DE68909309T2

DE68909309T2 - Verbrennungsverfahren mit niedrigem NOx-Gehalt und mit hohem Leistungsgrad.

Info

Publication number: DE68909309T2
Application number: DE89109949T
Authority: DE
Inventors: Min-Da Ho
Original assignee: Praxair Technology Inc
Current assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 1988-06-03
Filing date: 1989-06-01
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2009-06-02
Also published as: CA1293689C; KR950007381B1; EP0344784B1; DE68909309D1; MX165491B; BR8902538A; ES2043952T3; EP0344784A3; JPH0229502A; KR900000645A; US4863371A; EP0344784A2

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft allgemein Verbrennungen, und genauer betrifft sie Verbrennungen mit sauerstoffangereicherter Luft oder mit reinem Sauerstoff

Stand der Technik

Es ist wünschenswert, Verbrennungen mit einem größtmöglichen Leistungsgrad auszuführen, da dies die Verbrennungsoperation wirtschaftlicher macht, während gleichzeitig die Menge der durch das Verbrennungsverfahren erzeugten Verunreinigungen vermindert wird. Wenn der bei dem Verbrennungsverfahren eingesetzte Brennstoff relativ gleichmäßige Eigenschaften und einen hohen Heizwert hat, kann eine effiziente Verbrennung relativ einfach erzielt werden, indem der für die Verbrennung verfügbare Sauerstoff an den stöchiometrischen Sauerstoffbedarf dieses Brennstoffes angeglichen wird. Wenn der Brennstoff jedoch einen relativ niedrigen Heizwert oder einen ungleichmäßigen und stark veränderlichen stöchiometrischen Sauerstoffbedarf hat, ist es viel schwieriger die Verbrennung mit einem hohen Leistungsgrad auszuführen.
US-A-4 395 223 offenbart ein mehrstufiges Verbrennungsverfahren zur Verminderung der Bildung von Stickoxiden. Bei diesem bekannten Verfahren werden ein Primärbrennstoff und Primärluft in einen Ofen eingeleitet, wodurch eine Verbrennungszone der ersten Stufe gebildet wird, wobei die Luft mit einer Rate zugeführt wird, die über der für die Verbrennung des Brennstoffes benötigten stöchiometrischen Rate liegt. In Abwesenheit von Luft wird ein Sekundärbrennstoff in den Ofen in der Nähe der Verbrennungszone der ersten Stufe mit einer Rate eingeblasen, die über der stöchiometrischen Rate liegt, die zum Verbrauch des sich aus der Verbrennung in der ersten Verbrennungszone ergebenden, überschüssigen Sauerstoffes nötig ist, um eine Verbrennung der zweiten Stufe in der Nähe der Zone der ersten Stufe zu bilden. Stromabwärts von der Zone der zweiten Stufe wird Sekundärluft mit einer Rate zugeführt, die nicht geringer als die für die Oxidation der unverbrannten Komponenten benötigte stöchiometrische Rate ist, wodurch eine Verbrennung der dritten Stufe stromabwärts der Zone der zweiten Stufe gebildet wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verbrennen von Brennstoff und Oxidationsmittel mit hohem Leistungsgrad zu schaffen.
Eine Ausführungsform dieser Erfindung schafft ein Verfahren zum Verbrennen von Brennstoff und Oxidationsmittel mit hohem Leistungsgrad, sogar wenn der Brennstoff einen ungleichmäßigen und/oder stark veränderlichen stöchiometrischen Sauerstoffbedarf hat.
Es ist bekannt, daß der Leistungsgrad eines Verbrennungsverfahrens verbessert werden kann, wenn statt Luft reiner Sauerstoff oder angereicherte Luft als das Oxidationsmittel benutzt wird. Da reiner Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft weniger Inertstoffe als Luft für eine äquivalente Menge von für die Verbrennung verfügbarem Sauerstoff enthält, wird viel weniger Energie aufgewendet, um diese Inertstoffe unter Druck zu setzen, abzupumpen und zu erwärmen, wenn reiner Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft als das Oxidationsmittel benutzt wird. Das Ausschließen dieser unproduktiven Handhabung und Erwärmung von Inertstoffen verbessert wesentlich den Leistungsgrad des Verbrennungsverfahrens.
Die Anwendung von reinem Sauerstoff oder von mit Sauerstoff angereicherter Luft zur Steigerung der Temperatur der Verbrennungsreaktion ist bekannt. Die erhöhte Temperatur begünstigt die Dynamik der Verbrennungsreaktion in Richtung auf die Bildung von Stickoxiden (NOx). Dies ist ungünstig, da NOx ein bedeutender Faktor der Umweltverschmutzung ist.
Demgemäß schafft eine Ausführungsform dieser Erfindung ein Verfahren zum Verbrennen von Brennstoff und Oxidationsmittel, insbesondere reinem Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft, mit hohem Leistungsgrad als auch mit geringer NOx-Bildung.
Eine andere Ausführungsform dieser Erfindung schafft ein Verfahren zum Verbrennen von Brennstoff und Oxidationsmittel mit hohem Leistungsgrad und mit geringer NOx-Bildung, auch wenn das Oxidationsmittel reiner Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft ist, und wenn der Brennstoff einen ungleichmäßigen und/oder stark veränderlichen stöchiometrischen Sauerstoffbedarf hat.

Zusammenfassung der Erfindung

Die obige Aufgabe, die Fachleuten offenbar wird, wird durch die vorliegende Erfindung erreicht, die da ist:
Ein Verfahren zum Verbrennen von Brennstoff und Oxidationsmittel mit hohem Leistungsgrad und unter niedriger NOx-Erzeugung, bei dem:
(A) in eine Verbrennungszone Brennstoff und Oxidationsmittel in einem oxidationsmittelreichen Strahl mit einer Geschwindigkeit eingeblasen werden, die ausreicht, um einen verminderten Druck und folglich eine starke Rückstromzone innerhalb der Verbrennungszone nahe dem oxidationsmittelreichen Strahl auszubilden;
(B) Brennstoff und Oxidationsmittel innerhalb des oxidationsmittelreichen Strahls verbrannt werden, um Verbrennungsprodukte in einem mit Oxidationsmittel verdünnten Strahl zu erzeugen;
(C) Brennstoff in die Rückstromzone eingeleitet wird und Brennstoff und Verbrennungsprodukte innerhalb der Rückstromzone vermischt werden;
(D) das Gemisch aus Brennstoff und Verbrennungsprodukten in den oxidationsmittelreichen Strahl gesaugt wird, wobei das Oxidationsmittel mindestens 30 Vol.% Sauerstoff aufweist und die Geschwindigkeit des oxidationsmittelreichen Strahls mindestens 45,7 m/s (150 Fuß pro Sekunde) beträgt; und
(E) das resultierende verdünnte Gemisch in einer diffusen Sekundärflamme an der Peripherie des oxidationsmittelreichen Strahls unter Erzeugung von weiteren Verbrennungsprodukten verbrannt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine Querschnittansicht einer Ausführungsförm der Erfindung, bei der Brennstoff aus Flüssigkeiten und/oder Feststoffen innerhalb der Verbrennungszone abgedampft wird, und der abgedampfte Brennstoff in eine Rückstromzone eingebracht wird.
Figur 2 ist eine Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der Brennstoff in die Verbrennungszone eingeblasen und in die Rückstromzone eingebracht wird.
Figur 3 ist eine Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der der in die Rückstromzone eingebrachte Brennstoff von innerhalb der Verbrennungszone verdampftem Brennstoff und auch von in die Verbrennungszone eingeblasenem Brennstoff stammt.
Figur 4 ist eine graphische Darstellung der experimentellen Ergebnisse, die bei der Anwendung der Erfindung erzielt wurden und der Ergebnisse, die bei einem Verfahren erzielt wurden, das nicht gemäß dem Verfahren dieser Erfindung durchgeführt wurde.

Detaillierte Beschreibung

Das Verfahren dieser Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
Unter Bezugnahme auf Figur 1 ist eine Verbrennungszone 1 vorzugsweise im wesentlichen beschränkt und gegenüber der Atmosphäre abgeschlossen. In die Verbrennungszone 1 werden Brennstoff und Oxidationsmittel 2 in einem oxidationsmittelreichen Strahl 3 eingeblasen. Der Brennstoff und das Oxidationsmittel können als ein Gemisch in die Verbrennungszone 1 eingeblasen werden, oder der Brennstoff und das Oxidationsmittel können getrennt in die Verbremungszone 1 eingeblasen werden. Im letzteren Fall weist eine besonders bevorzugte Ausführungsform einen zentralen Strom entweder des Brennstoffes oder des Oxidationsmittels auf, wobei das jeweils andere Mittel in der Nähe als ein Ringstrom eingeblasen wird. Der Brennstoff und das Oxidationsmittel werden durch irgendeine geeignete Zündanordnung (nicht in Figur 1 gezeigt) entzündet.
Der Brennstoff kann jeder fluide Brennstoff sein. Gattungsbeispiele geeigneter fluider Brennstoffe beinhalten ein Gas, das aus einer oder mehreren gasförmigen Komponenten besteht, von denen mindestens eine brennbar ist, Tröpfchen eines in einem gasförmigen Medium dispergierten flüssigen Brennstoffes und Tröpfchen eines festen, in einem gasförmigen Medium dispergierten Brennstoffes. Spezielle Beispiele geeigneter fluider Brennstoffe beinhalten Erdgas, Wasserstoff, Koksofengas und Propan.
Das Oxidationsmittel kann mit Sauerstoff angereicherte Luft oder reiner Sauerstoff sein. Wie hier benutzt bezeichnet "reiner Sauerstoff" ein Oxidationsmittel, das mindestens 99,5 Volumenprozent Sauerstoff enthält. Das Oxidationsmittel weist mindestens 30 Volumenprozent Sauerstoff auf, da dies die Stabilität der Flamme verbessert, die andernfalls eine Instabilität aufgrund der verdünnenden Wirkung des oxidationsmittelreichen Strahles 3 erfahren könnte. Das am meisten bevorzugte Oxidationsmittel ist reiner Sauerstoff.
Wie zuvor erwähnt ist der Strahl 3 reich an Oxidationsmittel. Vorzugsweise enthält der Strahl 3 Sauerstoff in einer Menge von mindestens 300 Prozent der stöchiometrischen Menge von Sauerstoff, die für eine vollständige Verbrennung des in dem Strahl 3 in die Verbrennungszone 1 eingeblasenen Brennstoffes nötig ist. Vorzugsweise übersteigt der Sauerstoff in dem Strahl 3 nicht 2000 Prozent der für eine vollständige Verbrennung benötigten stöchiometrischen Sauerstoffmenge, da dies auch zu einem zu stark verdünnten Strahl und zu einer instabilen Verbrennung in dem Strahl 3 führen würde.
Der Strahl 3 wird in die Verbrennungszone 1 mit einer Geschwindigkeit eingeblasen, die ausreichend groß ist, um einen verminderten Druck und folglich eine starke Rückstromzone innerhalb der Verbrennungszone 1 nahe der Peripherie des Strahls 3 zu bewirken. Die Geschwindigkeit des Strahls 3 wird in Abhängigkeit von mehreren Faktoren variieren, wie z.B. dem Anfangsdurchmesser des Strahls 3 an dessen Einblasstelle in die Verbrennungszone 1 und der Anordnung der Verbrennungszone 1. Die Geschwindigkeit des Strahls 3 wird mindestens 45,7 m/s (150 Fuß pro Sekunde) betragen, und sie wird meistens 76,2 m/s (250 Fuß pro Sekunde) übersteigen.
Der Brennstoff und das Oxidationsmittel verbrennen innerhalb des Strahls 3, um Verbrennungsprodukte zu bilden, die die Produkte der Verbrennungsreaktion des Brennstoffes und des Oxidationsmittels als auch unreagiertes Oxidationsmittel enthalten. Aufgrund des stöchiometrischen Überschusses von Sauerstoff und auch aufgrund der guten Mischung, die inhärent in der Natur eines Strahles bei der festgelegten Geschwindigkeit begründet ist, wird bewirkt, daß der Brennstoff im wesentlichen vollständig verbrennt. Aufgrund der verdünnenden Wirkung des Strahls 3 wird jedoch nur eine sehr geringe Bildung von NOx bewirkt, obschon reiner Sauerstoff als das Oxidationsmittel benutzt werden kann. Die verdünnenden Wirkungen des stöchiometrischen Sauerstoffüberschusses bewirken, daß sich die Verbrennungsreaktion innerhalb des Strahls 3 über ein größeres Volumen ausbreitet, als es sonst bei stöchiometrisch äquivalenten Mengen von Brennstoff und Sauerstoff der Fall wäre. Dieses Ausbreiten der Verbrennungsreaktion innerhalb des Strahls 3 verhindert lokale hohe Temperaturen, die die Verbrennungsreaktionen in Richtung auf eine NOx-Bildung drängen.
Durch den Druckgradienten zwischen dem Volumen in der Nähe des Strahls 3 und dem Rest der Verbrennungszone 1 wird bewirkt, daß die Verbrennungsprodukte von dem oxidationsmittelreichen Strahl 3 in Richtung auf die Peripherie des Strahls 3 zurückströmen. Diese Rückströmung in Richtung auf die Peripherie des Strahls 3 tritt innerhalb der in Figur 1 als Zone 4 veranschaulichten Zone auf. Aufgrund der starken Beschaffenheit der Rückstromzone übersteigt die in Richtung auf die Peripherie des Strahls 3 rückgeführte Masse die Masse des Strahls 3 bis zu einem Faktor von 4 zu 1 oder mehr.
Figur 1 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung, bei der Flüssigkeiten und/oder Feststoffe 5, die einen leicht verdampfbaren Brennstoff enthalten, in die Verbrennungszone 1 eingebracht werden. Beispiele solcher Flüssigkeiten und/oder Feststoffe beinhalten Abfalllösemittel, Abfallöl, Sumpfflüssigkeiten aus Destillationsanlagen, Kunststoffe und pathologische Abfälle. In diesem Fall wird die Verbrennungszone 1 allgemein als innerhalb eines Veraschers oder eines Drehrohrofens befindlich definiert. Diese Flüssigkeiten und/oder Feststoffe sind dadurch gekennzeichnet, daß sie einen ungleichmäßigen und/oder stark veränderlichen stöchiometrischen Sauerstoffbedarf haben.
Durch die Verbrennung von Brennstoff und Oxidationsmittel innerhalb des Strahls 3 erzeugte Wärme wird durch Konvektion und/oder Strahlung 6 zu Material 5 gebracht um ein Ausdampfen 7 von Brennstoff zu bewirken. Dieser Brennstoff wird in die Rückstromzone 4 eingebracht und mischt sich dort mit Verbrennungsprodukten der zuvor beschriebenen Verbrennung. Dieses Gemisch wird dann in den Strahl 3 gesaugt, in dem die Verbrennung fortlaufend stattfindet. Das Gemisch, das mit Produkten der Verbrennungsreaktion verdünntes Oxidationsmittel und Sauerstoff enthält, wird trotz der Verdünnung durch die laufende Verbrennung entzündet, die innerhalb des Strahls 3 stattfindet, und es verbrennt in einer diffusen Sekundärflamme an der Peripherie des Strahls 3. Aufgrund der Diffusion der Sekundärflamme wird ein Eintreten lokaler hoher Temperaturen verhindert, die die NOx-Bildung verstärken würden.
Die Sekundärverbrennung dauert an und bildet weitere Verbrennungsprodukte, wobei bewirkt wird, daß die meisten derselben in Richtung auf die Peripherie des Strahls 3 rückströmen, um als weitere Verdünnungsstoffe zu wirken, oder daß diese aus der Verbrennungszone abgeführt werden können. Auch wenn das Material 5 einen stark veränderlichen stöchiometrischen Sauerstoffbedarf hat, dient das Mischen innerhalb der Rückstromzone 4 dazu, ein gleichförmigeres brennbares Gemisch zu bilden, als es der Fall wäre, wenn das Material 5 direkt verbrannt werden würde. Die erhöhte Gleichförmigkeit zusammen mit dem gleichmäßigen und kräftigen Ansaugen des Gemisches in den Strahl 3 erlaubt dem Bediener, die in die Verbrennungszone 1 eingeblasene Sauerstoffmenge genauer zu regulieren und somit das gesamte Verbrennungsverfahren viel wirkungsvoller auszuführen, als es ansonsten der Fall wäre. Außerdem werden die Verbrennungsrate und der Leistungsgrad gesteigert, da die Verbrennung nicht auf die Einhüllende der von dem Materialberg 5 freigesetzten brennbaren Dämpfe begrenzt ist.
Obschon das Verfahren dieser Erfindung mit Bezugnahme auf Figur 1, die einen einzelnen oxidationsmittelreichen Strahl 3 zeigt, beschrieben wurde, versteht sich Fachleuten, daß eine Mehrzahl solcher Strahlen eingesetzt werden kann.
Figur 2 veranschaulicht eine andere Ausführungsform des Verfahrens dieser Erfindung, bei der Brennstoff in die Verbrennungszone eingeblasen wird. Die Bezugszeichen in Figur 2 entsprechen für die gemeinsamen Komponenten jenen von Figur 1, und der Betrieb dieser gemeinsamen Komponenten wird nicht erneut im Detail beschrieben.
Unter Bezugnahme auf Figur 2 wird Brennstoff 8 in die Verbrennungszone 1 als ein Strom 9 getrennt von dem oxidationsmittelreichen Strahl 3 eingeblasen. Der Brennstoff 8 kann jeder geeignete Brennstoff sein, wie jeder der Brennstoffe, die in dem Strahl 3 benutzt werden können. Außerdem kann der Brennstoff 8 flüssiger Brennstoff sein, wie z.B. Abfallöl mit niedrigem Heizwert oder ein anderer Brennstoff, der einen ungleichmäßigen und/oder stark veränderlichen stöchiometrischen Sauerstoffbedarf hat. Bei der in Figur 2 veranschaulichten Ausführungsform wird Brennstoff 8 als ein Strom 9 in die Verbrennungszone 1 ohne jegliches zusätzliche Oxidationsmittel eingeblasen.
Wenn es erwünscht ist, kann Oxidationsmittel jedoch auch als Teil des Stromes 9 entweder vorgemischt mit Brennstoff 8 oder getrennt nahe der Einblasstelle des Brennstoffes 8 in die Verbrennungszone 1 eingeblasen werden. Wenn das Oxidationsmittel einen Teil des Stromes 9 darstellt, sollte der Sauerstoff in dem Oxidationsmittel 60 Prozent des für die vollständige Verbrennung des Brennstoffes 8 benötigten Sauerstoffs nicht übersteigen.
Der Strom 9 wird in die Rückstromzone 4 eingebracht und mischt sich darin mit Verbrennungsprodukten. Dieses Gemisch wird dann in den Strahl 3 gesaugt, in dem fortlaufend Verbrennung stattfindet. Das Gemisch, das Brennstoff und Oxidationsmittel aufweist, und das mit Produkten der Verbrennungsreaktion verdünnt ist, wird trotz der Verdünnung durch die laufende Verbrennung, die innerhalb des Strahls 3 stattfindet, erfolgreich entzündet und verbrennt in einer diffusen Sekundärflamme an der Peripherie des Strahls 3. Aufgrund der Diffusion der Sekundärflamme wird das Eintreten lokaler hoher Temperaturen, die die Bildung von NOx fördern würden, verhindert.
Die Sekundärverbrennung dauert an und bildet weitere Verbrennungsprodukte, die dann als weitere Verdünner dienen, oder die aus der Verbrennungszone abgeführt werden können. Obschon der Strom 9 einen stark veränderlichen stöchiometrischen Sauerstoffbedarf haben kann, dient das Mischen innerhalb der Rückstromzone 4 dazu, ein gleichförmigeres brennbares Gemisch zu bilden, als es der Fall wäre, wenn der Strom 9 direkt verbrannt werden würde. Diese erhöhte Gleichförmigkeit zusammen mit dem gleichmäßigen Ansaugen des Gemisches in den Strahl 3 erlaubt dem Bediener, die in die Verbrennungszone 1 eingeblasene Sauerstoffmenge genauer zu regulieren und somit das gesamte Verbrennungsverfahren viel wirkungsvoller auszuführen, als es ansonsten der Fall wäre.
Obschon das Verfahren der Erfindung mit Bezugnahme auf Figur 2, die einen einzelnen Brennstoffstrom 9 zeigt, beschrieben wurde, versteht sich Fachleuten, daß eine Mehrzahl solcher Ströme eingesetzt werden kann.
Figur 3 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform des Verfahrens dieser Erfindung, bei der Brennstoff, der in die Rückstromzone eingeführt wurde, sowohl von Brennstoff stammt, der von flüssigem und/oder festem Material innerhalb der Verbrennungszone abgedampft wurde, als auch von Brennstoff, der als ein von dem oxidationsmittelreichen Strahl getrennter Strom in die Verbrennungszone eingeblasen wurde. Die Bezugszeichen in Figur 3 entsprechen jenen der Figuren 1 und 2, und die Verfahrensschritte werden nicht erneut im Detail beschrieben, da sie bereits unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 beschrieben wurden.
Das Folgende dient dazu, das Verfahren der Erfindung weiter zu veranschaulichen, oder die durch die Erfindung erzielten Ergebnisse mit Ergebnissen zu vergleichen, die mit einem Verfahren erzielt wurden, das nicht mit der Anwendung dieser Erfindung übereinstimmt. Das Beispiel wird zu Anschauungszwecken dargelegt, und es soll nicht begrenzen.

Beispiel

Das Verfahren dieser Erfindung wurde mit einem Ofensystem ausgeführt, das dem in Figur 2 gezeigten ähnlich ist. Der Brennstoff war Erdgas, das Oxidationsmittel war reiner Sauerstoff, die Ofentemperatur wurde auf etwa 1120 ºC (2050 ºF) gehalten, und der Ofen wurde mit einem Wärmeausstoß von etwa 0,29 MW (1,0 Millionen BTU pro Stunde) betrieben. Der Ofen war mit feuerfestem Material ausgekleidet, und er wurde durch 10 Leitungen mit einem Durchmesser von 38 mm (1,5 inch) am Boden des Ofens wassergekühlt, wobei der Ofen Innenabmessungen von 0,91 m (3 Fuß) auf 1,22 m (4 Fuß) auf 2,44 m (8 Fuß) hatte.
Der Brennstoff wurde als Strahl 9 in einem Abstand von etwa 150 mm (6 inch) von der Stelle in die Verbrennungszone eingeleitet, an der der oxidationsmittelreiche Strahl 3 eingeblasen wurde. Infolgedessen wurde der Brennstoff in Strahl 9 in die Rückstromzone geleitet, wo er sich mit Verbrennungsprodukten vermischte, bevor das sich ergebende Gemisch in den oxidationsmittelreichen Strahl gesaugt wurde. Von den Rauchzuggasen wurden NOx-Messungen bei verschiedenen Stickstoffdurchflußraten vorgenommen, die verschiedene Raten von Lufteinbruch in den Ofen wiederspiegeln. Die Ergebnisse sind als Kurve A in Figur 4 dargestellt.
Zu Vergleichszwecken wurde die Prozedur wiederholt, außer daß der Brennstoffstrahl in einer Entfernung von nur etwa 71 mm (2,8 inch) von dem oxidationsmittelreichen Strahl entfernt war, wodurch bewirkt wurde, daß der Brennstoff direkt in den oxidationsmittelreichen Strahl geleitet wurde, ohne wie bei dem Verfahren dieser Erfindung in die Rückstromzone geleitet zu werden. Die NOx-Messungen dieser Vergleichsprozedur sind als Kurve B in Figur 4 dargestellt.
Wie anhand der in Figur 4 aufgetragenen Ergebnisse klar zu sehen ist, ermöglicht das Verfahren dieser Erfindung eine wesentliche NOx-Verminderung gegenüber jener, die mit einem Verfahren erzielt werden kann, das nicht in Übereinstimmung mit der Anwendung dieser Erfindung ausgeführt wird; im allgemeinen bis zu einem Wert von nur etwa einem Drittel des erzeugten NOx.

Claims

1. Verfahren zum Verbrennen von Brennstoff und Oxidationsmittel mit hohem Leistungsgrad und unter niedriger NOx-Erzeugung, bei dem:

(A) in eine Verbrennungszone (1) Brennstoff und Oxidationsmittel (2) in einem oxidationsmittelreichen Strahl (3) mit einer Geschwindigkeit eingeblasen werden, die ausreicht, um einen verminderten Druck und folglich eine starke Rückstromzone (4) innerhalb der Verbrennungszone nahe dem oxidationsmittelreichen Strahl auszubilden, wobei das Oxidationsmittel mindestens 30 Vol.% Sauerstoff aufweist und die Geschwindigkeit des oxidationsmittelreichen Strahls (3) mindestens 45,7 m/s (150 Fuß pro Sekunde) beträgt;

(B) Brennstoff und Oxidationsmittel innerhalb des oxidationsmittelreichen Strahls (3) verbrannt werden, um Verbrennungsprodukte in einem mit Oxidationsmittel verdünnten Strahl zu erzeugen;

(C) Brennstoff (7, 8) in die Rückstromzone (4) eingeleitet wird und Brennstoff und Verbrennungsprodukte innerhalb der Rückstromzone vermischt werden;

(D) das Gemisch aus Brennstoff und Verbrennungsprodukten in den oxidationsmittelreichen Strahl (3) gesaugt wird; und

(E) das resultierende verdünnte Gemisch in einer diffusen Sekundärflamme an der Peripherie des oxidationsmittelreichen Strahls (3) unter Erzeugung von weiteren Verbrennungsprodukten verbrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Oxidationsmittel reiner Sauerstoff ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der oxidationsmittelreiche Strahl (3) Sauerstoff in einer Menge im Bereich von 300 bis 2000 Prozent der stöchiometrischen Menge an Sauerstoff enthält, die notwendig ist, um den Brennstoff in dem oxidationsmittelreichen Strahl vollständig zu verbrennen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Brennstoff und Oxidationsmittel in die Verbrennungszone (1) als ein Gemisch eingeblasen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Brennstoff und Oxidationsmittel in die Verbrennungszone (1) getrennt eingeblasen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Brennstoff oder Oxidationsmittel in die Verbrennungszone (1) als ein zentraler Strom eingeblasen wird und das jeweils andere Mittel (Oxidationsmittel bzw. Brennstoff) in die Verbrennungszone als ein den zentralen Strom umgebender Ringstrom eingeblasen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der in die Rückstromzone (4) eingebrachte Brennstoff ein Brennstoff (7) ist, der von flüssigem und/oder festem Material (5) innerhalb der Verbrennungszone (1) abgedampft wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der in die Rückstromzone (4) eingebrachte Brennstoff ein Brennstoff (8) ist, der in die Verbrennungszone (1) als ein von dem oxidationsmittelreichen Strom (3) getrennter Strom (9) eingeleitet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Strom (9) zusätzlich Sauerstoff in einer Menge von bis zu 60 Prozent des Sauerstoffs enthält, der notwendig ist, um den Brennstoff innerhalb dieses Stromes vollständig zu verbrennen.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der in die Rückstromzone (4) eingebrachte Brennstoff sowohl ein von flüssigem und/oder festem Material (5) innerhalb der Verbrennungszone (1) abgedampfter Brennstoff (7) als auch Brennstoff (8) ist, der in die Verbrennungszone als ein von dem oxidationsmittelreichen Strahl (3) getrennter Strom (9) eingeleitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Masse des Brennstoffes und der Verbrennungsprodukte innerhalb der Rückstromzone (4) die Masse des oxidationsmittelreichen Strahls (3) um einen Faktor von mindestens 4 zu 1 übertrifft