CS233023B1

CS233023B1 - Method of combustion process control of rich heating gases

Info

Publication number: CS233023B1
Application number: CS746783A
Authority: CS
Inventors: Dobromil Pihert
Original assignee: Dobromil Pihert
Priority date: 1983-10-11
Filing date: 1983-10-11
Publication date: 1985-02-14

Abstract

Vynález se týká předehřevu topných plynů jako zemního, koksárenského, propan-butano- vých směsí odpadním teplem z pecí. Topný plyn se před spalováním směšuje s předehřátou vodní párou o teplotě 500 ež 900 nC v poměru 0,05 až 1,5nésobku ekvivalentní dávky pro reakci na vodní plyn. S výhodou se směs v rekuperátoru ohřívá spalinami před zavedením do horáku na teplotu 600 až 750 °C.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to preheating of fuel gases such as natural, coke-oven, propane-butane furnace waste heat. The fuel gas is mixed with preheated water vapor at a temperature of 500 to 900 nC prior to combustion at a ratio of 0.05 to 1.5 times the equivalent of a water gas reaction. Preferably, the mixture in the recuperator is heated by the exhaust gas before being introduced into the burner at a temperature of 600 to 750 ° C.

Description

Vynález se týká způsobu řízení spalovacího procesu bohatých topných plynů, zojménn zemního, koksárenského e propan-butanových směsí, odpadním teplem z pecí.The present invention relates to a process for controlling the combustion process of rich fuel gases, in particular natural, coke oven and propane-butane mixtures, by the waste heat from the furnaces.

V minulosti, kdy byly k otopu průmyslových pecí používány plyny s nízkou výhřevností, nepříklad vysokopecní, generátorový nebo směs vysokopecního a koksárenského plynu záměnná za generátorový plyn, se plyn běžně předehříval v rekuperétorech nebo regenerátorech pecí. Tím byl spalinám odebrán značný podíl tepla, takže pec pracovalo s vysokou účinností a naopak z hlediska spalovacího procesu v peci proběhly mimo pec i dalěí chemické reakce spotřebovávající teplo, to je Štěpení uhlovodíků vodní parou. Do pece se dostal plyn alespoň předehřátý, v některých případech, jako u Si emens-Merti nských pecí dokonce rozštěpený až na vodík, kysličník uhelnatý a dalěí produkty tepelného rozkladu.In the past, when low calorific gases, such as blast furnace, generator, or a mixture of blast furnace and coke oven gas exchanged with generator gas, were used to heat industrial furnaces, the gas was commonly preheated in recuperators or furnace regenerators. In this way, a considerable proportion of heat was removed from the flue gases, so that the furnace operated at a high efficiency, and conversely, other heat-consuming chemical reactions, i.e., steam cracking, occurred outside the furnace. At least preheated gas has been introduced into the furnace, in some cases, as with Si-Mensiens kilns, even split to hydrogen, carbon monoxide and other thermal decomposition products.

Bohaté plyny se zásadně nepředehřívají, jednak proto, Se jejich zjevné teplo při ohřevu na teplotu cca 400 °C, která byle obvyklá u starých typů pecí, by vrátilo do pece jen malé množství tepla, které je v celkové tepelné bilanci pece zanedbatelné, jednak proto, že při teplotě stěny rekuperátoru pod 500 ^ňC reaguje koksárenský plyn nepř. podle rovniceGenerally, the rich gases are not preheated, partly because their apparent heat when heated to about 400 ° C, which would be common in old furnaces, would return only a small amount of heat to the furnace, which is negligible in the overall heat balance of the furnace. the heat exchanger walls at temperatures below 500 ^N C treated coke oven gas ene. according to the equation

CO + H₂ = C + HjO , př¹'čemž vzniklý uhlík zanáší rekuperétor. Obdobně zanášejí rekuperátor i produkty rozkladu uhlovodíků. Protože zemního plynu je cca llkrát méně než vzduchu, je skutečně jednodušší zabývat se ohřevem vzduchu ne teplotu o 10 % vyšší. Plyn se tedy předehřívé teprve v peci, kde teplo ohřátí na spalovací teplotu je dodáváno na úkor tepla dodaného do pece. Kromě ohřevu věak v peci probíhá nejprve endotermní reekce, napříkladCO + H ₂ + C = Hjo BC ¹ 'wherein the resulting carbon rekuperétor clogged. The recuperator similarly introduces hydrocarbon decomposition products. Because natural gas is about 11 times less than air, it is actually easier to deal with air heating, not a temperature 10% higher. Thus, the gas is preheated only in the furnace, where the heat of heating to the combustion temperature is supplied at the expense of the heat supplied to the furnace. In addition to heating the furnace, an endothermic session, for example, takes place first

CH₄ = C + 2 H₂ - 249 kU/mol.CH ₄ = C + 2 H ₂ - 249 kU / mol.

Toto reakční teplo však již není z hledisko spalovacího procesu v peci zcela zanedbatelné ve srovnání s výhřevností metenu 803 kJ/mol. Hlavní nevýhodou tohoto meziproduktu spalovacích reakci je tvorba sazí, které v peci vytvoří kratší či delší svítivý plemen, který vyzařuje vždy relativně velký podíl tepla přineseného v palivu. U pecí pracujících s dlouhým plemenem, tedy po přechodu na zemní plyn, došlo k přehřívání zdivá pece, zatímco při krátkém plameni je před hořákem téměř bodový zdroj sálavého tepla s vysokou teplotou, který se nepříznivě podílí na požadovaném průběhu sdílení tepla výhradně prouděním.However, this reaction heat is no longer negligible from the point of view of the furnace combustion process compared to the calorific value of 803 kJ / mol. The main disadvantage of this intermediate combustion reaction is the formation of soot, which in the furnace produces a shorter or longer luminous breed, which always emits a relatively large proportion of the heat brought in the fuel. In ovens working with a long breed, ie after switching to natural gas, the masonry furnace has overheated, while in a short flame the burner has a near-point source of high-temperature radiant heat which adversely contributes to the required heat transfer only by convection.

Uvedené nevýhody odstraňuje podle vynálezu způsob řízení spalovacího procesu bohatých topných plynů, zejména spalovaných v hořácích tavičích, hlubinných a komorových pecí. Podstata vynálezu spočívá v tom, že topný plyn se před spalováním směšuje s přehřátou vodní parou o teplotě 500 ež 900 ^ňC v poměru 0,05 až 1,5nésobku ekvivalentní dávky pro reakci uhlovodíků na vodní plyn, uvedená směs se s výhodou v rekuperátoru ohřívá spalinami na teplotu 600 až 750 °C před zavedením do hořáku.According to the invention, the above-mentioned disadvantages are overcome by a method for controlling the combustion process of rich fuel gases, in particular burned in melting, blast furnace and chamber furnaces. The invention consists in that the fuel gas prior to combustion is mixed with superheated steam with a temperature of 500 to 900 ^N EŽ C ratio of 0.05 to 1,5nésobku equivalent dose for the reaction of hydrocarbons to water gas, said mixture is preferably heated in the recuperator flue gas at a temperature of 600 to 750 ° C before being introduced into the burner.

Příklad 1Example 1

Přehřáté pára na teplotu 500 °C se ve vstupním hrdle hořáku smísila se zemním plynem v molárním poměru 0,1 : 1 při jmenovitém výkonu hořáku. Teto směs byla vstřikována za současného směšování se vzduchem předehřátým na 400 °C. Vzhledem ke katalytickému účinku péry probíhá spalování v peci nejprve podle rovnice pro vznik produktů spalováníThe superheated steam at 500 ° C was mixed with natural gas in the burner inlet in a 0.1: 1 molar ratio at the burner rated power. This mixture was injected while mixing with air preheated to 400 ° C. Due to the catalytic action of the feathers, the combustion in the furnace proceeds first according to the equation for the formation of combustion products

CH₄ + H₂0 = CO + 3 H₂ - 152 kJ/mol .CH ₄ + H ₂ O = CO + 3 H ₂ - 152 kJ / mol.

Tímto katalytickým účinkem vodní péry se předejde vzniku svítivého plemene, vyzařujícího část svého tepla nežádoucím směrem na víko a stěny pece, které se předtím propalovaly.This catalytic effect of the water feather avoids the formation of a luminous breed, emitting part of its heat in an undesirable direction on the lid and the walls of the furnace which were previously burned.

Dalším přínosem je odstranění obtíží spojených s tepelným Štěpením eložek zemního plynu na stěnách hořáku.A further benefit is the elimination of the problems associated with the thermal cleavage of natural gas components on the burner walls.

P ř í k 1 a d 2Example 1 a d 2

V případě provozu při minimálním topném výkonu hořáku se pára přehřáté na 500 °C tnísilB se zemním plynem v molárním poměru 1:1. Katalytickým účinkem vodní péry se předejde nežádoucím účinkům svítivého plemene ne pec a z hlediska sdíleni tepla v peci se kladně projeví osminásobný impuls hybnosti plynu vstupujícího do pece v periodě provozu hořáku při minimálním výkonu zlepšeným sdílením tepla. Delším přínosem je odstranění obtíží spojených s tepelným štěpením složek zemního plynu na stěnách hořáku.In the case of operation at a minimum heating capacity of the burner, the steam superheated to 500 ° C is shaken with natural gas at a 1: 1 molar ratio. The catalytic effect of the water feather avoids the undesirable effects of the luminous breed in the furnace and, in terms of heat transfer in the furnace, an eight-fold momentum impulse of the gas entering the furnace during the burner operation at minimal power with improved heat transfer. A longer benefit is the elimination of the problems associated with the thermal cleavage of natural gas components on the burner walls.

Příklad 3Example 3

Páre je předehřívána na 900 °C spalinami vystupujícími z hlubinné pece o teplotě 1 100 °C a je směšována se zemním plynem v molárním poměru 1,01 : 1. Tato směs o teplotě 5 30 °C je vedena do rekuperátoru, v němž probíhá chemické reakce podle rovniceThe steam is preheated to 900 ° C by the flue gases exiting from the deep-hearth furnace at a temperature of 1,100 ° C and mixed with natural gas at a molar ratio of 1.01: 1. This mixture at 5-30 ° C is fed to a recuperator in which reaction according to equation

CH₄ + H₂0 = CO + 3 H₂ - 152 kJ/mol e současně ohřev na teplotu 700 °C, při níž je směs vedena do hořáku, kde se směšuje s předehřátým vzduchem.CH ₄ + H ₂ O = CO + 3 H ₂ - 152 kJ / mol is simultaneously heated to 700 ° C, where the mixture is fed to a burner where it is mixed with preheated air.

Způsobem podle tohoto vynálezu a současným vysokoteplotním ohřevem spalovacího vzduchu je možno podstatně zvýšit množství teplo rekuperovaného ze spslir, zpět do pece, téměř na dvojnásobek oproti pouhé rekuperaci vzduchu. Kladné důsledky štěpení uhlovodíků a vysoká hybnost proudu plynu z hořáku jako důsledek štěpeni zemního plynu se kladně projevují na zlepšeném sdílení tepla v peci. Přispívej! i k ochraně rekuperátoru před propálením plamenem, který při pomaleji probíhajícím spalovacím procesu někdy nestočil v peci dohořet, zatímco podle vynálezu plyn dokonale vyhoří v peci a ochladí se na teplotu o 5 K vyšší, než je teplota povrchu ohřátých ingotů.With the method of the present invention and the simultaneous high temperature heating of the combustion air, the amount of heat recovered from the spslir back to the furnace can be substantially increased by almost double that of mere air recovery. The positive consequences of hydrocarbon cleavage and the high momentum of the gas stream from the burner as a result of natural gas cleavage have a positive effect on improved heat transfer in the furnace. Donate! and to protect the recuperator from burning through a flame which, in a slower combustion process, sometimes did not burn in the furnace, while according to the invention the gas burns perfectly in the furnace and cooled to a temperature 5 K higher than the surface temperature of the heated ingots.

Claims

Process for controlling the combustion process of rich fuel gases, in particular burners in melting, deep-chamber β chamber furnaces, characterized in that the combustion gas is mixed with superheated steam at a temperature of 500 to 900 ° C in a ratio of 0.05 to 1 before combustion; 5 times the equivalent charge for the reaction of hydrocarbons with water gas.

2. A method according to claim 1, characterized in that the mixture is heated to 600 to 750 [deg.] C. by flue gas before being introduced into the burner in the recuperator.