FI87013C

FI87013C - Burning process for reducing formation of nitrogen oxides in connection with combustion and apparatus for applying the process

Info

Publication number: FI87013C
Application number: FI880002A
Authority: FI
Inventors: Jouko Laine
Original assignee: Tampella Oy Ab
Priority date: 1988-01-04
Filing date: 1988-01-04
Publication date: 1992-11-10
Also published as: FI880002A0; WO1989006334A1; FI880002A; FI87013B

Description

1 870131 87013

Polttomenetelmä typen oksidien muodostumisen vähentämiseksi palamisen yhteydessä sekä laitteisto menetelmän soveltamiseksi 5 Keksinnön kohteena on polttomenetelmä typen oksi dien muodostumisen vähentämiseksi palamisen yhteydessä, jossa menetelmässä polttaminen suoritetaan syöttämällä polttoaineen palamiseen tarvittava ilma tulipesään ainakin kahdessa vaiheessa siten, että ensimmäisessä vaiheessa il-10 maa syötetään polttoaineen suhteen alistökiömetrisesti, edullisesti ilmakertoimella 0,90-0,97, ja ainakin yhdessä vaiheessa ylistökiömetrisesti siten, että kokonaisilmaker-roin on yli yhden. Edelleen keksinnön kohteena on laitteisto menetelmän toteuttamiseksi, johon laitteistoon kuu-15 luvat ainakin ensimmäiset ja toiset ilmansyöttövälineet ilman syöttämiseksi kattilan tulipesään ainakin kahdessa vaiheessa.The invention relates to a combustion method for reducing the formation of nitrogen oxides during combustion, in which combustion is carried out by feeding the air required for fuel combustion to the furnace in at least two stages, the first step supplying air to the fuel in a substoichiometric manner. , preferably with an air coefficient of 0.90 to 0.97, and at least in one step superficially so that the total air coefficient is more than one. The invention further relates to an apparatus for carrying out the method, which apparatus comprises at least first and second air supply means for supplying air to the boiler furnace in at least two stages.

Erilaisten polttoprosessien yhteydessä muodostuu aina typen oksideja ilmassa ja polttoaineessa olevan typen 20 muodostaessa hapen kanssa erilaisia yhdisteitä. Korkeissa lämpötiloissa muodostuu lähes yksinomaan typpioksidia (NO), joka lämpötilan laskiessa helposti muuttuu hapen läsnäollessa muiksi typpioksideiksi, tavallisesti typpidioksidiksi (NO2). Typen oksidit ovat luonnon kannalta 25 varsin haitallisia. Niitä muodostuu teollisuusprosesseissa sekä voimalaitoksissa ja muissa kattiloissa runsaasti ja ympäristön suojelun eräs tärkeimpiä tehtäviä on vähentää typpioksidien päästöjä ilmakehään.In connection with various combustion processes, nitrogen oxides are always formed when the nitrogen 20 in the air and in the fuel forms various compounds with oxygen. At high temperatures, almost exclusively nitric oxide (NO) is formed, which as the temperature decreases is easily converted to other nitrogen oxides, usually nitrogen dioxide (NO2), in the presence of oxygen. Nitrogen oxides are quite harmful to nature. They are abundant in industrial processes as well as in power plants and other boilers, and one of the most important tasks of environmental protection is to reduce nitrogen oxide emissions into the atmosphere.

Typen oksideja pyritään useilla eri tavoilla vähen-30 tämään muuttamalla niitä toiseen muotoon. Tällaisia menetelmiä ovat mm. erilaiset katalyyttien käyttöön perustuvat pelkistysmenetelmät ja erilaisten absorptioaineiden käyttö sekä rikin että typen oksidien absorboimiseksi samanaikaisesti eri tavoin. Eri menetelmien käytössä on yleensä eri-35 laisia vaikeasti ratkaistavia ongelmia, kuten esimerkiksi 2 87013 käyttökelpoisten katalyyttinä toimivien jalometallien kalleus ja saatavuus sekä absorptioaineiden huono absorboin-tikyky. Samoin laitteiden mitoitus näitä menetelmiä sovellettaessa tuottaa usein ongelmia mm. kattiloiden tehovaih-5 teluiden ja muiden seikkojen vuoksi.Nitrogen oxides are reduced in a number of different ways by converting them to another form. Such methods include e.g. different reduction methods based on the use of catalysts and the use of different absorbents to absorb both sulfur and nitrogen oxides simultaneously in different ways. The use of different methods generally has a variety of difficult problems to solve, such as the high cost and availability of 2,801,013 useful catalyst noble metals and the poor absorbency of absorbents. Similarly, the sizing of devices when applying these methods often produces problems e.g. due to boiler power variations and other factors.

Typen oksidien poistamisen sijaan on teknillisesti helpompaa pyrkiä estämään niiden muodostuminen jo poltto-vaiheessa. Tätä tarkoitusta varten on kehitetty erilaisia matalatyppioksidipolttimia, polttoa on yritetty suorittaa 10 paineistetussa olotilassa ja ilman syöttö kattilaan on vaiheistettu ennen tulistimia. Näillä menetelmillä ei kuitenkaan ole saavutettu kovinkaan hyviä tuloksia, koska typen oksidien erilaiset muodostumismahdollisuudet, reaktio-kinetiikka, kattiloiden toimintaolosuhteet ja niiden vaih-15 telu sekä monet muut seikat ovat käytännössä estäneet tehokkaasti toimivan menetelmän toteuttamisen. Edelleen typen oksidien poistoa on pyritty saamaan aikaan matalassa lämpötilassa toimivien kiertopatjauunien avulla, jolloin olosuhteet typen oksidien muodostamiselle ovat olleet epä-20 edulliset. Tästä on kuitenkin ollut seurauksena huono hyötysuhde ja samoin uunien kyky polttaa erilaisia polttoaineita on heikentynyt. Edellä kuvatut menetelmät ovat yleisesti tunnettuja, eikä niitä sen vuoksi selosteta tarkemmin (KTM/Energiaosaston julkaisu sarja D:140 Helsinki 25 1987).Instead of removing nitrogen oxides, it is technically easier to try to prevent their formation already at the incineration stage. For this purpose, various low-nitrogen oxide burners have been developed, attempts have been made to carry out combustion in a pressurized state and the supply of air to the boiler has been phased before the superheaters. However, these methods have not achieved very good results, as the different possibilities for the formation of nitrogen oxides, the reaction kinetics, the operating conditions of the boilers and their variation, as well as many other factors, have practically prevented the implementation of an efficient method. Furthermore, efforts have been made to remove nitrogen oxides by means of low-temperature circulating mattress furnaces, whereby the conditions for the formation of nitrogen oxides have been unfavorable. However, this has resulted in poor efficiency and likewise the ability of the furnaces to burn a variety of fuels has deteriorated. The methods described above are generally known and are therefore not described in more detail (KTM / Energy Department publication series D: 140 Helsinki 25 1987).

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jolla typen oksidien muodostuminen polttovaiheessa voidaan saada mahdollisimman pieneksi ja jossa oksidien muodostuminen on koko ajan hallittavissa ja ohjattavissa 30 ilman edellä mainittuja menetelmien kalliita ja hankalasti hallittavia katalyytti- tai muita ratkaisuja. Keksinnölle on ominaista, että ensimmäisessä vaiheessa palamisen yhteydessä muodostuneet kaasut jäähdytetään palamisen aikana muodostuneesta, edullisesti mahdollisimman korkeasta läm-35 pötilasta matalampaan lämpötilaan ja että kaasuihin syöte- 3 87013 tään lisää ilmaa aikaisintaan niitä jäähdytettäessä siten, että olennaisesti koko tulipesässä kaasuihin syötetty ilmamäärä on kussakin kohdassa korkeintaan niin suuri, kuin kyseisessä kohdassa olevien kaasujen lämpötilassa ennalta 5 määrätyn typen oksidien pitoisuuden muodostuminen edellyttäisi .It is an object of the present invention to provide a process by which the formation of oxides of nitrogen during the combustion stage can be minimized and in which the formation of oxides can be controlled and controlled at all times without the expensive and cumbersome catalyst or other solutions mentioned above. The invention is characterized in that the gases formed during combustion in the first stage are cooled from the temperature formed during combustion, preferably from the highest possible temperature to a lower temperature, and that more air is introduced into the gases at the earliest when they are cooled so that substantially all of the air in the furnace is not more than would be required to produce a predetermined concentration of oxides of nitrogen at the temperature of the gases at that point.

Keksinnön olennaisena ajatuksena on, että ilman syöttäminen polttoprosessiin ohjataan niin, että typen oksidien muodostuminen tulipesän eri kohdissa vallitsevassa 10 lämpötilassa ja vastaavassa ilman ja polttoaineen suhteessa pysyy riittävän alhaisena, eli määrätyn pitoisuustason alapuolella, mikä saadaan vaiheistamalla poltto siten, että ensimäisessä vaiheessa ilmaa syötetään alistökiömetri-sesti antaen lämpötilan nousta hyötysuhteen parantamiseksi 15 niin korkeaksi kuin mahdollista ja jäähdyttämällä tämän jälkeen muodostuneet kaasut sellaiseen lämpötilaan, että syötettäessä toisessa vaiheessa ilmaa niin, että kokonais-ilmakerroin nousee vähintään arvoon yksi, typpioksidien pitoisuustaso kyseisessä lämpötilassa jää tarpeeksi alhai-20 seksi. Tällä tavalla saadaan ensimmäisessä polttovaiheessa syntymään mahdollisimman paljon lämpöenergiaa, joka jääh-dyttimen kautta voidaan siirtää hyötykäyttöön esim. sijoittamalla jäähdyttimeksi ensimmäinen tulistin, jonka jälkeen loppu lämpöenergia saadaan hyödynnetyksi syöttä-25 mällä tulistimen yhteydessä tai sen jälkeen lisää ilmaa, jolla lopullinen poltto sekä savukaasujen lisäjäähdytys saadaan aikaan. Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan typen oksidien pitoisuutta ohjata siten, että savukaasuissa olevien typen oksidien tasapainopitoisuus eli maksimi-30 pitoisuus koko ajan pysyy asetetun raja-arvon alapuolella ja samalla saadaan kattila toimimaan mahdollisimman hyvällä hyötysuhteella.The essential idea of the invention is that the supply of air to the combustion process is controlled so that the formation of nitrogen oxides at different points in the furnace at the temperature and the corresponding air to fuel ratio remains sufficiently low, i.e. below a certain concentration level, which is obtained by phasing the combustion. allowing the temperature to rise as high as possible to improve efficiency and then cooling the gases formed to a temperature such that when air is supplied in the second stage so that the total air coefficient rises to at least one, the nitrogen oxide concentration at that temperature remains sufficiently low. In this way, as much heat energy as possible is generated in the first combustion stage, which can be utilized via the cooler, e.g. by placing a first superheater as a cooler, after which the rest of the heat energy is utilized by supplying 25 or more air for final combustion and additional flue gas cooling. time. With the method according to the invention, the concentration of nitrogen oxides can be controlled in such a way that the equilibrium concentration of nitrogen oxides in the flue gases, i.e. the maximum concentration, always remains below the set limit value and at the same time the boiler operates at the best possible efficiency.

Edelleen keksinnön tavoitteena on saada aikaan laitteisto menetelmän toteuttamiseksi ja laitteistolle on 35 ominaista, että siihen kuuluu jäähdytin, edullisesti tu- 4 87013 listin, joka on asennettu kattilan tulipesään siinä olevassa kaasujen virtaussuunnassa ensimmäisten ilmansyöttö-välineiden jälkeen siten, että ensimmäisessä alistökiömet-risessä palamisvaiheessa muodostuneet kaasut joutuvat vir-5 taamaan jäähdyttimen läpi, ja, että toiset ilmansyöttövä-lineet on asennettu syöttämään lisäilmaa tulipesään kaasujen virtaussuunnassa aikaisintaan jäähdyttimen kohdalle.It is a further object of the invention to provide an apparatus for carrying out the method and characterized in that the apparatus comprises a condenser, preferably a support, mounted in the boiler furnace in the gas flow direction therein after the first air supply means so that in the first substoichiometric combustion stage the gases have to flow through the condenser, and that the second air supply means are installed to supply additional air to the furnace in the direction of gas flow at the earliest to the condenser.

Keksinnön mukaisen laitteiston olennainen idea on, että kattilan ensimmäinen tulistin sijoitetaan tulipesään 10 ensimmäisen polttovaiheen jälkeen ja viimeistään toiseen polttovaiheeseen niin, että tulistin erottaa alistökiömet-risessä olotilassa tapahtuvan polttovaiheen tilan muusta tulipesän tilasta, jolloin savukaasut virtaavat tulistimen läpi jäähtyen menetelmän mukaisesti haluttuun lämpötilaan 15 ja lisäilmaa syötetään tulistimeen tai sen jälkeen, jolloin savukaasut tämän ilmansyötön jälkeen ovat halutussa lämpötilassa. Koska tulistimen jäähdytysvaikutusta voidaan hallitusti ohjata, voidaan kaasujen lämpötilaa tulistimes-sa tai sen jälkeen säätää lisäilmansyötöllä ja tällöin 20 kattilan lämpötila voidaan pitää typpioksidien muodostumisen kinetiikan kannalta sopivana ilmakerrointa säätämällä ja typen oksidien muodostus pitää sallitulla tasolla tai sitä alempana.The essential idea of the apparatus according to the invention is that the first superheater of the boiler is placed in the furnace 10 after the first combustion stage and at the latest in the second combustion stage so that the superheater separates the combustion stage from the rest of the furnace, the flue gases flowing through the superheater is fed to the superheater or after the flue gases after this air supply are at the desired temperature. Since the cooling effect of the superheater can be controlled, the temperature of the gases in or after the superheater can be controlled by an additional air supply, in which case the boiler temperature can be kept suitable for kinetics of nitrogen oxide formation by adjusting the air coefficient and nitrogen oxide formation.

Keksintöä kuvataan lähemmin oheisissa piirustuksis-25 sa, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen menetelmän yhteydessä esiintyvän lämpötilan ja ilmakertoimen riippuvuuden toisistaan typpioksidien erääseen tasoon nähden sekä kaavamaisesti ilmakertoimen ja lämpötilan riippuvuuden 30 keksinnön mukaista menetelmää käytettäessä ja kuvio 2 esittää kaavamaisesti keksinnön mukaiseen menetelmään sovellettua laitteistoa.The invention is described in more detail in the accompanying drawings, in which Figure 1 shows the dependence of temperature and air coefficient in connection with a level of nitrogen oxides and schematically the air coefficient and temperature dependence when using the method according to the invention and Figure 2 schematically shows the apparatus applied to the method.

Kuviossa 1 on piirretty käyrällä A kaavamaisesti tulipesässä vallitsevan lämpötilan sekä polttoaineen ja 35 ilman moolisuhteen eli ilmankertoimen riippuvuuden vaiku- 5 67013 tus typpimonoksidin muodostukseen 100 ppm NO-tasolla. Poltettaessa polttoaineita eri ilmakertoimilla, jotka ovat alle yhden, on todettu, että typpimonoksidin muodostuminen on vähäistä riippumatta lämpötilasta ja ilmakertoimesta, 5 jolloin esimerkiksi ilmakertoimella 0,99 savukaasujen maksimi typpimonoksidipitoisuus on lämpötila-alueella 700-1500°C noin 65 ppm ja ilmakertoimella 0,95 vastaavasti vain 10 ppm. Typpimonoksidin vähäinen pitoisuus perustuu siihen, että vähäisestä hapesta johtuen polttamisen yhtey-10 dessä muodostuu hiilimonoksidia ja vetyä, jotka pelkistävät mahdollisen typpioksidin suunnilleen seuraavien reaktioiden mukaan.Figure 1 schematically shows the effect of the temperature in the furnace and the molar ratio of the fuel to the air, i.e. the dependence of the air factor, on the formation of nitric oxide at 100 ppm NO. When burning fuels with different air coefficients of less than one, it has been found that the formation of nitrogen monoxide is low regardless of temperature and air coefficient, for example with an air coefficient of 0.99 the maximum nitrogen monoxide concentration in flue gases is about 65 ppm and correspondingly only 10 ppm. The low concentration of nitric oxide is due to the fact that, due to the low oxygen content, carbon monoxide and hydrogen are formed during combustion, which reduce any nitric oxide according to approximately the following reactions.

NO + CO --> 1/2 N2 + C02 NO + H2 --> 1/2 N2 + H20 15 Tällöin sinänsä tunnnetussa alistökiömetrisesti suoritetussa poltossa typpinomoksidipitoisuus saadaan pidetyksi vähäisenä ja ongelma muodostuu vasta, kun kattilaan syötetään lisäilmaa polttotapahtuman loppuun saattamiseksi. Tämä johtuu puolestaan siitä, että vähäinenkin ilman ylimää-20 rä aiheuttaa korkeassa lämpötilassa nopeasti typpimonoksidin muodostumista ympäristölle haitallisessa määrässä ja esimerkiksi lämpötilassa 1500°C ilmakertoimella 1,01 typpimonoksidin maksimipitoisuus on noin 400 ppm ja ilmakertoimella 1,05 noin 800 ppm.NO + CO -> 1/2 N2 + CO2 NO + H2 -> 1/2 N2 + H20 15 In this case, the nitrogen oxide content is kept low in the substoichiometric combustion known per se and the problem only arises when additional air is supplied to the boiler to complete the combustion process. This, in turn, is due to the fact that even a small excess of air rapidly causes nitric oxide formation at high temperatures in amounts that are harmful to the environment and, for example, at 1500 ° C with an air factor of 1.01 the maximum concentration is about 400 ppm

25 On kuitenkin huomattu, että matalassa lämpötilassa suoritetussa poltossa typpimonoksidipitoisuus on varsin pieni riippumatta siitä, minkälainen käytännössä kyseeseen tuleva ilmekerroin mahdollisesti on (0,9-1,3). Esimerkiksi lämpötilassa 950°C on maksimi typpimonoksidipitoisuus noin 30 120 ppm, joka edellyttää suurta ilmakerrointa ja vastaa vasti 700°C on typpimonoksidiarvo vain 10 ppm.25 However, it has been observed that, in the case of low-temperature incineration, the nitrogen monoxide content is quite low, whatever the practical expression factor may be (0.9 to 1.3). For example, at a temperature of 950 ° C, the maximum nitric oxide content is about 30 to 120 ppm, which requires a high air coefficient and corresponding to 700 ° C, the nitrogen monoxide value is only 10 ppm.

Yllättäen on huomattu, että nämä periaatteet on yhdistettävissä saman polttolaitteen yhteydessä siten, että palamiseen tarvittava ilma syötetään ainakin kahdessa vai-35 heessa siten, että ensimmäisessä polttovaiheessa ilmaker- 6 87013 roin on alle yhden, edullisesti 0,90-0,97, jolloin saadaan korkeassa lämpötilassa tyypillisesti 1400°C:ssa vähäinen typpimonoksidimäärä, jonka jälkeen kaasut jäähdytetään matalaan lämpötilaan, 100 ppm pitoisuuden ollessa raja-arvo-5 na edullisesti alle 1050°C, jolloin ilmaa syötetään kaasuihin lisää joko jäähdyttämisen jälkeen tai samanaikaisesti jäähdyttämisprosessin kanssa, jolloin typpimonoksi-din muodostuminen pysyy koko ajan vähäisenä. Syöttämällä lisäilmaa kaasuihin siten, että kokonaisilmakertoimeksi 10 tulee yli 1,1 ja loppulämpötilaksi kokonaispalamisen jälkeen korkeintaan 950°C, saadaan koko poltto vaiheistetuksi siten, että typpimonoksidin muodostus pysyy aina vähäisenä, alle sallitun typpimonoksidin pitoisuustason. Kuviossa 1 on kaaviollisesti esitetty esimerkkinä typpimonoksidin 15 pitoisuuden 100 ppm kuvaaja A lämpötilan ja ilmakertoimen funktiona sekä keksinnön mukaisen menetelmän eri poltto-vaiheet siten, että typpimonoksidipitoisuus kaasuissa koko ajan säilyy mainitun kuvaajan esittämää arvoa pienempänä.Surprisingly, it has been found that these principles can be combined in connection with the same combustion device so that the air required for combustion is supplied in at least two stages, so that in the first combustion stage the air coefficient is less than one, preferably 0.90-0.97, at high temperatures, typically at 1400 ° C, a small amount of nitrogen monoxide, after which the gases are cooled to a low temperature, with a concentration of 100 ppm, preferably below 1050 ° C, with additional air being supplied to the gases either after cooling or simultaneously with the cooling process. din formation remains low throughout. By supplying additional air to the gases so that the total air factor 10 becomes more than 1.1 and the final temperature after total combustion does not exceed 950 ° C, the entire combustion is phased so that the nitrogen monoxide formation always remains low, below the permissible nitrogen monoxide concentration level. Figure 1 schematically shows by way of example a graph A of the concentration of nitric oxide 15 as a function of temperature and air coefficient A and the different combustion steps of the process according to the invention so that the nitrogen monoxide content in the gases remains below the value shown by said graph.

Kuviossa 2 on esitetty kaaviollisesti keksinnön mu-20 kaisen menetelmän toteuttamiseen soveltuva laitteisto, jossa on polttolaite kuten kattila 1 tai vastaava, johon kuuluu tulipesä 2. Tulipesään 2 syötetään polttoainetta 3 syöttölaitteella 4, joita sinänsä voi olla useitakin, ja samaan osaan tulipesää 2 primääri-ilmaa 5 ensimmäisillä 25 ilmansyöttövälineillä 6. Kun primääri-ilman suhde teoreettisesti täydelliseen palamiseen tarvittavaan ilmamäärään on alle yhden eli ilmakerroin on edullisesti 0,90-0,97, on tulipesän tässä osassa jatkuva vähäinen happivajaus, jolloin muodostuu hiilimonoksidia ja vetyä runsaasti. Nämä 30 estävät typpimonoksidin muodostumisen, tai mikäli sitä mahdollisesti muodostuu, pelkistävät sen välittömästi ty-peiksi. Koska palaminen kyseisessä tulipesän 2 osassa on lähes adiabaattista, nousee lämpötila varsin korkeaksi, esim. hiiltä tai öljyä käytettäessä yli 1400°C. Tulipesän 35 2 tässä osassa palamisessa muodostuneet kaasut johdetaan 7 87013 eteenpäin jäähdyttimeen eli edullisimmin tavanomaisesti konstruoituun tulistimeen 7, jossa kaasujen lämpötila laskee tulistimen 7 jäähdytysvaikutuksen vuoksi merkittävästi. Tulistimen 7 yhteydessä tai sen jälkeen kaasuihin li-5 sätään sekundääri-ilmaa 8 toisten ilmansyöttövälineiden 9 avulla siten, että kokonaisilmakertoimeksi tulee vähintään yksi. Mikäli sekundääri-ilma 8 syötetään vasta tulistimen 7 jälkeen, voi kaasujen lämpötila laskea tulistimessa aina noin arvoon 650°C, jolloin mahdollisesti savukaasujen si-10 sältämä rikkidioksidi pelkistyy ainakin osittain rikkivedyksi. Keksinnön olennaisen ajatuksen kannalta merkityksellistä kuitenkin on, että kaasujen lämpötila laskee niin alas että typpimonoksidin muodostuminen palamisen myöhemmässä vaiheessa ilmekertoimen noustessa ylistökiömetriseen 15 arvoon on kaikesta huolimatta vähäistä. Sekundääri-ilman 8 lisäys voi tapahtua myös tulistimen 7 yhteydessä, jolloin sekundääri-ilman määrä säädetään siten, että ilmakertoimen ollessa yksi tai hieman yli kaasujen lämpötila tulistimen jälkeen on 100 ppm pitoisuuden ollessa raja-arvona edulli-20 sesti alle 1050°C. Näitä vaiheita palamistapahtumassa kuvaavat kuviossa 1 ensinnäkin alistökiömetristä polttoa linja B-C, jäähdytystä ilman ilmansyöttöä linja C-D ja jäähdytystä sekundääri-ilmaa 8 syöttämällä viiva C-E. Syötettäessä sekundääri-ilma 8 vasta tulistimen 7 jälkeen, 25 nousee lämpötila-ja ilmakerroinkäyrä tyypillisesti linjaa D-E. Sekundääri-ilman 8 lisäyksen jälkeen kaasuihin lisätään edelleen tertiääri-ilmaa 10 kolmannella ilmansyöttö-välineellä 11, jolloin kokonaisilmakerroin nousee edullisesti yli arvon 1,1 ja samalla muodostuneiden savukaasujen 30 lopullinen lämpötila laskee linjan E-F mukaisesti siten, että se on tertiääri-ilmalisäyksen jälkeen korkeintaan 950°C. Tämän jälkeen savukaasut johdetaan tunnettuun tapaan tulistimiin 12, joita kuviossa 2 on kaaviollisesti esitetty yhdellä tulistimella, ja edelleen savukanavaan 35 13, joissa niiden lämpötila laskee linjan F-G mukaisesti.Fig. 2 schematically shows an apparatus suitable for carrying out the method according to the invention, with a combustion device such as a boiler 1 or the like comprising a furnace 2. Fuel 3 is fed to the furnace 2 by a feed device 4, which may be several per se, and to the same part of the furnace 2 air 5 with the first 25 air supply means 6. When the ratio of primary air to the theoretically required amount of air for complete combustion is less than one, i.e. the air factor is preferably 0.90-0.97, there is a constant low oxygen deficiency in this part of the furnace, producing large amounts of carbon monoxide and hydrogen. These prevent the formation of nitric oxide, or, if it may be formed, immediately reduce it to nitrogen. Since the combustion in this part of the furnace 2 is almost adiabatic, the temperature rises quite high, e.g. when using coal or oil above 1400 ° C. The gases formed during combustion in this part of the furnace 35 2 are passed on to a condenser 7, i.e. most preferably to a conventionally constructed superheater 7, where the temperature of the gases decreases significantly due to the cooling effect of the superheater 7. In connection with or after the superheater 7, the secondary air 8 is supplied to the gases li-5 by means of the second air supply means 9 so that the total air coefficient becomes at least one. If the secondary air 8 is supplied only after the superheater 7, the temperature of the gases in the superheater can always drop to about 650 ° C, whereby the sulfur dioxide possibly contained in the flue gases is at least partially reduced to hydrogen sulfide. What is essential to the essential idea of the invention, however, is that the temperature of the gases drops so low that the formation of nitric oxide in the later stage of combustion when the expression factor rises to the magnitude 15 is negligible. The addition of the secondary air 8 can also take place in connection with the superheater 7, whereby the amount of secondary air is adjusted so that when the air coefficient is one or slightly above the temperature of the gases after the superheater is 100 ppm, the concentration is preferably below 1050 ° C. These steps in the combustion event are illustrated in Fig. 1, firstly, by sub-chiometric combustion line B-C, cooling without air supply line C-D and cooling by supplying secondary air 8 by line C-E. When the secondary air 8 is supplied only after the superheater 7, the temperature and air coefficient curve 25 typically rises along the line D-E. After the addition of the secondary air 8, tertiary air 10 is further added to the gases by the third air supply means 11, whereby the total air coefficient preferably rises above 1.1 and the final temperature of the flue gases 30 decreases according to line EF so that it does not exceed 950 after tertiary air addition. ° C. The flue gases are then introduced in a known manner to the superheaters 12, which are schematically shown in Fig. 2 by a single superheater, and further to the flue duct 35 13, where their temperature decreases along the line F-G.

8 870138 87013

Sekundääri-ilma ja tertiääri-ilma voidaan syöttää tietenkin useammassa kuin kahdessa kohdassa tai ilmaa voidaan syöttää jäähdytyksen yhteydessä tai sen jälkeen pelkästään yhdessä kohdassa, jolloin ilman syöttö säädetään 5 niin, että lämpötila-ilmakerroin-nomogrammilla B-F kuviossa 1 esitettyä periaatetta noudatetaan.Secondary air and tertiary air can of course be supplied at more than two points, or air can be supplied at cooling point or after only one point, the air supply being adjusted 5 so that the temperature air coefficient nomogram B-F follows the principle shown in Fig. 1.

Keksinnöllä saavutetaan se etu, että laitteisto voidaan rakentaa tunnettuja ja halpoja rakenneteknillisiä vaihtoehtoja käyttäen eikä tarvita kalliita katalyyttejä 10 tai painekammioita. Edelleen keksinnön mukainen menetelmä on helppo toteuttaa ja sitä on yksinkertaista ohjata soveltamalla menetelmän periaatteita ja sen mukaisesti suunniteltua laitetta tavanomaisen kattilatoiminnan ohjaamiseen liittyvin toimenpitein ja laitteistoin. Edelleen ha-15 luttu typpimonoksidin maksimiarvo on ennalta arvioitavissa ja polttoprosessia voidaan varsin tehokkaasti muunnella niin, että ennalta määrättyä raja-arvoa ei ylitetä. Savukaasujen loppulämpötilalla ei sinänsä ole ratkaisevaa merkitystä, kunhan lämpötila-ilmasuhde-tilanne vastaa halut-20 tua typpimonoksidipitoisuutta tai sitä pienempää arvoa. Lämpötilan ollessa n. 950°C tai hiukan matalampi, on kuitenkin saavutettu se etu, että rikin oksidien poisto savukaasuista on helppo toteuttaa tämän jälkeen tunnetuin menetelmin. Jäähdyttäminen voidaan suorittaa paitsi erilli-25 sellä jäähdyttimellä myös jollakin muulla menetelmällä, kuten termodynaamisella prosessilla.The invention achieves the advantage that the equipment can be built using known and inexpensive structural alternatives and does not require expensive catalysts or pressure chambers. Furthermore, the method according to the invention is easy to implement and simple to control by applying the principles of the method and the device designed according to it with the measures and equipment related to the control of conventional boiler operation. Furthermore, the desired maximum value of nitric oxide is predictable and the combustion process can be quite efficiently modified so that a predetermined limit value is not exceeded. The final temperature of the flue gases is not in itself decisive, as long as the temperature-air ratio situation corresponds to the desired nitrogen monoxide content or less. However, at a temperature of about 950 ° C or slightly lower, the advantage has been achieved that the removal of sulfur oxides from the flue gases is easy to carry out by known methods. Cooling can be performed not only with a separate condenser but also by some other method, such as a thermodynamic process.

Claims

1. A combustion process for reducing the generation of nitrogen oxides in connection with combustion, in which the process of combustion is carried out by supplying air required for combustion of the fuel to a fireplace (2) in at least two steps, In the first step, air is supplied sub-stoichiometric in relation to the fuel, preferably with an air coefficient of 0.90 - 0.97, and at least in one step over-stoichiometric such that the total air coefficient is greater than one, characterized in that the first stage associated with the combustion gases is cooled from the temperature which has arisen during the combustion and which is preferably as high as possible to a lower temperature, and that the gases are supplied with more air at the earliest during the cooling, so that substantially all of the air supplied to the gases in the fireplace (2) at each individual location is not as large as the formation of a predetermined nitric oxide concentration at this point, the gas at this temperature is required.

2. A method according to claim 1, characterized in that, in at least one step, the gases are supplied with more air over stoichiometricly so that the total air coefficient is at least 1.1 and that the temperature of the resulting flue gases is preferably at most 950 ° C.

3. A method according to claim 2, characterized in that air is fed in at least three stages, so that in the second stage, air is fed substantially simultaneously with the cooling of the gases, so that the total air coefficient becomes at most one and the rest of the air is fed after the cooling. of the gases.

4. A method according to claim 2, characterized in that air is fed in two stages, so that in the second stage the air is fed substantially simultaneously while the gases are cooled. 12 8701 3

5. A method according to any of the preceding claims, characterized in that the air supply to the fireplace is carried out in the first step, so that the temperature of the gases is as close as possible to their adiabatic combustion temperature.

Apparatus for realizing the method according to claim 1, which comprises at least first and second air supply means (6, 9) for supplying air to a furnace (1) of a boiler (1), characterized in that it comprises a radiator, advantageously a superheater (7) mounted in the fireplace (2) of the boiler (1) after the first air supply means (6) in the direction of the gases, such that the gases formed in the first sub-oximetric combustion stage are forced to flow through the cooler , and that the other air supply means (9) are mounted to supply additional air to the fireplace (2) in the direction of flow of the gases at the earliest at the radiator (7).