EP2149012A1 - Method for the combustion of fuel - Google Patents

Method for the combustion of fuel

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Publication number
EP2149012A1
EP2149012A1 EP08749366A EP08749366A EP2149012A1 EP 2149012 A1 EP2149012 A1 EP 2149012A1 EP 08749366 A EP08749366 A EP 08749366A EP 08749366 A EP08749366 A EP 08749366A EP 2149012 A1 EP2149012 A1 EP 2149012A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion
oxygen
combustion zone
fuel
burner
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08749366A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Malte E. C. Förster
Reinhold Kneer
Dobrin Toporov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rhein-Westf Techn Hochschule
RHEIN WESTF TECHN HOCHSCHULE
Original Assignee
Rhein-Westf Techn Hochschule
RHEIN WESTF TECHN HOCHSCHULE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rhein-Westf Techn Hochschule, RHEIN WESTF TECHN HOCHSCHULE filed Critical Rhein-Westf Techn Hochschule
Publication of EP2149012A1 publication Critical patent/EP2149012A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F23C3/006—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber being arranged for cyclonic combustion
    • F23C3/008—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber being arranged for cyclonic combustion for pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
    • F23C7/004—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion using vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/003—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23C2202/00—Fluegas recirculation
    • F23C2202/10—Premixing fluegas with fuel and combustion air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/03008—Spherical or bulb-shaped combustion chambers

Definitions

  • the present invention relates to a method of combusting fuel introduced into a combustion zone of a burner using oxygen or a mixture of oxygen and carbon dioxide. Furthermore, the invention relates to a burner which is suitable for carrying out the method according to the invention.
  • This reaction produces a volume doubling because one mole of carbon dioxide produces two moles of carbon monoxide.
  • higher flow rates occur, which adversely affect the stability of the combustion reaction, ie the combustion process.
  • heat is consumed in the above endothermic reaction, which also leads to the destabilization of the combustion process.
  • the combustion temperature rises again to a range at which the reductive conversion of carbon dioxide to carbon monoxide can take place.
  • the combustion process is weakened by the mentioned feedback processes, since there are no constant conditions for the combustion. Therefore, to stabilize the combustion process so far the combustion zone oxygen has been supplied with a volume fraction of at least 21%, whereby the temperature of the combustion process can be kept relatively constant. Through this use of oxygen, a corresponding combustion is relatively expensive.
  • This object is achieved according to the invention by the method of burning fuel introduced into a combustion zone of a burner using oxygen or a mixture of oxygen and carbon dioxide.
  • the fuel may be fossil fuel, such as coal or the like, which is suitably introduced into the combustion zone.
  • the mixture of oxygen and carbon dioxide is preferably formed from an oxygen-enriched flue gas, which flue gas is withdrawn from the combustion chamber and then fed back.
  • a circular flow is generated in the combustion zone through which a homogeneous mixing of hot combustion products with the fuel and the oxygen or the fuel and the mixture of oxygen and carbon dioxide takes place in the combustion zone.
  • This circular flow transports heat and products of combustion in the combustion zone of the burner, thereby stabilizing the combustion in the combustion zone of the burner because the above-described heat reduction produced by the endothermic reaction is compensated by the retention of hot combustion products in the combustion zone. This does not include conditions found in flox technology, with air as the oxidizer.
  • parameters such as feed rates of the oxygen or mixture of oxygen and carbon dioxide and the fuel and structural characteristics of the burner must be taken into account.
  • a suitable burner has, for example, in the feed region of the substances, tear-off edges for the flow through which turbulence of the supplied substances can take place. Furthermore, an adequately designed space must be available in the combustion zone of the burner, which allows a turbulent flow to form a circular flow in the form of a strongly recirculating flow.
  • an advantageous embodiment of the invention provides that the circular flow is formed in the form of a strongly recirculating flow substantially in the entire combustion zone of the burner, whereby the combustion process is maximally stabilized and the oxygen content in the combustion zone can be largely reduced.
  • the highly recirculating flow is formed in at least 50% of the combustion zone.
  • the recirculating flow is in at least 80% of the combustion zone educated.
  • the recirculating flow is formed in at least 90% of the combustion zone.
  • a flue gas formed during the combustion is removed from the combustion zone.
  • This flue gas has a high carbon dioxide content and can be stored after removal, so that the carbon dioxide emissions in the combustion of the invention is largely reduced.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the flue gas is enriched with oxygen and then introduced into the combustion zone.
  • the flue gas is enriched with oxygen and then introduced into the combustion zone.
  • the fuel is introduced together with the oxygen and / or the flue gas in the combustion zone, wherein the flue gas may be a mixture of oxygen and carbon dioxide.
  • the flue gas may be a mixture of oxygen and carbon dioxide.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the fuel, the oxygen and / or the flue gas from different directions or the same direction are introduced into the combustion zone.
  • the formation of the circular flow in the form of a strongly recirculating flow can thus be promoted by the choice of the introduction variant of the substances into the combustion zone.
  • an opposite introduction of the substances can lead to the formation of the strongly recirculating flow.
  • the components of the flue gases are completely burned in the combustion zone or deducted for other uses outside the combustion zone from this.
  • carbon monoxide can be generated in a targeted manner, which can be removed from the burner and used as starting material for certain chemical syntheses.
  • the above object of the present invention is achieved in that the combustion zone of the burner has fluidic devices, so that it is suitable for forming the circular flow in the form of a strongly recirculating flow, whereby the method according to the invention can be used.
  • the burner has a plurality of supply channels, which belong to the fluid mechanical devices of the burner. Through these feed channels, the introduction of the fuel, the oxygen, the mixture of oxygen and carbon dioxide and the flue gas into the combustion zone of the burner takes place.
  • a plurality of said substances can be supplied via a feed, whereby a uniform mixing of these substances takes place prior to introduction into the combustion zone, which may have an advantageous effect on the combustion.
  • the substances can each be introduced via a separate feed channel, if preferred.
  • the feed channels can be arranged such that a supply of the substances from different or the same direction takes place. For example, the formation of the circular flow is promoted and reinforced by an approximately opposite introduction of substances, which has an advantageous effect on the reducibility of the amount of oxygen required during combustion.
  • the burner has a swirling device.
  • a swirling device which may be formed for example as a fan or the like, the formation of the circular flow in the form of a strong recirculating flow favors, which brings the described advantage of oxygen reduction with it.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a burner according to the invention, in which burned in the combustion zone fuel according to the inventive method.
  • Fig. 1 shows a burner 1 with a combustion zone 2, in which two feed channels 3 and 4 are provided, which are arranged side by side and through which a carbonaceous fuel 5 together with an oxygen-enriched flue gas 6 or only an oxygen-enriched flue gas 7 of the combustion zone 2 of the burner 1 are supplied.
  • the flow velocities of the substances 6 and 7 should in this case be selected such that the circular flow 8 indicated by the arrows in FIG. 1 forms in the form of a strongly recirculating flow in the combustion zone 2 due to a difference between the flow velocities of the substances 6 and 7.
  • the feed channel 4 shown on the right preferably has a greater flow velocity than the gaseous fluid 6, which flows in through the feed channel 3 shown on the left with the admixture of pulverulent fuel 5.
  • the left half of the circular flow 8 leads the combustion zone 2 automatically hot combustion products, whereby the combustion can be stabilized in the combustion zone 2.
  • the feed channels 3 and 4 are arranged somehow different or have a different number, which is particularly suitable to form a possibly the entire combustion zone 2-filling circular flow in the form of a strong recirculating flow 8.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

The present invention relates to a method for the combustion of fuel (5), which is introduced in a combustion zone (2) of a burner (1), using oxygen or a mixture of oxygen and carbon dioxide. The invention further relates to a burner for performing the method according to the invention. In order to provide a method, with which the combustion of fuel can be carried out in a stable process, using oxygen or a mixture of oxygen and carbon dioxide having an oxygen content of preferably less than 21% by volume, the invention proposes to produce a cyclic flow (8) in the combustion zone (2), the cyclic flow bringing about homogeneous mixing of hot combustion products with the fuel (5) and the oxygen, or with the fuel (5) and the mixture of oxygen and carbon dioxide, in the combustion zone (2).

Description

Verfahren zum Verbrennen von Brennmaterial Process for burning fuel
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von in eine Verbrennungszone eines Brenners eingebrachtem Brennmaterial unter Verwendung von Sauerstoff oder einem Gemisch aus Sauerstoff und Kohlendioxid. Desweiteren betrifft die Erfindung einen Brenner, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.The present invention relates to a method of combusting fuel introduced into a combustion zone of a burner using oxygen or a mixture of oxygen and carbon dioxide. Furthermore, the invention relates to a burner which is suitable for carrying out the method according to the invention.
Derartige Verfahren gewinnen in den letzten Jahren sehr an Bedeutung, da durch diese Art der Verbrennung der Schadstoffausstoß im Vergleich zur Verbrennung von Brennmaterial unter Verwendung von Luft drastisch reduziert werden kann.Such methods have become very important in recent years because, through this type of combustion, pollutant emissions can be drastically reduced compared to the combustion of fuel using air.
Herkömmliche Verbrennungsverfahren, bei denen beispielsweise fossile Brennmaterialien verbrannt werden, finden meist unter Verwendung von Luft statt, d. h., dass der Verbrennung Luft zugeführt wird. Da aber Luft einen sehr hohen Stickstoffgehalt von etwa 80 % aufweist, werden bei derartigen Verbrennungsverfahren Stickoxide erzeugt, welche eine starke Umweltbelastung darstellen. Desweiteren entsteht bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen Kohlendioxid, welches ebenfalls umweltbelastend ist, indem es unter anderem den Treibhauseffekt verstärkt. Daher kann der Versuch unternommen werden, die Stickstoff und das Kohlendioxid, welche im Rauchgas als Gemisch vorhanden sind, voneinander zu trennen, so dass das Kohlendioxid anschließend gelagert und eventuell für andere Zwecke verwendet werden kann. Diese Trennung gestaltet sich aber als sehr kostenaufwendig, da am Prozessende der Verbrennung beispielsweise ein Rauch- gasgemisch vorliegt, welches einen Kohlendioxidgehalt von etwa 20 % und einen Stickstoffgehalt von etwa 80 % aufweist.Conventional combustion processes, in which, for example, fossil fuel materials are burned, usually take place using air, that is, that the combustion air is supplied. But since air has a very high nitrogen content of about 80%, nitrogen oxides are produced in such combustion processes, which represent a strong environmental impact. Furthermore, the burning of fossil fuels produces carbon dioxide, which also pollutes the environment by, among other things, increasing the greenhouse effect. Therefore, an attempt can be made to separate the nitrogen and carbon dioxide present in the flue gas as a mixture, so that the carbon dioxide can subsequently be stored and eventually used for other purposes. However, this separation is very expensive, since at the end of the combustion process, for example, a smoke gas mixture is present, which has a carbon dioxide content of about 20% and a nitrogen content of about 80%.
Daher wurde dazu übergegangen, der Verbrennung statt Luft Sauerstoff oder ein Gemisch aus Kohlendioxid und Sauerstoff zuzuführen, wodurch am Prozessende der Verbrennung fast reines Kohlendioxid vorliegt, das anschließend gelagert werden kann. Desweiteren ist der Vorteil gegeben, dass bei einem solchen Ver- brennungsprozess keine schädlichen Stickoxide ausgestoßen werden.Therefore, it has begun to supply the combustion instead of air oxygen or a mixture of carbon dioxide and oxygen, which at the end of the process of combustion almost pure carbon dioxide is present, which can then be stored. Furthermore, there is the advantage that no harmful nitrogen oxides are emitted in such a combustion process.
Im Fall der Verbrennungsführung mit einem Gemisch aus Sauerstoff und Kohlendioxid hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das bei der Verbrennung erzeugte Rauchgas aus dem Verbrennungsraum abzuziehen und anschließend wieder in den Verbrennungsraum rückzuführen, wobei dieses rückgeführte Rauchgas im Fall der Verbrennung von fossilen Brennstoffen einen hohen Kohlendioxidgehalt aufweist. Der für die Verbrennung benötigte Sauerstoff muss extern erzeugt und mit dem rückgeführten Rauchgas vermischt werden.In the case of combustion management with a mixture of oxygen and carbon dioxide, it has proved to be advantageous to withdraw the flue gas produced during combustion from the combustion chamber and then to recirculate it back into the combustion chamber, this recirculated flue gas in the case of combustion of fossil fuels a high carbon dioxide content having. The oxygen needed for the combustion must be generated externally and mixed with the recirculated flue gas.
Bei der beschriebenen Verbrennung von Brennmaterial unter Verwendung von mit Sauerstoff angereichertem Rauchgas ist also der Stickstoff, welcher aus der Luft stammt, im Wesentlichen durch Kohlendioxid ersetzt. Da aber Kohlendioxid eine höhere Wärmekapazität als Stickstoff aufweist, wird der Verbrennung mehr Wärme als bei der Verwendung von Luft entzogen. Dadurch sinkt die Temperatur in der Verbrennungszone, so dass die Verbrennung unter weniger optimalen Bedingungen erfolgt. Daher wird die Verbrennung mit einem im Vergleich zu Luft erhöhten Sauerstoffangebot (> 21 %) durchgeführt, wodurch die Verbrennung stabilisiert wird, was aber gleichzeitig die Kosten für die Verbrennung erhöht, da der reine Sauerstoff vorab erzeugt werden muss.In the described combustion of fuel using oxygen-enriched flue gas so the nitrogen, which originates from the air, is essentially replaced by carbon dioxide. But since carbon dioxide has a higher heat capacity than nitrogen, the combustion is extracted more heat than when using air. As a result, the temperature in the combustion zone decreases, so that the combustion takes place under less optimal conditions. Therefore, the combustion is performed with an increased supply of oxygen (> 21%) compared to air, which stabilizes the combustion, but at the same time increases the cost of combustion, since the pure oxygen must be generated in advance.
Derartige Verbrennungsprozesse, auch Oxyfuel-Prozesse genannt, sind aus den genannten Gründen wesentlich umweltfreundlicher als die bisherige Verbrennung unter Zuführung von Luft.Such combustion processes, also called oxyfuel processes, for the reasons mentioned are much more environmentally friendly than the previous combustion with the supply of air.
Bei den beschriebenen Verbrennungsprozessen reagiert das Kohlendioxid ab etwa 700 0C merklich mit Kohlenstoff, wodurch Kohlenmonoxid gebildet wird. Die entsprechende Reaktionsgleichung lautet: CO2 + C → 2 COIn the described combustion processes, the carbon dioxide from about 700 0 C reacts noticeably with carbon, which carbon monoxide is formed. The corresponding reaction equation is: CO 2 + C → 2 CO
Diese Reaktion erzeugt eine Volumenverdopplung, da aus einem Mol Kohlendioxid zwei Mol Kohlenmonoxid entstehen. Durch diese Volumenexpansion treten höhere Strömungsgeschwindigkeiten auf, welche die Stabilität der Verbrennungsreaktion, also den Verbrennungsprozess negativ beeinträchtigen. Zudem wird bei der obigen endothermen Reaktion Wärme verbraucht, was ebenfalls zur Destabilisierung des Verbrennungsprozesses führt. Durch die Verringerung der Verbrennungstemperatur tritt die obige Reaktion nicht mehr auf und die damit verbundene Volumenverdopplung findet nicht mehr statt. Hierdurch steigt die Verbrennungstemperatur wieder in einen Bereich, bei welchem die reduktive Umsetzung von Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid stattfinden kann. Letztendlich wird der Verbrennungsprozess durch die genannten Rückkopplungsprozesse geschwächt, da keine konstanten Bedingungen für die Verbrennung vorliegen. Daher hat man zur Stabilisierung des Verbrennungsprozesses bisher der Verbrennungszone Sauerstoff mit einem Volumenanteil von mindestens 21 % zugeführt, wodurch die Temperatur des Verbrennungsprozesses relativ konstant gehalten werden kann. Durch diese Verwendung von Sauerstoff gestaltet sich eine entsprechende Verbrennung relativ kostenintensiv.This reaction produces a volume doubling because one mole of carbon dioxide produces two moles of carbon monoxide. As a result of this volume expansion, higher flow rates occur, which adversely affect the stability of the combustion reaction, ie the combustion process. In addition, heat is consumed in the above endothermic reaction, which also leads to the destabilization of the combustion process. By reducing the combustion temperature, the above reaction no longer occurs and the associated volume doubling no longer takes place. As a result, the combustion temperature rises again to a range at which the reductive conversion of carbon dioxide to carbon monoxide can take place. Ultimately, the combustion process is weakened by the mentioned feedback processes, since there are no constant conditions for the combustion. Therefore, to stabilize the combustion process so far the combustion zone oxygen has been supplied with a volume fraction of at least 21%, whereby the temperature of the combustion process can be kept relatively constant. Through this use of oxygen, a corresponding combustion is relatively expensive.
Ausgehend von dem Vorbeschriebenen ist es die A u f g a b e der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbrennen von Brennmaterial in einem Brenner bereitzustellen, bei welchem Verfahren eine Verbrennung des Brennmaterials unter Verwendung von Sauerstoff oder eines Gemisches aus Sauerstoff und Kohlendioxid und mit einem Sauerstoffgehalt von vorzugsweise weniger als 21 %- Vol. stabil durchgeführt werden kann.On the foregoing, it is the object of the present invention to provide a method of combusting fuel in a combustor, which method comprises combusting the fuel using oxygen or a mixture of oxygen and carbon dioxide and having an oxygen content of preferably less than 21% - Vol. Stable can be performed.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zum Verbrennen von in eine Verbrennungszone eines Brenners eingebrachtem Brennmaterial unter Verwendung von Sauerstoff oder eines Gemisches aus Sauerstoff und Kohlendioxid g e l ö s t. Das Brennmaterial kann fossiles Brennmaterial, wie etwa Kohle oder ähnliches sein, welches in geeigneter Form in die Verbrennungszone eingebracht wird. Das Gemisch aus Sauerstoff und Kohlendioxid ist vorzugsweise aus einem mit Sauerstoff angereichertem Rauchgas gebildet, welches Rauchgas aus der Verbrennungsraum abgezogen und anschließend wieder zugeführt wird. - A -This object is achieved according to the invention by the method of burning fuel introduced into a combustion zone of a burner using oxygen or a mixture of oxygen and carbon dioxide. The fuel may be fossil fuel, such as coal or the like, which is suitably introduced into the combustion zone. The mixture of oxygen and carbon dioxide is preferably formed from an oxygen-enriched flue gas, which flue gas is withdrawn from the combustion chamber and then fed back. - A -
Erfindungsgemäß wird in der Verbrennungszone eine Kreisströmung erzeugt, durch die eine homogene Durchmischung von heißen Verbrennungsprodukten mit dem Brennmaterial und dem Sauerstoff oder dem Brennmaterial und dem Gemisch aus Sauerstoff und Kohlendioxid in der Verbrennungszone erfolgt. Diese Kreisströmung transportiert Wärme und Verbrennungsprodukte in der Verbrennungszone des Brenners, wodurch die Verbrennung in der Verbrennungszone des Brenners stabilisiert wird, weil die oben beschriebene, durch die endotherme Reaktion erzeugte Wärmereduzierung durch das Halten von heißen Verbrennungsprodukten in der Verbrennungszone kompensiert wird. Dies umfasst nicht Bedingungen, wie sie bei der Flox-Technologie, mit Luft als Oxidator, anzutreffen sind. Um eine zur Stabilisierung der Verbrennung ausreichende Kreisströmung zu schaffen, müssen Parameter wie beispielsweise Zuführgeschwindigkeiten des Sauerstoffs oder des Gemisches aus Sauerstoff und Kohlendioxid und des Brennmaterials sowie bauliche Eigenschaften des Brenners berücksichtigt werden. Ein geeigneter Brenner weist beispielsweise im Zuführbereich der Stoffe Abrißkanten für die Strömung auf, durch die eine Verwirbelung der zugeführten Stoffe erfolgen kann. Des weiteren muss in der Verbrennungszone des Brenners ein angemessen ausgestalteter Raum zur Verfügung stehen, welcher es einer turbulenten Strömung ermöglicht, eine Kreisströmung in Form einer stark rezirkulierende Strömung auszubilden. Durch diese Stabilisierung der Verbrennung in der Verbrennungszone eines Brenners durch eine stark rezirkulierende Strömung kann der Sauerstoffgehalt in der Verbrennungszone reduziert werden, da die Verbrennung nicht mehr allein durch Zuführung von Sauerstoff stabilisiert werden muss. Somit ist es möglich, den Sauerstoffgehalt in der Verbrennungszone unter 21 %-Vol. zu halten und dennoch einen stabilen Verbrennungsprozess zu erhalten.According to the invention, a circular flow is generated in the combustion zone through which a homogeneous mixing of hot combustion products with the fuel and the oxygen or the fuel and the mixture of oxygen and carbon dioxide takes place in the combustion zone. This circular flow transports heat and products of combustion in the combustion zone of the burner, thereby stabilizing the combustion in the combustion zone of the burner because the above-described heat reduction produced by the endothermic reaction is compensated by the retention of hot combustion products in the combustion zone. This does not include conditions found in flox technology, with air as the oxidizer. In order to provide sufficient circulating flow to stabilize the combustion, parameters such as feed rates of the oxygen or mixture of oxygen and carbon dioxide and the fuel and structural characteristics of the burner must be taken into account. A suitable burner has, for example, in the feed region of the substances, tear-off edges for the flow through which turbulence of the supplied substances can take place. Furthermore, an adequately designed space must be available in the combustion zone of the burner, which allows a turbulent flow to form a circular flow in the form of a strongly recirculating flow. By stabilizing the combustion in the combustion zone of a burner by means of a strongly recirculating flow, the oxygen content in the combustion zone can be reduced since the combustion no longer has to be stabilized solely by the supply of oxygen. Thus, it is possible to reduce the oxygen content in the combustion zone below 21% vol. and still maintain a stable combustion process.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kreisströmung in Form einer stark rezirkulierenden Strömung im wesentlichen in der gesamten Verbrennungszone des Brenners ausgebildet wird, wodurch der Verbrennungsprozess maximal stabilisiert wird und der Sauerstoffgehalt in der Verbrennungszone wei- testgehend reduziert werden kann. In vorteilhafter Weise wird die stark rezirkulierende Strömung in wenigstens 50 % der Verbrennungszone ausgebildet. Bevorzugt wird die rezirkulierende Strömung in wenigstens 80 % der Verbrennungszone ausgebildet. Besonders bevorzugt wird die rezirkulierende Strömung in wenigstens 90 % der Verbrennungszone ausgebildet.An advantageous embodiment of the invention provides that the circular flow is formed in the form of a strongly recirculating flow substantially in the entire combustion zone of the burner, whereby the combustion process is maximally stabilized and the oxygen content in the combustion zone can be largely reduced. Advantageously, the highly recirculating flow is formed in at least 50% of the combustion zone. Preferably, the recirculating flow is in at least 80% of the combustion zone educated. Particularly preferably, the recirculating flow is formed in at least 90% of the combustion zone.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein bei der Verbrennung entstehendes Rauchgas aus der Verbrennungszone abgeführt wird. Dieses Rauchgas weist einen hohen Kohlendioxidgehalt auf und kann nach Abführung gelagert werden, so dass der Kohlendioxidausstoß bei der erfindungsgemäßen Verbrennung weitestgehend reduziert ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that a flue gas formed during the combustion is removed from the combustion zone. This flue gas has a high carbon dioxide content and can be stored after removal, so that the carbon dioxide emissions in the combustion of the invention is largely reduced.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Rauchgas mit Sauerstoff angereichert und anschließend in die Verbrennungszone eingebracht wird. Durch die Anreicherung des Rauchgases mit Sauerstoff vor dem Einbringen in die Verbrennungszone wird eine homogene Durchmischung von Rauchgas und Sauerstoff erzielt, was sich vorteilhaft auf den Verbrennungsprozess auswirkt. Ferner wird durch die Zuführung des heißen Rauchgases dem Verbrennungsprozess in der Verbrennungszone Wärme zugeführt, was sich ebenfalls positiv auf den Verbrennungsprozess auswirkt.A further advantageous embodiment of the invention provides that the flue gas is enriched with oxygen and then introduced into the combustion zone. By enriching the flue gas with oxygen prior to introduction into the combustion zone, a homogeneous mixing of flue gas and oxygen is achieved, which has an advantageous effect on the combustion process. Furthermore, the supply of hot flue gas to the combustion process in the combustion zone heat is supplied, which also has a positive effect on the combustion process.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Brennmaterial gemeinsam mit dem Sauerstoff und/oder dem Rauchgas in die Verbrennungszone eingebracht wird, wobei das Rauchgas ein Gemisch aus Sauerstoff und Kohlendioxid sein kann. Welche Art der Einbringung gewählt wird, hängt von den jeweiligen Begebenheiten, beispielsweise der Brennerausgestaltung oder weiterer Parameter der Verbrennung ab, so dass zur optimalen Verbrennung eine entsprechende Anpassung des erfindungsgemäßen Verfahrens vollzogen werden kann.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the fuel is introduced together with the oxygen and / or the flue gas in the combustion zone, wherein the flue gas may be a mixture of oxygen and carbon dioxide. Which type of introduction is selected depends on the particular circumstances, for example the burner design or further parameters of the combustion, so that a corresponding adaptation of the method according to the invention can be carried out for optimum combustion.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Brennmaterial, der Sauerstoff und/oder das Rauchgas aus verschiedenen Richtungen oder der gleichen Richtung in die Verbrennungszone eingebracht werden. Je nach baulicher Ausgestaltung eines Brenners kann somit die Ausbildung der Kreisströmung in Form einer stark rezirkulierenden Strömung durch die Wahl der Einbringungsvariante der Stoffe in die Verbrennungszone begünstigt werden. Beispielsweise kann eine gegenläufige Einbringung der Stoffe zur Ausbildung der stark rezirkulierenden Strömung führen. Ferner ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Bestandteile der Rauchgase vollständig in der Verbrennungszone verbrannt oder für andere Verwendungen außerhalb der Verbrennungszone aus dieser abgezogen werden. Beispielsweise kann bei geeigneter Wahl der Parameter der Verbrennung gezielt Kohlenmonoxid erzeugt werden, welches aus dem Brenner abgeführt und als Ausgangsmaterial für bestimmte chemische Synthesen genutzt werden kann.A further advantageous embodiment of the invention provides that the fuel, the oxygen and / or the flue gas from different directions or the same direction are introduced into the combustion zone. Depending on the structural design of a burner, the formation of the circular flow in the form of a strongly recirculating flow can thus be promoted by the choice of the introduction variant of the substances into the combustion zone. For example, an opposite introduction of the substances can lead to the formation of the strongly recirculating flow. It is also provided according to an advantageous embodiment of the invention that the components of the flue gases are completely burned in the combustion zone or deducted for other uses outside the combustion zone from this. For example, with a suitable choice of the parameters of the combustion, carbon monoxide can be generated in a targeted manner, which can be removed from the burner and used as starting material for certain chemical syntheses.
Brennerseitig wird die obige Aufgabe der vorliegenden Erfindung dadurch g e l ö s t, dass die Verbrennungszone des Brenners strömungsmechanische Einrichtungen aufweist, so dass er zur Ausbildung der Kreisströmung in Form einer stark rezirkulierenden Strömung geeignet ist, wodurch das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann.On the burner side, the above object of the present invention is achieved in that the combustion zone of the burner has fluidic devices, so that it is suitable for forming the circular flow in the form of a strongly recirculating flow, whereby the method according to the invention can be used.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Brenner mehrere Zuführkanäle aufweist, welche zu den strömungsmechanischen Einrichtungen des Brenners gehören. Über diese Zuführkanäle erfolgt die Einbringung des Brennmaterials, des Sauerstoffs, des Gemisches aus Sauerstoff und Kohlendioxid und des Rauchgases in die Verbrennungszone des Brenners. Dabei können über einen Zuführkanal mehrere der genannten Stoffe zugeführt werden, wodurch eine gleichmäßige Durchmischung dieser Stoffe vor dem Einbringen in die Verbrennungszone erfolgt, was sich vorteilhaft auf die Verbrennung auswirken kann. Ebenso können die Stoffe jeweils über einen separaten Zuführkanal eingebracht werden, falls bevorzugt. Die Zuführkanäle können dabei derart angeordnet sein, dass eine Zuführung der Stoffe aus verschiedenen oder der gleichen Richtung erfolgt. Beispielsweise wird durch eine etwa gegenläufige Einbringung von Stoffen die Bildung der Kreisströmung begünstigt und verstärkt, was sich vorteilhaft auf die Reduzierbarkeit der bei der Verbrennung benötigte Sauerstoffmenge auswirkt.According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that the burner has a plurality of supply channels, which belong to the fluid mechanical devices of the burner. Through these feed channels, the introduction of the fuel, the oxygen, the mixture of oxygen and carbon dioxide and the flue gas into the combustion zone of the burner takes place. In this case, a plurality of said substances can be supplied via a feed, whereby a uniform mixing of these substances takes place prior to introduction into the combustion zone, which may have an advantageous effect on the combustion. Likewise, the substances can each be introduced via a separate feed channel, if preferred. The feed channels can be arranged such that a supply of the substances from different or the same direction takes place. For example, the formation of the circular flow is promoted and reinforced by an approximately opposite introduction of substances, which has an advantageous effect on the reducibility of the amount of oxygen required during combustion.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Brenner eine Verwirbelungseinrichtung aufweist. Durch diese Verwirbelungseinrichtung, welche beispielsweise als Ventilator oder ähnlichem ausgebildet sein kann, wird die Ausbildung der Kreisströmung in Form einer stark rezirkulierenden Strömung begünstigt, was den beschriebenen Vorteil der Sauerstoffreduzierung mit sich bringt.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the burner has a swirling device. By this Verwirbelungseinrichtung, which may be formed for example as a fan or the like, the formation of the circular flow in the form of a strong recirculating flow favors, which brings the described advantage of oxygen reduction with it.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Figur beschrieben. Dabei zeigtFurther advantages and features of the present invention will be described below with reference to the figure. It shows
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Brenner, bei dem in der Verbrennungszone Brennmaterial gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verbrannt wird.Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a burner according to the invention, in which burned in the combustion zone fuel according to the inventive method.
Die Fig. 1 zeigt einen Brenner 1 mit einer Verbrennungszone 2, bei dem zwei Zuführkanäle 3 und 4 vorgesehen sind, welche nebeneinander angeordnet sind und durch die ein kohlenstoffhaltiges Brennmaterial 5 gemeinsam mit einem mit Sauerstoff angereicherten Rauchgas 6 bzw. nur ein mit Sauerstoff angereichertes Rauchgas 7 der Verbrennungszone 2 des Brenners 1 zugeführt werden. Die Strömungsgeschwindigkeiten der Stoffe 6 und 7 sollten dabei derart gewählt sein, dass durch einen Unterschied zwischen den Strömungsgeschwindigkeiten der Stoffe 6 und 7 sich die durch die Pfeile in Fig. 1 angedeutete Kreisströmung 8 in Form einer stark rezirkulierende Strömung in der Verbrennungszone 2 ausbildet. Vorzugsweise weist dazu das gasförmige Fluid 7, welches in Fig. 1 durch den rechts gezeigten Zuführkanal 4 einströmt, eine größere Strömungsgeschwindigkeit als das gasförmige Fluid 6, welches durch den links gezeigten Zuführkanal 3 mit der Beimischung von pulverförmigem Brennmaterial 5 einströmt, auf. Die linke Hälfte der Kreisströmung 8 führt der Verbrennungszone 2 selbsttätig heiße Verbrennungsprodukte zu, wodurch die Stabilisierung der Verbrennung in der Verbrennungszone 2 erfolgen kann. Natürlich ist auch denkbar, dass die Zuführkanäle 3 und 4 irgendwie anders angeordnet sind oder eine andere Anzahl aufweisen, welche besonders geeignet ist, eine möglichst die gesamte Verbrennungszone 2 ausfüllende Kreisströmung in Form einer stark rezirkulierenden Strömung 8 auszubilden. Des weiteren ist in Fig. 1 eine Rauchgasab- und zuführende Leitung 9 eingezeichnet, durch die Rauchgas aus der Verbrennungszone 2 abgeführt und, wie durch den Pfeil 10 angedeutet, den einströmenden Fluiden 6 und 7 vor dem Eintritt in die Verbrennungszone 2 des Brenners 1 zugeführt wird. Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel dient der Erläuterung und ist nicht beschränkend. Fig. 1 shows a burner 1 with a combustion zone 2, in which two feed channels 3 and 4 are provided, which are arranged side by side and through which a carbonaceous fuel 5 together with an oxygen-enriched flue gas 6 or only an oxygen-enriched flue gas 7 of the combustion zone 2 of the burner 1 are supplied. The flow velocities of the substances 6 and 7 should in this case be selected such that the circular flow 8 indicated by the arrows in FIG. 1 forms in the form of a strongly recirculating flow in the combustion zone 2 due to a difference between the flow velocities of the substances 6 and 7. For this purpose, the gaseous fluid 7, which flows in FIG. 1 through the feed channel 4 shown on the right, preferably has a greater flow velocity than the gaseous fluid 6, which flows in through the feed channel 3 shown on the left with the admixture of pulverulent fuel 5. The left half of the circular flow 8 leads the combustion zone 2 automatically hot combustion products, whereby the combustion can be stabilized in the combustion zone 2. Of course, it is also conceivable that the feed channels 3 and 4 are arranged somehow different or have a different number, which is particularly suitable to form a possibly the entire combustion zone 2-filling circular flow in the form of a strong recirculating flow 8. Furthermore, in Fig. 1 a Rauchgasab- and supplying line 9 located, discharged through the flue gas from the combustion zone 2 and, as indicated by the arrow 10, the inflowing fluids 6 and 7 fed before entering the combustion zone 2 of the burner 1 becomes. The embodiment described above is illustrative and not limiting.
Bezuqszeichenliste:LIST OF REFERENCES:
1 Brenner1 burner
2 Verbrennungszone2 combustion zone
3 Zuführkanal3 feed channel
4 Zufϋhrkanal4 supply channel
5 Brennmaterial5 fuel
6 Sauerstoff und Rauchgas6 oxygen and flue gas
7 Sauerstoff und Rauchgas7 oxygen and flue gas
8 Kreisströmung8 circular flow
9 Ab- und Zuführleitung9 discharge and supply line
10 Pfeil 10 arrow

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zum Verbrennen von in eine Verbrennungszone (2) eines Brenners (1 ) eingebrachtem Brennmaterial (5) unter Verwendung von Sauerstoff oder einem Gemisch aus Sauerstoff und Kohlendioxid, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbrennungszone (2) eine Kreisströmung (8) erzeugt wird, durch die eine homogene Durchmischung von heißen Verbrennungsprodukten mit dem Brennmaterial (5) und dem Sauerstoff einerseits oder mit dem Brennmaterial (5) und dem Gemisch aus Sauerstoff und Kohlendioxid andererseits in der Verbrennungszone (2) erfolgt.A process for burning fuel (5) introduced into a combustion zone (2) of a burner (1) using oxygen or a mixture of oxygen and carbon dioxide, characterized in that a circular flow (8) is generated in the combustion zone (2) is made by the homogeneous mixing of hot combustion products with the fuel (5) and the oxygen on the one hand or with the fuel (5) and the mixture of oxygen and carbon dioxide on the other hand in the combustion zone (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisströmung (8) im Wesentlichen in der gesamten Verbrennungszone (2) ausgebildet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the circular flow (8) is formed substantially in the entire combustion zone (2).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verbrennung entstehendes Rauchgas aus der Verbrennungszone (2) abgeführt wird.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the combustion resulting flue gas from the combustion zone (2) is discharged.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchgas mit Sauerstoff angereichert und anschließend in die Verbrennungszone (2) eingebracht wird.4. The method according to claim 3, characterized in that the flue gas enriched with oxygen and then introduced into the combustion zone (2).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennmaterial (5) gemeinsam mit dem Sauerstoff und/oder dem Rauchgas in die Verbrennungszone (2) eingebracht wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the fuel (5) is introduced together with the oxygen and / or the flue gas in the combustion zone (2).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennmaterial (5), der Sauerstoff und/oder das Rauchgas aus verschiedenen Richtungen oder der gleichen Richtung in die Verbrennungszone eingebracht werden.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the fuel (5), the oxygen and / or the flue gas are introduced from different directions or the same direction in the combustion zone.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bestandteile der Rauchgase vollständig in der Verbrennungszone (2) verbrannt oder teilweise für andere Verwendung außerhalb der Verbrennungszone (2) aus dieser abgezogen werden.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that components of the flue gases completely in the Combustion zone (2) are burned or partially withdrawn from it for other use outside the combustion zone (2).
8. Brenner (1 ) mit einer Verbrennungszone (2) zur Verbrennung von in die Verbrennungszone (2) eingebrachtem Brennmaterial (5) unter Verwendung von Sauerstoff oder eines Gemisches aus Sauerstoff und Kohlendioxid, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungszone (2) des Brenners (1 ) strömungsmechanische Einrichtungen aufweist, wodurch in der Verbrennungszone (2) eine Kreisströmung (8) erzeugbar ist, durch die eine homogene Durchmischung von heißen Verbrennungsprodukten mit dem Brennmaterial (5) und dem Sauerstoff einerseits oder mit dem Brennmaterial und dem Gemisch aus Sauerstoff und Kohlendioxid andererseits in der Verbrennungszone (2) erfolgt.Burner (1) having a combustion zone (2) for combustion of combustion material (5) introduced into the combustion zone (2) using oxygen or a mixture of oxygen and carbon dioxide, characterized in that the combustion zone (2) of the burner (2) 1) flow-mechanical devices, whereby in the combustion zone (2) a circular flow (8) can be generated by the homogeneous mixing of hot combustion products with the fuel (5) and the oxygen on the one hand or with the fuel and the mixture of oxygen and carbon dioxide on the other hand in the combustion zone (2).
9. Brenner (1 ) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch mehrere Zuführkanäle (3, 4).9. burner (1) according to claim 8, characterized by a plurality of feed channels (3, 4).
10. Brenner (1 ) nach einem der Ansprüche 8 und 9, gekennzeichnet durch eine Verwirbelungseinrichtung. 10. burner (1) according to any one of claims 8 and 9, characterized by a swirling device.
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