EP2307527A2 - Schlackerinne an brennern zum schutz vor herabfliessender schlacke - Google Patents

Schlackerinne an brennern zum schutz vor herabfliessender schlacke

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EP2307527A2
EP2307527A2 EP09777242A EP09777242A EP2307527A2 EP 2307527 A2 EP2307527 A2 EP 2307527A2 EP 09777242 A EP09777242 A EP 09777242A EP 09777242 A EP09777242 A EP 09777242A EP 2307527 A2 EP2307527 A2 EP 2307527A2
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schlackerinne
burner
wall
carburetor
slag
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Eberhard Kuske
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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Uhde GmbH
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    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • C10J2200/09—Mechanical details of gasifiers not otherwise provided for, e.g. sealing means
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    • C10J2200/15—Details of feeding means
    • C10J2200/152—Nozzles or lances for introducing gas, liquids or suspensions

Definitions

  • the invention is directed to a Schlackerinne on burners or Brennernischen for protection against flowing slag, which is obtained in the gasification of ash-containing finely divided fuels within a carburetor.
  • slags fall e.g. in entrained flow gasification of finely divided ash containing fuels, for example dusty fuels ( ⁇ 0.5 mm), e.g. Coal, petro- koks, biological waste or biofuels, or liquid atomised fuels such as oil, tar, refinery residues or the like. , wherein the gasification with oxygen-containing gasification agents and under elevated pressure takes place at temperatures above the melting point.
  • the Schlackerinne is formed by a plurality of flowing through cooling medium pipe bends, which in the mounting position pointing into the interior of the carburetor, oblique to the carburetor, the burner or form the Brennernische in the direction of gravity at the top of shielding gutter surface, which forms an essentially acute angle to the burner wall.
  • the pipe bends forming the Schlackerinne be formed by a piece of pipe whose inlet and outlet penetrates the gasifier wall and is connected in a gastight manner with this.
  • the invention also provides that the pipe bends forming the Schlackerinne are formed by cooling pipe sections of the carburetor wall, which are bent out in regions in the carburetor space, bent over and bent back into the wall plane of the carburetor space, wherein it can also be provided that at least some of the pipe areas forming the Schlackerinne partially bent behind the carburetor wall and bent back into the surface of the carburetor wall.
  • An expedient another embodiment of the invention is that the pipe bends forming the Schlackerinne are formed by a part of the burner muffle, which is inserted by the corresponding amount in the carburetor interior.
  • the region of the burner muffle inserted into the gas space directly forms the slag channel for slag running down the gasifier wall.
  • the invention also provides that the Schlackerinne forming pipe bends preferably donated and fire-resistant tamped are formed.
  • FIG. 1 shows a schematic section through a gasifier wall with burner muffle and inventive Schlackerinne
  • FIG. 2 shows a similar representation as in FIG. 1 of another embodiment of the Schlackerinne
  • FIG. 3 is a plan view approximately according to arrow III in Fig. 1,
  • FIG. 4 is a plan view approximately according to arrow IV in Fig. 3,
  • FIG. 5 shows a further modified embodiment of the invention Schlackerinne in view of an indicated carburetor wall and in
  • FIG. 6 is a side view approximately according to arrow VI in Fig. 5th
  • a wall 1 of a carburetor not shown, an indicated burner 2 within a Brennermuf- fel, generally designated 3, provided, wherein the burner wall 1 cooling tubes 4, which are provided with a refractory Bestampfung 5, wherein the burner muffle 3 with Pipes 6 is provided, which serve to cool them and may possibly constitute part of the carburetor bore.
  • the Schlackerinne invention In the direction of gravity above the burner opening denoted by 7, the Schlackerinne invention, generally designated 8, positioned, which is formed from cooling tubes 9, wherein the cooling tubes 9 are surrounded by the refractory Bestampfung 5 here.
  • the Schlackerinne 8 is positioned slightly above the burner opening 7, while in the example of FIG. 2 is located directly in alignment with the piping of the burner muffle 3.
  • the respective inflow or outflow of cooling medium is designated by 10 in FIGS. 1 and 2, with the passage of these elements being made gas-tight on the burner wall 4, which was not shown in greater detail in the FIGURE.
  • Fig. 2 is still indicated that, of course, the tubes of the burner opening 7 with ramming mass 5 'can be tamped fireproof.
  • the Schlackerinne 8 represent a part of the burner muffle insofar as the burner muffle is inserted by a corresponding amount in the combustion chamber of the carburetor, so that the leading edge of the burner muffle about the first three cooling pipe bends, then directly form the Schlackerinne.
  • the Schlackerinne 8 is formed in the local embodiment of a single coil of a tube 9, which is traversed by a cooling medium.
  • the possibilities of providing the slag channels with their own cooling circuit or coupling them to the casing of the burner muffle 3 are not shown in greater detail.
  • a further embodiment of the Schlackerinne 8 is reproduced, by forming corresponding bends of the cooling tubes of the carburetor wall 1.
  • the individual tubes are numbered to indicate their course, in which case the numbers. 1 to 6 were selected, which are not identical with the figures of the preceding description, but only the cooling tubes of Fig. 5 and 6 denote.
  • the gap formed by the special bending of the pipe 2 between the pipe bend, in Fig. 5 with 2a, forming gap is formed by a correspondingly curved, filling this gap further, designated in Fig. 5 with 3 cooling tube of the gasifier wall.
  • the otherwise surrounding the burner opening 7 tubes are each bent back to the rear From the carburetor wall, around the burner opening 7 around back into the carburetor wall. 1

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Abstract

Mit einer Schlackerinne an Brennern oder Brennernischen zum Schutz vor herabfließender Schlacke, die bei der Vergasung aschehaltiger feinzerteilter Brennstoffe innerhalb eines Vergasers anfällt, soll ein sicherer Schutz der Brennerausgänge bzw. der Brennernischen vor Zusetzen mit Schlacke bereitgestellt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Schlackerinne (8) von einer Mehrzahl von von Kühlmedium durchf lossenen Rohrbögen (9) gebildet ist, die in der Montagelage eine in das Innere des Vergasers weisende, zur Vergaserwand (1) schräge, den Brenner (2) bzw. die Brennernische (7) in Schwerkraftrichtung am oberen Bereich abschirmende Rinnenfläche bilden, die zur Brennerwand (1) einen im Wesentlichen spitzen Winkel (α) ausbildet.

Description

"Schlackerinne an Brennern zum Schutz vor herabfliegender Schlacke"
Die Erfindung richtet sich auf eine Schlackerinne an Brennern oder Brennernischen zum Schutz vor herabfließender Schlacke, die bei der Vergasung aschehaltiger feinzerteilter Brennstoffe innerhalb eines Vergasers anfällt.
Bei der Vergasung derartiger Brennstoffe fällt an den Wänden Schlacke an, die in Schwerkraftrichtung abfließt, so dass es dazu kommen kann, dass die Austrittsöffnungen der Brenner sich wenigstens bereichsweise zusetzen. Derartige Schlacken fallen z.B. bei der Flugstromvergasung von feinzerteilten, aschehaltigen Brennstoffen, beispielsweise bei staubförmigen Brennstoffen (< 0,5 mm), z.B. Kohle, Petro- koks, biologischer Abfall oder biologische Brennstoffe, oder bei flüssig zerstäubten Brennstoffen, wie Öl, Teer, Raffinerie-Rückständen od. dgl . , an, wobei die Vergasung mit sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln und unter erhöhtem Druck bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes stattfindet .
Zum Schutz einer Brennernische offenbart die DE 36 13 508 Al ein aus der Rohrwand herausragendes Rohrstück, das von Kühlwasser durchflössen ist und einen Bogen oberhalb des Brennerausganges bildet. Dabei ist dieser Rohrbogen wenigstens teilweise mit feuerfesten Materialien bestampft, allerdings ist er nicht vollständig mit Bestampfungsmateri- al umschlossen, so dass es zu Überhitzung dieses Rohrbodens kommen kann. Auch wird ein herabströmender Schlackefilm leidglich ein Stück weit von der Brennermündung in den Vergaser verschoben, nicht aber effektiv und vollständig verhindert .
BESTATIGUNGSKOPIE Eine ähnliche Lösung zeigt die WO 2008/119753 Al mit den gleichen, oben beschriebenen Nachteilen.
Weitere Nachteile der bekannten Lösungen bestehen darin, dass der aus dem Brenner austretende Sauerstoff in Wandrichtung umgelenkt werden kann, so dass sehr heiße Flammen (> 20000C) die angeströmte Wand beschädigen können. Dazu kommt, dass die Durchströmung des Schutzschildes mit Kreislaufwasser zum Gesamtausfall des Systemes insbesondere dann führen kann, wenn das Schutzschild nach dem Stand der Technik in irgendeiner Weise beschädigt wird. Auch ist die bekannte Ausführung der Schlackeumlenkung insbesondere dann wenig hilfreich, wenn größere Mengen Schlacke anfallen. Es ist weder eine scharfe Abreißkante für die Schlacke vorgesehen noch eine ausreichende Umlenkung.
Hier setzt die Erfindung an, deren Aufgabe darin besteht, einen sicheren Schutz der Brennerausgänge bzw. der Brennernischen vor Zusetzen mit Schlacke bereitzustellen.
Mit einer Schlackerinne der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Schlackerinne von einer Mehrzahl von von Kühlmedium durch- flossenen Rohrbögen gebildet ist, die in der Montagelage eine in das Innere des Vergasers weisende, zur Vergaserwand schräge, den Brenner bzw. die Brennernische in Schwerkraft- richtung am oberen Bereich abschirmende Rinnenfläche bilden, die zur Brennerwand einen im Wesentlichen spitzen Winkel ausbildet.
Mit dieser Gestaltung wird eine gekühlte Schlackerinne bereitgestellt, die auch bei höherem Schlackeaufkommen ein sicheres Umlenken der Schlacke um die Brennermündung herum sicherstellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen .
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die die Schlackerinne bildenden Rohrbögen von einem Rohrstück gebildet werden, dessen Zu- und Ablauf die Vergaserwand durchdringt und gasdicht mit dieser verbunden ist .
Mit dieser Konstruktion ist es möglich, die Schlackerinne mit einem eigenen Kühlkreislauf zu versehen, so dass auch sehr hohe Temperaturen möglich gemacht werden, ohne dass es zu Schäden kommt. Tritt ein Schaden auf, bleiben die Vergaserwände ansonsten intakt, auch kann die Schlackerinne separat ein- und ausgebaut werden, ohne die sonstige Konstruktion zu stören.
Die Erfindung sieht auch vor, dass die die Schlackerinne bildenden Rohrbögen von Kühlrohrabschnitten der Vergaserwand gebildet werden, die bereichsweise in den Vergaserraum ausgebogen, umgebogen und in die Wandebene des Vergaserraumes zurückgebogen sind, wobei auch vorgesehen sein kann, dass wenigstens einige der die Schlackerinne bildenden Rohrbereiche teilweise hinter die Vergaserwand ausgebogen und in die Fläche der Vergaserwand zurückgebogen sind.
Eine zweckmäßige andere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die die Schlackerinne bildenden Rohrbögen von einem Teil der Brennermuffel gebildet sind, die um den entsprechenden Betrag in das Vergaserinnere eingeschoben ist. Damit bildet der in den Gasraum eingeschobene Bereich der Brennermuffel unmittelbar die Schlackerinne für an der Vergaserwand herablaufende Schlacke.
Die Erfindung sieht auch vor, dass die die Schlackerinne bildenden Rohrbögen vorzugsweise bestiftet und feuerfest bestampft ausgebildet sind.
Wie eingangs schon erwähnt, kann es zweckmäßig sein, den Rohrbögen der Schlackerinne einen eigenen Kühlmittelzufluss und Kühlmittelabfluss zuzuordnen, wie dies die Erfindung ebenfalls vorsieht. Eine andere Ausgestaltung besteht darin, die Rohrbögen der Schlackerinne in den Kühlkreislauf der Brennermuffel zu integrieren oder aber, je nach Bauweise, darin, dass die Rohrbögen der Schlackerinne in den Kühlkreislauf des Vergasers integriert sind.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Vergaserwand mit Brennermuffel und erfindungsgemäßer Schlackerinne,
Fig. 2 in ähnlicher Darstellung wie in Fig. 1 eine andere Ausführungsform der Schlackerinne,
Fig. 3 eine Aufsicht etwa gemäß Pfeil III in Fig. 1,
Fig. 4 eine Aufsicht etwa gemäß Pfeil IV in Fig. 3,
Fig. 5 ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schlackerinne in Aufsicht auf eine angedeutete Vergaserwand sowie in
Fig. 6 eine Seitenansicht etwa gemäß Pfeil VI in Fig. 5. In einer Wand 1 eines nicht näher dargestellten Vergasers ist ein angedeuteter Brenner 2 innerhalb einer Brennermuf- fel, allgemein mit 3 bezeichnet, vorgesehen, wobei die Brennerwand 1 Kühlrohre 4 aufweist, die mit einer feuerfesten Bestampfung 5 versehen sind, wobei auch die Brennermuffel 3 mit Rohren 6 versehen ist, die zu deren Kühlung dienen und ggf. Bestandteil der Vergaserberohrung darstellen können.
In Schwerkraftrichtung oberhalb der mit 7 bezeichneten Brenneröffnung ist die erfindungsgemäße Schlackerinne, allgemein mit 8 bezeichnet, positioniert, die aus Kühlrohren 9 gebildet ist, wobei auch hier die Kühlrohre 9 von der feuerfesten Bestampfung 5 umgeben sind.
Im Beispiel der Fig. 1 ist die Schlackerinne 8 etwas oberhalb der Brenneröffnung 7 positioniert, während sie im Beispiel der Fig. 2 unmittelbar in der Flucht der Verrohrung der Brennermuffel 3 liegt. Der jeweilige Zufluss bzw. Ab- fluss von Kühlmedium ist in den Fig. 1 und 2 je mit 10 bezeichnet, wobei die Durchführung dieser Elemente gasdicht an der Brennerwand 4 ausgeführt ist, was in der Figur nicht näher dargestellt wurde.
In Fig. 2 ist noch angedeutet, dass selbstverständlich auch die Rohre der Brenneröffnung 7 mit Stampfmasse 5' feuerfest bestampft sein können. Auch kann die Schlackerinne 8 einen Teil der Brennermuffel insofern darstellen als die Brennermuffel um einen entsprechenden Betrag in den Brennraum des Vergasers eingeschoben ist, so dass die Vorderkante der Brennermuffel etwa die ersten drei Kühlrohrbögen, dann unmittelbar die Schlackerinne bilden.
Wie aus Fig. 3 erkennbar, bei der sowohl die Vergaserwand 1 als auch die Schlackerinne 8 ohne feuerfeste Bestampfung dargestellt ist, wird bei der dortigen Ausführungsform die Schlackerinne 8 von einer einzigen Rohrschlange eines Rohres 9 gebildet, die von einem Kühlmedium durchflössen ist. Nicht näher dargestellt sind die Möglichkeiten, die Schlak- kerinne mit einem eigenen Kühlkreislauf zu versehen oder sie an die Verrohrung der Brennermuffel 3 zu koppeln.
In den Fig. 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform der Schlackerinne 8 wiedergegeben, und zwar durch Bildung entsprechender Ausbiegungen der Kühlrohre der Vergaserwand 1. In Fig. 5 sind dabei die einzelnen Rohre beziffert, um deren Verlauf zu kennzeichnen, wobei hier die Ziffern 1 bis 6 gewählt wurden, die allerdings mit den Ziffern der vorangegangenen Beschreibung nicht identisch sind, sondern lediglich die Kühlrohre der Fig. 5 und 6 bezeichnen.
Erkennbar ist das mit 2 bezeichnete Kühlrohr der Vergaserwand bis an den Rand der Brenneröffnung 7 geführt, diese Stelle ist in Fig. 5 mit 2' bezeichnet. Dann ist das Rohr 2 in einem schrägen Winkel nach oben abgewinkelt und wird dann bogenförmig über der Öffnung 7 weitergeführt, wobei, wie aus Fig. 5 ersichtlich, das linke Rohr "2" einen Halbbogen bildet, während das in Aufsicht rechte Rohr "2" einen Halbbogen nach rechts bildet. Nachfolgend sind die Rohre "2" zurückgebogen hinter die Vergaserwand 1, von dort nach außen und unten, um sich wieder in der Vergaserwand 1 fortzusetzen.
Der sich durch die spezielle Biegung des Rohres 2 zwischen den Rohrbogen, in Fig. 5 mit 2a bezeichnet, bildende Spalt wird von einem entsprechend gebogenen, diesen Spalt ausfüllenden weiteren, in Fig. 5 mit 3 bezeichneten Kühlrohr der Vergaserwand gebildet. Die ansonsten die Brenneröffnung 7 umgebenden Rohre sind jeweils nach hinten zurückgekröpft aus der Vergaserwand, um die Brenneröffnung 7 herum zurück in die Vergaserwand 1.
Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So ist die Erfindung nicht auf einen bestimmten, auch nicht auf die Anzahl der Schlackerinne bildenden Rohrbogen beschränkt u. dgl . mehr.
Bezuαszeichenliste :
1 Wand (Vergaser)
2 Brenner
3 Brennermuffel
4 Kühlröhre
5 feuerfeste Bestampfung
6 Rohre
7 Brenneröffnung
8 Schlackerinne
9 Kühlrohre Schlackerinne
10 Kühlmittel-Zufluss/-Abfluss

Claims

Patentansprüche :
1. Schlackerinne an Brennern oder Brennernischen zum Schutz vor herabfließender Schlacke, die bei der Vergasung asche- haltiger feinzerteilter Brennstoffe innerhalb eines Vergasers anfällt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlackerinne (8) von einer Mehrzahl von von Kühl- medium durchflossenen Rohrbögen (9) gebildet ist, die in der Montagelage eine in das Innere des Vergasers weisende, zur Vergaserwand (1) schräge, den Brenner (2) bzw. die Brennernische (7) in Schwerkraftrichtung am oberen Bereich abschirmende Rinnenfläche bilden, die zur Brennerwand (1) einen im Wesentlichen spitzen Winkel (α) ausbildet.
2. Schlackerinne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Schlackerinne (8) bildenden Rohrbögen (9) von einem Rohrstück gebildet wird, dessen Zu- und Ablauf (10) die Vergaserwand (1) durchdringt und gasdicht mit dieser verbunden ist.
3. Schlackerinne nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die die Schlackerinne (8) bildenden Rohrbögen (9) von Kühlrohrabschnitten der Vergaserwand (1) gebildet werden, die bereichsweise in den Vergaserraum ausgebogen, umgebogen und in die Wandebene des Vergaserraumes zurückgebogen sind.
4. Schlackerinne nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der die Schlackerinne (8) bildenden Rohrbereiche teilweise hinter die Vergaserwand (1) ausgebogen und in die Fläche der Vergaserwand zurückgebogen sind.
5. Schlackerinne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Schlackerinne (8) bildenden Rohrbögen (9) von einem Teil der Brennermuffel gebildet sind, die um den entsprechenden Betrag in das Vergaserinnere eingeschoben sind.
6. Schlackerinne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die die Schlackerinne (8) bildenden Rohrbögen (9) bestiftet und feuerfest bestampft ausgebildet sind.
7. Schlackerinne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Rohrbögen (9) der Schlackerinne (8) ein eigener Kühlmittelzufluss und Kühlmittelabfluss zugeordnet ist.
8. Schlackerinne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrbögen (9) der Schlackerinne (8) in den Kühl- kreislauf der Brennermuffel integriert sind.
9. Schlackerinne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrbögen (9) der Schlackerinne (8) in den Kühl- kreislauf des Vergasers integriert sind.
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