CZ430998A3

CZ430998A3 - Process and apparatus for firing gas in a furnace

Info

Publication number: CZ430998A3
Application number: CZ984309A
Authority: CZ
Inventors: Markku Raiko; Tommy Jacobson; Kari Jääskeläinen
Original assignee: Imatran Voima Oy
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 1999-06-16
Also published as: LV12242B; AU3264397A; CN1228830A; HUP0101129A2; WO1998000675A1; EP0907870A1; EE9800442A; HUP0101129A3; FI962669A0; LV12242A; PL330818A1; FI100355B; RO117982B1; SK177498A3

Abstract

The invention relates to a method and arrangement for burning fuel gas in a furnace (2), particularly for burning gases of low heating value in a boiler (1) principally fired with a main fuel. The invention is based on feeding the product gas of a gasifier (5) or other combustible gas into air-deficient conditions of the lower part (10) of the furnace (2) and the gas is combusted upper in the furnace (2) at a desired level of combustion air infeed, or alternatively, at multiple infeed levels of the combustion air.

Description

(57) Anotace:(57)

Způsob a zařízení pro spalování topného plynu v peci /2/, obzvláště pro spalování plynů s nízkou výhřevnou hodnotou v kotil / 1 / v principu vytápěném dalším hlavním palivem, jsou založeny na dodávání topného plynu ze zplynovače /5/, či jiného hořlavého plynu, do dolní části /10/ pece /2/ s nedostatkem vzduchu. Tento plyn je spalován v horní části pece /2/ v žádoucí úrovni přívodu vzduchu hoření anebo, alternativně, ve větším množství úrovní přívodu vzduchu hoření.The method and apparatus for burning fuel gas in a furnace (2), in particular for burning low-calorific gases in boilers (1) principally heated by another main fuel, are based on supplying fuel gas from a gasifier (5) or other combustible gas, into the bottom (10) of the furnace (2) with a lack of air. This gas is combusted at the top of the furnace (2) at the desired combustion air supply level or, alternatively, at a plurality of combustion air supply levels.

4c cr- CY4c cr-CY

ZpusuL· a zařízeni pru spalovaní plynu v peui ·« ·· ► · · ·It has triggered a device for combustion of gas in the peui · «·· ► · · ·

Oblast tec hn ikyArea of flow

Přítomný vynález se týká způsobu podle preambule patentového nároku 1 pro spalování topného plynu v peci, obzvláště pro spalování plynů s nízkou výhřevnou hodnotou v kotli v principu vytápěném ještě jedním, hlavním palivem. Vynález se rovněž týká zařízení vhodného k provádění tohoto způsobu.The present invention relates to a method according to the preamble of claim 1 for the combustion of fuel gas in a furnace, in particular for the combustion of gases with a low calorific value in a boiler in principle heated by yet another, main fuel. The invention also relates to a device suitable for carrying out this method.

Vynález je obzvláště vhodný pro vytápění produkovanými zplyňováním vzduchu, a jinými plyny s nízkou výhřevnou hodnotou. Vynález se využívá při, například, provádění změn paliva ve vytápění kotle a může být rovněž použit pro spalování plynů s vysokou výhřevnou hodnotou jako je přírodní plyn.The invention is particularly suitable for heating produced by gasification of air, and other gases with low calorific value. The invention is used in, for example, making fuel changes to the boiler heating and can also be used to burn gases with a high calorific value such as natural gas.

plyny vysokopecním plynemgases with blast furnace gas

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Tradičně se produkovaný (dále jen topný’¹) plyn, získaný ze samostatného zplyňovače, dodává do pece prostřednictvím hořáků. Jestliže bude mít tento plyn nízkou výhřevnou hodnotu, tyto hořáky musí být navrženy pro nízkou osovou rychlost, aby se zajistilo spolehlivé vznícení, čímž se rozměry hořáku stávají velmi velkými. Při vytápěn:! plyny s nízkou kalorickou hodnotou, jako jsou plyny produkované zplyňováním vzduchu, se množství objemu dodávání plynu stává extrémně velkým, což komplikuje dodávání paliva při nízké rychlosti a zvětšuje velikost hořáku. Dále, upravování větších hořáku v existující peci je technicky obtížné a navíc, předělání (t.j. vylepšení) starého kotle pomocí ··«♦ ··· ·· ·· * · · · · • * · · · ·· ·· ·♦· • · · · «« ·* ·♦Traditionally produced (hereinafter heating ^-1) the gas obtained from a separate gasifier is fed into the furnace via burners. If the gas has a low calorific value, these burners must be designed for low axial velocity to ensure reliable ignition, thereby making the burner dimensions very large. When heated! low calorific gases, such as those produced by gasification of air, the amount of gas supply volume becomes extremely large, which complicates fuel delivery at low speed and increases burner size. Furthermore, adjusting larger burners in an existing furnace is technically difficult and, moreover, remodeling (i.e., upgrading) the old boiler with the aid of an old furnace. • · · · «« «

- 2 více hořáků podstatnou velikostí omezuje použitelný povrch tepelného přenosu. Obtíže při dosahování dostatečné rezidenční doby při spalování daného topného plynu a omezení konstrukce, mohou být rovněž příčinou komplikací při uspořádání dodatečných hořáků. Ačkoli topné plyny s vysokou výhřevnou hodnotou mohou být dodávány ve vyšších osových rychlostech, přizpůsobení nových hořáků v existujícím kotli je nicméně obtížné. Protože kotle jsou obecně navrhovány pro konkrétní palivo a množství proudu vzduchu, dodatečné hořáky mohou způsobovat problémy se znečišťováním (zanášením) a poruchy proudění, protože zavádění nových měr toku v kotli mění vzory proudění v peci, takto měníce postup spalování paliva, vzor plamene, složení kouřového plynu a tepelný přenos na vnitřních površích kotle.- 2 more burners of substantial size limit the usable heat transfer surface. Difficulties in achieving a sufficient residence time during combustion of the fuel gas and constraints of the structure may also cause complications in the arrangement of additional burners. Although fuel gases with a high calorific value can be supplied at higher axial speeds, adapting new burners in an existing boiler is however difficult. Because boilers are generally designed for a particular fuel and air flow rate, additional burners can cause fouling problems and flow failures because introducing new boiler flow rates changes the furnace flow patterns, thus changing the fuel combustion process, flame pattern, composition flue gas and heat transfer on the inner surfaces of the boiler.

Cílem tohoto vynálezu je poskytnout způsob vhodný pro spalování plynu s nízkou kalorickou hodnotou, obzvláště ve stávajících kotlích navržených pro jiný typ hlavního paliva, bez jakékoli potřeby velkých konstrukčních změn v těchto kotlích.It is an object of the present invention to provide a method suitable for burning low-calorific gas, especially in existing boilers designed for another type of main fuel, without any need for major design changes in these boilers.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Cíle tohoto vynálezu je dosaženo dodáváním topného plynu ze zplyňovače, či jiného plynu ke spalování, do dolní části kotle, při na kyslík ochuzených podmínkách a potom spalování tohoto plynu v horní časti kotle v žádoucích úrovních přívodu vzduchu hoření anebo ve větším množství úrovní přívodu vzduchu hoření.The object of the invention is achieved by supplying fuel gas from a gasifier or other combustion gas to the bottom of the boiler under oxygen-depleted conditions and then burning the gas at the top of the boiler at desirable combustion air supply levels or multiple combustion air supply levels. .

Konkrétněji, způsob podle tohoto vynálezu se vyznačuje tím, co je uvedeno ve význakové části nároku 1. Navíc se zařízení podle tohoto vynálezu vyznačuje tím, co je uvedeno ve význakové části nároku 7.More particularly, the method according to the invention is characterized by what is set forth in the characterizing part of claim 1. In addition, the device according to the invention is characterized by what is set forth in the characterizing part of claim 7.

Tento vynález poskytuje významné výhody.The present invention provides significant advantages.

Na základě tohoto vynálezu mohou existující konstrukce ·9 ·« ··· · »· > · · · • · · ··· ·»·By virtue of the present invention, existing structures can

- 3 kotlů, pomocí menších úprav v nich, velmi výhodně používat plyny s dosti nízkou výhřevnou hodnotou. Plocha tepelného přenosu parního generátoru nemusí být omezena a kotle vybavené recirkulací zplodin hoření mohou používat existující recirkulační systém pro dodávání dodatečného topného plynu do dolní části kotle. Vynález dosahuje stabilního hoření (spalování) a způsobuje pouze malé změny ve vzoru vnitřního průtoku pece. V tomto způsobu sálání plemene stabilizuje vznícení a spalování dodatečného topného plynu. Navíc, nové uspořádání přívodu nabízí jednodušší předělání existujícího kotle, protože otvory vstupu plynu se v peci snáze upravují než velké hořáky.- 3 boilers, using minor modifications therein, very advantageously use gases with a fairly low calorific value. The heat transfer area of the steam generator need not be limited, and boilers equipped with combustion gas recirculation can use an existing recirculation system to supply additional fuel gas to the bottom of the boiler. The invention achieves stable combustion and causes only minor changes in the furnace internal flow pattern. In this method of breeding, the breed stabilizes the ignition and combustion of the additional fuel gas. In addition, the new supply arrangement offers a simpler remodeling of the existing boiler, as the gas inlet openings are easier to adjust in the furnace than large burners.

Nový způsob je přizpůsobivější se zřetelem na typ paliva a poskytuje širší možnosti než předchozí technika ke snižování množství oxidů dusíku v kouřovém plynu (spalinách) prostředky řízení hoření. Protože tento způsob dosahuje pevného rozdělení do stupňů v peci prostřednictvím správně časovaného schématu dodávání vzduchu, kotel může být provozován jako stupňovité hořáky s nízkým obsahem oxidů dusíku.The new method is more adaptable with respect to the type of fuel and provides wider possibilities than the prior art to reduce the amount of nitrogen oxides in the flue gas (flue gas) by means of combustion control. Since this method achieves a firm separation into the furnace stages through a properly timed air supply scheme, the boiler can be operated as stepped burners with a low nitrogen oxide content.

Výhody tohoto způsobu budou nejvíce zvýrazněny, když bude spalování topného plynu připojeno jako přívod doplňkového paliva k existujícímu kotli. Na základě dodávání daného topného plynu tryskami přizpůsobenými k dolní části pece anebo přes otvory provedenými do eventuálního systému recirkulace zplodin hoření, namísto užívání hořáků, změny vyžadované na površích tepelného přenosu zůstávají podstatně menší než když je kotel vybaven pro spalování topného plynu prostřednictvím hořáků. Dodatečně je dosaženo výhod výše popsaného spalovacího postupu. Navíc, jestliže bude nový kotel konkrétně navržen pro použití smíšeného paliva, obzvláště výhodných podmínek závisejících na složení topného plynu je možno dosáhnout pro účinek opětného pálení, což snižuje emise oxidů dusíku. Zde při tom uhlovodíkové radikály, vytvářené z daného paliva, redukují monoxid dusíku «444The advantages of this method will be highlighted most when the combustion of the fuel gas is connected as an additional fuel supply to an existing boiler. By supplying the fuel gas with nozzles adapted to the bottom of the furnace or through openings made into an eventual combustion gas recirculation system, instead of using burners, the changes required on the heat transfer surfaces remain substantially less than when the boiler is equipped to burn fuel gas through the burners. Additionally, the advantages of the above-described combustion process are achieved. In addition, if a new boiler is specifically designed for the use of mixed fuel, particularly advantageous conditions depending on the composition of the fuel gas can be achieved for the re-firing effect, which reduces nitrogen oxide emissions. Here, the hydrocarbon radicals formed from the fuel reduce nitrogen monoxide < 444

I 4 »I 4 »

44<44 <

» 4 4 «»3 4«

4444

- 4 zpátky na molekulární dusík, takto redukujíce celkové množství emisí kysličníků dusíku.- 4 back to molecular nitrogen, thus reducing the total amount of nitrogen oxide emissions.

Způsob podle tohoto vynálezu může být aplikován na spalování všech typů plynných paliv. Avšak, výhody daného způsobu týkající se konstrukce kotle jsou nejlépe využity při spalování plynů nízké kalorické hodnoty, jako je plyn produkovaný zplyňováním vzduchu, vysokopecní plyn a odpadové plyny. Nicméně, výše popsané výhody zlepšeného spalování mohou být rovněž použity když jsou spalovány plyny s vysokou kalorickou hodnotou jako je přírodní plyn. Navíc, daný topný plyn může být spalován jako hlavní palivo.The process of the invention can be applied to the combustion of all types of gaseous fuels. However, the advantages of the method relating to boiler construction are best utilized in the combustion of low calorific gases such as gas produced by gasification of air, blast furnace gas and waste gases. However, the above-described advantages of improved combustion can also be used when high calorific gases such as natural gas are combusted. In addition, the fuel gas can be combusted as the main fuel.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Vynález bude nyní dále podrobněji zkoumán pomocí odkazů na přiložený výkres, Obr. 1, v němž je schematicky zobrazeno ztvárnění tohoto vynálezu.The invention will now be examined in more detail with reference to the accompanying drawing, FIG. 1, schematically showing an embodiment of the present invention.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Odkazuje na uvedené schéma, topný plyn je dodáván do zóny s nedostatkem vzduchu (redukční) v dolní části 10 pece 2, takto zajišťujíce dostatečnou dobu setrvání v ní a předejití explozím v peci. Protože do této zóny není dodáván žádný vzduch hoření, daný plyn je vznícen a spalován pouze v proudech vzduchu hoření, které jsou dodávány do horních zón pece. Vzduch může být dodáván do kotle přes hořáky 8, dodávající jiná paliva a/nebo přes samostatné trysky přívodu vzduchu 9. Místo spalování a tímto dále rozdělování přenosu tepla uvnitř páru generujícího obvodu kotle 1 může být efektivně řízeno prostřednictvím vertikální distribuce přívodu vzduchu, což určuje umístění různých zónReferring to the above scheme, the fuel gas is supplied to the air deficiency zone (reducing) in the lower portion 10 of the furnace 2, thus ensuring sufficient residence time therein and avoiding furnace explosions. Since no combustion air is supplied to this zone, the gas is ignited and combusted only in the combustion air streams that are supplied to the upper zones of the furnace. Air can be supplied to the boiler via burners 8 supplying other fuels and / or via separate air supply nozzles 9. The combustion site and thereby further distribution of heat transfer within the steam generating circuit of boiler 1 can be effectively controlled by vertical air supply distribution to determine location of different zones

·· ···· • · ·«···· ···· • ·· postupu spalování v peci 2. Rozdělování dodávání vzduchu rovněž nabízí účinný prostředek pro řízení formování řetězu oxidů dusíku v peci 2, pomocí čehož správně stupňovité uspořádání přívodu vzduchu může docílit podstatné redukce škodlivých emisí.The furnace 2 distribution also provides an effective means for controlling the formation of the nitrogen oxide chain in the furnace 2, by means of a properly stepped feed arrangement. Air emissions can achieve significant reductions in harmful emissions.

Kotel 1, znázorněný na schématu, je tradičním kotlem navrženým, například, pro spalování uhlí anebo rašeliny. Hořáky 8 použité pro přívod tuhého paliva jsou uspořádány v řadách na stěně pece 2, čímž je vzduch hoření vyžadovaný těmito hořáky dodáván do pece přes trysky přívodu vzduchu přizpůsobené do hořáků 8 a, když je to potřeba, rovněž přes trysky přívodu pomocného vzduchu, umístěné v jejich blízkosti. Navíc k tryskám přívodu vzduchu hořáku je kotel 1 vybaven alespoň jednou horní tryskou přívodu pomocného vzduchu 9 pro dodávání vzduchu do horní části pece 2. Příhodně horní část kotle 1 obsahuje superohřívače pro ohřívání vysokou teplotou páry opouštějící generátor páry, uspořádané tak, že obklopují pec 2, a výstupní přípojku potrubí kouřového plynu.The boiler 1 shown in the diagram is a traditional boiler designed, for example, for burning coal or peat. The burners 8 used for the solid fuel supply are arranged in rows on the wall of the furnace 2, whereby the combustion air required by these burners is supplied to the furnace via air inlet nozzles adapted to the burners 8 and, if necessary, through auxiliary air inlet nozzles located in the furnace. their proximity. In addition to the burner air supply nozzles, the boiler 1 is equipped with at least one upper auxiliary air supply nozzle 9 for supplying air to the upper portion of the furnace 2. Suitably, the upper portion of the boiler 1 comprises superheaters for heating the high steam leaving the steam generator arranged to surround the furnace 2. , and the flue gas pipe outlet connection.

Topný plyn je přiváděn do dolní části 10 pece 2, pod hořáky 8, do zóny bez přívodu žádného vzduchu, takto v ní vytvářejíce silně redukční podmínky. Daný plyn je vyráběn ve zplyňovači 5, jímž může být zplyňovač vzduchu, vysoká pec anebo jakákoli jiná jednotka, ve které je produkován anebo formován nějaký hořlavý plyn. Vynález umožňuje využívat plyny s výjimečně nízkou výhřevnou hodnotou, takto využívaje jejich výhřevnou hodnotu a simultánně dosahujíce účinného a nákladově efektivního snížení škodlivých emisí, protože pokročilý postup spalování velkého kotle s čistícím vybavením pro kouřový plyn (spaliny) k němu připojeným také provádí efektivní spalování/čištění plynu produkovaného v nějakém zplyňovači. Ze zplyfíovače je plyn ke spalování veden přes kanál se širokým průměrem 6 do trysek Ί, umístěných v dolní části 10 pece, odkud plyn může proudit směrem vzhůru v pece. Ačkoli se tento plyn nevznítí v dolní • * • 4 · 4The fuel gas is supplied to the lower part 10 of the furnace 2, under the burners 8, to a zone without any air supply, thus creating strongly reducing conditions therein. The gas is produced in a gasifier 5, which may be an air gasifier, a blast furnace or any other unit in which any combustible gas is produced or formed. The invention makes it possible to utilize gases with an exceptionally low calorific value, thereby exploiting their calorific value and simultaneously achieving an efficient and cost-effective reduction of harmful emissions, since the advanced combustion process of a large boiler with flue gas scrubber attached thereto also performs efficient combustion / purification the gas produced in any gasifier. From the gasifier, the combustion gas is fed through a wide diameter channel 6 to the nozzles umístě located in the lower portion 10 of the furnace from where the gas can flow upwardly in the furnace. Although this gas does not ignite in the lower • 4 • 4

- 6 části pece s nedostatkem vzduchu, bude zahříván a snadno se vznítí v horních zónách při sálání plamene pece 2 (to jest, tepelným sáláním procesu spalování, resp. hoření) a kyslíkem zaváděným přes vzduchové trysky hořáků 8. Postup spalování v peci je dále rozdělen do stupňů, dodáváním zbytku požadovaného vzduchu hoření do horní části pece přes horní trysky pomocného vzduchu 9.- 6 parts of the furnace with a lack of air, will be heated and easily ignite in the upper zones during the radiation of furnace flame 2 (i.e., by thermal radiation of the combustion or combustion process) and oxygen introduced through the air nozzles of the burners. divided into stages, supplying the remainder of the desired combustion air to the top of the furnace via the upper auxiliary air nozzles 9.

Navíc k výše uvedenému příkladu je možno předvídat alternativní ztvárnění tohoto vynálezu.In addition to the above example, an alternative embodiment of the invention may be envisaged.

Tento způsob je také použitelný na kotle přizpůsobené pouze ke spalování topného plynu, čímž nejsou nutně požadovány samostatné hořáky, ale místo toho mohou být hořáky nahrazeny i jen tryskami přívodu vzduchu. Avšak, v tomto případě může být doporučeníhodné zajistit vznícení plynu a hoření (spalování) pomocí, například, hořáku přírodního plynu nebo topného oleje. Dále, jediný kotel může být použit pro spalování topných plynů z několika různých zplyňovačů, což může najít výhodné použití při zplyňování odpadů na palivo.The method is also applicable to boilers adapted solely to combust fuel gas, whereby not separate burners are necessarily required, but instead the burners can only be replaced by air supply nozzles. However, in this case, it may be advisable to provide gas ignition and combustion by, for example, a natural gas burner or fuel oil. Further, a single boiler can be used to burn fuel gases from several different gasifiers, which can find an advantageous use in gasifying waste to fuel.

PATENTOVĚ NÁROKYPATENT CLAIMS

Claims

PATENT CLAIMS

A method for burning a gas in an oven, characterized in that:

the combustion gas is supplied to the reduction zone in the lower part (10) of the furnace (2), and the combustion air is supplied to the furnace (2) in at least one zone located above the combustion gas supply zone (10).

A method according to claim 1, wherein the gas is combusted in a boiler equipped with at least one burner (8) for burning some fuel other than the combustion gas, characterized in that the combustion gas is supplied to the furnace (2). under the burners / 8 /.

Method according to claim 2, characterized in that a portion of the combustion air is supplied to the furnace (2) via the air nozzles of the burners (8) and another portion through at least one air supply nozzle (9) arranged above the burners.

Method according to claim 1, characterized in that a portion of the combustion air is supplied to the furnace (2) in a first stage provided by the gas supply point and the auxiliary air is supplied to the furnace in at least one stage provided above the first supply point air.

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the combustion gas is supplied to the furnace (2) via a combustion gas recirculation system (flue gas).

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the combustion gas is a gas produced by gasification of air, a blast furnace gas, a waste gas or other low-calorific value gas.

• ·

- 7 • · * «

7. Apparatus for combustion of a gas in an oven (2), characterized by:

apertures (7) adapted to the reduction zone at the bottom (10) of said furnace (2) through which the gas is supplied to the furnace (2) and at least one air supply nozzle for supplying combustion air to the furnace (2) at least one zone located above the gas supply zone (10) for combustion.

Apparatus according to claim 7, comprising in its furnace at least one burner (8) for combustion of fuel other than gas for combustion, characterized in that the openings (7) for supplying gas for combustion to the furnace (2) are provided below the burners. 8 /.

Apparatus according to claim 8, characterized by the air nozzles of the burners (8) through which a portion of the combustion air can be supplied to the furnace and at least one air nozzle (9) positioned above the burners (8) for supplying auxiliary air to the furnace (2). .

Apparatus according to claim 7, characterized by air nozzles through which a portion of the combustion air can be supplied to the furnace (2) in a first stage arranged above the heating gas supply point and at least one auxiliary air nozzle (9) located above the first supply point. air, for supplying auxiliary air in at least one stage to the furnace (2).

Device according to any one of the preceding claims 7 - 10, characterized in that the combustion gas is supplied to the furnace (2) via a flue gas recirculation system.

Device according to any one of the preceding claims 7 - 1.1, characterized in that it comprises a device (5) for generating fuel gas and at least one nozzle (6) for supplying the fuel gas to a furnace (2) for combustion therein.

15/12 '98 16:27 FAI +358 9 08 595 610