DE1563480A1 - Verfahren und Anlage zum Erzeugen von rueckstandsfreien Heissgasen,wie sie fuer MHD-Generatoren benoetigt werden - Google Patents

Description

• Verfahren und Anlage zum Erzeugen von Rückstandsfreien-Heißgasen, wie sie für MD-Generatoren benötigt werden (Für diese Patentanmeldung wird die Priorität der entsprechenden US-Anmeldung Serial No. 493 842 vom 7.10.1965 beansprucht.) Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen heißer Arbeitsgase, wie sie für magnetohydrodynamische (MHD-)Generatoren benötigt werden, durch Verbrennung fester Brennstoffe. MHD-Generatoren arbeiten gewöhnlich mit einem thermisch ionisierten Arbeitsgas, das in einem Generatorkanal ein transversal'angelegtes Magnetfeld durchströmt. An Elektroden, die gewöhnlich im Generatorkanal angeordnet werden, kann man elektrische Leistung entnehmen. Die als Arbeitsgas dienenden Heißgase werden üblicherweise in Hochtemperaturbrenn Kammern durch Verbrennen fester, flüssiger oder gaeförmiger Brennstoffe erzeugt. Werden solche Brennkammern mit festen Brennstoffen, wie Kohle oder Asche bzw. mit Schlacke (geschmolzener Asche) betrieben, treten vielfältige technische Schwierigkeiten auf. Insbesondere gefährden von den Heißgasen mitgerissene unverbrannte Rückstände die Kanalwände, Elektroden sowie die meist nachgeschalteten Wärmetauscher und Rückgewinnungsanlagen. Solche Rückgewinnungsanlagen werden vorgesehen, um den Heißgasen zur Erzeugung der elek- trischen Leitfähigkeit zugesetzte, leicht ionisierbare Stoffe - sog. Saatmaterial - zurückzugewinnen. Man ist deshalb in den geschilderten Anwendungsfällen sowie in einer Vielzahl weiteren Anwendungsgebieten daran interessiert, rückstandsfreie Heißgase zu erzeugen. Insbesondere noch deshalb, ereil Ascheabscheidung in den mit Heißgas betriebenen Anlagen Betriebsunterbrechungen zum Reinigen und Instandsetzen der Anlagen erforderlich machen. Diese Rückstände erschweren auch die Rückgewinnung von Saatmaterial. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Schwierigkeiten zu umgehen und rückstandsfreie Heißgase für die verschiedensten Anwendungsfälle bereitzustellen. Solche Heißgase werden au-* ßer für MHD-Generatoren beispielsweise auch für PJHD-Beschleuniger, die nach einer Umkehrung des Generatorprinzips arbeiten, sowie zum Betreiben von Turbinen benötigt. Die Heißgase aus festen Brennstoffen erzeugen zu können, bedeutet dabei in vielen Gegenden auch einen wirtschaftlichen Vorteil. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die Brennstoffe einer Verkokungskammer zumindest bis zur teilweisen Verkokung zugeführt werden und die ver- kokte Füllung in einer ersten Brennkammer (Primärbrennkammer) unter Luftüber®chuß verbrannt wird und daß die Plammenabgase in einer zwei- ten Brennkammer (Sekundärbrennkammer) stoechiometrisch nachverbrannt werden. Die Plammenabgase aus der Primärbrennkammer können in der Sekundärbrennkammer mit den flüchtigen Stoffen aus der Verkokungskammer oder mit gesondert zugeführten Brennölen oder Brenngasen nachverbrannt werden. Das erste Verfahren, zur Nachverbrennung die flüch- tigen Stoffe aus der Verkokungskammer heranzuziehen, bietet als Vor- teil einen von zusätzlicher Brennstoffzufuhr unabhängigen Betrieb. Nach einer wesentlichen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgasehen, als Primärbrennkammer eine- Drehströmungebrennkammereinzusetzen. Diese an sich zur Verfeuerung von-Brennölen bekannten Brennkammern verfeuern den Brennstoff in einem schraubenförmigen Luftstrom. Solche Drehetrömungebrennkammern als Primärbrennkammer beim erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzen, bietet den Vorteil, daß die Schlacke an die i,m.wesentlichen zylindrische Brennkammerwand geschleudert wird. Dadurtbildet sidtizein natürlicher Wandschutz, der die Kammerwand ge-gen die heiße Verbrennungszone thermisch soliert. Das erlaubt wieder-um, mit niedriger Kühlleistung auszukommen,wesnalb wiederum die 7@'ärmeableitungsverluste verringert werden. Im Betrieb stellt sich dabei die niedergeschla-;e;:e Schicht auf eine bestimmte Stärke so ein., da13 die Oberfläche laufend abgeschnoizen wird. Diese flüssiger Rückstände können dann am Boden der Brentlrammer abgezo`-e:-. werden. Der -ins;ii:: einer Drehströmungsbrennkammer_erm.öglicht -C)% des Ascnegehaltes abzu fsngen. Die Primärbrennkammer mit Luftüberschuß zu betreiben, bringt den Vorteil, daß die Verbrennung optimal eingestellt werden kann. Es werden bei der Verfeuerung von Kohle in der Verkokungskammer und bei einer auf stoechiometrische Verbrennung bezogenen 1,5 bis 2,0-fachen Luftmenge Flammentemperaturen von 2200 °K erzielt. Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung schematisch wiedergegeben sind, näher erläutert werden: Bei der Anlage nach Figur 1 ist die Verkokungskammer mit 3 bezeichnet. Sie kann mit Überdruck arbeiten und heizt die vom Mahlwerk 2 einge- füllten festen Brennstoffe, beispielsweise Kohle aus dem Bunker lauf. Mit 5 ist ein Drehströmungsentstauber bezeichnet, der die flüchtigen Stoffe aus der Verkokungskammer von mitgerissenem Staub reinigt. An die Stelle des Drehströmungsentstaubers 5 kann auch ein nach anderen Prnzipien arbeitender Entstaubet treten. Die gereinigten, flüchtigen Stoffe werden über die Gasleitung 11 der Sekundärbrennkammer 7 zugeführt. Der Drehströmungsentstauber 5 ist entbehrlich, falls die Staubbeaufsc:-ilagung des Gasstromes aus der Verkokungskammer gering ist. Die zumindest teilweise vervokte Füllung aus der Verkokungskammer 3 ,:ird in einem Brechwerk 4 zerir:leinert und über die Feststoffbeschickungsleitung 12 e;ner Drehstrc-wan#."skarrmer 6 als ersten Brennkammer zugeführt. In der Leitung 12 wird über die Gebläseleitung 13 Verbrennungsluft in 14 eingeleitet. In der Verkokungskammer 7 r;erden die festen Brennstoffe teilweise vergast und bei Kohle in Kohlenmonoxyd überführt. Der Verkokungskammer 3 kann über die Leitung 15 eine geringe Menge Heißluft eingeleitet werden. Das Brechwerk 4 wird aus der Verkokungskammer 3 mit einer Substanz beschickt, deren Eigenschaft zwischen Kohle und Koks liegt. Die im Brechwerk 4 zerkleinerte Füllung aus der Verkokungskammer 3 wird der Primärbrennkammer 6 mit überstoechiometrischer Luftmenge zug4führt. Vorzugsweise soll die Luftmenge das 1,5 bis 2-fache der für stoechiometrische Verbrennung erforderlichen Luftmenge ausmachen. Der überschüssige, in den Flammenabgasen aus der Primärkammer 6 unverbrannte Sauerstoff der Verbrennungsluft unterhält in der Sekundärbrennkammer 7 dann eine stoechiometrische Verbrennung. Über die gesamte Anlage gesehen, läßt sich also eine stoechiometrische Verbrennung erzielen. Bei den geschilderten Betriebsbedingungen wird in einer Drehströmungsbrennkammer als Primärbrennkammer 6 eine Flammtemperatur von 2200 0K erzielt. Der von den Kammerwänden abgeschmolzene Niederschlag kann durch die am Boden der Brennkammer 6 vorgesehne Zeitung 16 in Pfeilrichtung abgezogen werden. In einer mit dem vorgeschlagenen Luftüberschuß betriebenen Drehströmungsbrennkammer 6 werden Plammtemperaturen erreicht, wie sie bei üblichen mit Kohle befeuerten Kesselanlagen nur mit stark vorerhitzter Verbrennungsluft großer Menge erreicht werden. Als Sekundärbrennkammer 7 eignet sich dann eine handelsübliche; für Ölverbrennung ent- wickelte Brennkammer. Ein verhältnismäßig-kleiner vorerhitzter Luftstrom kann der als Drehströmungsbrennkammer ausgebildeten Primär-. brennkammer über die Zeitung 19 zugeführt werden. Die Anlage nach Figur 2 ist im wesentlichen wie die in Figur 1 dargestellte Anlage aufgebaut. Sie unterscheidet sich jedoch dadurch, daß der Sekundärbrennkammer 7 über eine Brennstoffzuführungsleitung 17 Verbrennungsmittel wie Erdgas oder Brennöl zugeführt werden. Die in Figur 2 nicht wiedergegebene.Verkokungskammer beliefert dann lediglich die Primärbrennkammer 6, die vorzugsweise wieder eine Dreh-- strömungsbrenrikammer sein kann, über die Zeitung 18. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt vielfältige Detailänderungen. So kang eine als Primärbrennkammer dienende Drehströmungsbrennkammer mit auf 1300 °K vorerhitzter Luft bei stoechiometrischer Durchsatzmenge betrieben werden. Die Flammtemperatur in der Brennkammer erreicht dann 2700 o K. Bei dieser Temperatur wird die Schlacke von den Wänden verdampft und der Sekundärbrennkammer 7 ganförmig zugeleitet. Die Wand der Primärbrennkammer müßte dann jedoch zweckmäßigerweise aus wärmeisolierendem Material gefertigt werden. Dabei wäre mit größerem Materialverschleiß und mit größeren Kühlverlusten, zu rechnen.

Claims (1)

1. ' Patentansprüche j .1. Verfahren zum Erzeugen heißer Arbeitsgase, wie sie für MHD--Generatoren benötigt werden, durch Verbrennung fester Brennstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffe einer Verkokungskammer zumindest bis zur teilweisen Verkokung zugeführt werden und die verkokte Füllung in einer ersten Brennkammer (Primärbrennkammer) unter Luftüberschuß verbrannt wird und daß die Flammenabgase in einer zweiten Brennkammer (Sekundärbrennkammer) stoechiometrisch nachverbrannt werden: 2. Verfahren nach Anspruch 1', dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenabgase in der Sekundärbrennkammer mit den flüchtigen Bestandteilen aus der Verkokungskammer nachverbrannt werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenabgase .in der Sekundärbrennkammer mit Brenngas nachverbrannt werden. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenabgase in der Sekundärbrennkammer mit Brennöl nachverbrannt werden. Verfahren nach Anspruc 3 1 und e-'ne@: der rnsprüche < bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ?rimärbrennkammer nit dem 1;bis 2-fachen der stoechiometrisehen L:,iftmence betrieben wird. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 oder den Ansprüchen 192 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der Sekundärbrennkammer.aud' der Verkokungskammer zugeführte Durchsatzmenge an flüchtigen Be" standteilen so eingestellt wird, daß die überschüssige Luft in den Flammenabgasen aus der Primärbrennkammer stoechiometrisch ver- brannt Wird. 7. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,#daß als Primärbrennkammer eine Drehströmungsbrennkammer verwandt wird. B. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1,2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Verkokungskammer eine Feststoffbeschickungsleitung zu einer Drehströmungsbrennkammer geführt ist, deren Abgasteil in eine Sekundärbrennkammer mündet, die mit einer Gasleitung für die flüchtigen Bestandteile der Verkokungsanlage verbunden ist. 9. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 3 oder 4 sowie 7, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Verkokungskammer eine Peststoffbeschickungsleitung zu einer Drehströmungsbrennkammer geführt ist, deren Abgasteil in eine Sekundärbrennkammer mündet, die mit einer Zuführungsleitung für gasförmige oder flüssige Brennstoffe versehen ist. 10. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7 sowie Verwendung der Anl.#;ge nach den Ansprüchen r- oder 9 zum Betrieb von Generatoren oder Motoren, die nach dem :raiD-Pritizip arbeiten.