DE2659225A1

DE2659225A1 - METHOD AND DEVICE FOR BURNING CARBON FUELS

Info

Publication number: DE2659225A1
Application number: DE19762659225
Authority: DE
Inventors: Asmund A Boyum
Original assignee: Engelhard Minerals and Chemicals Corp
Current assignee: BASF Catalysts LLC
Priority date: 1975-12-29
Filing date: 1976-12-28
Publication date: 1977-07-07
Also published as: BR7608734A; JPS5284309A; ES465675A1; GB1571809A; SE424226B; FR2337306B1; FR2337306A1; ES454623A1; CA1073334A; MX4352E; IT1075234B; CH615008A5; AR220311A1; AU506873B2; AU2089976A; BE849927A; SE7614588L

Description

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s Patentanwälte? s patent attorneys?

Dr Ina W^'t^r *bitz «Dr Ina W ^ 't ^ r * bitz «

Dr.DiGt-srF.Morf 'f' 28. Dezember 1976Dr.DiGt-srF.Morf 'f' December 28, 1976

Dr. Hsns-A. Brauns B-1136Dr. Hsns-A. Braun's B-1136

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ENGELHARD MINERALS & CHEMICALS CORPORATION 430 Mountain Avenue, Murray Hill, N.J. 07974, V.St.A.ENGELHARD MINERALS & CHEMICALS CORPORATION 430 Mountain Avenue, Murray Hill, N.J. 07974, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen von kohlenstoffhaltigen BrennstoffenMethod and device for burning carbonaceous fuels

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbrennen von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen und insbesondere Verfahren und eine Vorrichtung sum Verbrennen von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen unter Ausbildung eines heissen_s gasförmigen Ausflusses für die Verwendung als Wärmequelle (beispielsweise in einem Ofen) oder als Kraftquelle (beispielsweise als Bewegungsfluid in einem Turbinensystem.The invention relates to method and apparatus for the combustion of carbonaceous fuels, and more particularly to methods and apparatus sum combustion of carbonaceous fuels to form a hot _s gaseous effluent for use as a heat source (for example, in an oven) or as a power source (for example, as moving fluid in a Turbine system.

In der US-Anmeldung Serial-No. 358 411 vom 8. Mai 1973, die hiermit in die Offenbarung einbezogen wird, wird ein Verfahren beschrieben für eine katalytisch unterstützte thermische Verbrennung. Nach diesem Verfahren können kohlen-In the US application Serial-No. 358 411 of May 8, 1973, which is hereby incorporated into the disclosure, a method is described for a catalytically assisted thermal combustion. According to this process, carbon

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stoffhaltige Brennstoffe sehr wirksam und mit thermischen Reaktionsgraden in Gegenwart von festen Oxidationskatalysatoren bei Temperaturen verbrannt werden, die unterhalb den Stickoxid bildenden Temperaturen liegen. Wie in der US-Anmeldung Serial No. 358 411 beschrieben wird, betrifft das dort beschriebene Verfahren ein Verbrennungsverfahren, bei dem im wesentlichen eine adiabatische Verbrennung einer Mischung aus Brennstoff und Luft oder aus Brennstoff, Luft und inerten Gasen in Gegenwart eines Katalysators erfolgt, wobei man bei einer Temperatur arbeitet, die im wesentlichen oberhalb der momentanen Selbstentzündungstemperatur der Mischung liegt, die aber unterhalb der Temperaturen liegt, bei denen sich eine merkliche Menge von Stickoxiden bilden würde. Im wesentlichen adiabatische Verbrennung bedeutet, dass die Arbeitstemperatur des Katalysators um nicht mehr als etwa 166°C und typischerweise nicht mahr als etwa 85°C von der adiabatischen Flammentemperatur der Mischung aufgrund des Wärmeverlustes am Katalysator differiert. Die momentane Selbstentzündungstemperatur der Mischung wird hier und in der US-Patentanmeldung Serial-No. 358 411 so definiert, dass damit die Temperatur gemeint ist, bei welcher die Entζündungsverzögerung der Mischung, welche auf den Katalysator trifft, vernachlässigbar ist im Verhältnis zur Verweilzeit in der Verbrennungszone der der Verbrennung unterliegenden Mischung. In typischen Fällen liegt die Betriebstemperatur des Katalysators im Bereich von etwa 927°C bis etwa 176O C und vorzugsweise etwa im Bereich von 1093 C bis 1649°C. Wie in der US-Anmeldung Serial-No. 358 4ll dargelegt wird, findet die Verbrennung unter diesen Bedingungen in einem Grad statt, der wesentlich höher liegt als der übliche katalytische Verbrennungsgrad. Die Verbrennung der die Katalysatorzone verlassenden Gase kannSubstantial fuels very effective and with thermal Degrees of reaction can be burned in the presence of solid oxidation catalysts at temperatures which are below the nitric oxide forming temperatures. As described in U.S. application serial no. 358 411 relates to the method described there a combustion method in which essentially an adiabatic combustion a mixture of fuel and air or of fuel, air and inert gases in the presence of one Catalyst takes place, operating at a temperature which is substantially above the instantaneous auto-ignition temperature of the mixture, but which is below the temperatures at which there is a noticeable amount of nitrogen oxides would form. Essentially adiabatic combustion means the working temperature of the catalytic converter by no more than about 166 ° C and typically no more than about 85 ° C from the adiabatic flame temperature the mixture due to the heat loss on Catalyst differs. The instantaneous autoignition temperature of the mixture is given here and in the US patent application Serial-No. 358 411 so that it refers to the temperature at which the ignition delay of the mixture that meets the catalyst is negligible in relation to the residence time in the combustion zone of the mixture undergoing combustion. In typical cases, the operating temperature is of the catalyst in the range from about 927 ° C. to about 1770 ° C. and preferably in the range from about 1093 ° C. to 1649 ° C. As in the US application Serial-No. 358 4ll is shown, the combustion takes place under these conditions to a degree that is significantly higher than the usual catalytic degree of combustion. The burn of the gases leaving the catalyst zone

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im wesentlichen vollständig verlaufen oder die Verbrennung kann abstromseitig der den Katalysator enthaltenden Zone fortgeführt werden.substantially complete or the combustion can proceed downstream of the zone containing the catalyst to be continued.

Nach dem Prinzip der vorliegenden Erfindung wird zunächst eine Mischung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff und Luft hergestellt und einem Katalysator zugeführt für eine wenigstens teilweise Verbrennung in Gegenwart des Katalysators unter im wesentlichen adiabatischen Bedingungen, wie vorher beschrieben wurde₉ wobei sich ein erster Gasabstrom bildet. Alle Brennstoffes die in der US-Anmeldung Serial-No. 358 411 erwähnt worden sind, können für die Bildung dieser ersten Mischung verwendet werden und alle in dieser Anmeldung erwähnten Brennstoff-Luft-Verhältnisse können für diese erste Mischung in Frage kommen. Obwohl atmosphärische Luft im allgemeinen die Sauerstoffquelle für die Verbrennung des Brennstoffs in der ersten Mischung (sowie auch für die Verbrennung von zusätzlichem Brennstoff, der nach dem Prinzip der vorliegenden Erfindung verbrannt wird) ist, soll hier dargelegt werden, dass der Ausdruck "Luft" so verwendet wird, dass er jedes Gas oder jede Gaskombination einsehliesst, welche für die Verbrennung geeigneten Sauerstoff enthält. In einigen Fällen wird es hier erforderlich sein, speziell auf inerte oder Rückführungsgase, die bei den verschiedenen Anwendungen in der vorliegenden Erfindung mit dem zu verbrennenden Brennstoff und der Luft gemischt werden können₉ hinzuweiseng dies bedeutet jedoch nieht₉ dass Luft hierbei nicht auch in den inerten Gasen enthalten sein kann.According to the principle of the present invention, a mixture of carbonaceous fuel and air is first produced and fed to a catalyst for at least partial combustion in the presence of the catalyst under essentially adiabatic conditions, as previously described ₉ , a first gas effluent being formed. All fuel specified in the US application Serial-No. 358,411 mentioned can be used for the formation of this first mixture and all of the fuel-air ratios mentioned in this application can be used for this first mixture. Although atmospheric air is generally the source of oxygen for the combustion of the fuel in the first mixture (as well as for the combustion of additional fuel which is burned according to the principle of the present invention), it is intended here that the term "air" is understood to mean is used to include any gas or gas combination that contains oxygen suitable for combustion. In some cases it will be necessary to specifically point out inert or recycle gases, which can be mixed with the fuel to be burned and the air in the various applications in the present invention ₉ , but this does not mean ₉ that air is not also in the inert ones May contain gases.

Das erste Abgas, das oben erwähnt worden ist, wird mit einer zweiten_s kohlenstoffhaltigen Brennstoff enthaltendenThe first exhaust gas which has been mentioned above, containing a second _s carbonaceous fuel

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Komponente, die für diesen Zweck zur Verfügung gestellt wird, gemischt, wobei diese zweite Komponente mit oder ohne eine Komponente, die nicht selbst Brennstoff ist (beispielsweise Luft) vorliegen kann, wobei sich eine zweite Mischung bildet. Diese Brennstoff enthaltende Komponente ist von der ersten Mischung verschieden und man kann vorteilhafterweise einen Brennstoff verwenden, der unterschiedlich von dem in der ersten Mischung verwendeten Brennstoff ist. Der in der zweiten Brennstoff enthaltenden Komponente verwendete Brennstoff ist ein Brennstoff hoher Energie mit einer adiabatischen Entflammungstemperatur von wenigstens etwa l8l6°C bei der Verbrennung mit einer stöchiometrischen Menge Luft. Der Ausdruck "stöchiometrische Menge Luft", wie er hier gebraucht wird, bedeutet die Menge an Luft von atmosphärischer Zusammensetzung, die theoretisch gerade ausreicht für eine vollständige Verbrennung des gesamten Kohlenstoffes in einer gegebenen Menge des Brennstoffes unter Bildung von Kohlendioxid und für die vollständige Ver— brennung von jeglichen Kohlenwasserstoffen in dem Brennstoff zu Kohlendioxid und Wasser. D'. vorstehend gemachte Feststellung, wonach der Brennstoff in der zweiten Brennstoff enthaltenden Komponente eine adiabatische Entflammungstemperatur von wenigstens etwa 1816°C beim Verbrennen mit eine." stöchiometrischen Menge Luft hat, soll nicht bedeuten, dass der Brennstoff in der zweiten Brennstoff enthaltenden Komponente notwendigerweise mit einer stöchiometrischen Menge an Luft nach dem Verfahren und in der Vorrichtung gemäss der Erfindung verbrannt wird.Component that is made available for this purpose, mixed, this second component with or without a component that is not itself fuel (for example air), a second mixture forms. This fuel-containing component is different from the first mixture and one can advantageously use a fuel that is different from the fuel used in the first mixture. The one contained in the second fuel The component fuel used is a high energy fuel with an adiabatic ignition temperature of at least about 1816 ° C when burned with a stoichiometric amount of air. Of the Expression "stoichiometric amount of air" as used here means the amount of air of atmospheric composition that is theoretically just sufficient for complete combustion of all carbon in a given amount of fuel under Formation of carbon dioxide and for the complete decomposition burning any hydrocarbons in the fuel to carbon dioxide and water. D '. made above Determination that the fuel in the second fuel-containing component is an adiabatic Ignition temperature of at least about 1816 ° C at Combustion with a. "Stoichiometric amount of air, is not intended to mean that the fuel in the second fuel-containing component is necessarily included a stoichiometric amount of air burned by the method and in the device according to the invention will.

Die zweite vorher erwähnte Mischung schliesst SauerstoffThe second mixture mentioned above includes oxygen

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ein, der zur Verfügung steht für eine zumindest teilweise Verbrennung des Brennstoffes in der zweiten Brennstoff enthaltenden Komponente. Dieser Sauerstoff kann unkombinierter Sauerstoff in dem ersten Abgas sein oder er kann Luft in der zweiten Brennstoff enthaltenden Komponente sein oder beides. Zusätzlich hat die zweite Mischung beim Mischen eine Temperatur,, die zumindest ausreicht, um die homogene Verbrennung der zweiten Mischung aufrechtzuerhalten und eine adiabatische Flammentemperatur, die im wesentlichen oberhalb der Temperatur des ersten Abgases liegt, aber unterhalb etwa 2038 C. Typischerweise liegt die adiabatische Flammentemperatur der zweiten Mischung im Bereich von etwa 927°C bis etwa 2O38°C, vorzugsweise von etwa 1371°C bis etwa l8l6°C. Der hier verwendete Ausdruck "homogene Verbrennung" bedeutet eine thermische Verbrennung, die durchgeführt wird mit einem ausreichend einheitlichen Gemisch der Komponenten der zweiten Mischung, um lokalisierte Regionen von wesentlich höheren Temperaturen als die Durchschnittstemperaturen in der Verbrennungs· zone zu vermeiden.one that is available for at least partial combustion of the fuel in the second containing fuel Component. This oxygen may or may not be uncombined oxygen in the first exhaust gas Be air in the second fuel-containing component, or both. In addition, the second mixture has at Mix a temperature, that is at least sufficient to the to maintain homogeneous combustion of the second mixture and an adiabatic flame temperature which is substantially above the temperature of the first exhaust gas, but below about 2038 C. Typically, the adiabatic flame temperature of the second mixture is im Range from about 927 ° C to about 2038 ° C, preferably from about 1371 ° C to about 1816 ° C. The term "homogeneous combustion" used here means thermal combustion, which is carried out with a sufficiently uniform mixture of the components of the second mixture, around localized regions of significantly higher temperatures than the average temperatures in the combustion zone to avoid.

Die zweite Mischung wird homogen verbrannt unter Ausbildung eines zweiten Gasstromes, der als Wärmequelle oder Kraftquelle verwendet werden kann. Diese Verbrennung wird vorzugsweise bei Temperaturen vorgenommen, die niedrig genug sind und mit einer Verweilzeit der Mischung in der Verbrennungszone, die kurz genug ist, um eine wesentliche Bildung von Stickoxiden zu vermeiden. Die Verbrennung der zweiten Mischung kann im wesentlichen adiabatisch (zum Beispiel falls das zweite Abgas verwendet wird als Antriebsfluid für eine Turbine) sein, oder die Wärme kann aus der Verbrennungs ζ one abgezogen werden (beispielsweise wenn das System ein Ofen ist).The second mixture is burned homogeneously with the formation of a second gas stream, which is used as a heat source or Power source can be used. This combustion is preferably carried out at temperatures which are low are enough and with a residence time of the mixture in the combustion zone that is short enough to produce a to avoid substantial formation of nitrogen oxides. The combustion of the second mixture can essentially be adiabatic (for example if the second exhaust gas is used as a drive fluid for a turbine), or the heat can be withdrawn from the combustion ζ one (for example, if the system is an oven).

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Zusätzliche VerbrennungsStadien, die ähnlich der .Verbrennung der zweiten Mischung sind₉ können geschaffen werden, indem man das gesamte oder einen Teil des zweiten Abgases mit zusätzlicher Luft vermischt, sofern die Verbrennung des zweiten Abgases nicht vollständig verlaufen ist, oder mit einer zusätzlichen Treibstoff enthaltenden Komponente mit oder ohne Nidittreibstoffanteilen (beispielsweise Luft). Inerte Gase, wie die Abgase des Systems können mit allen Brennstoffen oder der Luft oder mit beiden, diedem System zugeführt werden, vermischt werden, um die thermische Wirksamkeit des Systems zu verbessern und die Temperaturkontrolle im System zu ermöglichen. Alle dem System zugeführten Gase können vorerhitzt sein, beispielsweise durch Wärmeaustausch mit den Abgasen des Systems, durch Kompression in einem Kompressor (in einem Turbinensystem) oder mit anderen Mitteln.Additional combustion stages similar to the combustion of the second mixture ₉ can be created by mixing all or part of the second exhaust gas with additional air, if the combustion of the second exhaust gas is not complete, or with an additional fuel-containing component with or without non-fuel components (e.g. air). Inert gases, such as the exhaust gases from the system, can be mixed with all or both of the fuels or the air supplied to the system to improve the thermal efficiency of the system and allow temperature control in the system. All gases supplied to the system can be preheated, for example by heat exchange with the exhaust gases of the system, by compression in a compressor (in a turbine system) or by other means.

Die weiteren Merkmale der Erfindung, deren Art und die verschiedenen Vorteile, werden aus den anliegenden Zeichnungen besser ersichtlich sowie aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung.The further features of the invention, the nature thereof and the various advantages thereof will be apparent from the appended Drawings can be better understood and from the following detailed description of the invention.

Brief description of the drawings

Figur 1 stellt einen etwas schematischen, etwas vereinfachten Querschnitt einer Verbrennungsvorrichtung dar, die konstruiert und angepasst ist für ein Arbeiten gemäss dem Prinzip in der vorliegenden Erfindung.Figure 1 shows a somewhat schematic, somewhat simplified Shows cross-section of a combustion device which is designed and adapted to work according to the principle in the present invention.

Figur 2 ist ein etwas schematischer und etwas vereinfachter Querschnitt und zeigt ein Turbinensystem ein-Figure 2 is somewhat schematic and somewhat simplified Cross-section and shows a turbine system

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schliesslich einer Verbrennungsvorrichtung, die konstruiert und angepasst ist für das Arbeiten gemäss dem Prinzip in dieser Erfindung.finally a combustion device that constructs and is adapted to work according to the principle in this invention.

Figur 3 ist ein etwas schematischer Teilquerschnitt eines Ofens, der konstruiert und angepasst ist für eine Arbeitsweise nach dem Prinzip der vorliegenden Erfindung undFigure 3 is a somewhat schematic partial cross-section an oven designed and adapted to operate in accordance with the principles of the present invention and

Figur 4 zeigt eine andere Ausfuhrungsform des Ofens nach Figur 3.Figure 4 shows another embodiment of the furnace according to Figure 3.

In der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung wird der Brennstoff durch die Leitung 10 mit dem Ventil 12 zugeführt und die Luft wird durch die Leitung 14 mit dem Ventil 16 zugeführt. Brennstoff aus der Leitung 10 und Luft aus der Leitung 14 wird gemischt, um eine erste Mischung aus Brennstoff und Luft in Leitung 18 zu bilden. Die Mengen und Proportionen an Brennstoff und Luft in der ersten Mischung werden in den Ventilen 12 bzw. 16 eingestellt in Übereinstimmung mit den Prinzipien, wie sie in der US-Anmeldung Serial-No. 358 411 beschrieben worden sind. Das heisst, dass die Brennstoffe, die in jener Anmeldung beschrieben werden, durch die Leitung 10 eingeführt werden können und mit der Luft aus der Leitung 14 in jeden Mengen und Anteilen für eine wirksame Verbrennung bei der gewünschten Arbextstemperatur des Katalysators unter den Bedingungen wie sie in der Verb renn ungs ζ one, die den Katalysator enthält, vorliegen, vermischt werden können. Gewünschtenfalls kann die Luft und/oder der Brennstoff vorerwärmt werden (beispielsweise durch Kompression in dem Systemkompressor, falls das System ein Turbinensystem ist, durch Wärmeaustausch mittels derIn the device shown in FIG. 1, the fuel is supplied through the line 10 with the valve 12 and the air is passed through line 14 to valve 16 fed. Fuel from line 10 and air from line 14 are mixed to form a first mixture Form fuel and air in line 18. The amounts and proportions of fuel and air in the first Mixtures are set in the valves 12 and 16, respectively, in accordance with the principles set out in FIG US application Serial-No. 358 411 have been described. That is, the fuels described in that application are introduced through line 10 can and with the air from line 14 in any amounts and proportions for effective combustion the desired working temperature of the catalyst under the conditions as in the combustion ζ one, which contains the catalyst, are present, can be mixed. If desired, the air and / or the Fuel must be preheated (e.g. by compression in the system compressor if the system is on Turbine system is, through heat exchange by means of the

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Abgase des Systems usw.). Ebenfalls können gewünschtenfalls inerte oder im wesentlichen inerte Gase, wie die Abgase des Systems, mit dem Brennstoff oder der Luft oder mit beiden, wie sie durch die Leitungen 10 und 12 zugeführt werden, vermischt werden (oder vermischt werden mit der ersten Mischung in Leitung 18 oder getrennt eingeführt werden in die erste Mischzone 22) für eine wirksame thermische Ausnutzung und zur Kontrolle der Temperatur in dem Brenner 20. Der Einfachheit halber werden alle solchen inerten Gase, welche dem Brenner zugeführt werden, nachfolgend als"Kreislaufgase" bezeichnet, weil in vielen Fällen diese Gase einen Teil der Abgase des Systems, die im Kreislauf geführt werden, bilden. Falls jedoch ein Strom eines inerten oder im wesentlichen inerten Gases aus einer anderen Quelle (beispielsweise ein Abfallstrom aus einem anderen Verfahren) zur Verfügung steht, so soll der Ausdruck "Kreislaufgase" auch solche Gase einschliessen.System exhaust, etc.). If desired, can also inert or essentially inert gases, such as the exhaust gases of the system, with the fuel or the air or are mixed (or mixed with both as supplied through lines 10 and 12) with the first mixture in line 18 or separately introduced into the first mixing zone 22) for one effective thermal utilization and to control the temperature in the burner 20. For the sake of simplicity all such inert gases which are fed to the burner, hereinafter referred to as "circulation gases", because in many cases these gases form part of the system exhaust gases that are circulated. However, if a stream of an inert or substantially inert gas from another source (e.g. a waste stream from another process) is available, the term "recycle gases" should also be used include such gases.

Die erste Mischung in der Leitung 18 wird in den Brenner 20, der ein zylindrisches Gehäuse 21 hat, geleitet und dessen Längsquerschnitt in Figur 1 gezeigt wird. Obwohl in Figur 1 ein zylindrischer Brenner gezeigt wird, ist es selbstverständlich, dass eine Vielzahl von Formen verwendet werden kann, in Abhängigkeit von beispielsweise der Art und der Konfiguration des Systems, in welchem der Brenner verwendet wird. Die erste Mischung wird in den Anfangsteil des Brenners 20 eingeführt, die hier als An fan gsmisch ζ one 22 bezeichnet wird. Obwohl bei der speziellen Ausführungsform, wie sie in.Figur !gezeigt wird, die erste Mischung des Brennstoffes und der LuftThe first mixture in the line 18 is fed into the burner 20, which has a cylindrical housing 21, and the longitudinal cross section of which is shown in FIG. Although a cylindrical burner is shown in FIG It goes without saying that a variety of forms can be used depending on, for example the type and configuration of the system in which the burner is used. The first mixture is in introduced the initial part of the burner 20, which is referred to here as an initial ζ one 22. Although the special embodiment as shown in Figure! becomes, the first mixture of fuel and air

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in Leitung 18 vor der An fangs mi sch ζ one 22 gebildet wird, ist es doch selbstverständlich, dass der Brennstoff und die Luft alternativ auch in die Anfangsmischzone 22 getrennt eingeführt werden und gemischt werden können in dieser Zone unter Ausbildung der ersten Mischung. Die Anfangsmischζone 22 schliesst ein einen Zünder 24, der betrieben wird,wie in der US-Anmeldung Serial-No. 358 411 beschrieben wird, um die erste Mischung in der Zone 22 zu zünden und den Katalysator 25 in der Katalysator enthaltenden Verbrennungszone 26 während des Anfahrens des Systems zu erhitzen. Während der Zünder 24 in Betrieb ist, kann es erforderlich sein, Brennstoff und Luft dem System in verschiedenen Mengen und Proportionen zuzuführen, um sicherzustellen, dass ein entflammbares Gemisch in Zone 22, wie es in jener erwähnten Patentanmeldung beschrieben wird., vorliegt. Befindet sich jedoch der Katalysator 25 auf normaler Betriebstemperatur, so wird der Zünder 2 4 normalerweise nicht in Betrieb gesetzt und in der Anfangsmischzone 22 findet vorzugsweise keine Verbrennung vor der katalytischen Zone 26 bei Temperaturen statt _s bei welchen eine wesentliche Bildung von Stickoxiden erfolgen würde.is formed in line 18 before the beginning mi beautiful 22, it goes without saying that the fuel and the air are alternatively also introduced separately into the initial mixing zone 22 and can be mixed in this zone to form the first mixture. The initial mixing zone 22 includes an igniter 24 which is operated as in US application Serial-No. 358 411 to ignite the first mixture in zone 22 and heat the catalyst 25 in the catalyst-containing combustion zone 26 during system start-up. While the igniter 24 is in operation, it may be necessary to add fuel and air to the system in various amounts and proportions to ensure that a flammable mixture is present in zone 22 as described in that referenced patent application. However, the catalyst is 25 to normal operating temperature, the ignitor 2 4 is not normally set in operation and in the initial mixing zone 22 preferably is no combustion prior to the catalytic zone 26 at temperatures would occur instead of _s in which a substantial formation of oxides of nitrogen.

Die Verbrennungszone 26 befindet sich im Brenner 20 abstromseitig zur Anfangsmischzone 22₉ so dass die Gase in Zone 22 durch die Zone 26 zur Katalysatorauslasszone 28 strömen. Zone 26 schliesst einen Katalysator 25 · ein, der in einer speziellen Ausführungsform in Figur 1 gezeigt wird als ein Körper, der transversal zur Längsachse des Brenners 20 angeordnet ist, und der mittels eines Vorsprungs oder eines ringförmigen Ringes 27 an der inr.sr,?^ Oberfläche des Brenner gehäuses 21 festge-The combustion zone 26 is located in the burner 20 downstream of the initial mixing _{zone 22 9} so that the gases in zone 22 flow through the zone 26 to the catalyst outlet zone 28. Zone 26 includes a catalyst 25, which is shown in a special embodiment in FIG. 1 as a body which is arranged transversely to the longitudinal axis of the burner 20 and which by means of a projection or an annular ring 27 on the inr.sr ,? ^ The surface of the burner housing 21

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macht ist. Der Katalysator 25 nimmt vorzugsweise den grossten Teil oder den gesamten Fliessquerschnitt der Verbrennungszone ein und schliesst ein eine Vielzähl von Kanälen aus der Anfangsmischsone 22 zur Katalysatorauslasszone 28. Wenigstens ein Teil dsr Gase, die durch die den Katalysator 25 enthaltende Zone 26 geführt werden, werden so in Gegenwart des Katalysators verbrannt unter Bedingungen, wie sie in der US-Patentanmeldung Serial-No. 358 411 und zusammengefasst vorher beschrieben sind, und wobei sich ein erster gasförmiger Abstrom bildet. Alle Katalysatorzusammensetzungen und -strukturen, die in der Anmeldung Serial-No. 358 ²IIl beschrieben sind, können als fester Oxidationskatalysator 25 verwendet werden. Beispielsweise kann der Katalysator 25 ein Honigwabenkatalysator sein mit einer Vielzahl von Kanälen parallel zu der Längsachse des Brenners 20. Die adiabatische Flammtemperatur der Brennst off-Luft-Mischung, welche auf den Katalysator geführt wird, liegt im Bereich von etwa 927°C bis etwa 176O⁰C und vorzugsweise von etwa 1093⁰C bis etwa 1650⁰C, so dass für das in Figur 1 beschriebene adiabatische System die Betriebstemperatur des Katalysators in der Nähe dieser adiabatischen Flammtemperatur liegt und, wenn der grösste Anteil des Brennstoffes verbrennt während er in der Katalysator zone 26 ist, kann der erste Abgasstrom aus der Katalysatorzone bei einer Temperatur austreten, die etwas geringer ist als die adiabatische Flammtemperatur der eintretenden Mischung. Die die Katalysatorzone 26 verlassenden Gase können vollständig verbrannt sein oder die Verbrennung kann abstromseitig der Zone 26 in der Katalysatorauslasszone 28 fortgeführt werden.power is. The catalyst 25 preferably occupies most or the entire flow cross-section of the combustion zone and includes a large number of channels from the initial mixing zone 22 to the catalyst outlet zone 28. At least some of the gases which are passed through the zone 26 containing the catalyst 25 are thus burned in the presence of the catalyst under conditions as described in US patent application Serial-No. 358 411 and summarized above, and wherein a first gaseous effluent is formed. All catalyst compositions and structures described in the application Serial-No. 358 ² III are described can be used as a solid oxidation catalyst 25. For example, the catalytic converter 25 can be a honeycomb catalytic converter with a plurality of channels parallel to the longitudinal axis of the burner 20. The adiabatic flame temperature of the fuel-air mixture which is fed onto the catalytic converter is in the range from about 927 ° C. to about 1770 ° ⁰ C and preferably from about 1093 ⁰ C to about 1650 ⁰ C, so that for the adiabatic system described in Figure 1, the operating temperature of the catalyst is in the vicinity of this adiabatic flame temperature and when most of the fuel burns while it is in the catalyst zone 26, the first exhaust gas stream can exit the catalyst zone at a temperature which is slightly less than the adiabatic flame temperature of the incoming mixture. The gases leaving the catalyst zone 26 can be completely burned or the combustion can be continued downstream of the zone 26 in the catalyst outlet zone 28.

Die ersten Abgase werden von der Katalysatorauslasszone 28'The first exhaust gases are released from the catalyst outlet zone 28 '

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in die zweite Mischzone und Verbrennungszone 30 geführt, wo sie gemischt und thermisch verbrannt werden mit einer zweiten Brennstoff enthaltenden Komponente, die nachfolgend beschrieben wird. Die zweite Brennstoff enthaltende Komponente wird dem Brenner 20 durch die Leitung ¹IO zugeführt und wird in die zweite Misch- und Verbrennungszone 30 durch eine Düse 42 gesprüht, wobei sie sich mit den ersten abfliessenden Gasen aus der Katalysatorauslasszone 28 und unter Bildung einer zweiten Mischung in Zone 30 mischen. Die zweite Brennstoff enthaltende Komponente unterscheidet sich in ihrer Art oder ihren Proportionen oder in beidem von dem Brennstoff der ersten Mischung, welche dem Katalysator 25 zugeführt wird, und schliesst solche Brennstoffe ein, die durch die Leitung 40 über die Leitung 32 mit dem Ventil 34 zugeführt werden und die auch Nicht-Brennstoffanteile (beispielsweise Luft), die der Leitung 40 durch die Leitung 36 mit dem Ventil 38 zugeführt werden, enthalten können. Wie in der Anmeldung Serial-No« 358 ¹Hl beschrieben wird, kann das Verhältnis von Brennstoff zu Luft in der ersten Mischung (die wenigstens zum Teil in der Katalysatorζone 2β, wie vorher erwähnt., verbrannt wird) annähernd stöchiometrisch sein, sofern die gewünschte Betriebstemperatur nicht überschritten wird, oder die Anteile können nicht-stöchiometrisch sein auf der brennstoffreichen oder auf der brennstoffarmen Seite. Falls die Mischung annähernd stöehiometrisch ist, wird im wesentlichen der gesamte Brennstoff in der ersten Mischung in der Katalysatorzone 26 und der Kat alys at oraus las sz one 2 8 verbrannt. Palls die erste Mischung brennstoffreich ist, so befinden sich unverbrannte Anteile des Brennstoffs in dem ersten Abstrom. Falls das erste Gemisch brennstoffarm ist, so befindet sich Sauerstoff in dem ersten Abstrom,passed into the second mixing zone and combustion zone 30 where they are mixed and thermally combusted with a second fuel-containing component, which will be described below. The second fuel containing component is supplied to the burner 20 through the conduit ¹ IO and is sprayed into the second mixing and combustion zone 30 through a nozzle 42, wherein it is in the first effluent gases from the Katalysatorauslasszone 28 and to form a second mixture Mix zone 30. The second fuel-containing component differs in its type or its proportions or both from the fuel of the first mixture which is fed to the catalyst 25, and includes those fuels which are fed through the line 40 via the line 32 to the valve 34 and which may also contain non-fuel components (e.g. air) which are supplied to line 40 through line 36 with valve 38. As described in the application Serial No. 358 ¹ Hl, the ratio of fuel to air in the first mixture (which is at least partially burned in the catalyst zone 2β, as mentioned above.) Can be approximately stoichiometric, provided that the desired Operating temperature is not exceeded, or the proportions can be non-stoichiometric on the fuel-rich or on the fuel-poor side. If the mixture is approximately stoehiometric, essentially all of the fuel in the first mixture is burned in the catalyst zone 26 and the catalyst at oraus las sz one 28. If the first mixture is fuel-rich, there will be unburned portions of the fuel in the first effluent. If the first mixture is fuel-poor, then there is oxygen in the first effluent,

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der für die Verbrennung von weiterem Brennstoff geeignet ist. Sofern ausreichend Sauerstoff zur Verfügung steht in dem ersten abfliessenden Gas für die Verbrennung des Brennstoffs in der zweiten Brennstoff enthaltenden Komponente, ist es nicht notwendig oder erwünscht, dass zusätzliche Luft in der zweiten Brennstoff enthaltenden Komponente zur Verfügung steht. Andererseits, falls ungenügende Mengen an Sauerstoff in dem ersten abfliessenden Gas.für die Verbrennung des Brennstoffs in der zweiten Brennstoff enthaltenden Komponente vorhanden ist, oder falls unverbrannter Brennstoff in dem ersten abfliessenden Gas vorhanden ist, enthält die zweite Brennstoff enthaltende Komponente Luft für die Verbrennung des Brennstoffs in der zweiten Brennstoff enthaltenden Komponente und jeglichen unverbrannten Brennstoff aus dem ersten abfliessenden Gas« Auf jeden Fall ist es bevorzugt gemäss der vorliegenden Erfindung, dass das Brennstoff-Luft-Gemisch in der zweiten Brennstoff enthaltenden Komponente, insbesondere wenn der gleiche Brennstoff verwendet wird, wesentlich reicher an Brennstoffwerten ist als die erste Brennstoff-Luft-Mis chung.which is suitable for the combustion of further fuel. Provided that there is sufficient oxygen available in the first outflowing gas for the combustion of the Fuel in the second fuel-containing component, it is not necessary or desirable that additional air is available in the second fuel-containing component. On the other hand, if insufficient Amounts of oxygen in the first outflowing gas for the combustion of the fuel in the second Fuel-containing component is present, or if unburned fuel in the first effluent If gas is present, the second fuel-containing component contains air for combustion of the fuel in the second fuel-containing component and any unburned fuel from the first effluent Gas «In any case, it is preferred according to the present invention that the fuel-air mixture in the second fuel-containing component, especially if the same fuel is used, is significantly richer in fuel values than the first fuel-air mixture.

Der über die Leitung 32 zugeführte Brennstoff kann der gleiche sein, wie der Brennstoff, der durch die Leitung 10 zugeführt wird, aber in einem unterschiedlichen Mischungsverhältnis mit Luft, oder es kann ein verschiedener Brennstoff sein. Auf jeden Fall ist der Brennstoff in der zweiten Brennstoff enthaltenden Komponente ein Brennstoff mit höherer Energie mit einer adiabatischen Flammtemperatur von wenigstens etwa l8l6°C, sofern er mit einer stochiometrischen Menge an Luft verbrannt wird. Einer dier Vorteile der Erfindung ist der, dass ein BrennstoffThe fuel supplied via line 32 may be the same as the fuel supplied through line 10 is supplied, but in a different mixing ratio with air, or it can be a different fuel be. In any event, the fuel in the second fuel-containing component is a fuel with higher energy with an adiabatic flame temperature of at least about 1816 ° C, provided that it is with a stoichiometric amount of air is burned. One The advantages of the invention is that a fuel

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der unbequem oder ungeeignet für die Verbrennung in Gegenwart des Katalysators in der Zone 26 ist, durch die Leitung 32 eingeführt werden kann und abstromseitig vom Katalysator verbrannt werden kann. So können beispielsweise Brennstoffe, die erheblich verunreinigt sind mit Schwefel und welche den Katalysator in der Zone 26 vergiften würden, durch die Leitung 32 zugeführt werden und verbrannt werden ohne Gefahr für den Katalysator. Andere Beispiele sind Brennstoffe, welche Verbrennungsprodukte erzeugen mit einem erheblichen Ascheanteil und Brennstoffe mit hohen Siedepunkten und schwer zu verdampfende und innig mit der Luft zu vermischende Brennstoffe bevor der Katalysator 25 kontaktiert wird beim Erreichen des Einlasses in die Zone 26.which is inconvenient or unsuitable for combustion in the presence of the catalyst in zone 26 conduit 32 can be introduced and downstream can be burned by the catalyst. For example, fuels that are heavily contaminated can be used with sulfur and which would poison the catalyst in zone 26, are fed through line 32 and be burned without endangering the catalytic converter. Other examples are fuels which produce combustion products with a significant amount of ash and Fuels with high boiling points and fuels that are difficult to evaporate and that are intimately mixed with the air before contacting the catalyst 25 upon reaching the inlet into zone 26.

Wie im Falle der Komponenten, die durch die Leitungen 10 und lH zugeführt werden, können entweder eine oder beide der Komponenten_s die durch die Leitungen 32 und 36 zugeführt werden, gewünsehtenfalls mittels der Mittel., die vorher erwähnt worden sind., vorerhitzt werden. In gleicher Weise können Umlaufgase mit entweder einer oder beiden der Komponenten die durch die Leitungen 32 und 36 zugeführt werden«, aus Gründen der thermischen Wirksamkeit und um die- Kontrolle der Temperatur im Brenner 20 zu ermöglichen, insbesondere durch Vermischen und Verbrennen in der Zone 30«," vermischt werden.As in the case of the components which are fed through lines 10 and LH, either one or both of the components may _s which are fed through lines 32 and 36 are preheated gewünsehtenfalls by the means. That have been mentioned previously.. In the same way, circulating gases can be mixed with either or both of the components supplied through lines 32 and 36 for reasons of thermal efficiency and to enable control of the temperature in burner 20, in particular by mixing and burning in zone 30 «," Are mixed.

Wie schon erwähnt ₉ wird die zweite Brennstoff enthaltende Komponente mit dem ersten Abfluss vermischt unter Ausbildung einer zweiten Mischung in der Zone 30. Diese zweite Mischung hat eine Temperatur, die zumindest aus-As already mentioned ₉ , the second fuel-containing component is mixed with the first outflow to form a second mixture in zone 30. This second mixture has a temperature which is at least equal to

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reicht, um eine homogene Verbrennung der zweiten Mischung aufrechtzuerhalten und hat eine adiabatische Flammen temperatur, die wesentlich oberhalb der Temperatur des ersten abfliessenden Gases ist,-aber unterhalb etwa 2o38°C liegt. Typischerweise beträgt die Temperatur der zweiten Mischung beim Mischen wenigstens etwa 927 C, vorzugsweise wenigstens etwa 1093 C und die adiabatische Flammtemperatur der zweiten Mischung liegt im Bereich von etwa 927°C bis etwa 2038⁰C, vorzugsweise von etwa 1371°C bis etwa I816⁰ is sufficient to maintain homogeneous combustion of the second mixture and has an adiabatic flame temperature which is significantly above the temperature of the first outflowing gas, but below about 2038 ° C. Typically, the temperature of the second mixture during mixing is at least about 927 C, preferably at least about 1093 C and the adiabatic flame temperature of the second mixture is in the range of about 927 ° C to about 2038 ⁰ C, preferably from about 1371 ° C to about I816 ⁰

C.C.

In der zweiten Misch- und Verbrennungsζone 30 wird die zweite Mischung thermisch verbrannt unter Bildung eines zweiten gasförmigen Ausflusses. Das Ventil 42 kann so eingestellt werden, dass beim Verbrennen des Gases, welches aus der den Katalysator enthaltenden Zone 26 austritt, weiterhin stattfindet, so dass die Verbrennung kontinuierlich von der Zone 28 bis zur Zone 30 reicht, oder das Ventil 42 wird so eingestellt, dass die Verbrennung des ersten Ausflusses aufgehört hat, so dass eine Unterbrechung von der Zone 28 bis zur Zone 30 vorliegt. Der zweite gasförmige Ausfluss wird als Wärmeoder Kraftquelle verwendet. Beispielsweise kann die Wärme des Gases in Zone 30 durch einen Wärmeaustauscher entzogen werden, zum Beispiel zur Erzeugung von Dampf.In the second mixing and combustion zone 30, the second mixture is thermally burned with the formation of a second gaseous outflow. The valve 42 can be adjusted so that when the gas exiting from the catalyst-containing zone 26 continues to burn, so that the combustion extends continuously from the zone 28 to the zone 30, or the valve 42 is adjusted so that that the combustion of the first effluent has ceased, so that there is an interruption from zone 28 to zone 30. The second gaseous effluent is used as a source of heat or power. For example, the heat of the gas in zone 30 can be extracted by a heat exchanger, for example to generate steam.

Alternativ kann die im Brenner 20 stattfindende Verbrennung im wesentlichen vollständig adiabatisch sein und der zweite Ausfluss kann von dem Verbrenner durch Leitung 50 für den Wärmeübergang von dort auf einen anderen Ort oder für dia Verwendung als Antriebsfluid für eine Turbine weggeführt werden. Die erschöpften zweiten ausfliessenden Gase treten anschliessend ausAlternatively, the combustion occurring in burner 20 can be essentially entirely adiabatic and the second effluent can flow from the combustor through conduit 50 for heat transfer from there to one other location or for use as a drive fluid for a turbine. The exhausted second outflowing gases then emerge

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dem System aus. Zusätzliche Wärme kann gewonnen werden aus diesen Abgasen,um den Brennstoff oder die Luft oder beides, welche dem System wie vorher erwähnt zugeführt werden, vorzuerhitzen. Ein Teil der Abgase kann mit dem Brennstoff oder der Luft vermischt werden oder beide können dem System in Form der vorerwähnten Umlaufgase zugeführt werden.the system. Additional heat can be gained from these exhaust gases to make the fuel or the air or preheat both that are fed to the system as previously mentioned. Some of the exhaust gases can with the Fuel or air can be mixed or both can be supplied to the system in the form of the aforementioned recycle gases will.

Obwohl nur ein Ventil 42 in der vereinfachten schematischen Abbildung der Figur 1 gezeigt wird, ist es klar, dass jegliche Zahl und Anordnung solcher Ventile vorliegen kann, um eine wirksame vollständige Vermischung der zweiten Brennstoff enthaltenden Komponente mit dem ersten abfliessenden Gas zu gewährleisten, wie es wünschenswert ist, um eine homogene Verbrennung der erhaltenen zweiten Mischung mit einer einigermassen Gleichmässigkeit an Temperatur in Zone 30 zu bewirken. Obwohl zusätzlich eine Brennstoff enthaltende Komponente nur an einer Stelle entlang der Längsachse des Brenners 20 in Figur 1 eingeführt wird, ist in gleicher Weise zu verstehen, dass jegliche Zahl von hintereinander liegenden Mischungs- und Verbrennungszonen ähnlich der Zone 30 entlang des abströmigen Teils des Brenners 20 vorliegen können, wobei weitere Brennstoff enthaltende Komponenten an jeder dieser Zonen zugeführt werden»Although only one valve 42 in the simplified schematic As shown in FIG. 1, it is clear that there are any number and arrangement of such valves can to ensure effective complete mixing of the second fuel-containing component with the ensure first outflow of gas as desirable is to ensure a homogeneous combustion of the second mixture obtained with a reasonably uniformity to effect temperature in zone 30. Although only one fuel-containing component in addition is introduced at a point along the longitudinal axis of the burner 20 in Figure 1 is to be understood in the same way, that any number of consecutive mixing and combustion zones similar to zone 30 may be present along the downstream part of the burner 20, further fuel-containing components be fed to each of these zones »

Ein Turbinensystem_r das nach den Prinzipien der Erfindung gebaut ist und danach arbeitet _s wird in Figur 2 gezeigt. Brenner 20 in diesem System ist ähnlich dem Brenner 20 in Figur I₈ ausgenommen dass zwei hintereinander folgende Misch- und Verbrennungsζonen 30a und 30b in dem Brenner _R a turbine system that is built according to the principles of the invention and thereafter _s working is shown in FIG. 2 Burner 20 in this system is similar to burner 20 in FIG. ₈ except that two consecutive mixing and combustion zones 30a and 30b in the burner

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in Figur 2 enthalten sind, von denen jede ähnlich ist der Misch- und Verbrennungszone 30 in Figur 1. In dem Turbinensystem nach Figur 2 wird Luft durch die Leitung eingeführt und im Kompressor 8 komprimiert. Die Kraft zum Betreiben des Kompressors 8 wird von der Turbine 52 über die Welle 5 ^ geliefert. Komprimierte Luft tritt aus dem Kompressor 8 über die Linie l*t aus. Typischerweise ist die in Linie Ik befindliche Luft bei erhöhter Temperatur und unter erhöhtem Druck. Je nach dem Kompressionsverhältnis des Kompressors 8 kann die Luft in der Leitung IM eine Temperatur von bis zu etwa 593°C haben.2, each of which is similar to the mixing and combustion zone 30 in FIG. 1. In the turbine system of FIG. The power to operate the compressor 8 is supplied by the turbine 52 via the shaft 5 ^. Compressed air exits the compressor 8 via the line l * t. Typically the air in line Ik is at elevated temperature and under elevated pressure. Depending on the compression ratio of the compressor 8, the air in the line IM can have a temperature of up to about 593 ° C.

Wenigstens ein Teil der Luft aus Leitung 14 passiert das Ventil 16 und wird mit einem Teil des in das System durch die Leitung 10 geleiteten Brennstoffes gemischt unter Ausbildung einer ersten Brennstoff-Luft-Mischung in Leitung 18, ähnlich der ersten Vermischung in Leitung 18 der Figur 1. Die Menge an Brennstoff aus Leitung 10, die der Leitung 18 zugeführt wird, wird mittels des Ventils 12, wie in Figur 1, eingestellt. Die erste Mischung in Leitung wird der Eingangsmischzone 22 im Brenner 20 zugeführt. Von der Exngangsmischzone 22 passiert die erste Mischung die Katalysator enthaltende Zone 26 und wird dort, ähnlich wie in Zone 26 in Figur 1, wenigstens teilweise verbrannt unter Ausbildung eines ersten gasförmigen Ausflusses, der die Katalysatorauslasszone 28 passiert. In der zweiten Mischungs- und Verbrennungszone 30a wird der erste Abfluss vermischt mit einer zweiten Brennstoff enthaltenden Komponente, die durch die Leitung 40a und das Ventil 42a zugeführt wird, und wobei sich eine zweite Mischung bildet, die ähnliche Eigenschaften hat wie die zweite Mischung in Figur 1, und die homogen verbrannt wird in der Zone 30a unter Bedingungen, die ähnlich der Verbrennung der zweitenAt least some of the air from line 14 passes through valve 16 and is with some of the in the system mixed through line 10 fuel to form a first fuel-air mixture in Line 18, similar to the first mixing in line 18 of Figure 1. The amount of fuel from line 10 that is fed to the line 18, is set by means of the valve 12, as in FIG. The first mix in line is fed to the input mixing zone 22 in the burner 20. from the initial mixing zone 22 passes the first mixture Catalyst-containing zone 26 and is there, similar to zone 26 in Figure 1, at least partially burned below Formation of a first gaseous outflow which passes through the catalyst outlet zone 28. In the second Mixing and combustion zone 30a, the first effluent is mixed with a second fuel-containing component, which is supplied through line 40a and valve 42a, and forming a second mixture, which has similar properties to the second mixture in FIG. 1 and which is burned homogeneously in zone 30a under conditions similar to the combustion of the second

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Mischung in Figur 1 sind und nrobei sich ein zweiter gasförmiger Ausfluss bildet. Brennstoff wird zu der Leitung ilOa durch die Leitung 10 in einer durch das Ventil 3^a gesteuerten Menge zugeführt. Dieser Brennstoff ist ähnlich dem Brennstoff in der zweiten Brennstoff enthaltenden Komponente in Figur 1, das heisst_s dass es ein Brennstoff hoher Energie ist mit einer adiabatischen Flammtemperatur von wenigstens etwa I816 C₃ falls er mit einer stöchiometrischen Menge an Luft verbrannt wird. In der Ausführung, wie sie in Figur .2 gezeigt wird., wird der gleiche Brennstoff dem ganzen System zugeführt _s obwohl es selbstverständlich ist,, dass verschiedene Brennstoffe den verschiedenen Verbrennungszonen gewünschtenfalls wie vorher im Zusammenhang mit Figur 1 besehrieben wurde ₉ zugeführt werden können. Die zweite Brennstoff enthaltende Komponente in Leitung ^iOa kann auch Luft enthalten₉ die aus der Leitung I^ durch das Ventil 38a zugeführt wird und mit dem Brennstof in Leitung MOa vermischt wird.Mixture in Figure 1 and a second gaseous outflow is formed. Fuel is supplied to line i10a through line 10 in an amount controlled by valve 3 ^ a. This fuel is similar to the fuel in the second fuel-containing component in figure 1, which means that _it's a fuel of high energy is ₃ if it is combusted with a stoichiometric amount of air with an adiabatic flame temperature of at least about I816 C. In the embodiment, as shown in FIG .2., The same fuel is supplied to the whole system _S although it is, of course ,, that various fuels was optionally previously besehrieben the various combustion zones, such as in connection with FIG 1 ₉ can be supplied. The second fuel containing component in line IOA ^ may also contain air ₉ supplied from the line I ^ through the valve 38a and is mixed with the Brennstof in line Moa.

Der zweite gasförmige Ausfluss wird durch eine dritte Misch- und Verbrennungszone 30b geleitet ₅ wo er mit einer dritten Brennstoff enthaltenden Komponente₃ zugeführt zu dem Brenner durch die Leitung Hob und das' Ventil 4Sb₃ verbrannt wird unter Bildung einer dritten Mischung. Brennstoff wird der Leitung 40b aus Leitung 10 in einer Menge zugeführt_s die durch das Ventil 3^b gesteuert wird. Obwohl es sich hier um den gleichen Brennstoff handelt, der auch den anderen Verbrennungszonen des Systems zugeführt wird₉ kann nach der besonderen Ausführungsform₃ wie sie in Figur 2 gezeigt wird₉ gewünschtenfalls ein unterschiedlicher Brennstoff zugeführt werden» Auf jeden Fall handelt es sich '.ei diesem Brennstoff um einen Brennstoff höhererThe second gaseous effluent is passed through a third mixing and combustion zone 30 b ₅ where it is supplied with a third fuel-containing component ₃ burned to the burner through the conduit Hob and the 'valve 4SB ₃ to form a third mixture. Fuel is the line 40b from line 10 is supplied in an amount _s which is controlled by the valve 3 b ^. Although this is the same fuel that is also supplied to the other combustion zones of the system ₉ , according to the special embodiment ₃ as shown in FIG. 2, ₉ a different fuel can be supplied if desired this fuel by a fuel higher

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Energie mit einer adiabatischen Flamintemperatur von wenigstens etwa l8l6°C, sofern er mit einer stöchiometrischen Menge Luft verbrannt wird. Die dritte Brennstoff enthaltende Komponente in Leitung 40b kann auch Luft, zugeführt aus Leitung 1*}, durch das Ventil 38b,enthalten, die vermischt wird mit dem Brennstoff in der Leitung ^Ob. Die dritte in der Zone 30b gebildete Mischung hat auch Eigenschaften, die ähnlich denen der zweiten Mischung in Figur 1 sind. Das heisst, dass die Temperatur der dritten Mischung wenigstens ausreicht, um eine homogene Verbrennung der dritten Mischung aufrechtzuerhalten, und dass sie eine adiabatische Flammtemperatur hat, die wenigstens oberhalb der Temperatur des ersten Ausflusses liegt, aber unterhalb etwa 2O38°C. Wie bei der zweiten Mischung, sowohl in Figur als auch in Figur 2, beträgt die Temperatur der dritten Mischung typischerweise wenigstens etwa 927°C, vorzugsweise wenigstens etwa 1O93°C, und die adiabatische Flammtemperatur der dritten Mischung liegt im Bereich von etwa 927°C bis etwa 2038⁰C und vorzugsweise von etwa 1371°C bis etwa l8l6°C. Die dritte Mischung wird homogen in Zone 30b verbrannt unter Ausbildung eines dritten, gasförmigen Ausflusses, der den Verbrenner 20 durch die Leitung 50 verlässt. Energy with an adiabatic flame temperature of at least about 1816 ° C, provided it is burned with a stoichiometric amount of air. The third fuel-containing component in line 40b may also contain air, supplied from line 1 *}, through valve 38b, which is mixed with the fuel in line ^ ob. The third mixture formed in zone 30b also has properties similar to those of the second mixture in FIG. This means that the temperature of the third mixture is at least sufficient to maintain homogeneous combustion of the third mixture and that it has an adiabatic flame temperature which is at least above the temperature of the first outflow, but below about 2038 ° C. As with the second mixture, in both Figure and Figure 2, the temperature of the third mixture is typically at least about 927 ° C, preferably at least about 1093 ° C, and the adiabatic flame temperature of the third mixture is in the range of about 927 ° C to about 2038 ⁰ C and preferably from about 1371 ° C to about l8l6 ° C. The third mixture is burned homogeneously in zone 30b with the formation of a third, gaseous outflow which leaves the burner 20 through the line 50.

Um im wesentlichen vollständig oder zumindest erheblich die Bildung von Stickoxiden in den beiden thermischen Verbrennungszonen 30a und 30b zu vermindern, insbesondere wenn die adiabatische Flammtemperatur in der Nähe des Bereiches von 1816⁰C bis 2038 C liegt, soll die Verweilzeit der der Verbrennung unterliegenden Mischung begrenzt sein, mit oder ohne Abschreckung durch Luft beim Verlassen einer oder beider der thermischen Verbrennungszonen, denn die Bildung von Stickoxiden ist eine Funktion von sowohl Zeit undIn order to substantially completely or at least considerably reduce the formation of nitrogen oxides in the two thermal combustion zones 30a and 30b, in particular when the adiabatic flame temperature is in the vicinity of the range from 1816 ^° C. to 2038 ° C., the residence time of the mixture subject to combustion should be limited be, with or without air quenching, upon exiting one or both of the thermal combustion zones, for the formation of nitrogen oxides is a function of both time and

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Temperatur für ein gegebenes Verbrennungsgemisch.Temperature for a given combustion mixture.

Der dritte gasförmige Ausfluss aus Leitung 50 wird als Antriebsfluid zum Antrieb der Turbine 52 verwendet. Ein Teil der in der Turbine 52 erzeugten Kraft wird verwendet, um den Kompressor 8 über die Welle 5 ^, wie vorher erwähnt, anzutreiben. Die übrige Kraft steht an der Welle 5h für die Zwecke zur Verfügung, für welche das System eingesetzt wird (beispielsweise zum Antreiben eines elektrischen Kraftgenerators). Die aus der Turbine 52 durch die Leitung 56 austretenden Gase sind in dem System verbraucht und werden im allgemeinen in die Atmosphäre abgelassen.The third gaseous effluent from line 50 is used as the drive fluid to drive the turbine 52. Part of the power generated in the turbine 52 is used to drive the compressor 8 via the shaft 5 ^, as previously mentioned. The remaining power is available at the shaft 5h for the purposes for which the system is used (for example to drive an electric power generator). The gases exiting turbine 52 through line 56 are consumed in the system and are generally vented to the atmosphere.

Eine Ofenanlage, die nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung gebaut wurde und deren Betriebsweise der vorliegenden Erfindung angepasst ist, wird in Figur 3 gezeigt. In dem System der Figur liegt ein vertikaler Schnitt eines Ofengehäuses 160 vor mit einer Vielzahl von seitlich hervorstehenden Umschliessungen 162, die um dessen Peripherie in der Nähe des Bodens des Gehäuses angeordnet sind. Obwohl in der speziellen Ausführungsform, wie sie in Figur gezeigt wird, das Gehäuse l60 im wesentlichen zylindrisch ist und die umschliessungen 162 sich von dem Gehäuse 160 radial erstrecken, kann eine grosse Anzahl verschiedener Anordnungen verwendet werden, wie für jeden Fachmann ersichtlich ist. Jede der Umschliessuigen 162 ist ähnlich dem Eingangsteil des Brenners 20 in den Figuren 1 und 2. Jede Umschliessung 162 schliesst deshalb eine Eingangsmischzone 122,ähnlich der Eingan gsmisch ζ one 22 in den Figuren 1 und 2, und eine Zone 126, die den Katalysator enthält, ähnlich der Katalysatorzone 26 in Figuren 1A furnace system constructed in accordance with the principles of the present invention and the mode of operation of the present invention Invention is adapted, is shown in FIG. In the system of the figure there is a vertical section of one Oven housing 160 in front with a plurality of laterally protruding enclosures 162 around its periphery are arranged near the bottom of the housing. Although in the specific embodiment as shown in FIG As shown, the housing 160 is substantially cylindrical and the enclosures 162 extend from the housing 160 extending radially, a wide variety of arrangements can be used as will be apparent to any person skilled in the art is. Each of the enclosures 162 is similar the inlet part of the burner 20 in FIGS. 1 and 2. Each enclosure 162 therefore closes an inlet mixing zone 122, similar to the input mix ζ one 22 in the Figures 1 and 2, and a zone 126 containing the catalyst, similar to catalyst zone 26 in Figure 1

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und 2, ein. Ein Teil der ersten Mischung aus Brennstoff und Luft, ähnlich der ersten Mischung gemäss Figur 1, die, wie weiter unten beschrieben wird, gebildet worden ist, wird zu jeder der Umschliessungen 162 zugeführt und wenigstens zum Teil verbrannt in der angeschlossenen Katalysatorzone 126, wie in der Katalysatorzone 26 von Figur 1, unter Bildung eines ersten gasförmigen Ausflusses, der in dem unteren Teil 130 des Inneren des Gehäuses l60 eintritt (nachfolgend als zweite Misch- und Verbrennungszone 130 bezeichnet). In Zone 130 wird der Ausfluss aus allen Umschliessungen 162 mit einer zweiten, Brennstoff enthaltenden Komponente, deren Bildung weiter unten beschrieben wird, gemischt und die der Zone 130 durch den Verteiler 1*12 zugeführt wird zur Bildung einer zweiten Mischung, die ähnlich der zweiten Mischung ist, die in Zone 30 von Figur 1 gebildet wird. Diese zweite Mischung wird homogen in Zone 130, entsprechend der Zone 30 von Figur 1, unter Ausbildung eines zweiten gasförmigen Ausflusses verbrannt. Die Wärme wird von diesem zweiten gasförmigen Ausfluss in dem Masse, wie sie ansteigt in dem Gehäuse 160 zum Erhitzen von Dampf in einem System von Dampfrohren (nicht gezeigt)» die verbunden sind zwischen den Leitungen 174 und 176, abgezogen. Falls der zweite Ausfluss zu kühl ist für einen ausreichenden Wärmeübergang, um das flüssige Wasserkondensat zu Dampf zu verdampfen in dem Dampfröhrensystem, verlässt der zweite Ausfluss das Gehäuse 160 am oberen Teil durch die Leitung 150. Die Leitung 150 kann den zweiten Ausfluss zu den anschliessenden Wärmeaustauschern 172 und 178 leiten zum Vorerhitzen bzw. um das Kondensat dem System durch die Leitung 170 wieder zuzuführen, und Luft wird dem System durch die Leitung l80 zugeführt. Das vorerhitzte Kondensat wird dem Kessel-Röhrensystem, welchesand 2, a. Part of the first mixture of fuel and air, similar to the first mixture according to FIG. 1, which has been formed as will be described below is supplied to each of the enclosures 162 and at least partially burned in the attached catalyst zone 126, as in the catalyst zone 26 of FIG Figure 1, with the formation of a first gaseous outflow, which in the lower part 130 of the interior of the housing 160 enters (hereinafter referred to as second mixing and combustion zone 130). In zone 130 the outflow is out all enclosures 162 with a second, fuel containing component, the formation of which is described below, mixed and that of the zone 130 by the Manifold 1 * 12 is fed to form a second Mixture similar to the second mixture formed in zone 30 of FIG. This second mix becomes homogeneous in zone 130, corresponding to zone 30 of FIG. 1, with the formation of a second gaseous outflow burned. The heat is released from this second gaseous effluent as it increases in the Housing 160 for heating steam in a system of steam pipes (not shown) connected between lines 174 and 176, withdrawn. If the Second outflow is too cool for sufficient heat transfer to vaporize the liquid water condensate to evaporate in the steam pipe system, the second outlet leaves the housing 160 at the top through the Line 150. Line 150 can carry the second outflow to the subsequent heat exchangers 172 and 178 lead to preheating or to return the condensate to the system through line 170, and air becomes fed to the system through line 180. The preheated condensate is the boiler-tube system, which

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mit dem Gehäuse l60 verbunden ist, durch die Leitung-174 zugeführt und voll erhitzter Dampf tritt aus dem Kessel-Röhrensystem durch die Leitung 176 aus. Die vorerhitzte Luft wird in das System durch die Leitung verteilt. Der zweite Ausfluss wird schliesslich aus dem System durch die Leitung 182 ausgeführt.connected to housing 160 by line 174 is supplied and fully heated steam exits the boiler piping system through line 176. The preheated Air is distributed into the system through the duct. The second discharge will eventually come from the System executed by line 182.

Die erste Mischung des Brennstoffes und der Luft, die vorher erwähnt worden ist, bildet sich in Leitung 118 durch Vermischen von Brennstoff, der durch die Leitung 110 mit dem Ventil 112 zugeführt wird, mit Luft aus der Leitung 114, welche durch das Ventil II6 zugeführt wird. Wie -vorher erwähnt, hat diese erste Mischung die charakteristischen Eigenschaften ,wie sie für die erste Mischung in Figur 1 angegeben worden sind. Brennstoff für die zweite Brennstoff enthaltende Komponente wird dem Verteiler 142 durch die Leitung 132 mit dem Ventil und die Leitung I¹IO zugeführt. Dieser Brennstoff kann der gleiche sein, der durch die Leitung 110 zugeführt wird oder es kann ein anderer Brennstoff sein. Auf jeden Fall ist der Brennstoff in der zweiten Brennstoff enthaltenden Komponente ein Brennstoff hoher Energie mit einer adiabatischen Flammtemperatur von wenigstens etwa l8l6°C, wenn er mit einer stöchiometrischen Menge an Luft verbrannt wird. Die zweite Brennstoff enthaltende Komponente kann auch Luft enthalten, die durch die Leitung 114 durch das Ventil 138 zugeführt wird.The first mixture of fuel and air previously mentioned is formed in line 118 by mixing fuel supplied through line 110 to valve 112 with air from line 114 which is supplied through valve II6 will. As mentioned above, this first mixture has the characteristic properties as they have been given for the first mixture in FIG. Fuel for the second fuel-containing component is supplied to manifold 142 through line 132 with the valve and line I ¹ IO. This fuel can be the same as that supplied through line 110 or it can be a different fuel. In any event, the fuel in the second fuel-containing component is a high energy fuel with an adiabatic flame temperature of at least about 1816 ° C. when burned with a stoichiometric amount of air. The second fuel containing component may also include air supplied through line 114 through valve 138.

Figur 4 zeigt eine Abänderung des Ofens gemäss Figur 3, bei dem ein Teil des letzten Verbrennungsabflusses ausFigure 4 shows a modification of the furnace according to Figure 3, at which part of the last combustion drain off

dem Ofen als Umlaufgase vermischt werden kann mit entweder der ersten Mischung aus Brennstoff und Luft oder derThe furnace can be mixed with either as recycle gases the first mixture of fuel and air or the

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zweiten Brennstoff enthaltenden Komponente oder mit beiden, um die Temperatur in dem Ofen zu kontrollieren und die thermische Wirksamkeit des Ofens zu verbessern. Die Umlaufgase erleichtern die Einstellung der Temperaturen in dem System, indem sie das Brennstoff-Luft-Gemisch, mit lielchem sie vermischt werden, verdünnen. Eine solche Verwendung der Gase kann auch die thermische Wirksamkeit des Systems verbessern, indem Wärmewerte innerhalb des Systems, die anderenfalls in die Atmosphäre verloren gingen, bewahrt werden. Der Ofen gemäss Figur ¹J ist identisch mit dem Ofen gemäss Figur 3j hat jedoch zusätzlich die Leitung 18¹J zum Abziehen und Umlaufenlassen eines Teils der letzten Verbrennungsabflüsse zwischen dem Wärmeaustauscher 172 und 178. Die Umlaufgase in der Leitung 18¹J sind typischerweise im wesentlichen inert, weil es im allgemeinen bevorzugt wird, den Ofen nicht mit mehr Luft zu betreiben im Überschuss zu der stöchiometrischen Menge für die gesamte Menge an zugeführtem Brennstoff für den Ofen, als tatsächlich erforderlich ist, um eine vollständige Verbrennung des gesamten Brennstoffes zu gewährleisten, obwohl diese Umlaufgase etwas Sauerstoff, der für die Verbrennung zur Verfügung steht, enthalten können. Die Umlaufgase in Leitung 184 können auch typischerweise eine Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur haben. Ein Teil der Umlaufgase in Leitung 18¹I kann der Leitung 118 durch das Ventil I86 zugeführt werden und mit der ersten Mischung aus Brennstoff und Luft in Leitung II8 vermischt werden. Alternativ oder ausserdem kann ein weiterer Teil der Umlaufgase in Leitung 184 zur Leitung I¹JO durch das Ventil I88 zugeführt werden und mit der zweiten Brennstoff enthaltenden Komponente in Leitung I¹JO vermischt werden.second fuel containing component or both to control the temperature in the furnace and improve the thermal efficiency of the furnace. The recycle gases facilitate the adjustment of temperatures in the system by diluting the fuel-air mixture with which they are mixed. Such use of the gases can also improve the thermal efficiency of the system by maintaining heat levels within the system that would otherwise be lost to the atmosphere. According to the furnace ¹ J is has identical 3j with the furnace according to FIG However, in addition, the line 18 ¹ J for drawing and circulating a portion of the last combustion outflows between the heat exchanger 172 and 178. The circulating gases in the line 18 ¹ J are typically substantially inert because it is generally preferred not to operate the furnace with more air in excess of the stoichiometric amount for the total amount of fuel fed to the furnace than is actually required to insure complete combustion of all of the fuel, though these circulating gases may contain some oxygen available for combustion. The recycle gases in line 184 may also typically be at a temperature above ambient. A portion of the ^{recycle gases in line 18 1} I can be fed to line 118 through valve I86 and mixed with the first mixture of fuel and air in line II8. Alternatively or in addition, a further part of the ^{circulating gases can be fed in line 184 to line I 1} JO through valve I88 and mixed with the second fuel-containing component in line I ¹ JO.

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•sä.• sä.

Obwohl in der speziellen Ausführungsform, die in Figur 4 gezeigt wird, die Umlaufgase zwischen den Wärmeaustauschern 172 und 178 abgezogen werden, ist es klar, dass diese Gase an jedem anderen Punkt abgezogen werden können (beispielsweise oberhalb des Wärmeaustauschers 172 oder hinter dem Wärmeaustauscher 178). Obwohl die Umlaufgase mit der ersten Mischung und mit der zweiten Brennstoff enthaltenden Mischung nach dem Vermischen von Brennstoff und Luft vermischt werden können, ist es gleichermassen selbstverständlich, dass diese drei .Komponenten in jeder Reihenfolge vermischt werden können. Alternativ können eine oder mehrere dieser Komponenten dem Ofen getrennt zugeführt werden und im Ofen vermischt werden (beispielsweise in der Eingangsmischzone 122, falls diese Gase die erste Mischung umfassen oder in der zweiten Misch- und Verbrennungszone 130, falls diese Gase die zweite Brennstoff enthaltende Komponente enthalten).Although in the particular embodiment shown in FIG 4 shows the circulating gases between the heat exchangers 172 and 178 are deducted, it is clear that these gases can be withdrawn at any other point (e.g. above the heat exchanger 172 or behind the heat exchanger 178). Although the circulating gases with the first mixture and with the second fuel containing mixture can be mixed after mixing fuel and air, it is equally It goes without saying that these three components can be mixed in any order. Alternatively you can one or more of these components are fed to the furnace separately and mixed in the furnace (for example in the input mixing zone 122 if these gases comprise the first mixture or in the second mixing and Combustion zone 130 if these gases are the second fuel containing component).

Es ist selbstverständlich, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen nur beschreibend für die Erfindung sind und dass verschiedene Modifizierungen für den Fachmann vorstellbar sind, ohne dass er vom Umfang und dem Geist der Erfindung abweicht. Beispielsweise erfolgt der Wärmeaustausch in dem Ofensystem, das in den Figuren 3 und 4 gezeigt wird, mittels Dampf, aber der Wärmeaustausch kann auch mit jedem anderen Medium (beispielsweise Luft) alternativ durchgeführt werden, oder der Ofen kann eine Röhren-Destillationsblase enthalten, bei der die Wärme direkt auf ein Fluid, das in der Blase sich befindet, übertragen wird.It goes without saying that the embodiments described here are only illustrative of the invention and that various modifications are conceivable for those skilled in the art without departing from the scope and the Spirit of invention deviates. For example, the heat exchange takes place in the furnace system shown in the figures 3 and 4 is shown by means of steam, but the heat exchange can also be with any other medium (e.g. Air) alternatively, or the furnace may contain a tubular still in which the Heat directly to a fluid that is in the bladder, is transmitted.

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Claims

experienced in burning carbonaceous fuels, characterized by the following levels:

that a mixture of the carbonaceous fuel and air is first formed;

by supplying to said first mixture to a catalyst for the combustion of at least a portion of said first mixture under substantially adiabatic conditions in the presence of the catalyst _s wherein the operating temperature, but is above the immediate self-ignition temperature of said first mixture below a temperature at which a substantial formation of nitrogen oxides takes place and in that a first gaseous effluent is thereby formed;

forming a carbonaceous, fuel-containing component ₉ different from the first mixture, the fuel in said fuel-containing component having an adiabatic flame temperature of at least about 1816 ° C. when burned with a stoichiometric amount of air, and

that one called the first drain and the said Fuel-containing component to form a second mixture having a mixing temperature which at least sufficient to ensure homogeneous combustion of the aforementioned second mixture, mixed and wherein this second mixture has an adiabatic flame temperature which is substantially above the temperature

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ι.ι.

temperature of the first discharge, but below about 2038 C, so that a homogeneous combustion the mixture mentioned takes place with the formation of a second gaseous outflow.

2. The method according to claim 1, characterized in that the fuel in said carbonaceous The fuel component is different from the fuel used to manufacture the first Mixture is used.

3. The method according to claim 1, characterized in that the first has led to the catalyst mixture adiabatic Piairantemperatur in the range of about 927 ° C to about 176O ⁰ C.

4. The method according to claim 1, characterized in that that the temperature of said second mixture when mixed is at least about 927 ° C.

5. The method according to claim 1, characterized in that the temperature of said second mixture is at least about 1093 ° C when mixed.

6. The method according to claim 1, characterized in that the adiabatic Piairan temperature of the second Mixture is in the range of about 927 ° C to about 2038 ° C.

7. The method according to claim 1, characterized in that the adiabatic flame temperature of the second Mixture is in the range of about 1371 ° C to about 1816 ° C.

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' 5.'5.

8. The method according to claim I _9, characterized in that, as a further step, part of the thermal energy of said second gaseous outflow is converted into work, whereby at least a partial exhaustion of said second gaseous outflow takes place.

9. The method according to claim S _9, characterized in that part of said, at least partially exhausted gaseous effluent is mixed with said first effluent and said fuel-containing component to form said second mixture.

10. The method of claim I ₉ characterized by the further step, at least a portion is drawn off the thermal energy from said second gaseous outflow _s thereby exhausted at least a portion of the second gaseous effluent by heat exchange from said second gaseous effluent.

11. The method according to claim IQ ₅ , characterized in that a part of said _{9 at} least partially exhausted second, gaseous effluent is mixed with said first effluent and said fuel-containing component to form said second mixture.

12. The method according to claim I _9, characterized in that the carbonaceous fuel in said first mixture and the carbonaceous fuel

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substance in the said fuel-containing component are burned with the formation of a drive fluids for a gas turbine, with this process also still having the stage that said second gaseous outflow uses fluid as a drive for driving said turbine will.

13. The method according to claim 1, characterized in that the carbonaceous fuel in said first mixture and the carbonaceous fuel contained in said fuel Component are burned generating heat for the generation of steam, the process the further feature that has a heat transfer from said second gaseous effluent a liquid water condensate is transferred to generate steam.

Ik. A method according to claim 2, characterized in that the carbonaceous fuel in said fuel component is a fuel which is inconvenient or unsuitable for combustion in the presence of said catalyst and which is selected from the group consisting essentially of sulfur contaminated fuels which form significant ash products of combustion and high boiling fuels which are difficult to vaporize and difficult to mix with the air prior to contacting the catalyst.

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15. Device for burning carbonaceous fuels to form a hot, gaseous one Outflow, characterized by

Devices for forming a first mixture of a first carbonaceous fuel and air;

a combustion chamber which is arranged to receive the first mixture and to which it is connected a catalyst body with gas flow passages, whereby the combustion of said first Mixing in the presence of the catalyst under essentially adiabatic conditions to form a first gaseous effluent is effected;

Devices for forming a second fuel-containing component which is a second carbonaceous component Includes component that is different from said first carbonaceous component and

Devices for mixing and thereby homogeneously burning a second mixture that is formed from said first gaseous drain and said second fuel-containing component to form a second gaseous outflow.

16. The device according to claim 15, characterized by another device for mixing a portion of the second gaseous effluent that has been cooled including said first gaseous effluent and said second fuel containing component with the formation of said second mixture for homogeneous combustion of the same.

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17. The apparatus of claim 15, characterized in that it further includes

a gas turbine and

Devices to guide said second gaseous outflow to the turbine as a drive fluid.

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