DE2855766C2

DE2855766C2 -

Info

Publication number: DE2855766C2
Application number: DE2855766A
Authority: DE
Inventors: Nobuaki Murakami; Kikuo Tokunaga; Yutaka Yamashita; Masayasu Sakai; Yasuro Takahashi; Minoru Nagasaki Jp Hashiguchi
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1987-12-23
Also published as: GB2011051B; GB2011051A; FR2412786A1; NL187768B; JPS5486823A; NL187768C; DE2855766A1; NL7812304A; CA1111338A; FR2412786B1; JPS624606B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbrennungsverfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art.The invention relates to a combustion process in the Preamble of the claim specified Art.

Ein derartiges Verfahren ist aus der US-PS 40 23 921 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren schließt sich die zweite Verbrennungszone unmittelbar an die erste Verbrennungszone, diese umschließend, an. Innerhalb der ersten Verbrennungszone, in welcher nur ein relativ geringer Teil des Brennstoffs verbrannt wird, ist das Verfahren so geführt, daß die Bildung von Stickoxiden niedrig gehalten ist. Dies wird durch eine Kühlung der Flamme in der ersten Verbrennungszone erreicht, wobei als Kühlgas anschließend an die zweite Verbrennungszone gewonnenes Abgas dient, das nach Wärmeentzug in die erste Verbrennungszone zurückgeleitet wird und dort als inerter Verdünner Wärme absorbiert. Trotzdem gelangen bei diesem bekannten Verfahren Stickstoff und Sauerstoff enthaltende Verbindungen in die zweite Verbrennungszone, die hier zu Stickoxiden (NO_x) verbrennen.Such a method is known from US-PS 40 23 921. In this known method, the second combustion zone immediately adjoins the first combustion zone, enclosing it. Within the first combustion zone, in which only a relatively small part of the fuel is burned, the process is carried out in such a way that the formation of nitrogen oxides is kept low. This is achieved by cooling the flame in the first combustion zone, the exhaust gas obtained subsequently to the second combustion zone serving as cooling gas, which is returned to the first combustion zone after heat has been removed and absorbs heat there as an inert diluent. Nevertheless, in this known process nitrogen and oxygen-containing compounds enter the second combustion zone, which burn nitrogen oxides (NO _x ) here.

Für die Reduzierung von in Abgas enthaltenen Stickoxiden sind weitere drei Verfahren bekannt geworden, die entweder jeweils für sich oder in Kombination miteinander angewandt werden. Im folgenden sind diese drei Verfahren in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 erläutert, während ein Beispiel für das Kombinationsverfahren anhand von Fig. 4 beschrieben ist.For the reduction of nitrogen oxides contained in exhaust gas, three further methods have become known, which are used either individually or in combination with one another. These three methods are explained below in connection with FIGS. 1 to 3, while an example of the combination method is described with reference to FIG. 4.

1. Upper flame or secondary air process (OFL process)

Bei diesem Verfahren wird in einen Verbrennungsofen 1 (Fig. 1) Brennstoff über eine Leitung 3 für die Einspritzung in den Ofen einem Brenner 4 zugeführt, wobei die Verbrennungsluft A in einen über eine Leitung 2 einem Brennerabschnitt 2 a zuzuführenden Luftanteil A 1 und einen Luftanteil A 2 aufgeteilt wird, der einer der Verbrennungszone nachgeschalteten Sekundärluft- bzw. OFL-Leitung 2 b zugeführt wird. Aufgrund dieser Anordnung besteht eine Hauptverbrennungsflamme C aus einer eine niedrige Temperatur besitzenden, inaktiven, mit Luftmangel oder -unterschluß arbeitenden Flamme, wodurch die Entstehung von NO_x weitgehend unterdrückt werden kann.In this method, in a combustion furnace 1 (Fig. 1) fuel through a line 3 for the injection into the furnace a burner 4 is supplied, the combustion air A in a via a line 2 to a burner section 2 a supplied air portion A 1 and a proportion of air A 2 is divided, which is fed to a secondary air or OFL line 2 b connected downstream of the combustion zone. Because of this arrangement, a main combustion flame C consists of a low-temperature, inactive flame which works with insufficient or no air, whereby the generation of NO _x can be largely suppressed.

Anschließend wird der im Verbrennungs-Abgas aufgrund des Luftunterschusses vorhandene, unverbrannte Brennstoff in einer Zone 5 mit der über die OFL-Leitung 2 b eingeblasenen Luft A 2 vollständig verbrannt, und das Abgas wird über ein Rauchrohr 6 als eine geringe Umweltverschmutzung verursachendes Abgas G mit reduziertem NO_x-Gehalt aus dieser Zone entlassen.Subsequently, the unburned fuel present in the combustion exhaust gas due to the air deficiency is completely burned in a zone 5 with the air A 2 blown in via the OFL line 2 b , and the exhaust gas is also included in a waste gas 6 as a low pollution gas G release reduced NO _x content from this zone.

2. Gas recirculation process (GR process)

In einem Verbrennungsofen 1 (Fig. 2) wird, während Brennstoff über eine Leitung 3 einem Brenner 4 zugeführt und mit der über eine (Luft-)Leitung 2 eingeleiteten Luft A unter Bildung einer Verbrennungsflamme C verbrannt wird, ein Teil Ga des durch ein Rauchrohr 6 strömenden Abgases G am Ofenboden 1 a an einer der Flamme C vorgeschalteten Stelle über eine Rückführleitung 8 mittels eines in dieser vorgesehenen Gasrückführ-Gebläses 7 eingeblasen. Aufgrund dieser Umwälz- oder Rückführgaseinblasung tritt das als nicht-brennfähiges Gas vorliegende Rückführgas unter Vermischung in die Verbrennungsflamme C ein, wobei es die Entstehung von NO_x durch Senkung der Flammentemperatur reduziert.In a combustion furnace 1 (Fig. 2), while fuel is supplied via a line 3 to a burner 4 and initiated with an (air) conduit 2 air A is burned to form a combustion flame C, a portion Ga of through a smoke pipe 6 flowing exhaust gas G at the furnace bottom 1 a at a point upstream of the flame C via a return line 8 by means of a gas recirculation blower 7 provided therein. As a result of this circulation or recycle gas injection, the recycle gas, which is present as a non-combustible gas, enters the combustion flame C when mixed, thereby reducing the formation of NO _x by lowering the flame temperature.

3. Recycle gas mixing process (GM process)

In einem Verbrennungsofen der in Fig. 3 dargestellten Art wird der über eine Leitung 3 eingespeiste Brennstoff mit der über eine Leitung 2 zugeführten Luft A verbrannt, wobei ein Teil Ga des im Ofen entstehenden Abgases G mit der Verbrennungsluft A in der Leitung 2 über eine Rückführleitung 8 mit darin vorgesehenem Rückführgas-Gebläse 7 vermischt wird. In a combustion furnace of the type shown in FIG. 3, the fuel fed in via a line 3 is burned with the air A supplied via a line 2 , a part Ga of the exhaust gas G formed in the furnace having the combustion air A in the line 2 via a return line 8 is mixed with the recirculation gas blower 7 provided therein.

Die mit der Verbrennungsluft Ag, welcher das Rückführgas zugemischt ist, gespeiste Flamme C wird dadurch in ihrer Flammentemperatur auf einen Wert unter der Temperatur vor dem Zumischen des Rückführgases verringert, wodurch die Entstehung von NO_x weitgehend verringert wird.The flame C fed with the combustion air Ag , to which the recycle gas is mixed, is thereby reduced in its flame temperature to a value below the temperature before the recycle gas is admixed, as a result of which the formation of NO _{x is} largely reduced.

Obgleich dieses GM-Verfahren wirksamer ist als das vorher beschriebene GR-Verfahren, weil bei ersterem die Verbrennungsluft gründlicher mit einem rückgeführten Abgas vermischt wird, besteht dabei das Risiko für eine instabile Verbrennung, weshalb der Mischungsanteil an rückgeführtem Abgas auf 20 bis 30% der Luftmenge begrenzt ist.Although this GM process is more effective than before GR method described, because in the former the combustion air is mixed more thoroughly with a recirculated exhaust gas, there is a risk of unstable combustion, which is why the mixture proportion of recirculated exhaust gas to 20 to 30% of the air volume is limited.

4. Combination process

In einem Verbrennungsofen der Art gemäß Fig. 4 wird der über eine Leitung 3 zugeführte Brennstoff unter Bildung einer Verbrennungsflamme C mit der über eine Leitung 2 eingeleiteten Verbrennungsluft A verbrannt, wobei das Abgas G über ein Rauchrohr 6 nach außen entlassen wird. Hierbei wird jedoch ein Teil Ga des Abgases G durch ein Rückführgas-Gebläse 7 angesaugt und über eine Rückführleitung 8 in das Ofeninnere zurückgeleitet; dieser Abgasanteil Ga wird zudem in Anteile Ga 1 und Ga 2 weiter aufgeteilt, von denen der Anteil Ga 1 an einer der Verbrennungsflamme C vorgeschalteten Stelle in den Ofenboden 1 a eingeleitet und der Anteil Ga 2 mit der Verbrennungsluft A vermischt wird. Dieses mit Abgas vermischte, aus der Verbrennungsluft A im Gemisch mit dem Abgasanteil Ga 2 bestehende Luftgemisch Ag wird weiterhin in einen Anteil Ag 1, der dem Brenner 4 zugeführt wird, und in einen Anteil Ag 2 (Oberflammen- bzw. Sekundärluft) aufgeteilt, welcher stromab bzw. hinter der Verbrennungsflamme in den Ofen eingeblasen wird. Dieses Kombinationsverfahren soll eine Vervielfachung der NO_x-Reduktionsleistung der drei vorher beschriebenen Verfahren gewährleisten; derzeit wird dieses Kombinationsverfahren als das fortschrittlichste NO_x-Reduktionsverfahren angesehen.In a combustion furnace of the type shown in FIG. 4 of the supplied via a line 3, fuel is burned to form a combustion flame C with the introduced via a line 2 combustion air A, whereby the exhaust gas G is discharged through a smoke pipe 6 outwards. Here, however, part Ga of the exhaust gas G is sucked in by a return gas blower 7 and returned to the interior of the furnace via a return line 8 ; the proportion of exhaust gas Ga is also further divided into shares Ga 1 and Ga 2, of which the proportion of Ga initiated 1 upstream of a combustion flame C place in the furnace bottom 1 a and the proportion of Ga 2 is mixed with the combustion air A. This air mixture Ag mixed with exhaust gas, consisting of the combustion air A in a mixture with the exhaust gas fraction Ga 2 , is further divided into a fraction Ag 1 , which is fed to the burner 4 , and a fraction Ag 2 (upper flame or secondary air), which is blown into the furnace downstream or behind the combustion flame. This combination process is intended to ensure a multiplication of the NO _x reduction performance of the three previously described processes; This combination process is currently regarded as the most advanced NO _x reduction process.

Die Wirksamkeit der vorstehend beschriebenen Verfahren läßt sich ungefähr durch die in der folgenden Tabelle 1 aufgeführten Daten angeben.The effectiveness of the methods described above leaves approximately by those listed in Table 1 below Specify data.

Tabelle 1 Table 1

Genauer gesagt: bei der Verbrennung von leichtem Erdgas (LNG) beträgt die NO_x-Menge im Abgas ohne Anwendung eines NO_x-Reduktionsverfahrens etwa 200 ppm (Teile pro Million Teile). Bei Anwendung der vorher beschriebenen Verfahren wird dagegen die NO_x-Menge fortschreitend herabgesetzt, und sie kann bei kombinierter Anwendung der GR-, GM- oder OFL-Verfahren auf bis zu 70 ppm reduziert werden. Bei der Schweröl-C-Verbrennung beträgt die NO_x-Menge im Abgas ohne jede NO_x-Reduktion etwa 250 ppm; dieser NO_x-Gehalt kann bei gemeinsamer Anwendung der GR-, GM- und OFL-Verfahren auf 100 ppm verringert werden.More specifically, when light natural gas (LNG) is burned, the amount of NO _x in the exhaust gas without using a NO _x reduction process is about 200 ppm (parts per million parts). On the other hand, when using the previously described methods, the amount of NO _{x is} progressively reduced and, when the GR, GM or OFL methods are used in combination, it can be reduced to up to 70 ppm. In heavy oil C combustion, the amount of NO _x in the exhaust gas without any NO _x reduction is about 250 ppm; this NO _x content can be reduced to 100 ppm when the GR, GM and OFL processes are used together.

Mit den vorstehend geschilderten bisherigen Verfahren ist es jedoch schwierig, die sich in Zukunft noch verschärfenden gesetzlichen und behördlichen Vorschriften bezüglich der NO_x-Emission zu erfüllen; aus diesem Grund erweist es sich als erforderlich, ein neuartiges NO_x-Reduktionsverfahren zur erheblichen Verbesserung der NO_x-Reduktionsleistung zu entwickeln.With the previous processes described above, however, it is difficult to meet the even more stringent legal and official regulations regarding NO _x emissions in the future; for this reason, it has been shown to be necessary to develop a novel NO _x reduction process to significantly improve the NO _x reduction performance.

Es wurden eingehende Untersuchungen und experimentelle Forschungsarbeiten bezüglich der beschriebenen, bisherigen Verfahren durchgeführt, wobei die folgenden Erkenntnisse gewonnen wurden:In-depth investigations and experimental research on the described previous procedures performed, taking the following findings were won:

1. The NO x reduction according to the GR or GM process or when these processes are used together is based on the fact that the temperature of the combustion flame is reduced and the formation of NO x is thereby suppressed.
2. The reason why the NO x development when using the OFL method in combination with the GR and / or GM method can be reduced more than in the case described under 1. above is as follows: A occurs in the main combustion section Oxygen deficiency because part of the combustion air is diverted as secondary or upper flame air, the NO x content being further reduced as a combination effect with the method described under 1. above.
3. As a result of the lack of oxygen, however, in addition to unburned fuel components such as CO, C n H m etc., nitrogen compounds such as HCN, NH₃ etc. are present in the exhaust gas. If the upper flame air is blown into this combustion exhaust gas together with the unburned fuel components, said nitrogen compounds are also burned, as a result of which new NO x is produced, so that this process is also not completely satisfactory with regard to the overall NO x reduction effect.

Obgleich beispielsweise bei der Schweröl-C-Verbrennung die im Hauptverbrennungsabschnitt anfallende NO_x-Menge bei dem außerordentlich kleinen Wert von etwa 30 ppm liegt, enthält das Abgas zusätzlich auch Stickstoffverbindungen, wie HCN, NH₃ usw., in einer Menge von etwa 90 ppm. Wenn hierbei Sekundär- bzw. Oberflammenluft in dieses Verbrennungsabgas eingeblasen wird, entsteht aufgrund der Verbrennung dieser Stickstoffverbindungen zusätzliches NO_x in einer Menge von etwa 70 ppm, so daß in Übereinstimmung mit Tabelle 1 die NO_x-Reduktion auf etwa 100 ppm begrenzt ist.Although, for example, in heavy oil C combustion, the amount of NO _x accumulating in the main combustion section is at the extremely small value of about 30 ppm, the exhaust gas also contains nitrogen compounds, such as HCN, NH 3 etc., in an amount of about 90 ppm. If secondary or upper flame air is blown into this combustion exhaust gas, additional NO _{x is formed} in an amount of approximately 70 ppm due to the combustion of these nitrogen compounds, so that, in accordance with Table 1, the NO _x reduction is limited to approximately 100 ppm.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren so zu führen, daß der Gehalt an Stickoxiden im Abgas so niedrig wie möglich gehalten wird.The invention is based, an object mentioned Process so that the content of nitrogen oxides is kept as low as possible in the exhaust gas.

Gelöst wird diese Aufgabe in Übereinstimmung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs.This task is solved in accordance with the characteristic Features of the claim.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß in einer Abgaszone zwischen der ersten und der zweiten Verbrennungszone Stickstoffverbindungen, wie HCN, NH₃ usw., die reaktionsfähiger sind als die unverbrannten Brennstoffanteile, wie CO, C_nH_m, augenblicklich mit in diese Abgaszone eingeblasenem Sauerstoff reagieren und sich zu H₂O, CO, CO₂, N₂, NO_x usw. zersetzen. Um nun diese Zersetzung in NO_x erfindungsgemäß auf ein Mindestmaß zu drücken, ist es lediglich notwendig, den Sauerstoffgehalt des in die Zwischen-Abgaszone eingeblasenen Gases auf einen Wert zu begrenzen, der zur Verbrennung der hier in Verbindung mit Stickstoff vorliegenden Brennstoffanteilen, wie z. B. Wasserstoff und Kohlenstoff in HCN oder NH₃, gerade ausreicht. Damit läßt sich die Erzeugung von NO_x im Vergleich zu bisher bekannten Verbrennungsverfahren entscheidend verringern.The invention is based on the knowledge that in an exhaust gas zone between the first and the second combustion zone nitrogen compounds, such as HCN, NH₃ etc., which are more reactive than the unburned fuel components, such as CO, C _n H _m , instantaneously with oxygen blown into this exhaust gas zone react and decompose to H₂O, CO, CO₂, N₂, NO _x etc. In order to minimize this decomposition into NO _x according to the invention, it is only necessary to limit the oxygen content of the gas blown into the intermediate exhaust gas zone to a value which is necessary for the combustion of the fuel components present here in connection with nitrogen, such as, for example, B. hydrogen and carbon in HCN or NH₃, just sufficient. This can significantly reduce the generation of NO _x compared to previously known combustion processes.

Im nachfolgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert; es zeigenThe method according to the invention is described below preferred embodiments compared to the state the technology with reference to the accompanying drawings; show it

Fig. 1 bis 4 schematische Darstellungen zur Veranschaulichung bisheriger Verbrennungsverfahren zur Lieferung eines Abgases mit verringertem NO_x-Gehalt, Fig. 1 to 4 are schematic representations to illustrate previous combustion method for supplying an exhaust gas with a reduced NO _x content,

Fig. 5 und 6 schematische Darstellungen zur Verdeutlichung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, Fig. 5 and 6 are schematic views to illustrate a preferred embodiment of the invention,

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer in Beispiel 1 verwendeten Vorrichtung und Fig. 7 is a schematic representation of a device used in Example 1 and

Fig. 8 eine graphische Darstellung der in Versuch II gemäß Beispiel 3 erzielten Ergebnisse gemäß der Erfindung. Fig. 8 is a graphical representation of the in accordance with Test II Example 3 results achieved according to the invention.

Die Fig. 1 bis 4 sind eingangs bereits erläutert worden. Figs. 1 to 4 have been already explained.

Fig. 5 veranschaulicht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Einem Verbrennungsofen oder -raum 1 eines herkömmlichen Kessels für Dampferzeugung o. dgl. werden über eine Leitung 2 Haupt- bzw. Primärverbrennungsluft und über eine Leitung 3 ein Brennstoff (z. B. ein fossiler Brennstoff, wie leichtes Erdgas (LNG), Schweröl, Kohle usw. oder Pulpe bzw. Zellstoff o. dgl.) zugeführt, wobei der Brennstoff unvollständig verbrannt wird. Ein sauerstoffhaltiges Gas wird über eine Leitung 5 in das durch die unvollständige Verbrennung erzeugte Abgas eingeleitet, so daß eine Sauerstoffkonzentration von etwa 0,3% oder darunter, bezogen auf das Abgas, erreicht werden kann. Hierbei werden im Abgas enthaltene Stickstoffverbindungen, wie HCN, NH₃, augenblicklich zu H₂O, CO, CO₂, N₂ usw. zersetzt, wodurch die NO_x-Erzeugung auf beschriebene Weise unterdrückt wird. Als das über die Leitung 5 zuzuführende, sauerstoffhaltige Gas kann ersichtlicherweise gewöhnliche Luft benutzt werden (wobei nur eine kleine Luftmenge zugeführt zu werden braucht, um die angegebene Sauerstoffkonzentration zu erreichen); im Hinblick auf eine ausreichende Vermischung mit dem Abgas kann auch mit Dampf oder Stickstoff verdünnte Luft angewandt werden. Wahlweise können auch ein rückgeführter Teil des Abgases, wie bei den vorher beschriebenen GR- oder GM-Verfahren, oder aber verschiedene andere sauerstoffhaltige Gase eingesetzt werden. Fig. 5 illustrates a preferred embodiment of the invention. A combustion furnace or chamber 1 of a conventional boiler for steam generation o. The like. Be a fuel via a line 2 main or primary combustion air and a line 3 (z. B. a fossil fuel, such as light natural gas (LNG), heavy oil, Coal etc. or pulp or pulp or the like) supplied, the fuel being burned incompletely. An oxygen-containing gas is introduced via a line 5 into the exhaust gas generated by the incomplete combustion, so that an oxygen concentration of about 0.3% or less, based on the exhaust gas, can be achieved. Here nitrogen compounds contained in the exhaust gas, such as HCN, NH₃, are instantly decomposed to H₂O, CO, CO₂, N₂ etc., whereby the NO _x generation is suppressed in the manner described. Ordinary air can obviously be used as the oxygen-containing gas to be supplied via line 5 (only a small amount of air need be supplied in order to achieve the indicated oxygen concentration); Air diluted with steam or nitrogen may also be used for adequate mixing with the exhaust gas. Optionally, a recirculated part of the exhaust gas, as in the previously described GR or GM processes, or various other oxygen-containing gases can also be used.

Weiterhin wird über eine Leitung 4 eine erforderliche Luftmenge für die vollständige Verbrennung der im Abgas enthaltenen, unvollständig verbrannten Brennstoffanteile als Oberflammen- bzw. Sekundärluft (over fire air) eingeleitet. Da in diesem Abgas die genannten, als NO_x-Quelle wirkenden Stickstoffverbindungen nicht vorhanden sind, werden nur die unvollständig verbrannten Brennstoffanteile verbrannt, so daß wenig NO_x erzeugt wird.Furthermore, a required amount of air for the complete combustion of the incompletely burned fuel components contained in the exhaust gas is introduced via line 4 as upper flame or secondary air (over fire air). Since the nitrogen compounds mentioned which act as NO _x source are not present in this exhaust gas, only the incompletely burned fuel components are burned, so that little NO _{x is} generated.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Anwendung auf das Kombinationsverfahren aus den eingangs beschriebenen GR-, GM- und OFL-Verfahren ist in Fig. 6 veranschaulicht.A preferred exemplary embodiment of the invention applied to the combination method comprising the GR, GM and OFL methods described at the outset is illustrated in FIG. 6.

Gemäß Fig. 6 wird der einem Verbrennungsofen 1 über eine Leitung 3 zugeführte Brennstoff mittels eines Brenners 4 eingespritzt und mit Verbrennungsluft A verbrannt. Ein Teil des Abgases G wird aus einem Rauchrohr 6 mittels eines Rückführ-Abgasgebläses 7 in eine Leitung 8 eingesaugt und dann in drei Anteilen Ga 1, Ga 2, Ga 3 weitergefördert. Der in den Ofenboden 1 a eingeblasene Anteil Ga 1 senkt die Verbrennungstemperatur durch Ausbreitung in die Verbrennungsflamme C, wodurch (nach dem GR-Verfahren) die NO_x-Bildung verringert wird. Der Anteil Ga 2 wird mit der Verbrennungsluft A vermischt, um deren Sauerstoffgehalt zu verringern und diese Luft in ein Abgas/Luftgemisch Ag umzuwandeln, wodurch die NO_x-Bildung (nach dem GM-Verfahren) verringert wird. Dieses Abgas/Luftgemisch Ag wird weiterhin in einen als Haupt- oder Primärverbrennungsluft dienenden Teil Ag 1 und in einen als Oberflammen- bzw. Sekundärluft dienenden Teil Ag 2 aufgeteilt, die beide in den Ofen eingeblasen werden. Weiterhin wird der Anteil Ga 3 als sauerstoffhaltiges Gas in das durch die unvollständige Verbrennung im Hauptbrennraum entstehende Abgas in einem mittleren Bereich zwischen dem Hauptbrennraum und dem Oberflammenabschnitt eingeblasen, so daß eine Sauerstoffkonzentration des Abgases von etwa 0,3% oder weniger erreicht werden kann. Dabei können die erwähnten Stickstoffverbindungen im Abgas zersetzt werden.Referring to Fig. 6 of a combustion furnace 1 is supplied via a line 3, fuel is injected by means of a burner 4, and burned with combustion air A. Part of the exhaust gas G is sucked into a line 8 from a smoke pipe 6 by means of a recirculation exhaust gas blower 7 and then conveyed further in three parts Ga 1 , Ga 2 , Ga 3 . The portion Ga 1 blown into the furnace bottom 1 a lowers the combustion temperature by spreading into the combustion flame C , whereby (according to the GR method) the NO _x formation is reduced. The fraction Ga 2 is mixed with the combustion air A in order to reduce its oxygen content and to convert this air into an exhaust gas / air mixture Ag , as a result of which the NO _x formation (according to the GM method) is reduced. This exhaust gas / air mixture Ag is further divided into a part Ag 1 serving as main or primary combustion air and a part Ag 2 serving as upper flame or secondary air, both of which are blown into the furnace. Furthermore, the proportion Ga 3 as oxygen-containing gas is blown into the exhaust gas resulting from the incomplete combustion in the main combustion chamber in a central region between the main combustion chamber and the upper flame section, so that an oxygen concentration of the exhaust gas of about 0.3% or less can be achieved. The nitrogen compounds mentioned can be decomposed in the exhaust gas.

Danach wird die für die vollständige Verbrennung der unverbrannten Brennstoffanteile im Abgas erforderliche Luftmenge in Form der Oberflammen- oder Sekundärluft Ag 2 eingeführt, um die Verbrennung vollständig durchzuführen, worauf das Abgas G über das Rauchrohr 6 nach außen abgeführt wird.Then the amount of air required for the complete combustion of the unburned fuel components in the exhaust gas is introduced in the form of the upper flame or secondary air Ag 2 in order to carry out the combustion completely, whereupon the exhaust gas G is discharged to the outside via the smoke pipe 6 .

Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit auf einen mit unvollständiger Verbrennung arbeitenden, einen niedrigen NO_x-Gehalt gewährleistenden, üblichen Ofen anwendbar. Da hierbei die erforderliche Zufuhrmenge an sauerstoffhaltigem Gas gering ist, sind sowohl Einbau- als auch Betriebskosten für das Gebläse und die Leitungsanlage sehr niedrig, während dennoch gleichzeitig eine wirkungsvolle NO_x-Reduktion realisiert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mithin als wertvoller industrieller Beitrag zur Verringerung der NO_x- Emission bezeichnen. The method according to the invention can thus be applied to a conventional furnace which operates with incomplete combustion and ensures a low NO _x content. Since the required supply amount of oxygen-containing gas is low, both installation and operating costs for the blower and the line system are very low, while at the same time an effective NO _x reduction can be achieved. The method according to the invention can therefore be described as a valuable industrial contribution to reducing NO _x emissions.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Beispielen weiter erläutert.In the following the method according to the invention is further illustrated explained.

Example 1

Es wurde ein kleiner Verbrennungsofen der Art gemäß Fig. 7 verwendet, der einen Hauptbrennraum 101, einen Oberflammen- bzw. Sekundärbrennraum 104, eine Leitung 102 zur Zufuhr von Haupt- oder Primärverbrennungsluft, eine Brennstoff-Zufuhrleitung 103, eine Oberflammen- bzw. Sekundärluftleitung 105, eine Esse 107, ein Rauchrohr 109, ein Gebläse 108 zum Ansaugen eines Teils des Abgases aus dem Rauchrohr 109 und eine Leitung 106 zur Zufuhr eines Teils des vom Gebläse 108 angesaugten Abgases in die Nähe des Übergangs- oder Endabschnitts des Hauptbrennraums 101 als sauerstoffhaltiges Gas aufweist.A small incinerator of the type shown in FIG. 7 was used, which has a main combustion chamber 101 , an upper flame or secondary combustion chamber 104 , a line 102 for supplying main or primary combustion air, a fuel supply line 103 , an upper flame or secondary air line 105 , a chimney 107 , a smoke pipe 109 , a blower 108 for sucking a part of the exhaust gas from the smoke pipe 109 and a pipe 106 for supplying a part of the exhaust gas sucked in by the blower 108 into the vicinity of the transition or end portion of the main combustion chamber 101 as an oxygen-containing gas having.

Als Brennstoff wurde Schweröl der Klasse C (N-Gehalt 0,2 Gew.-%) verwendet, das mit einer Durchsatzmenge von 70 kg/h (Abgasmenge 1000 m³/h (Normalzustand)) über die Leitung 102 zugeführt wurde. Die Luftdurchsatzmengen über die Leitungen 103 und 105 wurden so eingestellt, daß im Hauptbrennraum ein Luftverhältnis von 0,7 und im Rauchrohr 109 eine Restsauerstoffkonzentration von 1% vorlagen. Die Abgas-Durchsatzmenge über die Leitung 106 wurde verschiedentlich variiert. Hierbei ist darauf hinzuweisen, daß die Abgastemperatur im Brennraum 101 am Zufuhrpunkt des Abgases über die Leitung 106 1100°C betrug, während sie innerhalb des Sekundärbrennraums 104 an der Einführstelle der Sekundärluft über die Leitung 105 bei 1070°C lag. Der NO_x-Gehalt wurde im Rauchrohr 109 gemessen; die Meßergebnisse finden sich in Tabelle 2. Heavy fuel of class C (N content 0.2% by weight) was used as fuel, which was supplied via line 102 at a throughput of 70 kg / h (exhaust gas amount 1000 m³ / h (normal state)). The air flow rates via lines 103 and 105 were set so that there was an air ratio of 0.7 in the main combustion chamber and a residual oxygen concentration of 1% in the smoke pipe 109 . The exhaust gas flow rate via line 106 has been varied in various ways. It should be pointed out here that the exhaust gas temperature in combustion chamber 101 at the point of supply of the exhaust gas via line 106 was 1100 ° C., while within secondary combustion chamber 104 at the point of introduction of the secondary air via line 105 it was 1070 ° C. The NO _x content was measured in the flue pipe 109 ; the measurement results can be found in Table 2.

Table 2

Über Leitung Via line

106106

zugeführte AbgasmengeNO_x imamount of exhaust gas NO _x im

(ausgedrückt als Volumenverhältnis derRauchrohr(expressed as the volume ratio of the smoke pipe

O₂-Menge im zugeführten109 O₂ amount in the 109th

Abgas zur Abgasmenge im Brennraum Exhaust gas to the amount of exhaust gas in the combustion chamber

101101

) (Anmerkung)) (Annotation)

0 ppm (0%)87 ppm 100 ppm (0,01%)65 ppm 200 ppm (0,02%)10 ppm 500 ppm (0,05%)20 ppm 1000 ppm (0,1%)60 ppm 3000 ppm (0,3%)77 ppm 5000 ppm (0,5%)80 ppm 1%85 ppm 2%86 ppm0 ppm (0%) 87 ppm 100 ppm (0.01%) 65 ppm 200 ppm (0.02%) 10 ppm 500 ppm (0.05%) 20 ppm 1000 ppm (0.1%) 60 ppm 3000 ppm (0.3%) 77 ppm 5000 ppm (0.5%) 80 ppm 1% 85 ppm 2% 86 ppm

Anmerkung:Annotation:

Da die O₂-Restkonzentration im Rauchrohr 109 bei 1% liegt, beträgt die O₂-Konzentration des im Brennraum 101 vorhandenen Abgases dann, wenn nur 5% Abgas aus dem Rauchrohr 109 über die Leitung 105 zugesetzt werden, 1% × 5/100-0,05% = 500 ppm (Teile pro Million Teile).
0 ppm liegen bei abgestelltem Gebläse 108 vor.
2% liegen dann vor, wenn keine Luftzufuhr über die Leitung 105 erfolgt.Since the residual O₂ concentration in the flue pipe 109 is 1%, the O₂ concentration of the exhaust gas present in the combustion chamber 101 is 1% × 5 / 100-0 when only 5% flue gas from the flue pipe 109 is added via line 105 , 05% = 500 ppm (parts per million parts).
0 ppm is present when the fan 108 is switched off.
2% are present if there is no air supply via line 105 .

Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, kann der NO_x-Gehalt des Abgases außerordentlich stark verringert werden, wenn in das Abgas ein Gas eingeführt wird, das - bezogen auf Abgas - einen O₂-Gehalt von 3000 ppm (0,3%) besitzt. Es zeigte sich außerdem, daß bei Unterbrechung der Oberflammen- bzw. Sekundärluft über die Leitung 105 und bei Einleitung der gesamten Verbrennungsluft über die Leitung 103 die bei Zufuhr von O₂ über die Leitung 106 erreichte Wirkung der NO_x-Reduktion nicht gegeben ist.As can be seen from Table 2, the NO _x content of the exhaust gas can be extremely reduced if a gas is introduced into the exhaust gas which - based on the exhaust gas - has an O₂ content of 3000 ppm (0.3%). It was also found that when the flame or secondary air is interrupted via line 105 and when the entire combustion air is introduced via line 103, the effect of NO _x reduction achieved when O₂ is supplied via line 106 is not present.

Example 2

Es wurde ein kleiner Verbrennungsofen, ähnlich demjenigen nach Fig. 6 (Abmessungen: 2,1 m Breite, 2,5 m Tiefe und 7 m Höhe), verwendet. Die folgenden Betriebsbedingungen wurden eingehalten:A small incinerator, similar to that of Fig. 6 (dimensions: 2.1 m wide, 2.5 m deep and 7 m high) was used. The following operating conditions were observed:

Brennstoff und ZufuhrmengeSchweröl Klasse C, 1200 kg/h Verbrennungsluft (A)Raumtemperatur, etwa 18 500 kg/h Luftverhältnis insgesamt1,1 (einschließlich Sekundärluftmenge) Menge an Oberflammen- bzw. Sekundärluft (Ag 2)0-20% (Ag 2/Ag × 100%) Rückführgasmenge (Ga)30% des Abgases (G) im Rauchrohr 6 (etwa 6000 kg/h) [Ga/(G-Ga) × 100%]Fuel and supply quantity heavy oil class C, 1200 kg / h combustion air (A) room temperature, approx. 18 500 kg / h total air ratio 1.1 (including secondary air quantity) quantity of upper flame or secondary air (Ag 2 ) 0-20% (Ag 2 / Ag × 100%) Return gas quantity (Ga) 30% of the exhaust gas (G) in the flue 6 (about 6000 kg / h) [ Ga / (G-Ga) × 100%]

Eingeblasene Rückführgasanteile:Blown-in recycle gas fractions:

in Ofenboden 1 a (Ga 1)10% mit Verbrennungsluft A vermischt (Ga 2)20% in Frontstufe des Oberflammen- bzw. Sekundär(luft)teils (Ga 3)0 oder 15% O₂-Restmenge im Abgas (G) im Rauchrohr 6etwa 2%in furnace bottom 1 a (Ga 1 ) 10% mixed with combustion air A (Ga 2 ) 20% in the front stage of the upper flame or secondary (air) part (Ga 3 ) 0 or 15% residual amount of O₂ in the flue gas (G) in the flue pipe 6 about 2%

Es wurde folgende Brenner- und Düsenanordnung angewandt:The following burner and nozzle arrangement was used:

Brennerje einer an jeder Ecke in einer Höhe von 1,2 m vom Ofenboden; insgesamt vier Brenner Düsen (für Ga 1)in einer Höhe von 0,3 m vom Ofenboden Düsen (für Ga 3)insgesamt vier, jeweils an einer Ecke in einer Höhe von 0,7 m über den Brennern Düsen für Oberflammen- bzw. Sekundärluft (Ag 2)insgesamt vier, jeweils in einer Ecke in einer Höhe von 0,5 m über der Düse für Ga 3.Brennerje one at each corner at a height of 1.2 m from the furnace floor; a total of four burner nozzles (for Ga 1 ) at a height of 0.3 m from the furnace floor Nozzles (for Ga 3 ) a total of four, each at a corner at a height of 0.7 m above the burners nozzles for flame or secondary air (Ag 2 ) a total of four, each in a corner at a height of 0.5 m above the nozzle for Ga 3 .

I) Die Verbrennung erfolgte unter den angegebenen Bedingungen, mit der Ausnahme, daß die Menge an Oberflammen- bzw. Sekundärluft (OFL) (Ag 2) auf 20%, die Menge des in den Ofenboden 1 a eingeblasenen Abgases (BGR) (Ga 1) auf 10%, die Menge des mit Verbrennungsluft (A) vermischten Gases (GM) (Ga 2) auf 20% und die Menge des in die Frontstufe des Oberflammen- bzw. Sekundärteils eingeblasenen Gases (AGR) (Ga 3) abwechselnd auf 0% (Fall 1) und 15% (Fall 2) eingestellt wurden. Die Abgastemperatur in der AGR-Einblasposition (Gas Ga 3) betrug bei einer AGR-Gasmenge von 0% etwa 1320°C und bei einer solchen von 15% etwa 1160°C. Die Ergebnisse finden sich in der nachstehenden Tabelle 3. I) The combustion took place under the specified conditions, with the exception that the amount of upper flame or secondary air (OFL) (Ag 2 ) to 20%, the amount of exhaust gas (BGR) blown into the furnace bottom 1 a (Ga 1 ) to 10%, the amount of gas (GM) (Ga 2 ) mixed with combustion air (A) to 20% and the amount of gas (EGR) (Ga 3 ) blown into the front stage of the upper flame or secondary part alternately to 0 % (Case 1) and 15% (case 2) were set. The exhaust gas temperature in the EGR injection position (Gas Ga 3 ) was approximately 1320 ° C. with an EGR gas quantity of 0% and approximately 1160 ° C. with an amount of 15%. The results are shown in Table 3 below.

Tabelle 3 Table 3

Aus Tabelle 3 geht hervor, daß im Fall 1 nach der Hauptverbrennung zwar 20-30 ppm NO_x, 70-80 ppm HCN und 12 ppm NH₃ im Abgas vorhanden waren und nach der Sekundärlufteinblasung (OFL) die NO_x-Menge auf 102 ppm zunahm, andererseits aber HCN und NH₃ nahezu vollständig zersetzt worden waren. Im Fall 2 besaß das Abgas nach der Hauptverbrennung nahezu dieselbe Zusammensetzung wie im Fall 1; nach der Gaseinblasung (AGR) wurden HCN und NH₃ sofort reduziert, und der NO_x-Gehalt erhöhte sich um höchstens etwa 10 ppm; nach der Sekundärlufteinblasung (OFL) waren HCN und NH₃ nahezu vollständig zersetzt, und die NO_x-Menge erhöhte sich um etwa 10 ppm auf eine Gesamt-NO_x-Menge von 53 ppm.From Table 3 it can be seen that in case 1 after the main combustion although 20-30 ppm NO _x , 70-80 ppm HCN and 12 ppm NH 3 were present in the exhaust gas and after the secondary air injection (OFL) the amount of NO _x increased to 102 ppm , on the other hand, however, HCN and NH₃ had been almost completely decomposed. In case 2, the exhaust gas after the main combustion had almost the same composition as in case 1; after the gas injection (AGR) HCN and NH₃ were immediately reduced, and the NO _x content increased by a maximum of about 10 ppm; after the secondary air injection (OFL) HCN and NH₃ were almost completely decomposed, and the amount of NO _x increased by about 10 ppm to a total amount of NO _x of 53 ppm.

II) Die Verbrennung erfolgte unter den vorstehend angegebenen Betriebsbedingungen, nur mit der Ausnahme, daß die Sekundärluftmenge (OFL) (Ag 2) im Bereich von 0-20% variiert wurde, die BGR-Gasmenge (Ga 1) auf 10% und die GM-Gasmenge (Ga 2) auf 20% eingestellt waren und die AGR- Gasmenge (Ga 3) abwechselnd auf 0% oder 15% eingestellt wurde. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle 4. II) The combustion took place under the operating conditions given above, with the exception that the amount of secondary air (OFL) (Ag 2 ) was varied in the range from 0-20%, the amount of BGR gas (Ga 1 ) to 10% and the GM -Gas amount (Ga 2 ) were set to 20% and the EGR gas amount (Ga 3 ) was alternately set to 0% or 15%. The results can be found in Table 4.

Tabelle 4 Table 4

Anhand der Tabelle 4 wurde die Änderung der NO_x-Werte des Abgases (G) als Funktion der OFL- bzw. Sekundärluftmenge (Ag 2) abgeleitet; die entsprechende Beziehung findet sich in der graphischen Darstellung von Fig. 8. Darin bezieht sich die gestrichelte Linie 1 auf eine AGR- Menge von 0%, während die ausgezogene Linie 2 für eine AGR-Menge von 15% gilt.The change in the NO _x values of the exhaust gas (G) as a function of the OFL or secondary air quantity (Ag 2 ) was derived from Table 4; the corresponding relationship can be found in the graphical representation of FIG. 8. In this, the dashed line 1 relates to an EGR amount of 0%, while the solid line 2 applies to an EGR amount of 15%.

Aus Fig. 8 geht hervor, daß die Wirkung der Abgaseinblasung in die Frontstufe des Sekundärabschnitts (mit AGR bezeichnet) in dem Bereich groß ist, in welchem die OFL- bzw. Sekundärluftmenge 10% übersteigt, während sie im Sekundärluftbereich von 10% und darunter gering ist.From Fig. 8 it can be seen that the effect of exhaust gas injection into the front stage of the secondary section (denoted by EGR) is large in the area in which the OFL or secondary air amount exceeds 10%, while it is low in the secondary air area of 10% and below is.

Aus der Tabelle 4 geht auch folgendes hervor:Table 4 also shows the following:

(a) The total amount of NO x and HCN after the main or primary combustion can be reduced by increasing the OFL or secondary air amount.
(b) If the amount of secondary air (OFL) exceeds 10%, the amount of O₂ is reduced after the primary combustion (ie the combustion in the main combustion chamber takes place with a lack of oxygen), so that the NO x content is greatly reduced with increasing HCN content.
(This assumes that with an adjusted air ratio of the order of 1.1, the incomplete combustion of the fuel in the main combustion chamber in order to reduce the NO x content is required, a large amount of secondary air (OFL) of the order of 10% or more choose what goes hand in hand with increased HCN production.)
(c) The NO x -increase after the secondary air injection (OFL) is proportional to the amount of HCN after the main combustion.
(d) Most of the HCN content after the main combustion is decomposed by EGR exhaust gas injection.

Für die Abgasanalyse in Beispielen 1 bis 3 wurden folgende Analysegeräte und -verfahren angewandt:The following were used for the exhaust gas analysis in Examples 1 to 3 Analysis equipment and methods applied:

O₂= O₂-Meßgerät der Firma NIHON Glass Company CO= Nichtstreuender (non-dispersive) Infrarot-Analysator C_nH_m= H · C-Meßgerät, Typ EHF 1002, der Firma YANAGIMOTO Company NO_x= Chemi-Lumi-NO_x-Meßgerät der Firma YANAGIMOTO Company in Verbindung mit PDS-Verfahren HCN= Infrarot-Spektrophotometer (IR 430) der Firma SHIMAZU Ltd. Naßadsorptionsverfahren (Pyridin-Pyrazolon-Verfahren) NH₃= Indopheno-Verfahren.O₂ = O₂ measuring device from NIHON Glass Company CO = non-dispersive (non-dispersive) infrared analyzer C _n H _m = H · C measuring device, type EHF 1002, from YANAGIMOTO Company NO _x = Chemi-Lumi-NO _x - Measuring device from YANAGIMOTO Company in connection with PDS method HCN = infrared spectrophotometer (IR 430) from SHIMAZU Ltd. Wet adsorption process (pyridine-pyrazolone process) NH₃ = indopheno process.

Claims

Combustion process in which a fuel is incompletely burned in a first combustion zone with a substoichiometric amount of air and in which the unburned fuel components are completely burned in a downstream second combustion zone with the supply of the required residual air, characterized in that
that an air quantity sufficient to burn the greater part of the fuel is introduced into the first combustion zone and
that a gas with an oxygen content is blown into an exhaust gas zone between the two combustion zones, which gas is used to burn the fuel components present here in connection with nitrogen, e.g. B. hydrogen and carbon in HCN or NH₃, just sufficient.