Beschreibung

Pilotbrenner für universellen Brenngaseinsatz

Der Anmeldungsgegenstand betrifft einen Pilotbrenner für einen Reaktor, insbesondere Reaktor zur Flugstromvergasung.

Für die Inbetriebnahme und Betrieb von Flugstromvergasern mit Kuhlschirm sowie ausgemauerten Reaktortypen sind schon aus Sicherheitsgründen Pilotbrenner einzusetzen. Der Pilotbrenner wird bis 7 MPa überdruck mit verschiedenen Brenngasen und Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Gas betrieben und ist mit einer speziellen Zündvorrichtung und einer Flammenuberwa- chungseinrichtung ausgerüstet. Zur Zündvorrichtung gehören eine druckfeste und elektrisch isolierte Zundspannungsdurch- fuhrung, ein im Brenngasraum des Brenners verlegtes Zündkabel und die Zundelektrode am Brennermund. Kommt die Zundspan- nungsdurchfuhrung bauartbedingt mit dem Pilotgas in Berührung, so ist die Temperatur des Pilotgases auf die Einsatz- temperatur der Zundspannungsdurchfuhrung von beispielsweise 60-80°C begrenzt. Eine weitere Einschränkung ergibt sich unter diesen Bedingungen und Verwendung von Flüssiggas (z.B. Butan) sowie Drucken oberhalb 4 MPa (40 bar), da von partieller Kondensation ausgegangen werden muss.

Stand der Technik ist der Einsatz von Brenngasen mit Betriebstemperaturen unterhalb der begrenzenden Auslegungstemperatur der Zundspannungsdurchfuhrung. Diese Vorrichtung stellt eine spezielle Entwicklung für diesen Einsatzfall dar und ist in ihren Einsatzmoglichkeiten (Temperatur, Medienver- traglichkeit) durch die verwendeten Materialien begrenzt.

Aus der DE 4025852 Al ist eine Zund- und Uberwachungsvorrich- tung für Brenner bekannt, bei der die Zundspannungsdurchfuh- rung reaktorseitig mit Inertgas beaufschlagt ist. Bei dieser Zund- und Uberwachungsvorrichtung erfolgt die Flammenuberwa- chung über ein Bündel von Lichtleitfasern, die wiederum die Zundspannungsleitung elektrisch isolierend aufnehmen. Im Lau-

fe des Betriebes kann es auf der der Flamme zugewandten Stirnfläche der Lichtleitfasern durch Verbrennungsrückstände und durch Hitzebeanspruchung zu Trübungen kommen, die die Flammenüberwachung beeinträchtigen .

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Pilotbrenner so auszugestalten, dass in Bezug auf seine Bauhöhe eine weitgehend heruntergesetzte Temperaturbelastung der Zündspannungsdurchführung und ihrer Materialien sowie eine hohe Zu- verlässigkeit erzielt werden.

Das Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die konstruktive Gestaltung des Pilotbrenners ist eine Trennung der temperaturbegrenzenden Zündspannungsdurchführung vom „heißen" Pilotgas gegeben. Dies erfolgt durch Beaufschlagung der sich an die Zündspannungsvorrichtung anschließenden Kammer mit „kaltem" Stickstoff, wobei eine Beaufschlagung der Zündspannungsdurchführung mit „heißem" Pilotgas vermieden ist. Der hierfür notwendige Stickstoff dient als Spülgas für den optischen Kanal der Flammenüberwachung und wird durch konstruktive Ausgestaltungen über die sich der Zündspannungsvorrichtung anschließenden Kammer direkt in den optischen Kanal der Flammenüberwachung geführt. Das Pilotgas wird örtlich nachgeordnet über einen zweiten Anschluss und eine zweite

Kammer in den Brenngaskanal geleitet. Das Zündkabel wird dabei entweder (Fig 2) durch eine geeignete Abdichteinheit in den Brenngaskanal eingeleitet oder (Fig 1) vollständig in einem mit Inertgas gespülten Schutzrohr in diesem verlegt. Durch beide Lösungen ist der Pilotbrenner weitgehend unabhängig vom einzusetzenden Brenngas.

Durch die vorgestellte Lösung kann der Pilotbrenner auch für komplizierte Brenngase bzgl. Temperatur und Materialverträg- lichkeit eingesetzt werden. Durch die Anordnung der Zündspannungsdurchführung am Inertgasraum ist der Pilotbrenner für alle Einsatzvarianten in Bezug auf das jeweils verfügbare

Brenngas universell einsetzbar. Die ansonsten anzustrebende Lösungsentwicklung einer warmfesten Durchführung mit derzeit materialseitig völlig offenen Materialfragestellungen und deren behördliche Zulassung kann vermieden werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Anmeldungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig 1 einen erfindungsgemäßen Pilotbrenner, bei dem das Zündkabel vollständig in einem mit Inertgas gespülten Schutzrohr in diesem verlegt ist und

Fig 2 einen erfindungsgemäßen Pilotbrenner, bei dem das Zündkabel durch eine Abdichteinheit in den Brenngaskanal eingeleitet ist.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente .

Der in Figur 1 dargestellte Pilotbrenner für einen Flugstromreaktor weist einen zentralen, im Wesentlichen durch eine Rohrkonstruktion ausgeführten, optischen Kanal auf, der auf der dem Brennermund zugewandten Seite offen ist und auf der dem Brennermund abgewandten Seite eine optische Flammenüberwachung trägt. Der optische Kanal ist brennermundseitig von einem Ringkanal umschlossen, der als Brenngaskanal dient. Der Brenngaskanal ist von einem Ringraum umgeben, der der Zuführung eines Oxidationsmittels, insbesondere Sauerstoff, dient zur Bildung eines brennfähigen Brenngas-/Sauerstoffgemisches unter Verwendung einer am Brennermund angeordneten Düse.

In dem Pilotbrennerkopf ist eine der optischen Flammenüberwachung nächstgelegene erste Kammer angeordnet, die mit dem optischen Kanal gasdurchlässig verbunden ist. Eine zweite in dem Brennerkopf angeordnete Kammer liegt bezüglich der ersten

Kammer naher am Brennermund und ist mit dem Brenngaskanal verbunden .

Der Pilotbrenner weist kopfseitig eine Zundspannungsdurchfuh- rung auf, die eine Hochspannung aus dem außen herrschenden Umgebungsdruck in den Hochdruckbereich der ersten Kammer durchzufuhren vermag. Das Zündkabel ist bis in den Bereich des dem Brennermund zugewandten Endes des optischen Kanals gefuhrt und mit diesem verbunden. Das dem Brennermund zuge- wandte Ende des optischen Kanals ist in geeigneter Weise, beispielsweise mittels eines keramischen Rohrzwischenstucks gegenüber dem restlichen Pilotbrenner isoliert und weist an seiner Spitze eine Zundelektrode auf, die nach dem Prinzip einer Zündkerze wirkt. Das Zündkabel ist von der ersten Kam- mer bis zum Bereich der Verbindung mit dem optischen Kanal von einem Schutzrohr umgeben, das durch einen Teil des in der ersten Kammer befindlichen Inertgas durchströmt werden kann. Wie aus der Figur ersichtlich, ist die Spannungsdurchfuhrung von der das heiße Brenngas fuhrenden zweiten Kammer durch die das kalte Inertgas fuhrende erste Kammer raumlich getrennt, wodurch die Temperaturbelastung der Zundspannungsdurchfuhrung durch das Brenngas weitgehend reduziert ist.

über einen Brennerflansch, der etwa auf halber Bauhohe des Pilotbrenners angeordnet ist, kann der Pilotbrenner mit dem Vergasungsreaktor druckdicht verbunden werden.

Bei der Ausfuhrungsform nach Figur 2 ist auf das Schutzrohr verzichtet, wobei an der Durchfuhrungsstelle des Zündkabels zwischen der ersten und der zweiten Kammer eine Abdichteinheit zur Vermeidung von Uberstromungen zwischen den beiden Kammern angeordnet ist.