HU220650B1

HU220650B1 - Gas burner working with a natural gasflue gas mixture

Info

Publication number: HU220650B1
Application number: HU9700849A
Authority: HU
Inventors: Attila Bíró
Original assignee: Miskolci Egyetem
Priority date: 1997-05-06
Filing date: 1997-05-06
Publication date: 2002-03-28
Also published as: HUP9700849A1; HU9700849D0

Abstract

A találmány környezetbarát gázégő, mely az ismert gázégőknél kevesebbNOx-emisszióval dolgozik, melyet azáltal ér el, hogy földgáz-füstgázkeverékkel tüzel, miáltal lecsökkenti az égés sebességét és alánghőmérséklet maximumát. A találmány földgáz-füstgáz keverékesgázégő, égőházzal, gáz-, levegő- és füstgázbevezető szervekkel,gyújtóégővel, melynek gázfúvókát (1) körülvevő füstgáztere (2) afüstgáztérhez (2) csatlakozó injektora (3), a füstgázteret (2) akemence/kazántérrel (5) összekötő füstgázbevezető csöve/csatornája (4)van. Az injektorhoz (3) épített földgáz-- füstgáz keveréket átvezetőháza (6) annak végén kialakított, a földgáz-füstgáz keveréketégőkőbe/égéstérbe (8) bevezető nyílása(i) (7) van(nak). ŕThe invention is an environmentally friendly gas burner that works with less NOx emissions than known gas burners, which it achieves by burning with a mixture of natural gas and flue gas, thereby reducing the burning speed and the maximum flame temperature. The invention is a natural gas-flue gas mixed gas burner, with a burner housing, gas, air and flue gas inlets, an ignition burner, the flue gas space (2) surrounding the gas nozzle (1) and the injector (3) connecting to the flue gas space (2), the flue gas space (2) with a furnace/boiler space (5) ) has a connecting flue gas inlet pipe/channel (4). The natural gas-flue gas mixture transfer housing (6) built for the injector (3) has an opening(s) (7) for the introduction of the natural gas-flue gas mixture into the combustor/combustion chamber (8) at its end. ŕ

Description

A találmány környezetbarát gázégő, mely az ismert gázégőknél kevesebb NO_x-emisszióval dolgozik, melyet azáltal ér el, hogy földgáz-füstgáz keverékkel tüzel, miáltal lecsökkenti az égés sebességét és a lánghőmérséklet maximumát.The present invention is an environmentally friendly gas burner which uses less NO _x emissions than known gas burners, which is achieved by combusting with a natural gas / flue gas mixture, thereby reducing the burning rate and the maximum flame temperature.

Az irodalomból és a gyakorlatból a gázégők számtalan változata ismeretes. Az ismert égők legnagyobb csoportja a tüzelőanyagot úgy égeti el, hogy az égési levegővel keverve azt a kemence (kazán) munkaterébe juttatja. Ilyen égők ismerhetők meg például dr. Farkas Ottóné és dr. Nagy Géza: Tüzeléstan (Tankönyvkiadó, Bp., 1985) című könyvének 330-333. oldalain. Az ilyen égők hátránya, hogy az égés gyorsan megtörténik és a lánghőmérsékelt maximuma nagyon nagy. Ez kedvez a környezetre káros nitrogén-oxidok keletkezésének. Emiatt az ilyen égők füstgázában sok olyan anyag (NO_X) van, ami savas esők kialakulásához vezet.Numerous versions of gas burners are known from literature and practice. The largest group of known burners burn the fuel by mixing it with the combustion air to bring it to the furnace (boiler) workspace. Such burners are known, for example, by dr. Ottóné Farkas and dr. Nagy, Géza: Fire Science (Textbook Publisher, Bp., 1985), pp. 330-333. pages. The disadvantage of such burners is that combustion occurs quickly and the maximum temperature of the flame is very high. This favors the formation of nitrogen oxides which are harmful to the environment. As a result, the flue gas of such burners contains many substances (NO _X ) which lead to acid rain.

Az ismert égők másik csoportja inért gázt, füstgázt vagy vízgőzt kever az égési levegőhöz, hogy ezzel az égési sebességet és a lánghőmérséklet maximumát csökkentse. Ezek az égők füstgázt szívnak el a munkatérből egy ventilátor segítségével, és azt az égésilevegő-vezetékbe nyomják. Ilyen égők ismerhetők meg Bíró Attila: Lángsebesség és NO-képződés recirkulációs földgázlángokban (Energiagazdálkodás XXXVI évf. 1995. 6. sz.) cikkéből.Another group of known burners mix inhaled gas, flue gas or water vapor with the combustion air to reduce the burning rate and the maximum flame temperature. These burners extract exhaust gas from the working space with the help of a fan and push it into the combustion air duct. Such burners can be found in the article by Attila Bíró: Flame velocity and NO formation in recirculating natural gas flames (Energy Management XXXVI Vol. 1995, No. 6).

Az ilyen égők hátránya, hogy hőálló ventilátorra van szükség, mely folyamatosan többletenergiát igényel.The disadvantage of such burners is that they require a heat-resistant fan, which constantly requires additional energy.

Az ismert égők harmadik csoportja már injektorral recirkuláltatja a füstgázt, de azt vagy az égési levegőbe, vagy a keverékbe vezeti, ami csak nagyon kevés füstgáz cirkuláltatását teszi lehetővé, mert nem használ injektorházat, és így a recirkuláltatott füstgáz tömege kicsi az égési keverék tömegéhez viszonyítva. Ilyen égő ismerhető meg az előbbi cikk 2. ábrájáról.A third group of known burners recirculates the flue gas by means of an injector, but feeds it either into the combustion air or into the mixture, which allows very little flue gas to be circulated since it does not use an injector housing and thus the weight of the recycled flue gas. Such a burner can be found in Figure 2 of the previous article.

Az US 5269679 lajtsomszámú szabadalmi leírás az önmagában ismert füstgáz-visszakeveréses elvű gázégők egy kiviteli alakját mutatja be, melynél az ugyancsak közismert injektoros gáz-levegő üzemű gázégő alaptípusát fejlesztgették tovább füstgáz-visszakeveréssel bővítve. Az égőben így a gázbevezető fuvókát egy, a levegőbevezetővel összekapcsolt injektor veszi körül, melyből nagy sebességgel levegő áramlik a keverőkamrába, ahol a kamrába vezetett ventilációs füstgázzal felhígul. A levegő lépcsőzetes bevezetésével (primer és szekunder levegő) egy éghetőben gazdag és egy éghetőben szegény zóna jön létre. A szekunder levegő a közös levegőbevezetőből furatokon jut a kemencetérbe. Az égő előmelegített levegővel dolgozva alkalmas csökkentett NO_x-emisszió előállítására.U.S. Patent No. 5,269,679 discloses an embodiment of the gas flue gas recirculation principle known per se, in which the basic type of gas-air gas burner, also known as the injector, has been further expanded with flue gas recirculation. Thus, in the burner, the gas inlet nozzle is surrounded by an injector coupled to the air inlet, from which air flows into the mixing chamber at high speed, where it is diluted with the vented exhaust gas introduced into the chamber. With the gradual introduction of air (primary and secondary air) a combustible rich and a combustible poor zone are created. Secondary air from the common air inlet enters the furnace through holes. The burner can work with preheated air to produce reduced NO _x emissions.

Az US 5413477 lajstromszámú szabadalmi leírásból szintén egy továbbfejlesztett injektoros gázégő ismerhető meg, melynél a gáz-primer levegő keverék füstgázt injektál. A levegő másik részét szekunder levegőként vezetik be.U.S. Patent No. 5,413,477 also discloses an advanced injector gas burner in which the gas-primary air mixture injects flue gas. The other part of the air is introduced as secondary air.

Gáz-levegő keverék jön létre, mely nagy sebességgel egy keverőkamrába áramlik. A primer és szekunder levegő adagolása folytán itt is egy tüzelőanyagban gazdag és egy tüzelőanyagban szegény égési zóna keletkezik. A szekunder levegő az injektort körülvevő levegőtérből négy csövön jut be a másodlagos tüzelőanyagszegény zónába. E csöveket egy-egy íustgázcsatoma veszi körül. Ezek a belső füstgázcsatomák hűtött füstgázt szállítanak az első gázdús égési zónába. A szekunder levegőcsövek felvéve a füstgáz hőtartalmának nagy részét, túlhevített levegőt szállítanak a másodlagos tüzelőanyagban szegény zónába. Az égő csökkentett NO_Xemissziót biztosít úgy, hogy az előmelegített levegő a minimálisra csökkenti a füstgáz recirkulációs hőveszteségét.A gas-air mixture is formed which flows at high speed into a mixing chamber. Here, too, the addition of primary and secondary air results in a fuel-rich and a fuel-poor combustion zone. Secondary air enters the secondary fuel low zone through four tubes from the air surrounding the injector. Each tube is surrounded by a trace of gas. These internal flue gas conduits transport chilled flue gas to the first gas-fired combustion zone. The secondary air pipes, taking up a large part of the heat content of the flue gas, convey superheated air into the secondary fuel-poor zone. The burner delivers reduced NO _X emissions by minimizing the heat loss of waste gas recirculation by preheated air.

Az ismert megoldások hátránya a fentiekben ismertetett előnyök mellett az első lépésként alkalmazott gázlevegő keverék létrehozásából adódik, mivel annak égési sebessége igen gyors és az utólag hozzákevert füstgáz már nem képes az elméletileg legkedvezőbb NO_Xelőállítására.The disadvantage of the known solutions, in addition to the above described advantages due to gas-air-mixture used in the first step of creating, as a very rapid burn rate and subsequently admixed flue gas is no longer capable of theoretically perfect _NOX preparation.

A találmány célkitűzése olyan gázégő létrehozása, mely földgáz-füstgáz keverékkel működik és ezáltal NO_x-emissziója csökken.It is an object of the present invention to provide a gas burner that operates on a mixture of natural gas and flue gas, thereby reducing NO _x emissions.

A találmány földgáz-füstgáz keverékes gázégő, égőházzal, gáz-, levegő- és füstgázbevezető szervekkel, gyújtóégővel, melynek gázíüvókát körülvevő füstgáztere, a füstgáztérhez csatlakozó injektora, a füstgázteret a kemence/kazántérrel összekötő füstgázbevezető csöve/csatomája van. Az injektorhoz épített földgáz-füstgáz keveréket átvezető háza, annak végén kialakított a földgázfüstgáz keveréket égőkőbe/égéstérbe bevezető nyilása(i) van(nak).BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a gas-to-gas mixed gas burner with a combustion chamber, gas, air and flue gas supply means, an incinerator having a flue gas space surrounding a gas projection, an injector connected to the flue space, and a flue gas connecting gas / furnace space. The injector has a housing for passing through the natural gas / flue gas mixture and has an opening (s) at its end for introducing the natural gas / flue gas mixture into the burner / combustion chamber.

A találmány létrehozása azon felismerésen alapszik, hogy ha a gáz-levegő-füstgáz keverési sorrendjét megváltoztatjuk és először gáz-füstgáz keveréket hozunk létre, hígítva ezzel a gázt, és csak második lépésben keveijük hozzá az égéslevegőt és ennek megfelelően alakítjuk ki az égő szerkezeti felépítését, akkor az égés folyamatát befolyásolva további NO_x-csökkenést érhetünk el.The present invention is based on the discovery that by changing the order of mixing the gas-air-flue gas and first creating a gas-flue gas mixture, diluting the gas, and only secondly mixing the combustion air and accordingly designing the burner, then further NO _x reduction can be achieved by influencing the combustion process.

A találmányt ábránk segítségével ismertetjük, ahol az 1. ábra az égő és a környező kemencefal metszeti képe.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a sectional view of the burner and the surrounding furnace wall.

A tüzelőanyag az 1 gázfúvókán célszerűen 0,5-1,0 bar nyomással érkezik a 2 füstgáztérhez csatlakozó 3 injektorba. A 2 füstgáztérbe a füstgáz a 4 csövön (csatornán) keresztül jut az 5 kemencetérből vagy kazántérből. A gáz a 3 injektorba belépve füstgázt szív a 2 füstgáztérből, és az injektált füstgázzal összekeveredve éghető gázkeveréket képez. Ez a gázkeverék a 6 földgáz-füstgáz keveréket átvezető házon és a 7 fúvókán (fúvókákon) keresztül jut a 8 égéstérbe vagy égőkőbe. A 6 földgáz-füstgáz keveréket átvezető ház elülső része körül helyezkedik el a 9 levegőtér, melyből az égéslevegő a 10. furatokon (fúvókákon) keresztüljut a szekunder keverőtérbe, amely jelen esetben a 8 égéstér része. Ezt az összekevert elegyet a célszerűen az égő középvonalában elhelyezett 11 csőbe beépített gyújtóégő segítségével meggyújtva az 5 kemencetérben égetjük el.The fuel is injected into the injector 3 connected to the flue gas chamber 2 at a pressure of between 0.5 and 1.0 bar. The flue gas 2 is discharged into the flue space 2 through the pipe 4 (duct) from the furnace space 5 or boiler space. The gas enters the injector 3 and draws flue gas from the flue gas space 2 and, when mixed with the injected flue gas, forms a combustible gas mixture. This gas mixture passes through the housing 6 through the natural gas / flue gas mixture and through the nozzle (s) 7 into the combustion chamber 8 or into the burning stone. The air space 9 is located around the front of the housing 6 for transferring the natural gas / flue gas mixture, from which the combustion air passes through the bores 10 (nozzles) to the secondary mixing space, which in this case is part of the combustion chamber 8. This blended mixture is ignited in the furnace space 5 by ignition by means of an ignition burner, which is incorporated in the tube 11, preferably located in the center line of the burner.

A találmány másik kiviteli alakja szerint a 6 földgáz-füstgáz keveréket átvezető ház elülső részén nincsAccording to another embodiment of the invention, the front part of the housing carrying the gas / flue gas mixture 6 has no

HU 220 650 Bl azt körülvevő 9 levegőtér. Az égéslevegő külön kialakított levegőbevezető rendszeren (csöveken, füvókákon stb.) jut be az 5 kemencetérbe és a 6 földgáz-füstgáz keveréket átvezető ház is közvetlenül az 5 kemencetérrel van kapcsolatban és a földgáz-füstgáz keverék itt keveredik az égéslevegővel.EN 220 650 Bl 9 surrounding airspace. The combustion air enters the furnace space 5 through a specially designed air intake system (pipes, nozzles, etc.) and the housing carrying the natural gas / flue gas mixture 6 is directly connected to the furnace space 5 and here the natural gas / flue gas mixture mixes with the combustion air.

Nagy teljesítményű égőknél előnyösen több gázfüvóka, illetve injektorház építhető be, melyek célszerű elhelyezésével a keverék perdületbe hozható.In the case of high-power burners, it is preferable to install more gas nozzles or injector housings, which can be conveniently positioned to bring the mixture to a swing.

A találmány alkalmazásából származó előny, hogy általa az elméletileg számítható maximális NO_x-csökkentés érhető el.An advantage of using the present invention is that it achieves theoretically calculated maximum NO _x reduction.

Claims

Patent Claim Point

Natural gas / flue gas mixed gas burner with burner, gas, air and flue gas supply units, incendiary burner,

Characterized in that at least one flue gas space (2) surrounding the at least one gas nozzle (1) is connected to the flue space (2) by an injector (3), the flue gas inlet pipe (4) connecting the flue gas space (2) to the furnace / boiler space (5). The gas / flue gas mixture 10 built into the injector (3) has two passage housings (6) formed at its end for introducing the gas / flue gas mixture into the burning stone / combustion chamber (8).