WO2017121556A1 - Dust burner for gasification plants - Google Patents

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WO2017121556A1
WO2017121556A1 PCT/EP2016/080632 EP2016080632W WO2017121556A1 WO 2017121556 A1 WO2017121556 A1 WO 2017121556A1 EP 2016080632 W EP2016080632 W EP 2016080632W WO 2017121556 A1 WO2017121556 A1 WO 2017121556A1
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burner
oxygen
channel
duct
dust
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PCT/EP2016/080632
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Frank Hannemann
Tino Just
Matthias Köhler
Ralph Schumann
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/50—Fuel charging devices
    • C10J3/506—Fuel charging devices for entrained flow gasifiers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/002—Supplying water
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
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    • C10J2200/15—Details of feeding means
    • C10J2200/152—Nozzles or lances for introducing gas, liquids or suspensions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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Definitions

  • the invention relates to a gasification burner for the gasification of pulverulent fuels, in which the media to be reacted are fed in separate feed channels of the reaction zone of a gasification reactor.
  • the gasification reaction is carried out with oxygen as the oxidant at pressures Zvi ⁇ rule ambient pressure and high pressure of 8 MPa (80 bar) and temperatures between 800-1800 ° C.
  • steam may be supplied to the gasifier.
  • the steam prior to entering the burner is mixed with the oxygen so far in the prior art and ge ⁇ jointly supplied with the oxygen to the reaction chamber.
  • Pulverized coal burners are known from the patent document DE 10 2007 040 890 and the use ⁇ model DE 20 2014 101 214 in which the media channels through coolant leadingdetei- le are separated. These cooling parts require a larger distance of the oxidizing agent oxygen from ver ⁇ gassing dust-like fuel entering the reaction space and an associated delayed mixing and reaction of the material flows. Another disadvantage of the cooling parts consists in their construction of multi-layered executed
  • a disadvantage of this arrangement is further that the transition of the supply channels in the annular channel can not be made flä ⁇ equal and thus a drop in speed from the feed channel must be taken on the annular gap in purchasing.
  • the change in area can lead to segregation phenomena between conveying gas and dusty fuel.
  • the invention is based on the problem of providing a burner for the gasification of combustible dust, in which hot moderation steam can be supplied in sufficient quantities, in which the temperature in the fuel channel can be kept below a critical temperature limit, in which a mixture of oxidizing agent and fuel after given short distance after exit from the burner, which can be manufactured and operated with reduced effort and in which the heat input from the reaction space is reduced.
  • the supply of cold oxygen 13 and hot steam 12 is realized in separate supply channels, wherein the steam channel is arranged as a central tube and annularly ⁇ closed by an oxygen channel ; the previously required wide cooling part zwi ⁇ 's oxidant channel 10 and Brennstaubkanal is replaced by a less wide metallic partition wall 6, wherein the over long distances on the inside of the partition 6 ge ⁇ led cold oxygen 13 counteracts excessive heating of the fuel channel.
  • a mixing element 1 is arranged at the end of the steam channel 5, which acts the mixture of steam 12 and oxygen 13 on a short distance to the burner mouth be ⁇ .
  • the steam channel can pass into a flower mixer as a mixing element.
  • the invention and in particular the embodiment with a Bloom mixer, thus has the advantage that a sufficient quality of mixing oxygen and steam with low Druckver ⁇ loss can be achieved and avoiding unstable mechanical mixing ⁇ elements. By means of this construction it can be ensured that no oxygen or vapor strands occur and a homogeneous reaction of the oxygen / vapor mixture with pulverulent fuel is provided.
  • the annular oxygen channel as a single tube 6, 7 wei ter ⁇ tercirculation and integrated at the end before exiting the reaction ⁇ a centrally arranged space swirl body 2.
  • This swirl body consists of a hub and arranged thereon baffles, which serve to twist the oxygen / steam mixture and to mix in a row with the dusty fuel.
  • This swirl element arranged downstream of the mixing element additionally ensures that the mixing quality is further improved and the central pipe in particular ⁇ operating conditions condensed water can evaporate without meeting high-temperature stressed components.
  • the dust-like fuel is supplied in tubular elements 8, which ends with tangential employment in an annular channel 9.
  • the central partition respectively, the separating pipe 6 interim ⁇ rule the oxygen and fuel passage in the transition region between the end of the tubular elements, for example, dust pipes 8, and the burner mouth 11 in a specially ⁇ formed component 7 transferred.
  • the design of this component takes place in an advantageous manner by an outwardly parabolic shape (convex) and receives the swirl body 2 in the interior.
  • the parabolic shape brings a reduced surface jump at the outlet of the dust tubes 8 and at the same time a tapering in the direction of the reaction space contour of the fuel channel 9, which due to a
  • the structural design according to which the end of the second separation tube 6 is offset inwards relative to the outer contour of the fuel dust channel 9, causes the passage to be further reduced after the exit of the fuel dust and oxidizing agent from the burner mouth 11.
  • the tapered contour of the Brennstaubkanals 9 allows an embodiment of the burner tip as a truncated cone 15, whereby the heat from the reaction space receiving surface of the Burner tip is reduced. In combination with the cooling of the media, a long service life of the burner is achieved.
  • one or more Thermoe ⁇ elements 3 are integrated in the parabolic shape of the component to detect the heat input into the component and thus to determine the position of the flame. Furthermore, this temperature measurement allows monitoring of the metal temperature and thus a timely shutdown of the burner when exceeding the allowable Grenztempera ⁇ tur.
  • FIG. 1 the projecting into the gasification reactor end of the burner according to the invention
  • FIG. 2 shows details of the flower mixer 1 from FIG. 1.
  • the dust burner according to the invention is designed substantially as a rotationally symmetrical structure with respect to the central axis.
  • the burner has an outer contour as a cylindrical jacket 4, which merges into a truncated cone 15 towards the media outlet 11.
  • the jacket 4 is provided by a liquid-cooled outer cooling part.
  • a central separation pipe 5 is arranged, which serves as a steam ⁇ channel for the supply of hot moderation steam 12. Concentric with the central separation tube 5 is a second
  • Separating tube 6 is arranged, which forms an annular channel for the supply of oxygen 13.
  • annular channel 9 is formed for fuel dust.
  • the inner diameter of the oxidizing agent channel 10 delimited by the second separating tube 6 tapers in the direction of the burner mouth 11.
  • the end of the second separating tube 6 is retracted by approximately 0.2 internal diameter of the second separating tube 6 at the burner mouth.
  • the end of 5 is retracted by a plurality of diameters of the second separation tube 6 and opens into the oxidant channel 10.
  • a flower mixer 1 is arranged.
  • a swirl body 2 is arranged with hub and baffles, which causes a twisting of the exiting oxidation media oxygen 13 and 12 steam.
  • the second separator tube 6 has at its end facing the burner mouth an outwardly parabolic formation 7, which causes a narrowing of the fuel channel 9.
  • one or more dust pipes 8 are guided in a wedge-shaped and terminate in the immediate vicinity of the parabolic formation 7, a plurality of diameter of the dust tube in front of the burner mouth 11.
  • a pocket for receiving a thermocouple 3 is arranged.
  • the flower mixer 1 shown in FIG. 2 has a six-leaf structure, point-symmetrical with respect to the central axis.
  • the oxidizing agent is given by the vapor 12 and the sour ⁇ material 13.
  • the oxidizing agent channel 10 supplies a Mi ⁇ ture of steam and oxygen.
  • the invention is also given by a dust burner for the gasification of pulverulent fuels with a free oxygen-containing oxidant at pressures between ambient pressure and high pressures of 8 MPa and temperatures between 800-1800 ° C, which is out ⁇ leads with an outer cooling part 4, at a (second) separating tube 6 is arranged between the supply of oxygen 13 and the fuel dust 14, which at the end is converted into a parabolically shaped component 7.
  • a swirl body 2 is arranged centrally in the interior of the parabolic component, in which a central separation pipe 5 is guided for the supply of steam 12 substantially to just before the swirl body 2, the dust burner with one or more helically expiring rohrformigen dust supply elements 8 is executed and of which at least 3 identical and symmetrical about a pilot burner dust burner are arranged, which are accommodated in a burner mounting device.
  • the invention also includes a gasification burner with a centrally located pilot burner.

Abstract

A burner for the gasification of fuels in dust form with an oxidant containing free oxygen at pressures from ambient pressure up to 8 MPa and temperatures of between 800 and 1800°C is proposed, in which a central steam duct (5) is annularly surrounded by an oxygen duct (6), which in turn is annularly surrounded by a combustion dust duct (9), wherein the steam duct ends several oxygen duct diameters upstream of the burner mouth. In the burner according to the invention, the feed of cold oxygen (13) and hot steam (12) is realized in separate feed ducts; the oxygen duct and the combustion dust duct are separated only by a metallic partition (6), wherein the cold oxygen (13), which is guided on the inner side of the partition (6) over great distances, counteracts excessive heating of the combustion dust duct. It is thereby ensured that the temperature in the combustion dust duct is kept below a critical threshold temperature, but at the same time hot moderation steam can be fed in adequate quantities. The reduced spacing of oxygen duct and combustion dust duct at the burner mouth gives rise to mixing of oxygen and combustion dust a short distance downstream of the outlet from the burner. A slim burner with compact dimensions is realized, in which the introduction of heat from the reaction chamber is reduced.

Description

Beschreibung description
Staubbrenner für Vergasungsanlagen Dust burner for gasification plants
Die Erfindung betrifft einen Vergasungsbrenner für die Vergasung staubförmiger Brennstoffe, in dem die umzusetzenden Medien in separaten Zuführungskanälen der Reaktionszone eines Vergasungsreaktors zugeführt werden. Die Vergasungsreaktion erfolgt mit Sauerstoff als Oxidationsmittel bei Drücken zwi¬ schen Umgebungsdruck und hohen Drücken von 8 MPa (80 bar) sowie Temperaturen zwischen 800-1800°C. Zur Moderation der Reaktion und Einstellung der Vergasungstemperatur- und Synthesegaszusammensetzung kann Dampf dem Vergaser zugeführt werden. Hierfür wird bisher im Stand der Technik der Dampf vor Eintritt in den Brenner mit dem Sauerstoff gemischt und ge¬ meinsam mit dem Sauerstoff dem Reaktionsraum zugeführt. The invention relates to a gasification burner for the gasification of pulverulent fuels, in which the media to be reacted are fed in separate feed channels of the reaction zone of a gasification reactor. The gasification reaction is carried out with oxygen as the oxidant at pressures Zvi ¬ rule ambient pressure and high pressure of 8 MPa (80 bar) and temperatures between 800-1800 ° C. For moderation of the reaction and adjustment of the gasification temperature and synthesis gas composition, steam may be supplied to the gasifier. For this purpose, the steam prior to entering the burner is mixed with the oxygen so far in the prior art and ge ¬ jointly supplied with the oxygen to the reaction chamber.
Bei einem Flugstromvergaser erfolgt die Zündung des staubförmigen Brennstoffes mit Hilfe eines zentral am Kopf des Verga¬ sers angeordneten Pilotbrenners, der mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen betrieben und zusätzlich zur Drucksteigerung bei Anfahrvorgängen und zur Druckhaltung bei Ausfall der Staubbrenner verwendet werden kann. Mehrere Staub¬ brenner sind um diesen Pilotbrenner symmetrisch verteilt positioniert, um ein ungleichmäßiges Temperaturprofil im Reak¬ tionsraum zu vermeiden. Die einzelnen dem Staubbrenner zugeführten Stoffströme wie Sauerstoff, Dampf oder der mit Gas fluidisierte staubförmige Brennstoff werden voneinander unab¬ hängig und in einzelnen ringförmigen Kanälen oder durch rohr- förmige Elemente dem Reaktionsraum zugeführt. Da die einzel¬ nen Stoffströme unterschiedliche Temperaturen aufweisen, kann es trotz Trennung der Medien durch Trennwände zu unerwünschten Wechselwirkungen kommen. Zum Beispiel kann es durch unterschiedliche Temperaturen des Sauerstoffes und Dampfes zur Abkühlung des Dampfes durch den kälteren Sauerstoff und damit zur Kondensation eines Teils des Wasserdampfes kommen. Diese Kondensation ist mit einer starken Volumenkontraktion verbunden, was letztendlich zu unerwünschten Betriebszuständen, wie beispielsweise RückStrömungen, führen kann. Des Weiteren können bei Wiederverdampfung auf der der Reaktionszone zugewand¬ ten Oberfläche des Brenners unzulässige Temperaturgradienten und damit höhere Spannungszustände im Material auftreten, die zu einer Reduzierung der Standzeit führen. Ein weiterer unerwünschter Betriebszustand entsteht, wenn die gegenüber dem staubförmigen Brennstoff, wie zum Beispiel der Kohle, hohe Temperatur des Dampfes zu einer Aufheizung des Kohlenstaubes führt. In Abhängigkeit des Inkohlungsgrades aber auch des Ge- haltes an flüchtigen Bestandteilen im staubförmigen Brennstoff ist es dadurch möglich, dass es zu Vorstufen einer Pyrolysereaktion und Freisetzung von flüssigen und/oder gasförmigen Produkten kommt. Diese freigesetzten Produkte können den Kohlenstaubstrom nachteilig beeinflussen und zu Förder- problemen bis hin zur Verblockung führen. In a Flugstromvergaser the ignition of the dust-like fuel with the aid of a centrally located at the head of Verga ¬ sers arranged pilot burner, which operates with gaseous or liquid fuels and can be used in addition to increasing the pressure during startup and pressure maintenance in case of failure of the dust burner. Several dust ¬ burners are positioned symmetrically distributed around this pilot burner, in order to avoid an uneven temperature profile in the reac tion ¬ space. The individual supplied to the dust burner streams such as oxygen, steam or gas fluidized with dust-like fuel from each other inde pendent ¬ and supplied in single annular channels or tubular-shaped elements the reaction space. Since the single ¬ NEN streams have different temperatures, there may be undesired interactions despite separation of the media by partitions. For example, different temperatures of the oxygen and steam can cause the vapor to cool down due to the colder oxygen and thus to condense a portion of the water vapor. This condensation is associated with a strong volume contraction, which eventually leads to undesirable operating conditions, such as For example, backflow, may result. Furthermore, in the case of regasification on the surface of the burner facing the reaction zone, impermissible temperature gradients and thus higher stress states in the material can occur, which lead to a reduction of the service life. Another undesirable operating condition arises when compared to the dusty fuel, such as coal, high temperature of the steam leads to a heating of the coal dust. Depending on the degree of coalification but also the content of volatile constituents in the pulverulent fuel, it is possible that precursors of a pyrolysis reaction and the release of liquid and / or gaseous products occur. These released products can adversely affect the coal dust flow and lead to pumping problems up to blocking.
Aus dem Patentdokument DE 10 2007 040 890 und dem Gebrauchs¬ muster DE 20 2014 101 214 sind Kohlenstaubbrenner bekannt, bei denen die Medienkanäle durch Kühlwasser-führende Kühltei- le voneinander getrennt sind. Diese Kühlteile bedingen einen größeren Abstand des Oxidationsmittels Sauerstoff vom zu ver¬ gasenden staubförmigen Brennstoff beim Eintritt in den Reaktionsraum und eine damit verbundene verzögerte Durchmischung und Reaktion der Stoffströme. Ein weiterer Nachteil der Kühl- teile besteht in ihrem Aufbau aus mehrlagig ausgeführtenPulverized coal burners are known from the patent document DE 10 2007 040 890 and the use ¬ model DE 20 2014 101 214 in which the media channels through coolant leading Kühltei- le are separated. These cooling parts require a larger distance of the oxidizing agent oxygen from ver ¬ gassing dust-like fuel entering the reaction space and an associated delayed mixing and reaction of the material flows. Another disadvantage of the cooling parts consists in their construction of multi-layered executed
Trennwänden, der Zu- und Abführung des Kühlwassers über einen zusätzlich notwendigen Wasserkreislauf mit Rückkühlung und komplexer Verrohrung am Brennerkopf sowie den damit verbunde¬ nen höheren Investitionskosten und aufwendigerer Montage beim Brennerwechsel. Partitions, the supply and discharge of cooling water via an additional necessary water circulation with recooling and complex piping on the burner head and the associated ¬ nen higher investment costs and more complex installation during burner replacement.
Die in DE 10 2007 040 890 und DE 20 2014 101 214 beschriebe¬ nen Brenner zeigen rohrförmige oder rechteckige Zuführungska¬ näle für den staubförmigen Brennstoff, die kurz vor dem Aus- tritt aus dem Brenner in einen Ringspalt münden. Diese Zuführungskanäle werden Wendei-förmig dem Ringkanal zugeführt, wo¬ mit eine gleichmäßigere Verteilung des staubförmigen Brennstoffes am Austritt des Ringkanals zu erreicht wird. Die er- zeugte tangentiale Geschwindigkeitskomponente führt zu einer radial nach außen gerichteten Strömung, welche vom innen liegenden Sauerstoffkanal wegführt und damit zu einer Ver¬ schlechterung der Durchmischung von Sauerstoff und Brennstaub beiträgt. Nachteilig an dieser Anordnung ist weiterhin, dass der Übergang der Zuführungskanäle in den Ringkanal nicht flä¬ chengleich erfolgen kann und somit ein Geschwindigkeitsabfall vom Zuführungskanal auf den Ringspalt in Kauf genommen werden muß. Die Flächenänderung kann zu Entmischungserscheinungen zwischen Fördergas und staubförmigen Brennstoff führen. The descriptions ¬ nen in DE 10 2007 040 890 and DE 20 2014 101 214 show burner tubular or rectangular Zuführungska ¬ ducts for the pulverized fuel, which enters open into an annular gap from the burner just before the training. These feed channels Wends-shaped where it is to be achieved ¬ with a more uniform distribution of the pulverized fuel at the outlet of the annular channel is supplied to the annular channel. Which he- Testified tangential velocity component leads to a radially outward flow, which leads away from the inner oxygen channel and thus contributes to a Ver ¬ deterioration of the mixing of oxygen and combustible dust. A disadvantage of this arrangement is further that the transition of the supply channels in the annular channel can not be made flä ¬ equal and thus a drop in speed from the feed channel must be taken on the annular gap in purchasing. The change in area can lead to segregation phenomena between conveying gas and dusty fuel.
In der Patentdokument DE 10 2007 040 890 erfolgt eine wirksa¬ me Trennung der Medien durch Kühlteile aber auch Wasser- durchflos sene Wände mit einer Kühlwassertemperatur unter 100°C. Dadurch kann die Temperatur im Kohlenstaubkanal unterhalb der Entgasungstemperatur staubförmiger Brennstaubes, wie zum Beispiel von Braunkohle, gehalten werden. In the patent document DE 10 2007 040 890 a wirksa ¬ me separation of the media by cooling parts are also water durchflos sene walls with a cooling water temperature below 100 ° C. As a result, the temperature in the pulverized coal tunnel below the degassing temperature dusty Brennstaubes, such as lignite, are maintained.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Brenner für die Vergasung von Brennstaub anzugeben, bei dem heißer Moderationsdampf in ausreichenden Mengen zugeführt werden kann, bei dem die Temperatur im Brennstaubkanal unterhalb einer kritischen Grenztemperatur gehalten werden kann, bei dem eine Mischung von Oxidationsmittel und Brennstaub nach kurzer Strecke nach Austritt aus dem Brenner gegeben ist, der mit reduziertem Aufwand hergestellt und betrieben werden kann und bei dem der Wärmeeintrag aus dem Reaktionsraum reduziert ist . The invention is based on the problem of providing a burner for the gasification of combustible dust, in which hot moderation steam can be supplied in sufficient quantities, in which the temperature in the fuel channel can be kept below a critical temperature limit, in which a mixture of oxidizing agent and fuel after given short distance after exit from the burner, which can be manufactured and operated with reduced effort and in which the heat input from the reaction space is reduced.
Das Problem wird durch einen Brenner mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . The problem is solved by a burner having the features of claim 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Brenner ist die Zuführung von kaltem Sauerstoff 13 und heißem Dampf 12 in separaten Zuführungskanälen realisiert, wobei der Dampfkanal als Zentralrohr angeordnet und durch einen Sauerstoffkanal ringförmig um¬ schlossen ist; das bislang erforderliche breite Kühlteil zwi¬ schen Oxidationsmittelkanal 10 und Brennstaubkanal ist durch eine weniger breite metallische Trennwand 6 ersetzt, wobei der über weite Strecken an der Innenseite der Trennwand 6 ge¬ führte kalte Sauerstoff 13 einer übermäßigen Aufheizung des Brennstaubkanals entgegenwirkt. Damit ist sichergestellt, dass die Temperatur im Brennstaubkanal unterhalb einer kriti¬ schen Grenztemperatur gehalten, aber gleichzeitig heißer Moderationsdampf in ausreichenden Mengen zugeführt werden kann. Der verringerte Abstand von Oxidationsmittelkanal und Brenn¬ staubkanal am Brennermund bewirkt eine rasche Mischung von Oxidationsmittel und Brennstaub nach kurzem Weg nach Austritt aus dem Brenner. Der Aufwand für die Herstellung und den Betrieb des bislang erforderlichen Kühlteils zwischen Oxidationsmittelkanal und Brennstaubkanal entfällt. Es ist ein schlanker Brenner mit kompakten Abmessungen geschaffen, bei dem der Wärmeeintrag aus dem Reaktionsraum reduziert ist. In the burner according to the invention, the supply of cold oxygen 13 and hot steam 12 is realized in separate supply channels, wherein the steam channel is arranged as a central tube and annularly ¬ closed by an oxygen channel ; the previously required wide cooling part zwi ¬'s oxidant channel 10 and Brennstaubkanal is replaced by a less wide metallic partition wall 6, wherein the over long distances on the inside of the partition 6 ge ¬ led cold oxygen 13 counteracts excessive heating of the fuel channel. This ensures that the temperature in the combustion dust channel below a criti ¬ rule limiting temperature maintained, but at the same hot moderation steam can be supplied in sufficient quantities. The reduced distance of oxidant and fuel channel ¬ dust duct at the burner mouth causes a rapid mixing of oxidant and combustible dust by a short path after emerging from the burner. The effort for the production and operation of the previously required cooling part between oxidant channel and Brennstaubkanal deleted. It is a slim burner with compact dimensions created in which the heat input from the reaction space is reduced.
In besonderer Ausgestaltung ist am Ende des Dampfkanals 5 ein Mischelement 1 angeordnet, das die Mischung von Dampf 12 und Sauerstoff 13 auf einer kurzen Strecke zum Brennermund be¬ wirkt. In besonderer Ausgestaltung kann der Dampfkanal in einen Blütenmischer als Mischelement übergehen. Die Erfindung, und insbesondere die Ausgestaltung mit einem Blütenmischer, hat somit den Vorteil, dass eine ausreichende Mischqualität von Sauerstoff und Dampf bei gleichzeitig geringem Druckver¬ lust erreicht werden kann und mechanisch instabilere Misch¬ elemente vermieden werden. Durch diesen Aufbau kann sichergestellt werden, dass keine Sauerstoff- oder Dampfsträhnen auf¬ treten und eine homogene Reaktion des Sauerstoff/Dampf- Gemisches mit staubförmigem Brennstoff gegeben ist. In a particular embodiment, a mixing element 1 is arranged at the end of the steam channel 5, which acts the mixture of steam 12 and oxygen 13 on a short distance to the burner mouth be ¬ . In a particular embodiment, the steam channel can pass into a flower mixer as a mixing element. The invention, and in particular the embodiment with a Bloom mixer, thus has the advantage that a sufficient quality of mixing oxygen and steam with low Druckver ¬ loss can be achieved and avoiding unstable mechanical mixing ¬ elements. By means of this construction it can be ensured that no oxygen or vapor strands occur and a homogeneous reaction of the oxygen / vapor mixture with pulverulent fuel is provided.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der ringförmige Sauerstoffkanal als Einzelrohr 6, 7 wei¬ tergeführt und an dessen Ende vor Austritt in den Reaktions¬ raum ein mittig angeordneter Drallkörper 2 integriert. Dieser Drallkörper besteht aus einer Nabe und darauf angeordneten Leitblechen, die dazu dienen, das Sauerstoff/Dampf-Gemisch zu verdrallen und in Folge mit dem staubförmigen Brennstoff zu durchmischen. Durch diesen dem Mischelement nachgeordneten Drallkörper wird zusätzlich sichergestellt, dass die Misch- qualität weiter verbessert wird und am Zentralrohr in beson¬ deren Betriebszuständen kondensiertes Wasser verdampfen kann, ohne auf Hochtemperatur beanspruchte Bauteile zu treffen. In a further advantageous embodiment of the invention, the annular oxygen channel as a single tube 6, 7 wei ter ¬ tergeführt and integrated at the end before exiting the reaction ¬ a centrally arranged space swirl body 2. This swirl body consists of a hub and arranged thereon baffles, which serve to twist the oxygen / steam mixture and to mix in a row with the dusty fuel. This swirl element arranged downstream of the mixing element additionally ensures that the mixing quality is further improved and the central pipe in particular ¬ operating conditions condensed water can evaporate without meeting high-temperature stressed components.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der staubförmige Brennstoff in rohrförmigen Elementen 8 zugeführt, welche mit tangentialer Anstellung in einem Ringkanal 9 enden. Um den dabei auftretenden Flächensprung zu verringern wird die mittlere Trennwand, respektive das Trennrohr 6, zwi¬ schen dem Sauerstoff- und Brennstoffkanal im Übergangsbereich zwischen dem Ende der rohrförmigen Elemente, zum Beispiel Staubrohre 8, und dem Brennermund 11 in ein speziell ausge¬ formtes Bauteil 7 überführt. Die Gestaltung dieses Bauteiles erfolgt in vorteilhafter Weise durch eine nach außen parabolische Form (konvex) und nimmt im Inneren den Drallkörper 2 auf. Die parabolische Ausformung bringt einen verringerten Flächensprung am Austritt der Staubrohre 8 und gleichzeitig eine in Richtung des Reaktionsraumes spitz zulaufende Kontur des Brennstaubkanals 9, womit aufgrund einer In a further embodiment of the invention, the dust-like fuel is supplied in tubular elements 8, which ends with tangential employment in an annular channel 9. In order to reduce the surface jump occurring, the central partition, respectively, the separating pipe 6 interim ¬ rule the oxygen and fuel passage in the transition region between the end of the tubular elements, for example, dust pipes 8, and the burner mouth 11 in a specially ¬ formed component 7 transferred. The design of this component takes place in an advantageous manner by an outwardly parabolic shape (convex) and receives the swirl body 2 in the interior. The parabolic shape brings a reduced surface jump at the outlet of the dust tubes 8 and at the same time a tapering in the direction of the reaction space contour of the fuel channel 9, which due to a
Querschnittsverringerung eine ansteigende Staubaustrittsge- schwindigkeit bewirkt wird. Durch diese vorteilhafte Kontur ist eine Entmischung der Dichtstromförderung bis zum Austritt aus dem Brenner und eine homogene Verteilung des Brennstaubes im Ringraum des Brennstaubkanals 9 gegeben. Das spitze Aus¬ laufen des Ringraums des Brennstaubkanals 9 am Brennermund führt weiterhin dazu, dass nach dem Austritt von Brennstaub und Oxidationsmittel aus dem Brennermund 11 der Weg bis diese sich vermischen verkürzt ist . Cross-section reduction is caused an increasing Staubaustrittsge- speed. Due to this advantageous contour, segregation of the dense phase conveying up to the exit from the burner and a homogeneous distribution of the combustible dust in the annular space of the combustible dust channel 9 are provided. The pointed out ¬ run of the annular space of the fuel channel 9 at the burner mouth continues to cause that after the exit of fuel dust and oxidant from the burner mouth 11 of the way to mix this is shortened.
Die konstruktive Ausgestaltung, wonach das Ende des zweiten Trennrohrs 6 gegenüber der Außenkontur des Brennstaubkanals 9 nach Innen versetzt ist, bewirkt, dass nach dem Austritt von Brennstaub und Oxidationsmittel aus dem Brennermund 11 der Weg bis diese sich vermischen weiter verkürzt ist . The structural design, according to which the end of the second separation tube 6 is offset inwards relative to the outer contour of the fuel dust channel 9, causes the passage to be further reduced after the exit of the fuel dust and oxidizing agent from the burner mouth 11.
Die spitz zulaufende Kontur des Brennstaubkanals 9 ermöglicht eine Ausgestaltung der Brennerspitze als Kegelstumpf 15, wodurch die Wärme aus dem Reaktionsraum aufnehmende Fläche der Brennerspitze verringert ist . In Kombination mit der durch die Medien erfolgten Bauteilkühlung wird eine lange Standzeit des Brenners erreicht. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in die parabolische Ausformung des Bauteiles ein oder mehrere Thermoe¬ lemente 3 integriert, um den Wärmeeintrag in das Bauteil zu erfassen und somit die Position der Flamme zu bestimmen. Weiterhin ermöglicht diese Temperaturmessung eine Überwachung der Metalltemperatur und somit eine rechtzeitige Abschaltung des Brenners bei Überschreitung der zulässigen Grenztempera¬ tur . The tapered contour of the Brennstaubkanals 9 allows an embodiment of the burner tip as a truncated cone 15, whereby the heat from the reaction space receiving surface of the Burner tip is reduced. In combination with the cooling of the media, a long service life of the burner is achieved. In a further embodiment of the invention, one or more Thermoe ¬ elements 3 are integrated in the parabolic shape of the component to detect the heat input into the component and thus to determine the position of the flame. Furthermore, this temperature measurement allows monitoring of the metal temperature and thus a timely shutdown of the burner when exceeding the allowable Grenztempera ¬ tur.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen angegeben. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.
Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen: The invention is explained in more detail below as an exemplary embodiment in a scope necessary for understanding with reference to figures. Showing:
Fig 1 das in den Vergasungsreaktor ragende Ende des erfindungsgemäßen Brenners und Figure 1 the projecting into the gasification reactor end of the burner according to the invention and
Fig 2 nähere Einzelheiten des Blütenmischers 1 aus Fig 1. FIG. 2 shows details of the flower mixer 1 from FIG. 1.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Ele- mente. In the figures, identical designations denote the same elements.
Der erfindungsgemäße Staubbrenner ist im Wesentlichen als ein bezüglich der Zentralachse rotationssymmetrisches Gebilde ausgestaltet. Der Brenner weist als Außenkontur einen zylind- rischen Mantel 4 auf, der zum Medienaustritt 11 hin in einen Kegelstumpf 15 übergeht. Der Mantel 4 ist durch ein flüssig- keit s-gekühltes äußeres Kühlteil gegeben. Innerhalb des Man¬ tels ist ein zentrales Trennrohr 5 angeordnet, das als Dampf¬ kanal für die Zuführung von heißem Moderationsdampf 12 dient . Konzentrisch zu dem zentralen Trennrohr 5 ist ein zweitesThe dust burner according to the invention is designed substantially as a rotationally symmetrical structure with respect to the central axis. The burner has an outer contour as a cylindrical jacket 4, which merges into a truncated cone 15 towards the media outlet 11. The jacket 4 is provided by a liquid-cooled outer cooling part. Within the Man ¬ tels a central separation pipe 5 is arranged, which serves as a steam ¬ channel for the supply of hot moderation steam 12. Concentric with the central separation tube 5 is a second
Trennrohr 6 angeordnet, das einen Ringkanal für die Zuführung von Sauerstoff 13 bildet. Das Ende des Staubbrenners, an dem die Vergasungsmedien Dampf 12, Sauerstoff 13, und Brennstoff 14 aus dem Brenner austreten, bildet den Brennermund 11. Zwischen dem zweiten Trennrohr 6 und dem äußeren Kühlteil 4 ist ein Ringkanal 9 für Brennstaub gebildet. Der Innendurchmesser des durch das zweite Trennrohr 6 begrenzten Oxidationsmittel- kanals 10 verjüngt sich in Richtung zum Brennermund 11. Das Ende des zweiten Trennrohres 6 ist am Brennermund um etwa 0,2 Innendurchmesser des zweiten Trennrohres 6 zurückgezogen. Das Ende des 5 ist um mehrere Durchmesser des zweiten Trennrohres 6 zurückgezogen und mündet in den Oxidationsmittelkanal 10. Am Ende des Dampfkanals 5 ist ein Blütenmischer 1 angeordnet . Im Ende des zweiten Trennrohres 6, des Oxidationsmittelkanals 10 ist ein Drallkörper 2 mit Nabe und Leitblechen angeordnet, der eine Verdrallung der austretenden Oxidationsmedien Sauerstoff 13 und Dampf 12 bewirkt. Das zweite Trennrohr 6 weist an seinem dem Brennermund zugewandten Ende eine nach außen hin parabolische Ausformung 7 auf, die eine Verengung des Brennstaubkanals 9 bewirkt. In dem Brennstaubkanal 9 sind ein oder mehrere Staubrohre 8 Wendei-förmig geführt und enden in unmittelbarer Nähe der parabolischen Ausformung 7, mehrere Durchmesser des Staubrohres vor der dem Brennermund 11. In der parabolischen Ausformung 7 ist eine Tasche zur Aufnahme eines Thermoelements 3 angeordnet. Separating tube 6 is arranged, which forms an annular channel for the supply of oxygen 13. The end of the dust burner, where the gasification media steam 12, oxygen 13, and fuel 14 exit from the burner, forms the burner mouth 11. Between the second separation pipe 6 and the outer cooling part 4, an annular channel 9 is formed for fuel dust. The inner diameter of the oxidizing agent channel 10 delimited by the second separating tube 6 tapers in the direction of the burner mouth 11. The end of the second separating tube 6 is retracted by approximately 0.2 internal diameter of the second separating tube 6 at the burner mouth. The end of 5 is retracted by a plurality of diameters of the second separation tube 6 and opens into the oxidant channel 10. At the end of the steam channel 5, a flower mixer 1 is arranged. In the end of the second separation tube 6, the oxidant channel 10, a swirl body 2 is arranged with hub and baffles, which causes a twisting of the exiting oxidation media oxygen 13 and 12 steam. The second separator tube 6 has at its end facing the burner mouth an outwardly parabolic formation 7, which causes a narrowing of the fuel channel 9. In the Brennstaubkanal 9 one or more dust pipes 8 are guided in a wedge-shaped and terminate in the immediate vicinity of the parabolic formation 7, a plurality of diameter of the dust tube in front of the burner mouth 11. In the parabolic formation 7 a pocket for receiving a thermocouple 3 is arranged.
Der in Fig 2 dargestellte Blütenmischer 1 weist eine 6- blättrige Struktur, punktsymmetrisch zur Zentralachse, auf. The flower mixer 1 shown in FIG. 2 has a six-leaf structure, point-symmetrical with respect to the central axis.
Das Oxidationsmittel ist durch den Dampf 12 und den Sauer¬ stoff 13 gegeben. Der Oxidationsmittelkanal 10 führt eine Mi¬ schung aus Dampf und Sauerstoff. The oxidizing agent is given by the vapor 12 and the sour ¬ material 13. The oxidizing agent channel 10 supplies a Mi ¬ ture of steam and oxygen.
Die Erfindung ist auch gegeben durch einen Staubbrenner für die Vergasung staubförmiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel bei Drücken zwischen Umgebungsdruck und hohen Drücken von 8 MPa sowie Temperaturen zwischen 800-1800°C, der mit einem äußeren Kühlteil 4 ausge¬ führt ist, bei dem ein (zweites) Trennrohr 6 zwischen der Zuführung von Sauerstoff 13 und Brennstaub 14 angeordnet ist, das am Ende in ein parabolisch ausgeformtes Bauteil 7 über- geht, bei dem im Inneren des parabolisch ausgeführten Bauteiles ein Drallkörper 2 mittig angeordnet ist, bei dem ein zentrales Trennrohr 5 für die Zuführung von Dampf 12 im Wesentlichen bis kurz vor den Drallkörper 2 geführt ist, der Staubbrenner mit einem oder mehreren schraubenförmig auslaufenden rohrformigen Staubzuführungselementen 8 ausgeführt ist und von dem mindestens 3 baugleiche und symmetrisch um einen Pilotbrenner Staubbrenner angeordnet sind, die in einer Brennerbefestigungsvorrichtung aufgenommen sind. The invention is also given by a dust burner for the gasification of pulverulent fuels with a free oxygen-containing oxidant at pressures between ambient pressure and high pressures of 8 MPa and temperatures between 800-1800 ° C, which is out ¬ leads with an outer cooling part 4, at a (second) separating tube 6 is arranged between the supply of oxygen 13 and the fuel dust 14, which at the end is converted into a parabolically shaped component 7. goes, in which a swirl body 2 is arranged centrally in the interior of the parabolic component, in which a central separation pipe 5 is guided for the supply of steam 12 substantially to just before the swirl body 2, the dust burner with one or more helically expiring rohrformigen dust supply elements 8 is executed and of which at least 3 identical and symmetrical about a pilot burner dust burner are arranged, which are accommodated in a burner mounting device.
Die vorliegende Erfindung wurde zu Illustrationszwecken anhand von konkreten Ausführungsbeispielen im Detail erläutert. Dabei können Elemente der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden. Die Erfindung soll daher nicht auf einzelne Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich eine Beschränkung durch die angehängten Ansprüche erfahren . The present invention has been explained in detail for illustrative purposes with reference to specific embodiments. In this case, elements of the individual embodiments can also be combined with each other. The invention is therefore not intended to be limited to individual embodiments, but merely to be limited by the appended claims.
Die Erfindung schließt auch einen Vergasungsbrenner mit einem zentral angeordneten Pilotbrenner ein. The invention also includes a gasification burner with a centrally located pilot burner.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1. Blütenmischer 1. flower mixer
2. Drallkörper mit Nabe und Leitblechen 2. Swirl body with hub and baffles
3. Thermoelement 3. thermocouple
4. Äußeres Kühlteil, Mantel  4. Outer cooling part, coat
5. Zentrales Trennrohr, Dampfkanal  5. Central separator tube, steam channel
6. Zweites Trennrohr, Sauerstoffkanal 6. Second separation tube, oxygen channel
7. Parabolisches Bauteil, konvexes Bauteil7. Parabolic component, convex component
8. Staubrohr 8. Dust pipe
9. Brennstaubkanal  9. Brennstaubkanal
10. Oxidationsmittelkanal  10. Oxidant channel
11. Brennermund  11. burner mouth
12. Dampf  12. Steam
13. Sauerstoff  13. Oxygen
14. Brennstaub  14. burning dust
15. Kegelstumpf  15. Truncated cone

Claims

Patentansprüche claims
1. Brenner für die Vergasung staubförmiger Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel bei Drücken von Umgebungsdruck bis 8 MPa und Temperaturen zwischen 800-1800°C, bei dem 1. Burner for the gasification of pulverulent fuels with a free oxygen-containing oxidant at pressures of ambient pressure to 8 MPa and temperatures between 800-1800 ° C, in which
die Vergasungsmedien Brennstaub (14), gasförmiger Sauerstoff (13) und Wasserdampf (12) am Brennermund (11) aus¬ treten, the gasification media combustible dust (14), gaseous oxygen (13) and water vapor (12) emerge from the burner mouth (11),
- der Dampfkanal (5) durch einen Sauerstoffkanal (6) ring¬ förmig umschlossen ist, Enclosed the steam passage (5) through an oxygen duct (6) ¬ ring-shaped, -
der Sauerstoffkanal durch einen Brennstaubkanal (9) ringförmig umschlossen ist,  the oxygen channel is enclosed annularly by a fuel dust channel (9),
er Brennstaubkanal (9) durch einen Flüssigkeits- gekühlten Mantel (4) umschlossen ist,  the fuel dust channel (9) is enclosed by a liquid-cooled jacket (4),
der Sauerstoffkanal bis zum Brennermund geführt ist und der Dampfkanal in einem Abstand von mehreren (n = 2, 3, 4, 5..) Durchmessern des Sauerstoffkanals vor dem Brennermund (11) in den Sauerstoffkanal mündet.  the oxygen channel is guided to the burner mouth and the steam channel at a distance of several (n = 2, 3, 4, 5 ..) diameters of the oxygen channel in front of the burner mouth (11) opens into the oxygen channel.
2. Brenner nach Anspruch 1 2. Burner according to claim 1
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der Dampfkanal als Zentralrohr angeordnetthe steam channel arranged as a central tube
3. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche 3. Burner according to one of the preceding claims
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
am Ende des Dampfkanals ein Mischelement (1) angeordnet ist. at the end of the steam channel, a mixing element (1) is arranged.
4. Brenner nach Anspruch 3 4. Burner according to claim 3
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Mischelement (1) durch einen Blütenmischer gegeben ist. the mixing element (1) is given by a flower mixer.
5. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche 5. Burner according to one of the preceding claims
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der Oxidationsmittelkanal (10) in Richtung des Brennermundes (11) einen sich verjüngenden Querschnitt aufweist. the oxidant channel (10) has a tapering cross-section in the direction of the burner mouth (11).
6. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass 6. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that
am Ende des Oxidationsmittelkanals (10) ein Drallkörper (2) angeordnet ist. at the end of the oxidant channel (10) a swirl body (2) is arranged.
7. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche 7. Burner according to one of the preceding claims
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der Oxidationsmittelkanal (10) am Brennermund (11) um einen Bruchteil des Durchmessers des Oxidationsmittelkanals ins In- nere des Brenners zurückversetzt angeordnet ist. the oxidant channel (10) is arranged at the burner mouth (11) set back by a fraction of the diameter of the oxidant channel into the interior of the burner.
8. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche 8. Burner according to one of the preceding claims
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der Brennstaubkanal (9) eine in Richtung des Brennermundes (11) spitz zulaufende Kontur aufweist. the Brennstaubkanal (9) has a tapered in the direction of the burner mouth (11) contour.
9. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche 9. Burner according to one of the preceding claims
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
mindestens ein Brennstaubrohr (8) in einem Abstand von mehre- ren (n=2, 3, 4, 5..) Durchmessern des Brennstaubrohres vor dem Brennermund in den Brennstaubkanal (9) mündet. at least one combustible dust pipe (8) opens at a distance of several (n = 2, 3, 4, 5 ..) diameters of the fuel dust pipe in front of the burner mouth into the combustion dust duct (9).
10. Brenner nach Anspruch 9 10. Burner according to claim 9
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das den Sauerstoffkanal (10) zum Brennstaubkanal (9) begren¬ zende Trennrohr (6) zwischen dem Ende des Brennstaubrohres (8) und dem Brennermund (11) eine den Brennstaubkanal (9) verengende parabolische Ausweitung (7) aufweist. comprising the oxygen channel (10) to the fuel dust channel (9) ¬ limiting dividing pipe (6) between the end of the Brennstaubrohres (8) and the burner mouth (11) a Brennstaubkanal (9) narrowing parabolic expansion (7).
11. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche 11. Burner according to one of the preceding claims
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Trennwand zwischen Dampfkanal (5) und Sauerstoffkanal (6) frei von einer Flüssigkeits-Kühlung ist. the partition wall between the steam channel (5) and the oxygen channel (6) is free from liquid cooling.
12. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche 12. Burner according to one of the preceding claims
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Trennwand (6) zwischen Sauerstoffkanal (10) und Brenn¬ staubkanal (9) frei von einer Flüssigkeits-Kühlung ist. the partition (6) between the oxygen channel (10) and the combustion ¬ dust duct (9) is free of liquid cooling.
13. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche 13. Burner according to one of the preceding claims
dadurch gekennzeichnet , das s characterized in that s
in dem Trennrohr (6) , das den Sauerstoff kanal (10) zum Brenn- staubkanal (9) begrenzt, ein Thermoelement (3) angeordnet ist . in the separation pipe (6), which limits the oxygen channel (10) to the combustion dust duct (9), a thermocouple (3) is arranged.
14. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche 14. Burner according to one of the preceding claims
dadurch gekennzeichnet , das s characterized in that s
die Brennerspitze in Form eines Kegelstumpfes (15) ausgestal¬ tet ist. the burner tip in the form of a truncated cone (15) ausgestal ¬ tet is.
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