DK148926B - Fremgangsmaade til formindskelse af nox-emissionen ved forbraendingen af nitrogenholdige braendstoffer - Google Patents

Description

i 148926

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til formindskelse af NO -emissionen ved forbrændingen af nitrogen-holdige brændstoffer i brændere i lukkede forbrændingskamre, hvori forbrændingen sker under tilsætning af 5 røggasser i en understøkiometrisk primær forbrændingszone med umiddelbar tilføring af en kappeluftstrøm, der omgiver brændstofstrømmen,gennem den pågældende brænder og i en overstøkiometrisk sekundær forbrændingszone, der tilføres restluften over den primære for-10 brændingszones overfladeområde.

Reaktionsmekanismerne, der forårsager dannelsen af nitrogenoxider ved tekniske forbrændinger, er i vidt omfang kendte. Der skelnes i dag i det væsentlige mellem to forskellige dannelsesreaktioner: 15 “ den termiske NO -dannelse, der beror på oxidatio- Λ nen af molekylært nitrogen, der f.eks. forekommer rigeligt i forbrændingsluften. Eftersom oxidationen af molekylært nitrogen kræver atomart oxygen eller agressive radikaler (f.eks. OH, 0^, etc.), 20 er den stærkt temperaturafhængig, derfor termisk NO ; x - dannelsen af brændstof-NOx, der foregår ved oxidationen af bundne nitrogenforbindelser i brændstoffet. Under pyrolysen af et flydende eller støvformigt brændstof danner der sig af disse nirogenforbindelser nitrogen-carbon- og nitrogen-hydrogenradikaler (CH, HCN, CH etc.), der på grund af deres reaktionsdygtighed med molekylært oxygen, allerede ved relativt lave temperaturer 30 i nærværelse af oxygen oxideres til ΝΟχ.

Derfor opnår man en nedsættelse af den termiske NO -dannelse ved fremfor alt at sænke forbrændingstem-peraturen og opholdstiden ved høje temperaturer. Eftersom der ved forbrænding af brændstoffer med bundet 35 nitrogen dog opstår en stor andel af den totale Normdannelse ved brændstof-NO -reaktionen, er de foran

X

nævnte forholdsregler ved sådanne brændstoffer ikke tilstrækkelige til opnåelse af de i nogle lande gældende 2 148926 emissionsgrænser. Derfor er det nødvendigt allerede under pyrolysen i fravær af oxygen at reducere nitrogenforbindelserne til molekylært nitrogen (Nj). Undersøgelser har vist, at disse reduktionsreaktioner til moleky-5 lært nitrogen f.eks. finder sted, når brændstofferne forbrændes under understøkiometriske betingelser, dvs. med mindre oxygen- eller lufttilsætning end nødvendigt tdl fuldstændig forbrænding.

Undersøgelser har vist, at med en sådan delvis forbrænding med påfølgende efterforbrænding (2-trins-forbrænding) kan såvel brændstof-NO -omdannelsen ved sam-tidig varmefratagelse fra det understøkiometriske område og den termiske NOx-dannelse formindskes betydeligt.

Ved forsøg blev der ved anvendelse af 2-trins-forbræn-15 dingen opnået en nedsættelse af NO -emissionsværdierne i forhold til uopdelt forbrænding på indtil ca. 70%.

En beslægtet fremgangsmåde kendes fra USA-patent nr. 4.023.921. Ved denne fremgangsmåde anvendes en recirkulation af kold røggas til NO^-reduktion. Ganske 20 vist opnås også en vis trindeling af forbrændingen ved, at forbrændingsluften opdeles i en primærstrøm og en sekundærstrøm, der også tilblandes flammen efter hinanden; primærstrømmen udgør dog kun 2-10%. Denne ringe procentuelle lufttilblanding er imidlertid ikke til-25 strækkelig til at pyrolysere en væsentlig andel af brændstoffet i primærzonen. Dannelsen af brændstof-NOx kan kun undertrykkes, såfremt der i primærzonen opnås en brændstofpyrolyse ved oxygenmangel. Ved denne fremgangsmåde er det således kun muligt at opnå en nedsættel- 30 se af termisk NO .

x

Det er yderligere blevet fastslået, at der ved forsinkelse af blandingen mellem luft- og brænds tof strømmen ligeledes kan opnås en betragtelig formindelskelse af NO -emissionen.

35 I en kendt kulstøvbrænder (tysk brugsmønster nr. 18 68 003) tilføres den kappeformige sekundærluftstrøm adskilt i to direkte om hinanden ringformigt anbragte regulerbare rør for, f.eks. at lade den indre og 3 168926 dermed umiddelbart op til støvstrålenværende sekundærluftstrøm udtræde med lavere og den øvre sekundærluftstrøm med højere hastighed.

En ulempe ved denne indretning er, at der optræder en 5 forlængelse af flammen, som derved medfører større forbrændingskamre, og at ved den belastningsbetingede sænkning af sekundærluften sænkes sekundærlufthastighe-den til under støvlufthastigheden, hvorved flammens karakter og form ændres. Under visse omstændigheder kan 10 tændingen herved påvirkes ugunstigt.

Det er yderligere kendt at foretage en primær forbrænding under understøkiometriske forhold i et forkammer til forbrædningskammeret og føre den til fuldstændig forbrænding fornødne luft til brændgasserne, der 15 forlader forkammeret. Endvidere suges røggasser ud af brændkammeret med et brændertilbehør (tysk offentliggørelsesskrift nr. 2129357).

Hensigten med opfindelsen har derfor været at angive en fremgangsmåde af den tidligere nævnte art, 20 ved hvilken der ved påvirkning af sekundærluftstrømmen, der omfatter kappe- og restluft opnås en nedsat dannelse af NO . x

Dette opnås ifølge opfindelsen ved en fremgangsmåde, der er ejendommelig ved, at restluften styret i 25 afhængighed af belastningen tilføres forbrændingskammeret koaksialt omkring den pågældende brænder i mindst to luftstrømme, der når flammen i en afstand fra brændermundingen, der svarer til ca. 1 til 2 gange diameteren af kappeluftrøret, og at røggasser fra forbrændingskam-30 meret ved flammens impuls suges ind i den primære forbrændingszone gennem det mellem delstrømmene værende frie rum, hvorved kappeluftstrømmen reguleres således, at der i den primære forbrændingszone opnås et luftforhold mellem 0,9 og 0,5.

35 Fordelene, der opnås ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, nemlig ringe NOx-emission, opnås ved sekundærluftstrømmens særlige opdeling i forbindelse med en umiddelbar tilsugning af røgasser fra forbrændingskamme- 148926 4 ret.

Mens den ene del af sekundærluften, der umiddelbart føres til brænderen, med hensyn til prel og hastighed kan påvirkes således,at der sikres en intensiv tæn-5 ding over det totale belastningsområde,udformes den anden del af sekundærluftstrømmen, der tilsættes flammen, som restluftstrøm udenfor brænderen, således at den beskrevne målsætning efter udført tænding og primærforbrænding virkeliggøres ved hjælp af restluftstrømmens 10 blandingsenergi i udbrændingen i sekundærzonen.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen beskrives nærmere under henvisning til den vedhæftede principskitse af en brænder og den hermed fremstillede flamme.

Med brænderen,der består af et kerneluftrør 2, en 15 brændstof- og bæreluftdel 1 og kappeluftdel 3, frembringes en delforbrændingszone (primærzone) 6, hvis lufttal ligger mellem 0,9 til. 0,5 gange støkiometrien.

Brænderen er udformet således, at ved bestemte forholdsregler ( prel af kappeluften, konisk åbnende 20 brændermunding, lukket kerneluft) i flammens indre frembringes en zone med intensiv modstrømning 5 fra et område med allerede fremskreden forbrænding. Herved opvarmes og tændes brændstof-luftblandingen hurtigt. Opvarmningen og tændingen kan påvirkes ved tilsætning af 25 kerneluft. Således sikres den bedste tænding, når kerneluften er lukket.

Den til restudbrændingen fornødne luft indblæses, som restluft (trinluft) 4 gennem nogle dyser i omkredsen således, at den først efter dannelse af primærflammen ΟΛ forsyner en sekundærflamme eller efterforbrændings- .zone 7, med oxygen. Trinluftdyserne anbringes hertil • i en delkreds, hvis tværsnit svarer til det dobbelte af kappeluftrørets tværsnit, herved sikres, at trinluften 4 først når den egentlige flamme efter en stræk-ning på ca. en til to kappeluftrørtværsnit i retning bort fra brændermundingen.