DE3021479A1

DE3021479A1 - Verfahren zur verbrennung von brennstoff mit verringerter emission von stickstoffoxiden

Info

Publication number: DE3021479A1
Application number: DE19803021479
Authority: DE
Inventors: Masayasu Sakai; Yasuro Takahashi
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1979-06-07
Filing date: 1980-06-04
Publication date: 1980-12-11
Also published as: FR2458748A1; JPS55165405A; DE3021479C2; FR2458748B1; IT1144049B; US4329932A; IT8048899A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchführung der Verbrennung in einer Verbrennungsvorrichtung, wie z.B. einem Kessel oder einem Verbrennungsofen, der mit pulverisierter Kohle beheizt wird, mit verringerter Emission von Stickstoffoxiden (nachfolgend der Einfachheit halber "NOx" genannt).

Obwohl bisher eine Reihe von Mitteln zur Einschränkung von NOx-Emissionen bei der Verbrennung von Brennstoff vorgeschlagen worden sind, ist erst in letzterer Zeit die Aufmerksamkeit auf die Verbrennung gerichtet worden, bei der der Vorteil der NOx-verringernden Tendenzen von Gas- und Ölbrennstoffen gegeben ist. In der Fig. 1 z.B. ist ein typisches System dargestellt, das auf dem letzteren Konzept basiert und auf dem 14. International Combustion Symposium im Jahre 1972 vorgestellt wurde. In der Fig. 1 ist die Verbrennungskammer 1 mit einem Brenner 2 ausgestattet, der durch ein Brennereinlaßrohr 3 mit Luft A und Methan C als Gasbrennstoff versorgt wird, so daß das entstandene gasförmige Gemisch durch eine Flamme F an dem oberen Ende des Brenners 2 verbrannt wird. Der Gasbrennstoff, d.h. das Methan C, wird außerdem durch ein Rohr 4 in einen Punkt stromabwärts der Flamme F des Brenners geführt und dann durch die Öffnungen 5, die in dem Innenendteil des Rohres vorhanden sind, in das Verbrennungsgas getrieben. Der zugesetzte Brennstoff bewirkt ein erneutes Verbrennen des Verbrennungsgases, und letzteres wird dann als Abgas aus der Verbrenunngskammer abgelassen. Es hat sich erwiesen, daß auf diese Weise durch die erneute Verbrennung durch zusätzliche Zufuhr von Methan C etwa 50% des durch die Flamme F thermisch gebildeten NOx entfallen.

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Andererseits ist keine Anlage der angegebenen Art in Verbindung mit Kohle vorhanden und sind dabei zu erzielende Effekte und Mittel für NOx-Emissionseinschränkungen der Technik nicht bekannt gewesen.

Im Rahmen der Erfindung ist gefunden worden, daß pulverisierte Kohle eine sehr starke Wirkung in bezug auf eine Reduzierung von NOx hat, und die Erfindung schlägt nun vor, pulverisierte Kohle als zusätzliche Brennstoffbeschickung dem Verbrennungsgas zuzuführen und ein inertes Gas oder ein Gas mit niedriger Sauerstoffkonzentration als Trägergas (Trägerstrom), mit dem der Brennstoff in die Flamme geblasen wird, zu benutzen. Es ist außerdem gefunden worden, das es zur Erzielung des vollen NOx-verringernden Effekts von pulverisierter Kohle wünschenswert ist, solche Bedingungen anzuwenden, daß ein bestimmter Teil der Kohle nach der erneuten Verbrennung unverbrannt bleibt. Die Erfindung schlägt dann vor, weiteren Sauerstoff oder weitere Luft zur Vervollständigung der Verbrennung des unverbrannten Brennstoffs einzuführen, nachdem die reduzierende Wirkung erreicht worden und fast zu ihrem Ende gelangt ist.

Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung ^iVJit den dazugehörigen Zeichnungen noch deutlicher zu entnehmen. In den Zeichnungen ist die

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines konventionellen Verbrennungssystems mit niedriger NOx-Emission, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung.

In der Fig. 2 ist 11 ein horizontaler, zylindrischer Ofen

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(mit einem Durchmesser von 1 m und einer Länge von 18 m), 12 ein Schacht und 13 ein Brenner für pulverisierte Kohle, sind 14 und 21 trichterförmige Behälter und 15 und 22 Aufgabevorrichtungen zum Beschicken mit pulverisierter Kohle C1 bzw. C2. Ein die Kohle weiterbewegendes Druckluftgebläse zum Zuleiten von erster Luft A1 zusammen mit Kohle durch eine Leitung 17 ist bei 16 angezeigt. Außerdem ist ein Druckluftgebläse 18 zum Zuleiten von zweiter Luft A2 und dritter Luft A3, ferner eine Leitung 23, ein Ejektor 24, ein Np-Gaszylinder 25, ein Op-Gaszylinder 26, sind Strömungssteuerventile 27 und 28, ist eine Düse 29 zum Einführen zusätzlicher Beschickung aus pulverisierter Kohle, eine Gaszuleitungsöffnung 30, ein Gerät zum Messen der NOx-Konzentration 31, ein Gerät zum Messen der 0„-Konzentration 32 und ein Gerät zum Messen der CO-Konzentration 33 dargestellt.

Das Symbol F steht für die Flamme, die durch den Brenner für pulverisierte Kohle gebildet wird, GO ist das Verbrennungsgas bei ziemlich dem Endstadium der Verbrennung, G1 ist das Gas nach der erneuten Verbrennung unter Einführung von pulverisierter Kohle als zusätzlichen Brennstoff, und G2 ist das Abgas nach vollständiger Verbrennung des unverbrannten Gemisches unter Einführung von dritter Luft aus der Injektionsdüse 20 für dritte Luft.

In der Vorrichtung mit dem beschriebenen Aufbau wird die pulverisierte Kohle C1 von der Aufgabevorrichtung 15 durch erste Luft A1 als Trägergas transportiert und durch das die Kohle weiterbewegende Druckluftgebläse 16 zu dem Hauptbrenner 13 geführt, wo die Kohle mit der zweiten Luft A2 von dem Gebläse vermischt und unter Bildung der Flamme F mit dieser verbrannt wird. In den Bereich des Verbrennungsgases GO in dem Ofen, wo etwa die Flamme erlischt, wird zusätzlicher Brenn-

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stoff aus pu?_verisierter Kohle C2 von der Aufgabevorrichtung 22 durch die Düse 29 eingesprüht, wobei der Brennstoff von dem Injektor 24 durch das Trägergas weiter vorwärts geführt wird, welches aus N₂ und Op aus den Zylindern 25 und 26 besteht, wobei die Strömungsgeschwindigkeiten dieser Gase durch die Ventile 27 und 28 so eingestellt sind und die Gase derart miteinander vermischt werden, daß ein vorbestimmtes Np/Op-Verhältnis gegeben ist. Hier findet die erneute Verbrennung mit zusätzlichem Brennstoff aus pulverisierter Kohle statt, und das erhaltene Abgas G1 strömt nach unten ab, wo dritte Luft zum vollständigen Verbrennen der unverbrannten Bestandteile des Gases C1 durch die Düse 20 eingeführt wird. Nach Beendigung der Verbrennung wird das Abgas G2 durch den Schacht 12 in die Atmosphäre abgelassen. Ein Teil des Abgases wird durch Saugwirkung durch die Gaszuleitungsöffnung 30 abgezogen, und die Konzentrationen von NOx, Op und CO in diesem Gas werden mit den Geräten 31, 32 und 33 zum Messen der NOx-, Op- und C0-Konzentration ermittelt.

Im Gegensatz zur Bildung der Verbrennungsflamme F durch den Brenner 13, die auf dem konventionellen Vorgang der Verbrennung von pulverisierter Kohle beruht, ist der Verfahrensschritt des Vermischens von zusätzlichem Brennstoff aus pulverisierter Kohle C2 mit dem Np/0«-Gasgemisch, das von dem Ejektor 24 durch die Düse 29 zugeführt wird und die erneute Verbrennung in der Zone stromabwärts der Flamme F bewirkt, erfindungsgemäß. Auf diese Weise kann durch die Flamme F gebildetes NOx durch die erneute Verbrennung mit pulverisierter Kohle C2 als zugesetztem Brennstoff auf die Hälfte verringert werden. Dieser Effekt ist als Ergebnis von Versuchen gefunden worden, die gemäß der Erfindung durchgeführt worden sind. Es ist außerdem bestätigt worden, daß der NOx-Verringernde Effekt weitgehend durch die Zusammensetzung des Trägergases gesteuert wird, das den zusätzlichen Brennstoff aus pulverisierter Kohle C2 befördert.

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Die Ergebnisse von Grundtests, die mit einer Vorrichtung gemäß dem Verfahren der Erfindung durchgeführt werden, werden zusammengefaßt in der Tabelle 1 angegeben.

Die Tests wurden unter Verbrennen von pulverisierter Kohle durch den Brenner 13 mit einem Durchsatz von 89 kg/h durchgeführt. Die Tabelle läßt klar den NOx-verringernden Effekt erkennen, der durch die zusätzliche Beschickung aus pulverisierter Kohle C2 erreicht wird. Die Tests Nr. T-1 und Nr. T-2 zeigen die gewöhnliche Verbrennung von pulverisierter Kohle durch den Brenner 13 mit Hilfe von nur erster Luft A1 und zweiter Luft A2. Im Gegensatz dazu wurde bei den Tests T-3 und T-4 zusätzlicher Brennstoff aus pulverisierter Kohle mit 100% N₂-Gas als Trägergas eingetragen. Ein Vergleich von T-1 und T-3 zeigt eine Abnahme der NOx-Konzentration von 181 ppm auf 118 ppm beim letzteren Test und in dem Fall von T-2 und T-4 eine Abnahme von 148 ppm auf 53 ppm. Diese Ergebnisse demonstrieren den NOx-verringernden Effekt einer Zugabe von pulverisierter Kohle C2. Beim Vergleich von T-3 und T-4 ist außerdem zu erkennen, daß die Verbrennungsbedingungen durch den Brenner 13 derart sind, daß bei niedrigerer 0_-Konzentration des Verbrennungsgases GO der größere vorteilhafte Effekt erzielt wird. In dem Fall der sehr wirksamen Testbedingungen bei T-4 wurden jedoch viele unverbrannte Bestandteile, wie z.B. CO, nicht entfernt.

Um eine vollständige Entfernung des unverbrannten Materials zu erreichen, wurden die Bedingungen von T-4 so erweitert, daß außerdem dritte Luft A3 eingesetzt wurde. Der Test wird durch T-5 dargestellt. Die Ergebnisse waren befriedigend, und es ist zu ersehen, daß die NOx-Konzentration praktisch die gleiche wie bei T-4 war und darüber hinaus CO fast vollständig entfernt worden war.

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Tests wurden unter Verwendung von O^-Gas als Zusatz zu dem inerten Gas Np als Träger-gas durchgeführt. Die Ergebnisse werden unter T-6 bis T-1O zusammengefaßt wiedergegeben.
Diesen Ergebnissen ist zu entnehmen, daß der NOx-verringernde Effekt im umgekehrten Verhältnis zu der Op-Konzentration in dem Trägergas zunimmt. Bei dem Test T-1O, bei dem das
Trägergas 21% Op (wie gewöhnliche Luft) enthielt, ist der
NOx-Wert etwas höher als der von T-2, was keinen vorteilhaften Effekt einer Zugabe von pulverisiertem Brennstoff
zeigt. Daher ist die Op-Konzentration in dem Trägergas vorzugsweise nicht höher als 10% und noch vorteilhafter nicht höher als 5%.

Es ist somit gefunden worden, daßdieteL den Tests Nr. T-5 und Nr. T-7 benutzten Bedingungen am geeignetsten sind, die Bedingungen bei dem Test T-4 die niedrigste NOx-Konzentration ergeben, obwohl die CO-Konzentration sehr hoch ist, und daß die Bedingungen bei T-3 und T-8 im allgemeinen denen von
T-4 bis T-8 entsprechen.

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Tabelle 1

Test
Nr.

Kauptbrenner (13)

Beschickung von pulver!- siariEr Kohle C1)

kg/h)

Durchflußleistung

von erster ,pulverisierter

(A1) und zwei- Kohle (C2) Durch- Kompo- stung ναι. tion ter (A2) Luft fluß- nenten .dritter

Düse (29) j Düse (20)! Verbrennungsabgas

Zusatz von

Trägergas j Durch- I NOx-Kon-

. j f i_Ußiei_' zentra-

tte J

Luft ι (ppm)
(A3)

O₂-Konzentration

(ppm)

CO-Konzentra- tion

(ppm)

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Verbrennung von Brennstoff mit verringerter Emission von Stickstoffoxiden, dadurch gekennzeichnet, daß man pulverisierten Brennstoff dem Hauptbrenner in einem Verbrennungsofen zuführt und zusätzlich pulverisierten Brennstoff dem Ofen dort -zuführt, wo etwa die Verbrennung des ersten Brennstoffs aufhört.

Verfahren zur Verbrennung von Brennstoff mit verringerter Emission von Stickstoffoxiden, dadurch gekennzeichnet, daß man pulverisierten Brennstoff dem Hauptbrenner

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ORIGINAL INSPECTED

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rtLEX. TELt-GP, WM TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO: 1 - 856 U INVENTION BERLIN BERLINER BANK AG. W. MEISSNER, BLN-W iiv.en rl BERLIN 030/3Q1 60 37 BERLIU 31 122 82-109 ηΐΓ'/οη.'-. ·>-ι qf> ■J6937160GO

in einem Verbrennungsofen zuführt und zusätzlich pulverisierten Brennstoff dem Ofen dort zuführt, wo etwa die Verbrennung des ersten Brennstoffs
aufhört, unter Benutzung eines inerten Gases mit geringem oder ohne Sauerstoffgehalt als Trägerstrom zuführt.

3. Verfahren zur Verbrennung von Brennstoff mit verringerter Emission von Stickstoffoxiden, dadurch gekennzeichnet, daß man pulverisierten Brennstoff dem Hauptbrenner in einem Verbrennungsofen zuführt und zusätzlich pulverisierten Brennstoff dem Ofen dort zuführt, wo etwa die Verbrennung des ersten Brennstoffs aufhört, während man Sauerstoff oder Luft einem Bereich stromabwärts des Brennstoffzugabebereichs zuführt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffkonzentration in dem Trägerstrom für den pulverisierten Brennstoff nicht mehr als 10%, vorzugsweise nicht mehr als 5% beträgt.

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