DE19503348A1 - Verringerung der NO¶x¶-Emissionen durch Verminderung der Stickstoffzufuhr in den Verbrennungsprozess - Google Patents
Verringerung der NO¶x¶-Emissionen durch Verminderung der Stickstoffzufuhr in den VerbrennungsprozessInfo
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- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
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- F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
- F23L2900/07001—Injecting synthetic air, i.e. a combustion supporting mixture made of pure oxygen and an inert gas, e.g. nitrogen or recycled fumes
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/32—Direct CO2 mitigation
Description
Bei Hochtemperaturprozessen werden oftmals aus verfahrenstechnischen aber auch aus
traditionellen Gründen fossile Feuerungen eingesetzt. Dabei sind wegen der geforderten
Prozeßtemperaturen Flammentemperaturen weit oberhalb 1000°C erforderlich. Diese
Temperaturen können auch in großvolumigen Flammen erreicht werden, die mit "kalter"
Verbrennungsluft arbeiten. Die Forderung nach höheren Wirkungsgraden hat aber schon seit
vielen Jahrzehnten zu Feuerungen mit Luftvorwärmern geführt, die entweder rekuperativ oder
regenerativ sein können. Die hiermit erreichte Vorwärmung führt zu höheren
Reaktionsgeschwindigkeiten in der Flamme und damit auch zu Temperaturspitzen, die in
Verbindung mit den aus der Verbrennungstechnik wohlbekannten Mechanismen zu einer
erhöhten Stickoxidbildung führen.
Es gibt eine Vielzahl technischer Anlagen, in denen besonders hohe Temperaturen im
Feuerraum gefordert werden und in Abhängigkeit der Leistungsgröße behördlich vorgegebene
NOx-Grenzwerte nicht oder nur mit großem Aufwand eingehalten werden können.
Folgende Mechanismen der Stickoxidbildung werden unterschieden:
- - Reaktion von atomarem Sauerstoff mit Luft-Stickstoff (Thermisches NO)
- - Reaktion von Brennstoffradikalen mit molekularem Stickstoff (Promtes NO)
- - Reaktion von im Brennstoff enthaltenen Stickstoffverbindungen mit Sauerstoff (Brennstoff-NO).
Ohne die bekannten Abläufe der NOx-Bildungsmechanismen im Detail aus verschiedener
Fachliteratur zu wiederholen, tritt in Feuerräumen mit Temperaturspitzen oberhalb von
1300°C die thermische NOx-Bildung in den Vordergrund. D.h. der mit der Verbrennungsluft
eingebrachte Stickstoff wird bei hoher Temperatur zum Teil in Stickoxide umgewandelt, über
weitgehend bekannte Reaktionsmechanismen.
Daraus lassen sich die bereits bekannten und dem Stand der Technik entsprechenden
NOx-Minderungsmaßnahmen ableiten:
- I. Den Luftüberschuß in der Feuerung absenken, damit nur wenig Sauerstoff für die Stickoxidbildung zur Verfügung steht.
- II. Eine Rauchgasrezirkulation führt zur Flammenkühlung und Sauerstoff verminderung in der Verbrennungsluft, wodurch die Stickoxidbildung durch Vermeidung von Temperaturspitzen verringert wird.
- III. Gestufte Verbrennungsluftzufuhr bzw. Brennstoffzufuhr in die Flammen führt ebenfalls zum Abbau von Temperaturspitzen und damit zu geringerer Stickoxidbildung.
- IV. Absenken der Verbrennungslufttemperatur zum Kühlen der Flamme.
- V. Durch Ammoniak- oder Harnstoffeindüsung können Stickoxide zu Stickstoff und Wasserdampf reduziert werden (selektive nicht-katalytische Reduktion).
- VI. Wo die o.g. Primärmaßnahmen nicht möglich oder nicht ausreichend sind, wird bevorzugt die selektive katalytische Reduktion (SCR) eingesetzt, um Stickoxide mit Ammoniak zu Stickstoff und Wasser umzusetzen.
Alle diese Maßnahmen dienen der NOx-Minderung durch sauerstoffarme Verbrennung bei
Vermeidung von Temperaturspitzen in der Flamme (I. bis IV.) bzw. der Reduzierung bereits
entstandener Stickoxide (V. und VI.).
Aufgrund der bei zahlreichen Technologien geforderten hohen Flammentemperaturen sind den
o.g. Primärmaßnahmen (I.-IV.) Grenzen gesetzt. Der Einsatz einer SCR-Anlage ist jedoch
vorrangig bei großen Feuerungsanlagen wirtschaftlich.
Grundidee der hier vorgestellten Erfindung ist die Verminderung der Stickoxidbildung durch
Verminderung des Stickstoffeintrags mit dem Sauerstoffträger. Um die Geometrie der
Brenner, des Feuerraums und der Luftvorwärmer nicht verändern zu müssen, wird das
Verbrennungsluftvolumen durch ein Gemisch aus rezirkuliertem Rauchgas und Sauerstoff
simuliert. Damit wird in den rezirkulierten Rauchgasvolumenstrom von 0 bis ca. 85% des
erzeugten Rauchgasvolumens ein Sauerstoffvolumenstrom von 100% bis ca. 15%
beigemischt, je nach Anlage, Brennstoff und Feuerung. Im stationären Betrieb wird mit Hilfe
eines Heißgasventilators Rauchgas rezirkuliert und anstelle von Frischluft zusammen mit
Sauerstoff der Feuerung wieder zugeführt. Der Rezirkulationsventilator ersetzt hierbei den
Frischluftventilator. Ist die Einhaltung der geforderten Emissionsgrenzwerte nur mit
teilweisem Sauerstoffzusatz möglich, so kann der Anteil des rezirkulierten Inertgases bzw. der
Sauerstoffanteil der Verbrennungsluft frei gewählt werden. Der Abgasmassenstrom entspricht
bei voller Rezirkulation der Summe aus Brennstoff- und Sauerstoffmassenstrom. Wird beim
Anfahrvorgang reiner Sauerstoff verwendet, so bleibt der Stickstoff im rezirkulierten
Rauchgas nahezu Null.
Dieses Verfahren ermöglicht die Reduzierung des in den Feuerraum eingebrachten Stickstoffs
auf den im Brennstoff enthaltenen Stickstoff und den je nach Luftzerlegungsverfahren im
Sauerstoff vorhandenen Reststickstoff. Die NOx-Emissionen können damit auch bei hohen
Temperaturen im Feuerraum reduziert werden und zwar auch bei vorhandenen Öfen und
ohne Änderung der Brenner- und Ofengeometrie, weil der ursprüngliche Verbrennungs
luftvolumenstrom mittels rezirkuliertem Rauchgas und Sauerstoff ersetzt wird. Das Schema
dieses Verfahrens ist in der Zeichnung (Figur Nr. 2) gezeigt.
Claims (2)
1. Unter Schutz soll das Verfahren zur Verringerung der NOx-Emissionen
durch Verminderung der Stickstoffzufuhr in den Verbrennungs
prozeß gestellt werden.
Durch Variation des Sauerstoffanteils im Rezirkulationsgas lassen sich ohne Brennerver änderungen und unabhängig vom Brennstoff bei hoher Verbrennungstemperatur die NOx-Emissionen absenken.
Anwendung des Verfahrens bei Neuanlagen aller Größenordnungen.
Durch Variation des Sauerstoffanteils im Rezirkulationsgas lassen sich ohne Brennerver änderungen und unabhängig vom Brennstoff bei hoher Verbrennungstemperatur die NOx-Emissionen absenken.
Anwendung des Verfahrens bei Neuanlagen aller Größenordnungen.
2. Anwendung des Verfahrens bei Nachrüstung vorhandener
Feuerungsanlagen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19503348A DE19503348A1 (de) | 1995-02-02 | 1995-02-02 | Verringerung der NO¶x¶-Emissionen durch Verminderung der Stickstoffzufuhr in den Verbrennungsprozess |
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DE19503348A DE19503348A1 (de) | 1995-02-02 | 1995-02-02 | Verringerung der NO¶x¶-Emissionen durch Verminderung der Stickstoffzufuhr in den Verbrennungsprozess |
Publications (1)
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ID=7752986
Family Applications (1)
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DE19503348A Withdrawn DE19503348A1 (de) | 1995-02-02 | 1995-02-02 | Verringerung der NO¶x¶-Emissionen durch Verminderung der Stickstoffzufuhr in den Verbrennungsprozess |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE19503348A1 (de) |
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- 1995-02-02 DE DE19503348A patent/DE19503348A1/de not_active Withdrawn
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