Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die verfahrensrealisierende
Vorrichtung zum stickoxidmindernden Betrieb von
Industrieöfen. Sie dient dem Zweck, die Bildung von Stickoxiden
im Verbrennungsprozeß zu vermindern und deren nachfolgende
Reduktion zu Stickstoff im abkühlenden Abgas intensiv und
technisch zuverlässig, aufwandreduziert und umweltschonend zu
gestalten.The invention relates to a method and the method implementing it
Device for the nitrogen oxide reducing operation of
Industrial furnaces. It serves the purpose of forming nitrogen oxides
to decrease in the combustion process and its subsequent ones
Reduction to nitrogen in the cooling exhaust gas intensively and
technically reliable, reduced effort and environmentally friendly
shape.
Es ist bekannt, daß die Emissionen von Stickoxiden aus Industrieöfen,
insbesondere bei Hochtemperaturprozessen an der
Biosphärenschädigung beteiligt ist, wobei die Rolle dieser
Gase erst in der jüngeren Vergangenheit deutlicher geworden
ist, woraus sich das hohe prozeßtechnische Defizit NOx-armer
Technologien in der Praxis erklärt. Bislang war es unter
anderem üblich, die Intensivierung von Ofenprozessen durch
hohe Flammentemperaturen, sowie eine frühe und intensive Mischung
von Brennstoff und Verbrennungsluft zu bewirken, was
dem Anliegen der NOx-Minderung direkt entgegensteht. Mit dem
Stand der Technik, der unter dem Gesichtspunkt NOx-mindernder
Maßnahmen bislang bereits erreicht wurde, sind noch zahlreiche
konventionelle verfahrenstechnische Lösungen verknüpft,
was im Grunde aufgepfropft und inkonsequent ist, sowie die
Gesamttechnologie in vielen Punkten unstimmig und nachteilig
macht. An diesen Lösungen sind von besonderem Interesse:
Abgasreinigungsverfahren, insbesondere katalytische Verfahren
und Verfahren mit Einsatz chemischer Zuschlagstoffe, wobei
diese technisch aufwendig sind. Derzeit ist auf diesem Gebiet
der Einsatz von seinerseits selbst problematischem Ammoniak
niveaubestimmend. Besonders deutlich ist aber die geschilderte
Situation bei den sogenannten Primärmaßnahmen, mit denen bereits
die Bildung der Stickoxide im Ofen vermindert wird. So
ist, wie bereits erwähnt, die intensive und frühe Vermischung
von Brennstoff und Verbrennungsluft im Ofen nachteilig. Im
bekannten Stand der Technik ist dahingegen stets die
Brennersituation so anzutreffen, daß sich die Achsen der
Brennstoff- und Luftstrahlen entweder frühzeitig schneiden
oder sich mindestens in einer der zwei räumlichen Ansichten
die Projektionsflächen der Gasstrahlen teilweise beinhalten
oder sogar, der konstruktionsseitig üblichen, aber nachteilig
angestrebten Kongruenz nahekommen. Im Extremfall ist gar Achsgleichheit
der Strahlen gegeben. Die geschilderten Situationen
begünstigen in der aufgeführten Reihenfolge wachsend die
Intensität der Brennstoff-Luftmischung und damit laufen sie
der Zielstellung zum NOx entgegen. Alte Methoden verzögerter
Brennstoffzumischung, die im Sinne der Erfindungszielstellung
wirksam sind, jedoch ursprünglich andere Verfahrenszielstellungen
verfolgten, bestehen in der Anordnung von Schwellen im
Brennerport, der der Luftzuführung dient, wobei diese einen
Strömungsschatten bilden. Diese Verfahren sind ursprünglich
zur Eigenkarburierung von Gasflammen angewendet worden. Sie
beheben jedoch trotz der effektiven Minderung der Mischimpulse
den kritisierten Zuzstand nur teilweise, da auch bei diesen
Verfahren die frühzeitigen Flächen- und Achsähnlichkeit mit
der rückwärtigen Begrenzung der Flammenwurzel durch die
Schwelle wirkt wird. Mindestens in der Draufsicht ist dieser
Mißstand augenfällig. Weiter ist aus der Praxis bekannt und
dem Durchschnittsfachmann offensichtlich, daß kleine primäre
Strömungsgeschwindigkeiten der Reaktanten nach REYNOLD kleine
Quermischungen erzeugen und damit ebenso die NOx-Bildung
an der Flammenwurzel vermindern. Darüberhinaus ist die stufenweise
Zumischung von Luft zum Brennstoffstrahl bzw. zur
Flamme im Ofen bekannt geworden. Damit kann die Flammenwurzel
unterstöchiometrisch, d. h. unter Luftmangel betrieben werden.
Dieses ist apparativ aufwendig und im Ergebnis in der Relation
von Aufwand und Nutzen unbefriedigend, da das technologische
Erfordernis nach abschnitts- oder stufenweiser Regelung des
Ausbrandes abgasanalytisch nicht beherrscht wird und darüber
hinaus die eingesetzte Sekundärluft, verfahrenstechnisch bedingt,
eine nachteilig niedrige Vorwärmtemperatur aufweist.
Die scheinbare Umkehrung dieses Verfahrens ist der Einsatz
von Brennstoff vor der Hauptflamme, vorzugsweise als Gas und
direkt in die Verbrennungsluft eingebracht. Der Effekt zur
NOx-Minderung beruht dabei vorwiegend auf der flächigen
Sperrwirkung der Abgase aus der Vorverbrennung zwischen Luft-
und Brennstoffstrahl. Nachteilig ist hierbei, daß die aus der
Vorverbrennung herrührenden Abgase selbst besonders hohe NOx-
Konzentrationen aufweisen und die Sperrwirkung lediglich durch
eine, verfahrenstechnisch bedingte, dünne Gasschicht, gasdynamisch
gesichert ist und somit u. a. bei Lastwechselfällen unzuverlässig
ist, zumal das Verfahren nicht ausreichend determiniert
ist. Des weiteren wurde die Aushaltung von kalter Sekundärluft
aus der Flammenwurzel inzwischen allgemein als wirksam
erkannt und wird verbreitet praktiziert. Die wachsenden
Anforderungen an die NOx-Minderung verlangen jedoch weitergehende
und noch wirksamere Verfahren.It is known that nitrogen oxide emissions from industrial furnaces,
especially in high temperature processes at the
Biosphere damage is involved, the role of this
Gases have only become clearer in the recent past
is what gives rise to the high process deficit with low NOx
Technologies explained in practice. So far it was under
other usual, the intensification of furnace processes through
high flame temperatures, as well as an early and intensive mixture
of fuel and combustion air to cause what
directly opposes the concern of NOx reduction. With the
State of the art, from the point of view of NOx-reducing
Measures that have already been achieved are still numerous
linked conventional process engineering solutions,
what is basically grafted on and inconsistent, as well as the
Overall technology is inconsistent and disadvantageous in many respects
power. The following are of particular interest in these solutions:
Emission control processes, in particular catalytic processes
and methods using chemical additives, wherein
these are technically complex. Is currently in this field
the use of problematic ammonia
determining the level. But the one described is particularly clear
Situation with the so-called primary measures, with which already
the formation of nitrogen oxides in the furnace is reduced. So
is, as already mentioned, the intensive and early mixing
of fuel and combustion air in the furnace disadvantageous. in the
the known state of the art, however, is always the
Burner situation so encountered that the axes of the
Either cut fuel and air jets early
or at least in one of the two spatial views
partially contain the projection surfaces of the gas jets
or even, the usual design, but disadvantageous
come close to the desired congruence. In extreme cases there is even axis alignment
given the rays. The situations described
favor the growing in the order listed
Intensity of the fuel-air mixture and with it they run
against the NOx target. Old methods delayed
Fuel admixture, which is in the sense of the objective of the invention
are effective, but originally different procedural objectives
persecuted, consist in the arrangement of thresholds in the
Burner port, which serves the air supply, this one
Form flow shadows. These procedures are original
have been used for carburizing gas flames. they
fix despite the effective reduction of the mixed impulses
the criticized condition only partially, since these too
Proceed with the early surface and axis similarity
the backward limitation of the flame root by the
Threshold is effective. At least in the top view this is
Evidence obvious. It is also known from practice and
obvious to those of ordinary skill in the art that small primary
Flow rates of the reactants according to REYNOLD small
Generate cross-mixtures and thus also NOx formation
decrease at the flame root. In addition, it is gradual
Admixture of air to the fuel jet or
Flame in the oven became known. So that the flame root
substoichiometric, d. H. are operated with a lack of air.
This is complex in terms of equipment and, as a result, in relation
unsatisfactory in terms of effort and benefits, since the technological
Requirement according to section or gradual regulation of the
Burnout is not controlled by exhaust gas analysis and above
in addition, the secondary air used, due to the process technology,
has a disadvantageously low preheating temperature.
The apparent reverse of this procedure is the use
of fuel before the main flame, preferably as gas and
introduced directly into the combustion air. The effect of
NOx reduction is mainly based on the area
Blocking effect of the exhaust gases from the pre-combustion between air
and fuel jet. The disadvantage here is that the from
Pre-combustion resulting exhaust gases even particularly high NOx
Have concentrations and the blocking effect only by
a, process-related, thin gas layer, gas dynamic
is secured and thus u. a. unreliable in load change cases
is, especially since the method is not sufficiently determined
is. Furthermore, the keeping of cold secondary air
from the flame root now generally effective
recognized and practiced widely. The growing
However, requirements for NOx reduction require more extensive ones
and even more effective procedures.
Die Problemstellung, die der Erfindung zugrundeliegt besteht
darin, zunächst die primäre Bildung von NOx mit hoher
Wirksamkeit und geringem technischem Aufwand zu unterdrücken,
technisch widerspruchsfrei oder besser sich ergänzend und
einheitlich, mit einem Verfahren zur Reduktion der Stickoxide
im Rauchgas zu kombinieren, wobei im Zentrum eine gemeinsam
genutzte Meß- und Regelungseinrichtung stehen soll, mit der
darüberhinaus negative Rückwirkungen auf den Ofen- und
Stoffumwandlungsprozeß sicher vermieden werden können.The problem on which the invention is based
in it, the primary formation of NOx with high
Suppress effectiveness and low technical effort,
technically contradictory or better complementary and
uniform, with a process for reducing nitrogen oxides
to combine in the flue gas, with one in the center
used measuring and control device should stand with the
moreover, negative repercussions on the furnace and
Substance conversion process can be safely avoided.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, bei der Verbrennung,
insbesondere in der Flamme, primär die Oxidationsfreudigkeit
des Luftstickstoffs thermisch, durch im Verhältnis zum Stand
der Technik geschwächte Mischungsbedingungen von Luft und
Brennstoff in der Umgebung der Flammenwurzel zu vermindern,
jedoch oberhalb von 1/10 des verfügbaren Ausbrandweges wieder
die Mischung zu intensivieren und sekundär nach dem Ofenprozeß
im thermischen Fenster um 900°C die Reduktionsfreudigkeit
des Stickstoffmonoxids zu dessen Abbau dadurch auszunutzen,
daß im, mittels wandnah angeordneter Festelektrolytsonden
gemessenen und geregelten, nachstöchiometrischen Verbrennungsbereich,
ein Brennstoffüberschuß geringfügig über
oder annähernd gleich dem stöchiometrischen Äquivalent des
Restsauerstoffs eingestellt wird und daß nachfolgend und unterhalb
von etwa 850°C zur umweltschonenden Nachverbrennung
eine Luftzuführung zum Rauchgas vorzugsweise mittels Selbstansaugung
über Unterdruckklappen vorgenommen wird.The essence of the invention is in combustion,
especially in the flame, primarily the willingness to oxidize
of air nitrogen thermally, by in relation to the state
weakened mixing conditions of air and
To reduce fuel around the flame root
however above 1/10 of the available burnout path again
intensify the mixture and secondary after the oven process
in the thermal window around 900 ° C the willingness to reduce
to use the nitrogen monoxide to break it down,
that in, by means of solid electrolyte probes arranged close to the wall
measured and controlled, post-stoichiometric combustion range,
a fuel surplus slightly above
or approximately the stoichiometric equivalent of
Residual oxygen is set and that subsequently and below
of around 850 ° C for environmentally friendly post-combustion
an air supply to the flue gas, preferably by means of self-suction
is carried out via vacuum flaps.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden. Eine heizölbefeuerte regenerativ beheizte
Glasschmelzwanne weist gemäß Anspruch 2 im
Gegensatz zum bekannten Stand der Technik eine Anordnung der
Mündungsdüsen der Zerstäuber- oder Brennerlanzen auf, die
in der ebenen Draufsicht außerhalb der Brennermaulöffnung
liegt. Darüber hinaus sind die Brennerlanzen gemäß Anspruch
1 gegen die waagerechte Ebene in einem, gegenüber dem
bekannten Stand der Technik derartig großen Winkel abwärts
geneigt, daß die Mischung der Freistrahlen von Brennstoff
und Verbrennungsluft überwiegend erst nach der Reflexion des
Brennstoffstrahls am Glasbad im anschließend aufsteigenden
Ast und im Zusammenhang mit der ebenen Raumwinkelkomponente,
die sich durch Anspruch 2 ergibt, in näherungsweise mittiger
Lage der verfügbaren Flammenausbrandlänge erfolgt. Gemäß
Anspruch 3 sind im geschilderten Beispiel im Scheitel des Regeneratorkammerkopfes
Sauerstoffmessonden mittels Meßlochsteinen
so angeordnet, daß über die bekannten Effekte
nahstöchiometrischer Flammeneinstellung auf dieser Basis,
hinausgehend und die Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und
2 wesentlich unterstützend, insbesondere die gemäß Anspruch
4 ermittelten, wandnahen Spitzenwerte der Sauerstoffkonzentration
gemessen und geregelt werden, wobei gemäß Anspruch
5 der Abgassammelraum, die oberen Abschnitte der Kammerausgitterung,
sowie der nachfolgende Abgassammelraum reduktionsresistent
ausgelegt sind. Im Ausführungsbeispiel wird
im reduktionsresistenten Abschnitt, der an sich mit OS 23 00 610
bekannte Gedanke angewendet, zum Zweck der Stickoxidreduktion
die Kontaktierung des Abgases mit Reduktionsmitteln herbeizuführen.
Im Gegensatz zum genannten Verfahren, das Koks anwendet,
wird im Ausführungsbeispiel die sekundäre Zuführung
von Brennstoff, im Beispiel Erdgas, vorgenommen. Grundsätzlich
läßt das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den
Ansprüchen 4 und 5 aber auch die Einstellung der geeigneten
Atmosphäre mit ausreichendem Partialdruck an reduzierenden
Gasen, insbesondere Kohlenmonoxid dadurch zu, daß im Rahmen
der erfindungsgemäß gemessenen und vorgegebenen Sauerstoffkonzentrationen
in Wandnähe, bei Eliminierung der Zerstäuberkühlluft,
diese Restgase, bezüglich der Stickoxide ausreichend
reduktionswirksam sein sollen, als auch, daß ebenso
zerstörend wirkende Nachverbrennungen an Feuerfestmaterial
und Reduktionskorrosion an diesem sicher vermieden werden,
wie in einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt wurde, bei
dem die Einstellung der Sauerstoffrestwerte mit Hilfe einer
an sich bekannten Lambdaregelung vorgenommen wurde. Im erstgenannten
Ausführungsbeispiel wurde gemäß den Ansprüchen
6 und 7 eine Nachverbrennung unverbrannter Rauchgasbestandteile,
insbesondere aus Resten des Zusatzbrennstoffes, durch
den Einsatz wechselabhängig in der Abgashalbperiode angeschalteter
aktiver Preßluftlanzen vorgenommen, wobei diese
im Kammerfußbereich, jedoch oberhalb einer örtlich typischen
Abgastemperatur von und unterhalb von 850°C eingesetzt
wurden, um einerseits die Zündung der Nachverbrennung zu sichern
und andererseits nicht vorzeitig die Reduktionsreaktion
abzubrechen. Die entscheidenden Vorteile des Verfahrens liegen
in der systemgerechten Einfügung in die Schmelztechnologie,
hoher Effektivität des Verfahrens, niedrigem anlagentechnischen
Aufwand und im Allgemeinen auch in der Verbesserung der
technologischen Beherrschbarkeit des Ofens, verbunden mit
den daraus erwachsenden Vorteilen einer Gesamtaufwandsreduzierung
beim Ofenbetrieb.The invention is intended to be explained below using an exemplary embodiment
are explained in more detail. A fuel oil-fired, regeneratively heated
Glass melting pan has according to claim 2 in
Contrary to the known prior art, an arrangement of
Muzzle nozzles of the atomizer or burner lances on the
in the plan view from outside the burner mouth opening
lies. In addition, the burner lances are according to claim
1 against the horizontal plane in one, opposite the
known prior art such large angles downwards
inclined to the mixture of free jets of fuel
and combustion air predominantly only after the reflection of the
Fuel jet on the glass bath in the ascending
Branch and in connection with the flat solid angle component,
which results from claim 2, in approximately the middle
The location of the available flame burnout length takes place. According to
Claim 3 are in the example described in the apex of the regenerator chamber head
Oxygen measuring probes using measuring stones
arranged so that the known effects
near-stoichiometric flame setting on this basis,
going beyond and the method according to claims 1 and
2 essentially supportive, in particular those according to claim
4 determined peak values of the oxygen concentration close to the wall
be measured and regulated, whereby according to claim
5 the exhaust gas plenum, the upper sections of the chamber grille,
and the subsequent flue gas collection chamber are resistant to reduction
are designed. In the exemplary embodiment
in the reduction-resistant section, which is known as OS 23 00 610
known thought applied for the purpose of nitrogen oxide reduction
to bring the exhaust gas into contact with reducing agents.
In contrast to the mentioned method, which uses coke,
is the secondary feed in the embodiment
of fuel, in the example of natural gas. Basically
lets the inventive method according to the
Claims 4 and 5 but also the setting of the appropriate
Atmosphere with sufficient partial pressure at reducing
Gases, especially carbon monoxide, in that in the frame
the oxygen concentrations measured and specified according to the invention
near the wall, when eliminating the atomizing cooling air,
these residual gases, sufficient with regard to nitrogen oxides
should be effective in reducing, as well as that
destructive afterburns on refractory material
and reduction corrosion on this can be safely avoided,
as shown in another embodiment, at
which the adjustment of the residual oxygen values with the help of a
known Lambda control was made. In the former
Embodiment was made according to the claims
6 and 7 an afterburning of unburned flue gas components,
in particular from residues of the additional fuel
use depending on the change in the exhaust gas half-cycle
active compressed air lances made, this
in the chamber foot area, but above a local one
Exhaust gas temperature of and below 850 ° C used
on the one hand to ensure the ignition of the afterburning
and on the other hand not the reduction reaction prematurely
cancel. The decisive advantages of the process are
in the system-appropriate insertion into the melting technology,
high effectiveness of the process, low plant engineering
Effort and generally also in improving the
technological controllability of the furnace associated with
the resulting advantages of a total effort reduction
during furnace operation.