vergasungsbrennern gearbeitet wird, der Flugstaub wird viel­ mehr zu Schlacke aufgeschmolzen.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung. Eine bevorzugte Ausführungs­ form der Erfindung, die eine Einstellung auf unterschiedliche Be­ triebsverhältnisse zuläßt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die In­ jektionslanze und damit ihre Mündung in axialer Richtung verstellbar sind. Im Rahmen der Erfindung liegt es, den Zuführungskanal für das Sekundäroxidationsmittel mit einer Mehrzahl von äquidistant über den Umfang verteilten Mündungsbohrungen zu versehen. Die Mündung kann auch als Ringspalt ausgeführt sein. Es empfiehlt sich ferner, zwischen dem Ringkanal für das Primäroxidationsmittel und dem Brenn­ stoffringkanal einen ringförmigen Kühlkanal anzuordnen. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionslanze, der Oxidationsmittelkanal, der Ringkanal für das Primäroxidationsmittel und der Kühlkanal ein einheitliches Bauteil bilden, welches durch den Kühlkanal von den übrigen Bauteilen des Vergasungsbrenners getrennt ist, und daß dieses einheitliche Bauteil in axialer Richtung verstellbar ist.

Im Rahmen der Erfindung darf, wie bereits erwähnt, nicht ein zu großer Flugstaubmengenstrom in den Vergasungsbrenner eingeführt werden. Nichtsdestoweniger sind insoweit im großen Bereich Ein­ stellungen möglich. Eine bevorzugte Ausführungsform ist in diesem Zusammenhang dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionslanze für die Zuführung eines Flugstaubmengenstromes eingerichtet ist, der um einen Faktor von 0,01 bis 0,15 kleiner ist als der Brennstoffmengen­ strom. In diesem Bereich kann im allgemeinen der gesamte bei einer Anlage für die Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffen anfallende Flugstaub, mit seinem Anteil an Brennstoff, zurückgeführt werden.

Im folgenden werden die beschriebenen und weiteren Merkmale der Er­ findung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen in schematischer Dar­ stellung

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Vergasungs­ brenner,

Fig. 2 eine Ansicht des Gegenstandes der Fig. 1, ausschnittsweise.

Der in den Figuren dargestellte Vergasungsbrenner ist für eine nicht gezeichnete Anlage für die Vergasung von feinkörnigen bis staubförmi­ gen festen Brennstoffen bestimmt. Die Anlage weist einen Vergasungs­ reaktor auf. Eine Mehrzahl der Vergasungsbrenner brennen mit ihrem Brennstoff/Reaktionsmittel-Strahl in den Vergasungsreaktor hinein und sind dazu im allgemeinen auf gleicher Höhe äquidistant um den Um­ fang des Vergasungsreaktors verteilt. Die Brennstoff/Reaktionsmittel- Strahlen bilden in dem Vergasungsreaktor eine Primärreaktionszone hoher Temperatur. Es versteht sich, daß aus dem Vergasungsreaktor ein Rohgas abgezogen wird.

Zum grundsätzlichen Aufbau des Vergasungsbrenners gehören ein innerer Ringkanal 1 für die Primäroxidationsmittel, ein umgeben­ der Brennstoffringkanal 2 für die Brennstoffe, die mit einem Träger­ gas eingeführt werden, ein den Brennstoffringkanal 2 umgebender ringförmiger Zuführungskanal 3 für Sekundäroxidationsmittel und Kühl­ kanäle 4, sowie gegebenenfalls zumindest ein Moderatorgas-Ringkanal 5.

In dem inneren Ringkanal 1 befindet sich eine rohrförmige Injek­ tionslanze 6, die von Oxidationsmittel umströmt ist. Durch die Injek­ tionslanze 6 ist ein Flugstaub/Trägergasstrom in den Kern des Brenn­ stoff/Reaktionsmittel-Strahles injizierbar. Das Trägergas ist beispiels­ weise Rohgas. Im Ausführungsbeispiel mündet die Injektionslanze 6 im Bereich der Mündungen des inneren Ringkanals 1, des Brennstoff­ ringkanals 2 sowie des Zuführungskanals 3 und damit gleichsam in der Front des Vergasungsbrenners. Eine trichterförmige Ausbildung schließt sich an. Die Injektionslanze 6 verläuft in der Achse des Ver­ gasungsbrenners. Sie kann in Richtung des eingezeichneten Doppel­ pfeils axial verstellbar sein, was eine Anpassung an unterschiedliche Betriebsverhältnisse zuläßt.

Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Er­ findung ist die Injektionslanze 6 von einem Oxidationsmittelkanal 7 und dieser von dem inneren Ringkanal 1 umgeben. Dabei besitzt der Oxidationsmittelkanal 7 eine Mündung 8. die parallel zur Achse des Vergasungsbrenners gerichtet ist und entsprechend tritt das Oxi­ dationsmittel aus einem Oxidationskanal, den Flugstaubmengenstrom umhüllend aus. Der Ringkanal 1 besitzt demgegenüber eine nach außen gerichtete Mündung 9. Die Mündung 10 des Zuführungskanals 3 ist demgegenüber nach innen gerichtet, wie es auch bei den eingangs be­ schriebenen Vergasungsbrennern üblich ist. Im Rahmen der Erfindung liegt es, den Zuführungskanal 3 mit einer Mehrzahl von äquidistant über den Umfang verteilten Mündungsbohrungen 11 zu versehen, wie es in Fig. 2 angedeutet wurde. Im übrigen sind die Mündungen als Ringspalte ausgeführt. Zwischen dem inneren Ringkanal 1 und dem Brennstoffringkanal 2 befindet sich ein ringförmiger Kühlkanal 4. Angedeutet wurde ein Flammenüberwacher 12, mit dem der Vergasungs­ brenner auf bekannte Weise überwacht werden kann. Ein äußerer Kühl­ mantel 13 mit weiteren Kühlkanälen 4 schließt sich an. Im Rahmen der Erfindung liegt es in der Injektionslanze 6 eine isolierte Zünd­ elektrode 14 anzuordnen, wie es an der Mündung der Injektionslanze 6 strichpunktiert angedeutet wurde.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befinden sich die Injektionslanze 6, der Oxidationsmittelkanal 7, der innere Ring­ kanal 1 und der Kühlkanal 4 in einem bzw. an einem einheitlichen Bauteil, welches durch enge Schraffur verdeutlicht und in axialer Richtung verstellbar ist. Insoweit besteht der erfindungsgemäße Verga­ sungsbrenner gleichsam aus zwei selbständigen Baugruppen, die auch austauschbar sind. Durch das Austauschen ist eine Anpassung an un­ terschiedliche Betriebsverhältnisse möglich.

Das für die Vergasung des feinkörnigen bis staubförmigen Brennstoffes erforderliche Oxidationsmittel Sauerstoff wird in zwei Ströme aufge­ teilt, den primären und den sekundären Vergasungssauerstoff, deren Massenverhältnisse primär zu sekundär 1 : 1,5 bis 1,3 betragen können. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Sauerstoffstrom aus dem ersten Zuführungskanal unter einem Einströmwinkel von 0 bis 20° zur Mittelachse des Vergasungsbrenners auf den Brennstoffstrom trifft. Die Austrittsgeschwindigkeit von 60 bis 120 m/s des primären Sauer­ stoffs dient neben einer innigen Vermischung der Stoffe auch dazu, den Brennstoff von einer niedrigen Anfangsgeschwindigkeit auf die Ge­ schwindigkeit zu beschleunigen, die der Axialgeschwindigkeit des se­ kundären Sauerstoffs entspricht bzw. nahekommt. Dieser tritt unter einem Winkel von 20 bis 50° zur Mittelachse des Vergasungsbrenners mit einer Geschwindigkeit von 40 bis 100 m/s aus.

Von besonderer Bedeutung ist der Flammenüberwacher 12. Er erlaubt es, festzustellen, ob sich Verbackungen von Flugstaubteilchen gebildet haben.

Der erfindungsgemäße Vergasungsbrenner kann auch als Zündbrenner bei Kohlevergasungsanlagen eingesetzt werden.

Claims (6)

1. Vergasungsbrenner für eine zur Vergasung von feinkörnigen bis staubförmigen festen Brennstoffen bestimmte Anlage, die einen Ver­ gasungsreaktor mit einer Mehrzahl angeschlossener Vergasungsbrenner und eine Einrichtung für die Rückführung von trocken aus dem er­ zeugten Rohgas abgeschiedenem Flugstaub aufweist, - mit
einer zentral angeordneten Zuführeinrichtung für Primäroxi­ dationsmittel und Brennstoffe, die mit einem Trägergas einge­ führt werden,
einem die zentrale Zuführeinrichtung umgebenden ringförmigen Zuführungskanal für Sekundäroxidationsmittel,
einer in der Mittelachse der zentralen Zuführeinrichtung an­ geordneten rohrförmigen Injektionslanze für die Einführung des Flugstaubes in Form eines Flugstaub/Trägergas-Stromes in den Kern des aus dem Vergasungsbrenner austretenden Brennstoff- Reaktionsmittel-Strahles sowie
Kühlkanälen,
dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Zu­ führeinrichtung einen inneren Ringkanal (1) für das Primäroxidations­ mittel und einen diesen umgebenden Brennstoffringkanal (2) für die mit einem Trägergas eingeführten Brennstoffe aufweist und daß die Injektionslanze (6) von einem Oxidationsmittelkanal (7) sowie dieser von dem Ringkanal (1) für das Primäroxidationsmittel umgeben ist, wobei der Oxidationsmittelkanal (7) eine parallel zur Achse des Ver­ gasungsbrenners verlaufende Mündung, der Ringkanal (1) für das Primäroxidationsmittel eine nach außen gerichtete Mündung (9) und der Zuführungskanal (3) für das Sekundäroxidationsmittel eine nach innen gerichtete Mündung (10) aufweisen.

2. Vergasungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionslanze (6) und damit deren Mündung in axialer Richtung verstellbar sind.

3. Vergasungsbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungskanal (3) für das Sekundäroxidationsmittel eine Mehrzahl von äquidistant über den Umfang verteilten Mündungsboh­ rungen (11) aufweist.

4. Vergasungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem Ringkanal (1) für das Primäroxi­ dationsmittel und dem Brennstoffringkanal (2) ein ringförmiger Kühl­ kanal (4) angeordnet ist.

5. Vergasungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Injektionslanze (6), der Oxidationsmittel­ kanal (7), der Ringkanal (1) für das Primäroxidationsmittel und der Kühlkanal (4) ein einheitliches Bauteil bilden, welches durch den Kühlkanal (4) von den übrigen Bauteilen des Vergasungsbrenners ge­ trennt ist, und daß dieses einheitliche Bauteil in axialer Richtung verstellbar ist.

6. Vergasungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Injektionslanze (6) für die Zuführung eines Flugstaubmengenstromes eingerichtet ist, der um einen Faktor von 0,01 bis 0,15 kleiner ist als der Brennstoffmengenstrom.