DE4419193C2

DE4419193C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung, insbesondere Nachverbrennung von Gasen sowie zur vollständigen Zersetzung von Schadstoffen und zur Erzeugung von Abgas mit reduziertem NO¶x¶-Gehalt

Info

Publication number: DE4419193C2
Application number: DE4419193A
Authority: DE
Inventors: Gurudas Dr Samant
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-06-01
Filing date: 1994-06-01
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2014-06-02
Also published as: DE4419193A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung, insbesondere Nachverbrennung von Gasen sowie zur vollständigen Zersetzung von Schadstoffen und zur Erzeugung von Abgas mit reduziertem NO_x-Gehalt. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkammer zur Verbrennung, insbesondere Nachverbrennung von Gasen sowie zur vollständigen Zersetzung von Schadstoffen und zur Erzeugung von Abgas mit reduziertem NO_x-Gehalt.

Aus der GB-PS 2 048 456 ist es bekannt, Brennstoff zunächst unterstöchiometrisch mit λ zwischen 0,5 und 0,9 zu verbrennen und dann zwei- oder mehrstufig nachzuverbrennen. Die Luft für die Nachverbrennung wird kreisförmig um die Flamme herum eingeblasen. Die Verbrennung des Brennstoffes in diesem Bereich für die Luftzahl λ ergibt Abgase mit einem hohen NO_x-Gehalt, der den geänderten gesetzlichen Anforderungen gemäß BIMSch 17 nicht entspricht.

Aus der DE-OS 28 55 766 ist eine dreistufige Verbrennung bekannt, bei der der Brennstoff zunächst unvollständig verbrannt wird, sodann in das bei der unvollständigen Verbrennung entstehende Abgas ein sauerstoffhaltiges Gas eingeleitet wird, so daß, bezogen auf die Abgasmenge, eine Sauerstoffkonzentration von 0,3% oder weniger eingestellt wird, und daß anschließend die für die vollständige Verbrennung des unverbrauchten Brennstoffanteils erforderliche Luftmenge an einer nachgeschalteten Stelle eingeführt wird. Die Luftdurchsatzmengen werden so eingestellt, daß im Hauptbrennraum ein Luftverhältnis von λ = 0,7 vorliegt.

Bei einem Luftverhältnis (Luftzahl) von λ = 0,7 wird ein Abgas erzeugt, das einen hohen NO_x-Gehalt aufweist, der den geänderten gesetzlichen Anforderungen gemäß BIMSch 17 nicht entspricht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Brennkammer bereitzustellen, wobei der Brennstoff so verbrannt wird, daß die Schadstoffe vollständig zersetzt werden und das Abgas einen möglichst niedrigen NO_x-Gehalt aufweist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird dadurch gelöst, daß

a) das Gas über eine Ringleitung in einen Ofen eingeleitet wird,
b) der Ofen einen Brenner aufweist, wobei die Flamme des Brenners mit λ < 0,5 betrieben wird,
c) das Gas in die Flamme des Brenners und damit in die primäre Verbrennungsstufe eingeleitet wird,
d) mit dem im Gas enthaltenen Sauerstoff in der sekundären Verbrennungsstufe λ von 0,8 bis 1,2 eingestellt wird.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß im Abgas sehr niedrige NO_x-, CO- und Kohlenwasserstoff-Anteile vorhanden sind. Das erfindungsgemäße Verfahren weist insbesondere bei der Verwendung von Sauerstoff und mit Sauerstoff angereicherter Luft einen geringen Wärmeverbrauch auf. Erfindungsgemäß erfolgt ein vollständiger Ausbrand der Gase. Da der NO_x-Gehalt durch die Einstellung des Luftverhältnisses in der primären Brennzone in der Brennkammer mit einem Luftverhältnis von λ < 0,5 vorbestimmt wird, bleibt jede anschließende Sauerstoffdosierung ohne Einfluß auf den NO_x-Gehalt im Abgas. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorteilhafterweise geringere Abgasmengen erzeugt, was zu Ersparnissen in der Abgasbehandlung führt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei Temperaturen oberhalb von 1000°C mit geringen NO_x-Emissionen betrieben werden. In den Brenner des Ofens wird ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff gleichzeitig mit Sauerstoff, mit Sauerstoff angereicherter Luft oder Luft eingeleitet, so daß die Flamme des Brenners gemäß Verfahrensstufe (b) mit λ < 0,5 betrieben wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß

e) Sauerstoff, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Luft über eine Ringleitung in den Ofen eingeleitet wird,
f) durch die Zufuhr der Gase gemäß Verfahrensstufe (e) in der tertiären Verbrennungsstufe λ < 1,2 eingestellt wird.

Zur vollständigen Verbrennung kann zusätzlich Sauerstoff eingeleitet werden, wodurch in der tertiären Verbrennungsstufe ein Luftverhältnis von λ < 1,2 eingestellt wird. Durch die zusätzliche Sauerstoffeinleitung werden besonders gute Ergebnisse für die Verbrennung und für die Vernichtung der Schadstoffe sowie die Reduzierung der NO_x-, CO- und Kohlenwasserstoff-Anteile im Abgas erreicht.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß der Ofen mit einer Temperatur von 700°C bis 1400°C betrieben wird. In diesem Temperaturbereich werden gute Ergebnisse für die Verbrennung der Gase und für die Verringerung der Schadstoffe sowie die Reduzierung der NO_x-, CO- und Kohlenwasserstoff-Anteile im Abgas erreicht.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß der Ofen mit einer Temperatur von 1000°C bis 1200°C betrieben wird. In diesem Temperaturbereich werden besonders gute Ergebnisse für die Verbrennung der Gase und für die Verringerung der Schadstoffe sowie die Reduzierung der NO_x-, CO- und Kohlenwasserstoff-Anteile im Abgas erreicht.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß durch das heiße Abgas aus dem Ofen kaltes Gas aufgewärmt und/oder Wasserdampf erzeugt wird.

Erfindungsgemäß ist für das Verfahren ein Ofen zur Verbrennung, insbesondere Nachverbrennung von Gasen zur vollständigen Zersetzung von Schadstoffen und zur Erzeugung von Abgas mit reduziertem NO_x-Gehalt vorgesehen, wobei der Ofen aus einer horizontalen oder vertikalen, als Zylinder gestalteten Brennkammer besteht, auf der Querschnittseite des Zylinders zentrisch ein Brenner angebracht ist, an der Seite des Brenners eine erste Leitung angebracht ist, die mit der außerhalb des Ofens an der Seite des Brenners befindlichen ersten Ringleitung für schadstoffhaltige Gase verbunden ist, wobei die erste Ringleitung gleichmäßig über einen Kreis verteilt zweite Leitungen aufweist, die im rechten Winkel zur ersten Ringleitung stehen, der Ofen eine außerhalb des Ofens geführte zweite Ringleitung für Sauerstoff, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Luft aufweist, die zweite Ringleitung gleichmäßig über einen Kreis verteilt dritte Leitungen aufweist, die im rechten Winkel zur zweiten Ringleitung stehen, und an dem zum Brenner entgegengesetzten Ende des Zylinders eine Abgasleitung angebracht ist.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß der Brenner ein Einlaßrohr für Sauerstoff, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Luft und ein Einlaßrohr für Brennstoff aufweist und die Einlaßrohre bis zum Brennerausgang verlaufen und am Brennerausgang eine Zündvorrichtung angebracht ist.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß das sauerstoffhaltige Gas, das durch das Einlaßrohr in den Brenner eingeleitet wird, einen Sauerstoffgehalt von 30 bis 50 Vol.-%, vorzugsweise 38 bis 42 Vol.-%, aufweist. Dadurch wird die Abgasmenge erheblich reduziert.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß die Abgasleitung zum Brenner im rechten Winkel verläuft.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß die dem Brenner gegenüberliegende Querschnittseite aufklappbar ist.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß der Ofen über die Abgasleitung mit einem Wärmeaustauscher verbunden ist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Brennkammer für die Nachverbrennung von Abgasen aus chemischen und metallurgischen Anlagen und für die Nachverbrennung von Abgasen aus der thermischen Behandlung von kontaminierten Stoffen sowie für die Verbrennung von Erd-, Koksofen-, Generator-, Gicht-, Faul-, Bio-, Flüssig- und Raffinerieabgas verwendet wird.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung und eines Beispiels weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Brennkammer (1),

Fig. 2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Brennkammer (1).

In Fig. 1 und Fig. 2 wird der Ofen, der erfindungsgemäß als Brenn- oder Nachbrennkammer für Brenngase und/oder schadstoffhaltige Abgase vorgesehen ist, erläutert. Der Ofen (1) besteht aus einem Zylinder (1′) und kann horizontal oder vertikal ausgerichtet sein. Der Zylinder (1′) besteht vorzugsweise aus Stahl und ist von innen durch eine feuerfeste Ausmauerung geschützt. An der Querschnittseite (8) sind der Brenner (3) und die Leitung (9) sowie die Ringleitung (2) angebracht. Über die Leitung (9) wird Brenngas und/oder schadstoffhaltiges Gas in die Ringleitung (2) geführt und aus der Ringleitung gelangt das Gas in die zentrisch gleichmäßig verteilten Leitungen (10). Die Leitungen (10) stehen zur Leitung (2) im rechten Winkel. Aus den Leitungen (10) gelangt das Gas in die Verbrennungsstufe (4), die die flammenseitig erste Stufe ist und die mit einem λ < 0,5 betrieben wird. Durch den im Gas enthaltenen Sauerstoff wird die Verbrennungsstufe (5), die die flammenseitig zweite Verbrennungsstufe ist, mit λ = 0,9 bewirkt. Außerhalb des Zylinders (1′) wird die Ringleitung (6) geführt, über die Sauerstoff, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Luft geleitet werden und die gleichmäßig über einen Kreis verteilte Leitungen (11) aufweist. Die Leitungen (11) stehen im rechten Winkel zur Ringleitung (6). Durch die Gase, die über die Leitungen (11) geführt werden, wird die Verbrennungsstufe (7), die die flammenseitig dritte Verbrennungsstufe ist, mit λ < 1,2 bewirkt. An dem zum Brenner (3) entgegengesetzten Ende des Zylinders (1′) ist die Abgasleitung (12) angebracht, die in einem rechten Winkel zum Brenner (3) verläuft. Der Brenner (3) weist ein Einlaßrohr (13) für Sauerstoff, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Luft und ein Einlaßrohr (14) für Brennstoff auf. Die Einlaßrohre (13) und (14) verlaufen bis zum unteren Ende des Brennerausgangs (15). Am Brennerausgang (15) ist eine Zündvorrichtung (16), vorzugsweise eine Zünddiode, angebracht. Durch diese Ausgestaltung des Brenners (3), nämlich, daß sauerstoffhaltiges Gas und Brennstoff am Brennerausgang (15) zusammentreffen und dort gezündet werden, wird verhindert, daß die Flamme zurückschlägt. Durch diese Führung der Gase wird ermöglicht, daß der Brenner unterstöchiometrisch, daher unter reduzierenden Bedingungen, bei λ < 0,5 betrieben werden kann. Die der Querschnittseite (8) gegenüberliegende Querschnittseite (17) ist aufklappbar.

Beispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde in der erfindungsgemäßen Brennkammer bei vergleichbaren Zeiten und Temperaturen mit unterschiedlichen primären Luftzahlen λ gefahren. Die dabei erzielten Emissionen gehen aus der nachstehend aufgeführten Tabelle hervor. Bei einer primären Luftzahl von λ = 1 wird eine NO_x-Emission von 4361 mg/Nm³ erreicht. Bei einer primären Luftzahl von λ = 0,5 wird eine NO_x-Emission von 14,9 mg/Nm³ erreicht. Bei einer primären Luftzahl von λ < 0,5, nämlich bei λ = 0,4, wird eine NO_x-Emission von etwa 9,0 mg/Nm³ erreicht. Der Grenzwert für die NO_x-Emission beträgt gemäß der BIMSch 17-Verordnung 200 mg/Nm³.

Kohlenwasserstoffgehalte lagen im Abgas unterhalb der Nachweisgrenze.

Claims

1. Verfahren zur Verbrennung, insbesondere Nachverbrennung von Gasen zur vollständigen Zersetzung von Schadstoffen und zur Erzeugung von Abgas mit reduziertem NO_x-Gehalt, wobei

a) das Gas über eine Ringleitung (2) in einen Ofen (1) eingeleitet wird,
b) der Ofen (1) einen Brenner (3) aufweist, wobei die Flamme des Brenners (3) mit λ < 0,5 betrieben wird,
c) das Gas in die Flamme des Brenners (3) und damit in die primäre Verbrennungsstufe (4) eingeleitet wird,
d) mit dem im Gas enthaltenen Sauerstoff in der sekundären Verbrennungsstufe (5) λ von 0,8 bis 1,2 eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

e) Sauerstoff, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Luft über eine Ringleitung (6) in den Ofen (1) eingeleitet wird,
f) durch die Zufuhr der Gase gemäß Verfahrensstufe (e) in der tertiären Verbrennungsstufe (7) λ < 1,2 eingestellt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen (1) mit einer Temperatur von 700°C bis 1400°C betrieben wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen (1) mit einer Temperatur von 1000°C bis 1200°C betrieben wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch das heiße Abgas aus dem Ofen (1) kaltes Gas aufgewärmt und/oder Wasserdampf erzeugt wird.

6. Ofen zur Verbrennung, insbesondere Nachverbrennung von Gasen zur vollständigen Zersetzung von Schadstoffen und zur Erzeugung von Abgas mit reduziertem NO_x-Gehalt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen (1) aus einer horizontalen oder vertikalen, als Zylinder (1′) gestalteten Brennkammer besteht, auf der Querschnittseite (B) des Zylinders (1′) zentrisch ein Brenner (3) angebracht ist, an der Seite des Brenners (3) eine erste Leitung (9) angebracht ist, die mit der außerhalb des Ofens (1) an der Seite des Brenners (3) befindlichen ersten Ringleitung (2) für schadstoffhaltige Gase verbunden ist, wobei die erste Ringleitung (2) gleichmäßig über einen Kreis verteilt zweite Leitungen (10) aufweist, die im rechten Winkel zur ersten Ringleitung (2) stehen, der Ofen (1) eine außerhalb des Ofens (1) geführte zweite Ringleitung (6) für Sauerstoff, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Luft aufweist, die zweite Ringleitung (6) gleichmäßig über einen Kreis verteilt dritte Leitungen (11) aufweist, die im rechten Winkel zur zweiten Ringleitung (6) stehen, und an dem zum Brenner (3) entgegengesetzten Ende des Zylinders (1′) eine Abgasleitung (12) angebracht ist.

7. Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (3) ein Einlaßrohr (13) für Sauerstoff, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Luft und ein Einlaßrohr (14) für Brennstoff aufweist und die Einlaßrohre (13), (14) bis zum Brennerausgang (15) verlaufen und am Brennerausgang (15) eine Zündvorrichtung (16) angebracht ist.

8. Ofen nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung (12) zum Brenner (3) im rechten Winkel verläuft.

9. Ofen nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brenner (3) gegenüberliegende Querschnittseite (17) aufklappbar ist.

10. Ofen nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen (1) über die Abgasleitung (12) mit einem Wärmeaustauscher verbunden ist.

11. Verwendung eines Ofens gemäß den Ansprüchen 6 bis 10 für die Nachverbrennung von Abgasen aus chemischen und metallurgischen Anlagen und für die Nachverbrennung von Abgasen aus der thermischen Behandlung von kontaminierten Stoffen sowie für die Verbrennung von Erd-, Koksofen-, Generator-, Gicht-, Faul-, Bio-, Flüssig- und Raffinerieabgas.