FI100355B - Menetelmä ja laitteisto kaasun polttamiseksi tulipesässä - Google Patents

Description

100355

Menetelmä ja laitteisto kaasun polttamiseksi tulipesässä Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon 5 mukainen menetelmä polttoainekaasun polttamiseksi tuli- pesässä, erityisesti matalalämpöarvoisten kaasujen polttamiseksi kattilassa, missä käytetään muuta pääpolttoainetta.

Keksinnön kohteena on myös laitteisto menetelmän toteutta-10 miseksi.

Keksintöä käytetään erityisesti ilmakaasutuskaasun, ma-suunikaasun ja muiden matalalämpöarvoisten kaasujen polttoon. Keksintöä hyödynnetään mm. kattiloiden polttoainemuu-15 toksissa ja sen avulla voidaan polttaa myös korkealämpöar-voisia kaasuja, kuten maakaasua.

Erillisestä polttoaineen kaasuttimesta tuleva tuotekaasu on perinteisesti syötetty tulipesään polttimien kautta. Jos 20 tuotekaasulla on alhainen lämpöarvo, joudutaan syttymisen varmistamiseksi polttimilla käyttämään alhaista aksiaa-linopeutta, joka johtaa suureen poltinkokoon. Matalalämpö-arvoisia kaasuja, kuten ilmakaasutuskaasua käytettäessä kaasun tilavuusvirta on erittäin suuri, mikä vaikeuttaa 25 polttoaineen syöttämistä alhaisella nopeudella ja kasvattaa poltinkokoa. Suurten polttimien sijoittaminen olemassaole-: vaan kattilaan on teknisestikin vaikeaa ja lisäksi poltti- 4» t · mien sijoittaminen vanhaan kattilaan pienentää merkittä- • · · I'! västi höyrystimen lämmönsiirtopintaa. Polttimien sijoit- 30 telua vaikeuttaa myös riittävän viipymäajan saaminen tuote-kaasun poltossa ja rakennetekniset ongelmat. Korkealämpöar-voisilla tuotekaasuilla käytetään suurempia nopeuksia, mutta näitäkin kaasuja käytettäessä polttimien sijoitta-·,·.* minen olemassa olevaan kattilaan on vaikeaa. Polttimista :: 35 voi aiheutua myös likaantumisongelmia ja virtausteknisiä häiriöitä, koska kattilat on luonnollisesti suunniteltu tietyntyyppiselle polttoaine- ja ilmavirtaukselle, joten • · · 100355 2 jos kattilaan tuodaan uusia tilavuusvirtoja, virtaukset kattilan tulipesässä muuttuvat, mikä vaikuttaa polttoaineen palamiseen, liekkiin, päästöihin ja lämmönsiirtoon kattilan lämmönsiirtopinnoilla.

5 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jonka avulla matalalämpöarvoista kaasua voidaan polttaa erityisesti muita polttoaineita käyttävissä olemassa olevissa kattiloissa ilman että kattilaan tarvitsee tehdä 10 suuria rakenteellisia muutoksia.

Keksintö perustuu siihen, että kaasuttimen tuotekaasu tai muu poltettava kaasu syötetään tulipesän alaosaan hapettomiin olosuhteisiin ja kaasu poltetaan ylempänä tuli-15 pesässä halutuilla palamisilman tai useiden palamisilmojen syöttötasoilla.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 20 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle laitteistolle on puolestaan tun-

I I I

nusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 7 tunnusmerkkiosassa.

25 • · · *. *’ Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

• · · « ♦ · »»» • · : Keksinnön avulla voidaan nykyisissä kattilakonstruktioissa käyttää erittäin edullisesti matalalämpöarvoisiakin kaasuja 30 ja kattilaan tehtävät muutokset ovat pieniä. Höyrystimen lämpöpintaa ei tarvitse pienentää ja kattiloissa, jotka on . .·. varustettu kiertokaasun käyttömahdollisuudella voidaan olemassa olevaa kiertokaasujärjestelmää käyttää hyväksi poltettavan kaasun syöttämiseksi tulipesän alaosaan. Kek-35 sinnön avulla saavutetaan stabiili palaminen ja pienet häi-riöt tulipesän virtauksiin. Menetelmässä liekkisäteily Ί I aU: I UH I ) ;> !« ! 3 100355 stabiloi kaasun syttymistä ja palamista. Edelleen tämä syöttötapa on helpompi toteuttaa olemassaolevaan kattilaan, koska syöttöaukot saadaan mahtumaan paremmin tulipesään kuin suurikokoiset polttimet.

5

Menetelmä on joustavampi polttoainelaadun suhteen ja se mahdollistaa yleisesti laajemmat mahdollisuudet vähentää typen oksidien määrää savukaasuissa polttoteknisin keinoin. Menetelmän avulla tulipesään saadaan voimakas vaiheistus 10 oikea-aikaisen ilmansyötön avulla, jolloin kattila saadaan toimimaan kuten vaiheistetut low-ΝΟχ polttimet.

Menetelmän edut tulevat selvimmin esille liitettäessä tuo-tekaasun poltto olemassa olevan kattilan lisäpolttoaineek-15 si. Syötettäessä tuotekaasu polttimien sijasta tulipesän alaosassa olevista suuttimista tai mahdolliseen savukaasun-kierrätykseen käytettävistä aukoista, jäävät lämpöpintoihin tehtävät muutokset tuotekaasun poltinkäyttöä oleellisesti pienemmiksi. Lisäksi saavutetaan edellä kuvatut polttotek-20 niset edut. Suunniteltaessa uusi kattila erityisesti seka-polttoon voidaan tuotekaasun koostumuksesta riippuen saavuttaa erityisen edulliset olosuhteet NOx-päästöjä pienentävän reburning-ilmiön syntymiselle. Tällöin polttoaineesta muodostuneet hiilivetyradikaalit pelkistävät typpimonoksi-25 dia takaisin molekylaariseksi typeksi pienentäen näin koko- ·.’· nais-NOx-päästöjä.

• ♦ · • · • · · • · ·/> Keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa kaikkien polttoainekaasujen polttoon. Menetelmän rakennetekniset 30 edut korostuvat kuitenkin matalalämpöarvoisten kaasujen kuten ilmakaasutuskaasun, masuunikaasun ja jätekaasujen . .· poltossa. Korkealämpöarvoisten kaasujen, kuten maakaasun, kohdalla saavutetaan edellä kuvattuja polttoteknisiä etuja.

. Tuotekaasu voi olla pääpolttoaineena.

V.. 35 : Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin oheisen piirus- « « 4 100355 tuksen avulla, joka esittää yhtä keksinnön suoritusmuotoa kaaviokuvana.

Tuotekaasu syötetään tulipesän 2 alaosaan 10 hapettomaan 5 (pelkistävään) vyöhykkeeseen sekä riittävän viipymäajan takaamiseksi että tulipesäräjähdysten välttämiseksi. Tälle alueelle ei syötetä palamisilmaa ja kaasu sytytetään ja poltetaan vasta ylempää syötettävillä palamisilmoilla. Ilma voidaan syöttää kattilan muuta polttoainetta käyttäviltä 10 polttimilta 8 ja niiden lisäksi tai sijasta erillisiltä il-masuuttimilta 9. Palamisen painopisteeseen ja edelleen lämmönsiirtoon kattilan 1 vesihöyrypiirissä voidaan tehokkaasti vaikuttaa korkeussuuntaisella ilmajaolla, jonka avulla voidaan säätää liekin eri osien sijaintia tulipesässä 2.

15 Ilmanjaolla vaikutetaan tehokkaasti myös typen oksidien muodostumisketjuun tulipesässä 2, joten oikea-aikaisella ilmansyötöllä haitallisia päästöjä voidaan vähentää oleellisesti .

20 Kuviossa esitetty kattila 1 on tavanomainen, esimerkiksi hiiltä tai turvetta polttava kattila. Kiinteää polttoainetta käyttävät polttimet 8 ovat tulipesän 2 seinämässä riveissä ja niiden tarvitsema palamisilma syötetään tuli-pesään polttimiin 8 kuuluvilla ilmayhteillä ja tarvittaessa 25 niiden läheisyyteen sijoitetuilla lisäilmayhteillä. Poltti- ·.*· mien ilmayhteiden lisäksi kattilassa 1 on ainakin yksi *·.*,' yläilmayhde 9 ilman syöttämiseksi tulipesän 2 yläosaan.

:Y Kattilan 1 yläosassa on tulistimet tulipesän 2 ympärillä olevasta höyrystimestä tulevan höyryn tulistamiseksi sekä 30 savukaasun poistoyhde 3.

Tuotekaasu tuodaan tulipesän 2 alaosaan 10 polttimien 8 alapuolelle, jonne ei johdeta ollenkaan ilmaa, joten siellä on erittäin voimakkaasti pelkistävät olosuhteet. Kaasu I, 35 tuotetaan kaasuttimessa 5, joka voi olla ilmakaasutin, masuuni tai jokin muu laite, jossa valmistetaan tai jossa

1 I I I

I I

5 100355 muodostuu poltettavaa kaasua. Keksinnön avulla voidaan hyödyntää hyvinkin vähän lämpöarvoa sisältäviä kaasuja ja käyttää niiden energia hyödyksi ja samalla saadaan päästöjä vähennettyä tehokkaasti ja edullisesti, koska suuren katti-5 lan polttotekniikalla ja siihen yhdistetyillä puhdistuslaitteilla saadaan puhdistettua edullisesti myös kaasutti-mella tuotettu kaasu. Kaasuttimelta kaasu johdetaan suuri-läpimittaista kanavaa 6 pitkin tulipesän alaosaan 10 sijoitettuihin suuttimiin 7, joista se virtaa kattilassa ylös-10 päin. Kattilan vähähappisessa alaosassa kaasu ei syty, mutta se kuumenee ja syttyy hyvin tulipesän 2 liekkisätei-lyn (liekin lämpösäteilyn) ja polttimien 8 ilma-aukoista syötettävän hapen vaikutuksesta. Palamistapahtumaa tuli-pesässä vaiheistetaan edelleen syöttämällä loput tarvitta-15 vasta palamisilmasta yläilmayhteiden 9 kautta kattilan yläosaan.

Edellä esitetyn lisäksi tällä keksinnöllä on muitakin suoritusmuotoja.

20

Menetelmää voidaan käyttää myös kattiloissa, joissa polte- taan pelkästään tuotekaasua, jolloin erillisiä polttimia ei välttämättä tarvita, vaan polttimien sijalla on pelkät ilmayhteet. Kaasun syttyminen ja palaminen voidaan tosin 25 tässäkin tapauksessa varmistaa esimerkiksi maakaasupoltti- *.*·' mella tai öljypolttimella. Samassa kattilassa voidaan polt- » taa useiden kaasuttimien tuotekaasua, mikä voi olla edul-lista jätteitä polttoaineeksi kaasutettaessa.

m • * I 1 . t

Claims (12)

100355

1. Menetelmä kaasun polttamiseksi tulipesässä, tunnettu siitä, että 5 - poltettava kaasu johdetaan tulipesän (2) alaosaan (10) pelkistävälle alueelle, ja - tulipesään (2) johdetaan palamisilmaa ainakin 10 yhdessä vaiheessa sen alueen (10) yläpuolella, jolle poltettavaa kaasua johdetaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa kaasu poltetaan kattilassa, jossa on ainakin yksi poltin (8) 15 jossa poltetaan muuta polttoainetta kuin poltettavaa kaasua tunnettu siitä, että poltettava kaasu johdetaan tulipesään (2) polttimien (8) alapuolelle.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnet-20 t u siitä, että osa palamisilmasta tuodaan tulipesään (2) : : : polttimien (8) ilmayhteiden kautta ja osa ainakin yhden polttimien yläpuolelle sijoitetun ilmayhteen (9) kautta.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-25 t u siitä, että osa palamisilmasta tuodaan tulipesään (2) ensimmäisessä vaiheessa kaasun syöttökohdan yläpuolella ja lisäilmaa syötetään tulipesään ainakin yhdessä vaiheessa ensimmäisen ilmansyöttökohdan yläpuolella.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mene- telmä, tunnettu siitä, että poltettava kaasu syö-* tetään tulipesään (2) kiertokaasujärjestelmän kautta.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mene-35 telmä, tunnettu siitä, että poltettava kaasu on ilmakaasutuksella valmistettua kaasua, masuunikaasua, jäte- « · 100355 kaasua tai muuta matalalämpöarvoista kaasua.

7. Laitteisto kaasun polttamiseksi tulipesässä (2), tunnettu 5 - tulipesän (2) alaosan (10) pelkistävällä alueella sijaitsevista aukoista (7), joiden kautta kaasu johdetaan tulipesään (2), ja 10. ainakin yhdestä ilmayhteestä palamisilman johta miseksi tulipesään (2) ainakin yhdessä vaiheessa sen alueen (10) yläpuolella, jolle poltettavaa kaasua johdetaan. 15 Θ. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, joka käsittää tulipesässä ainakin yhden polttimen (8) muun polttoaineen kuin poltettavan kaasun polttamiseksi, tunnettu siitä, että aukot (7) poltettavan kaasun johtamiseksi tuli-pesään (2) on sijoitettu polttimien (8) alapuolelle. 20 v : 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tun nettu polttimien (8) ilmayhteistä, joiden kautta tuli-pesään voidaan johtaa osa palamisilmasta ja ainakin yhdestä polttimien (8) yläpuolelle sijoitetusta ilmayhteestä (9) 25 lisäilman johtamiseksi tulipesään (2). • ♦ » « « • · ·

10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu ilmayhteistä, joiden kautta voidaan tuoda osa palamisilmasta tulipesään (2) ensimmäisessä vaiheessa kaa-30 sun syöttökohdan yläpuolella ja ainakin yhdestä lisäilmayh-teestä (9) lisäilman syöttämiseksi tulipesään (2) ainakin • · « yhdessä vaiheessa ensimmäisen ilmansyöttökohdan yläpuolel-. .·. la.

11. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 7-10 mukai- nen laitteisto, tunnettu siitä, että poltettava 100355 kaasu syötetään tulipesään (2) kiertokaasujärjestelmän kautta.

12. Jonkin patenttivaatimuksista 7-11 mukainen laitteis-5 to, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää laitteen (5) kaasun muodostamiseksi ja ainakin yhden yhteen (6) kaasun johtamiseksi tulipesään (2) poltettavaksi. • · · • · • · • · Ml • · • · 100355