HUT55521A - Burning method and apparatus operating with decreased nitrogen oxide formation - Google Patents
Burning method and apparatus operating with decreased nitrogen oxide formation Download PDFInfo
- Publication number
- HUT55521A HUT55521A HU896607A HU660789A HUT55521A HU T55521 A HUT55521 A HU T55521A HU 896607 A HU896607 A HU 896607A HU 660789 A HU660789 A HU 660789A HU T55521 A HUT55521 A HU T55521A
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- air
- combustion
- gas
- reducing
- oxygen
- Prior art date
Links
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 161
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 34
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title description 24
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 title 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 78
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 59
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 claims description 35
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 33
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 18
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 13
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 9
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 3
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 2
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ODUCDPQEXGNKDN-UHFFFAOYSA-N Nitrogen oxide(NO) Natural products O=N ODUCDPQEXGNKDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052815 sulfur oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
- F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Description
A találmány olyan égetési eljárásra vonatkozik, amely lehetővé teszi az égés alatt keletkező nitrogén-oxidok mennyiségének csökkenését.
Az eljárás során a tüzelőanyag égetéséhez szükséges levegő bevezetése legalább két lépésben történik. Az első lépésben a sztöchiometrikus mennyiségnél kevesebb levegőt, előnyösen 0,8 - 0,95 levegő koefficiens értékben vezetünk be, és ehhez lényegében elemi oxigéntől mentes gázt vagy gázelegyet keverünk.
A találmányunk szerinti eljárás kivitelezésére alkalmas találmányunk szerinti berendezés a levegő kemencébe való bevezetésére szolgáló egységből, a tüzelőanyag kemencébe való bevezetésére szolgáló egységből, valamint a gáz vagy a levegőnél kevesebb oxigéntartalmú gázkeverék sztöchiometrikusnál kisebb mennyiségű levegővel, a levegő kemencébe való belépése előtti összekeverésére szolgáló egységből áll.
Nitrogén-oxidok minden égetési eljárásban keletkeznek, amikor a levegő és a tüzelőanyagban lévő nitrogén oxigénnel különböző fajta nitrogén-oxidokat képez. Redukáló lángban az Ν0χ elsősorban a tüzelőanyag nitrogén-tartalmából képződik, ez a reakció gyorsan létrejön, és úgynevezett azonnali Ν0χ képződés jön létre. Magas hőmérsékleten elsősorban nitrogén-oxid (NO) képződik. A hőmérséklet csökkenésekor az NO oxigén jelenlétében egyéb nitrogén-oxidokká, elsősorban nitrogén-dioxiddá (NO2) alakul át. A megfelelő reakciókörülmények létrejöttekor, azaz magas hőmérsékleten és oxigén jelenlétében a nitrogén-oxidok képződése nagy sebességgel játszódik le. Ha a reakciókörülményeket nitrogén-oxidok képződése után olyan irányban változtatjuk, hogy a nitrogén-oxidok elbomoljanak, a bomlási folyamat nagyon lassú lesz, sok időt, valamint katalizátorokat és egyéb vegyszereket igényel. A nitrogén-oxidók rendkívüli mértékben károsítják a környezetet. Nitrogén-oxidok nagy mennyiségben képződnek számos ipari üzemben és hőerőműben, és az egyik legfontosabb környezetvédelmi célkitűzés az atmoszférába jutó Ν0χ mennyiségének csökkentése.
Az Ν0χ környezetbe jutó mennyiségének csökkentése érdekében a nitrogén-oxidokat különböző eljárásokkal egyéb vegyületekké alakítják át. Ezekben a különböző redukciós eljárásokat magukban foglaló nitrogén-oxid átalakító technológiákban az átalakítást katalizátorokkal végzik, és a kén, valamint a nitrogén-oxidok elnyeletésére különböző megoldásokat alkalmaznak. Az eljárások alkalmazása azonban számos nehézséggel jár. Az egyik probléma a katalizátorként alkalmazható fémek magas ára és az abszorbeáló-szerek rossz abszorpciós tulajdonságai. További nehézséget jelent, hogy a kazán kapacitás és egyéb, hasonló tényezők változása miatt gyakran gondot okoz az abszorbciós berendezés méretezése.
Az ipari gyakorlatban a nitrogén-oxidok égetési műveletből való eltávolítása helyett előnyösebb az égetési műveletben való képződésük megakadályozása. Ebből a célból számos, alacsony Ν0χ képződéssel járó égetésre alkalmas égőt fejlesztettek ki, és számos olyan kísérletet végeztek, amelyben az égetés nyomás alatt ment végbe, más eljárásokban pedig a levegőt a kazánba való betáplálás mellett a túlhevítők előtt beépített egységekbe is betáplálták. A várakozásokkal ellentétben azonban ezek a kísérletek eredménytelennek bizonyultak, mert a különböző tényezők, mint például a nitrogén-oxid képződés körülményei, a reak ció kinetika, a kazán üzemelési körülményei és ezek különböző változatai a gyakorlatban nagy mértékben változnak.
A nitrogén-oxidok képződésének megakadályozását az képződését kedvezőtlen irányban befolyásoló, nagyon alacsony hőmérsékleten (körülbelül 800 °C-on) üzemelő, cirkulációs ágyas kemencékben is megpróbálták. Ez az eljárás azonban csökkenti a kemence hatásfokát, és az égetés folyamatos fenntartásához szükséges hőmérséklet minimális értéken való tartása alkalmatlanná teszi a kemencét a különböző tüzelőanyagok égetésére. A fenti eljárás széleskörűen ismert, ezért részletezésével nem foglalkozunk. (Lásd: Finnish Ministry of Trade and Industry/ Energy Department D: 140, Helsinki, 1987).
A 30 40 830. számú, német szövetségi köztársaságbeli szabadalmi leírásban olyan eljárást ismertetnek, amelyben az első égetőzóriába bevezetésre kerülő, sztöchiometrikus mennyiségtől kisebb mennyiségű levegőhöz a kazánban teljesen elégetett gázból nyert, lehűtött gázalakú égésterméket kevernek a nitrogén-oxidok mennyiségének csökkentésére. Az eljárás alkalmazásával bizonyos mértékben csökken ugyan a nitrogén-oxidok képződése, azonban a folyamat kézbentartása nem megfelelő. Az eljárás hátránya az is, hogy az elégetett gázból származó, visszakeringetett gáz mennyiség megnöveli a kazánon átvezetett gáz tömegét, és ezáltal nagyobb égésteret és a kazánban mindenhol nagyobb méretű csöveket igényel.
A hidrogén és a szén-monoxid redukáló hatása miatt a nitrogén-oxid (NO)-tartalom a redukáló térben általában alacsony.
A hidrogén és a szén-monoxid redukáló hatása a következő reakcióvázlatban ismertetett reakciókkal jellemezhető:
NO + CO 1/2 N2 + C02
NO + H2 1/2 N2 + H20
Az égetést önmagában ismert módon a sztöchiometrikus mennyiségnél kevesebb levegővel végzik, elvileg a NO-koncentráció alacsony értéken tartható. Nehézségek csak akkor lépnek fel, ha a körülmények redukálóvá válnak, vagy a hőmérséklet túl magas értékre, azaz 1500 °C fölé megy fel. Már kis levegő felesleg is gyors NO-képződést eredményez, magas hőmérsékleten (1500 °C felett) pedig a H2 és CO kisebb redukáló hatása miatt az NO képződésnek nincs további akadálya. A technika állásából eddig ismert berendezésekben a nitrogén-oxidok képződéséhez megfelelő körülmények elsősorban a primer lángban alakulnak ki, de a másodlagos és harmadlagos levegő bevezetéskor is képződhet nitrogén-oxid. Ezekben a berendezésekben a primér lángban elsősorban azért keletkezik nitrogén-oxid, mert a láng heterogén, például ólajcseppeket vagy szénrészecskéket tartalmaz, és emiatt az oxigén és az éghető gáz nagy koncentrációgradiense lép fel, amely nagy hőmérsékletgradiens képződéshez vezet. Ha az oxigén mennyisége sztöchiometrikus vagy efeletti érték, a fázishatáron mindig kis hőmérsékletcsúcsok alakulnak ki. A tipikus égető berendezésekben a hőmérséklet pillanatnyi és helyi értéke a 2000 °C —t is elérheti. Ennek következtében a helyi NO koncentráció hamar 3500 ppm értékre nőhet (azonnali NOx-képződés). Az így keletkezett NO az égés körülményei között nem bomlik el.
Az ilyen pillanatnyi és helyi hőmérsékletcsúcsok hatására az elmenő gázok átlagos NO koncentrációja hamar 100 ppm körüli értékre nő, és ez a koncentráció meg is marad.
Találmányunk olyan égető eljárásba vonatkozik, amelyben az égetés redukáló körülmények között megy végbe, és így az úgynevezett primér égetés során a lángban nem jönnek létre az NO képződés feltételei, és az NO képződés bonyolultabb
X X berendezés alkalmazása nélkül is megakadályozható. Az eljárásban redukáló anyagokat, mint például hidrogént vagy szén-monoxidot tartalmazó gázt keverünk az első égetési lépésbe bevezetendő levegőhöz. Az első lépésben bevezetett gázkeverék oxigéntartalma 12 -19 térfogat%. A levegőkeverék oxigéntartalmát és redukáló képességét úgy állítjuk be, hogy a tüzelőanyag adiabatikus körülmények között végzett égetése során képződő égéstermék ΝΟχ-tartalma a betáplált oxigén-tartalomnak és beállított redukálóképességnek megfelelő, előre meghatározott érték legyen.
A találmányunk szerinti eljárás lényege, hogy az égető folyamatba bevezetésre kerülő levegő bevitele úgy történik, hogy a kemence redukáló részeiben, elsősorban a nehezen szabályozható lángban az Ν0χ képződés az égetési művelet során fellépő bármilyen hőmérsékleten, valamint bármilyen oxigén és éghető gáz arány mellett kielégítően alacsony érték maradjon. Ez úgy érhető el, hogy az égetést a levegő oxigéntartalmánál alacsonyabb oxigéntartalmú és redukáló anyagokat tartalmazó gáz vagy gázkeverék alkalmazásával végezzük.
A találmányunk szerinti eljárás alkalmazásával a nitrogén-oxidok koncentrációját úgy szabályozhatjuk, hogy az égéstermék nitrogén-oxid-tartalmának egyensúlyi értéke és gyakorlatilag maximális koncentrációja az égés során végig állandó érték legyen.
A találmányunk szerinti eljárás kivitelezése a találmány szerinti berendezésben történik. A berendezés olyan keverő egységet tartalmaz, amelyben az első műveletbe bevezetendő levegőhöz hozzákeverjük az első égető műveletből származó égéstermék legalább egy részét.
A találmányunk szerinti berendezés működési elve azon alapul, hogy az alaposan összekevert, oxigént nem tartalmazó vagy alacsony oxigéntartalmú és redukáló anyagot tartalmazó, redukáló gázt vagy gázkeveréket és levegőt tartalmazó keveréket úgy vezetjük be az általában nem nagyon összekevert tüzelőanyagot és levegőt tartalmazó tüzelőzónába, hogy helyi hőmérsékletcsúcsok ne alakuljanak ki. Ez a tér általában a kazán, elsősorban a láng redukciós égetőzónája.
A találmányunk szerinti eljárást és berendezést az 1-3. ábrán mutatjuk be.
Az 1. ábrán a levegőkoefficiens változás hatására bekövetkező hőmérséklet változást mutatjuk be (a levegő koefficiens a jelenlévő oxigénmennyiség és az égéshez elméletileg szükséges oxigénmennyiség viszonyszáma, amelyben a gázelegyben lévő egyéb komponensek, mint például az inért komponensek és redukáló anyagok mennyiségét nem vesszük figyelembe).
Az ábrán bemutatjuk a technika eddigi állásából ismert eljárásokban az előre meghatározott NO koncentráció kialakulásához alkalmazott levegőmennyiséggel kiszámított levegőkoefficiens és a hőmérséklet viszonyát, a tipikus olajégető eljárásbga~ levegővel végzett égetéssel létrejövő adiabatikus hőmérsékletviszonyok és a levegőkoefficiens összefüggését, valamint a levegőt és a kazánból származó, teljesen elégetett gázt tartalmazó, 17 térfogat% oxigéntartalmú elegyet alkalmazó eljárás levegőkoefficiens és hőmérséklet összefüggését. (Lásd: a
040 830 számú német szövetségi köztársaságbeli szabadalmi leírást).
A 2. ábrán tiszta metán az égéshez szükséges levegőmennyiséggel, teljesen elégett gázból származó égésterméket és levegőt tartalmazó eleggyel (mint az 1. ábrán), valamint redukáló égetésből nyert, lehűtött gázt és levegőt tartalmazó eleggyel való elégetésekor keletkező, maximális NO-mennyiség és a levegő koefficiens viszonyát mutatjuk be.
A 3. ábrán a találmányunk szerinti berendezést ábrázoljuk.
Az 1. ábrán az A-B görbe a széleskörűen alkalmazott, általában levegős égetésű olajkazán adiabatikus hőmérsékletváltozását mutatja a levegő koefficiens függvényében. A C-D görbe ugyanezen olajkazán adiabatikus hőmérsékletváltozás és levegőkoefficiens függvénykapcsolatát mutatja abban az esetben, ha az égetést teljesen elégetett gázból származó égéstermékkel hígított levegővel végezzük, és az elegy oxigéntartalma 17 térfogat%. Az E-F görbe a 100 ppm N0-keletkezést eredményező levegővel végzett égetés hőmérséklet és levegőkoefficiens összefüggést ábrázolja. A görbe feletti értékek mellett az NO-koncentráció 100 ppm-nél nagyobb. A találmányunk szerinti eljárás a nagyon magas hőmérséklettartományban (1500 °C felett) bír nagy jelentőséggel. Ha az égetést a szokásosan alkalmazott levegővel végezzük, a láng legmelegebb részein a helyi hőmérséklet könnyen az adiabatikus értékig növekedhet, ezért ilyen esetben a 100 ppm NO-koncentráció 0,82 levegőkoefficiens (a görbe G pontja) mellett érhető el. Ha az égetést teljesen elégetett gázból származó égéstermékkel hígított levegővel végezzük, a 100 ppm NO-koncentráció eléréséhez 0,92 levegőkoefficiens szükséges (H pont). A legrosz9 szabb az az eset, amikor az égetést levegővel végezzük, ilyenkor a redukáló térben körülbelül 2700 ppm NO keletkezik. Ha az égetést hígított levegővel végezzük, csak 800 ppm NO-tartalmú gáz keletkezik. A 2700 ppm-nek megfelelő pont az 1. ábra I pontja, a 800 ppm-nek megfelelő pont a 3 pont.
Munkánk során azt tapasztaltuk, hogy az égő redukáló terében, elsősorban a lángban úgy akadályozható meg az NO-képződés, ha az égéshez szükséges oxigént a sztöchiometrikus mennyiség alatti koncentrációban vezetjük be, az égéshez bevezetett levegő oxigéntartalma kisebb, mint 21 térfogat%, és redukáló anyagokat tartalazó gázt vagy gázelegyet keverünk hozzá.
Ezzel az eljárással az égési hőmérséklet elsősorban a lángban csökken, ugyanakkor a redukciós potenciál olyan mértékben nő, hogy nagy mennyiségű NO még helyileg és pillanatnyilag sem képződik. Ezt előnyösen úgy érhetjük el, hogy a láng helyi hőmérsékletét nem engedjük 1500 °C fölé növekedni, és a levegő oxigéntartalmát a redukáló égető műveletből visszakeringetett, általában hidrogén és szén-monoxid-tartalmú, lehűtött égéstermékkel csökkentjük. Az NOx-képződés csökkentésére mind a hőmérsékletcsökkenés, mind a redukáló potenciálnövekedés hatásos.
A 2. ábrán a K-L görbe a tiszta metán normál levegővel való adiabatikus körülmények között végzett égetésével keletkező, maximális NO-koncentrációt mutatja. Az M-N görbe azt a maximális NO-koncentrációt mutatja, amely akkor keletkezik, ha az égető levegőhöz teljesen elégetett gázból nyert égésterméket keverünk. Az 0-N görbe pedig azt az NO-koncentrációt mutatja, amely akkor keletkezik, ha az égető levegő oxigéntartalmút az ugyanolyan levegőkoefficiens mellett kiviteleit redukciós
- 10 műveletből nyert, a primer levegő térfogatáramára számított térfogata mennyiségű és megfelelő mennyiségű hidrogént és szén-monoxidot tartalmazó, megfelelően lehűtött égéstermékkel csökkentjük. Az ábrából egyértelműen láthatjuk, hogy a redukáló gázok visszakeringetése az NO-koncentráció csökkenését eredményezi, ez pedig a hőmérséklet-csökkenés és a redukciós potenciál-növekedés eredménye.
így például az NO-koncentráció a levegő koefficiens 0,80 értéke mellett végzett égetéskor a levegővel végzett égetéskor keletkező NO-koncentrációhoz képest 97 térfogat^-kal csökken. Ez azt jelenti, hogy a koncentráció 0,048 mól NO/kg CH^ értékről (az ábrán a P pont) 0,0012 mól NO/kg CH^ értékre (az ábrán a Q pont) csökken. Ha a keletkező nitrogén-oxid-mennyiséget ahhoz a mennyiséghez viszonyítjuk, amely akkor keletkezik, ha az égetést a teljesen elégetett gázból nyert égéstermékkel összekevert levegővel végezzük, ez a koncentráció-csökkenés térfogat% (amely az ábra Q és R pontja közötti távolságnak felel meg).
A találmányunk szerinti eljárásban az oxigénkoncentráció, a redukáló anyagok képessége, azaz redukáló potenciáljuk az alkalmazott tüzelőanyag és az égés egyéb körülményei függvényében változtatható.
Azt tapasztaltuk, hogy a találmányunk szerinti eljárásban keletkező nitrogén-oxid mennyisége a technika eddigi állásából ismert eljárásokban keletkező nitrogén-oxid-mennyiséghez képest akkor csökken a legnagyobb mértékben, ha a levegőkoefficiens értéke 0,80 - 0,95. Meglepő, hogy az NO-koncentráció maximális csökkenése az ipari hőerőművek kazánjaiban a primer égetésnél szokásosan alkalmazott levegő koefficiens tartományban következik be.
A találmányunk szerinti eljárás alkalmazásakor határozottan csökken az égő lángterében keletkező Ν0χ - azaz az azonnal képződő NO - mennyisége. Ez a csökkenés a technika eddigi álláX sából ismert berendezésben nehezen vagy egyáltalán nem érhető el.
Ha összehasonlítjuk a 2. ábra M-N és 0-N görbéit, látható, hogy ha a találmányunk szerinti eljárást alkalmazzuk, azaz redukáló anyagokat tartalmazó gázt vagy gázkeveréket keverünk az égető levegőhöz, az NO koncentráció (S pont) még 0,95 levegőX koefficiens érték mellett is 92 térfogat%-kal kevesebb, mint a szokásos levegős égetés mellett (T pont), és 40 %-kal kevesebb, mint a teljesen elégetett gázból származó égéstermékkel hígított levegővel való égetés mellett (a görbén az U-S távolságnak megfelelő érték).
A technika eddigi állásából ismert eljárásokban alkalmazott, teljesen elégetett gázból származó égéstermékkel való hígítás megnöveli az alkalmazott gáz mennyiségét, és így nagyobb kazánt és gázteret igényel, míg a találmányunk szerinti eljárás csak abban a kazánrészben növeli a gázmennyiséget és a szükséges teret, amelyben az égés végbemegy.
A 2. ábrán az is látható, hogy az M-N és az 0-N görbék az 1,0 levegő koefficiens értéknél találkoznak. Ez annak következménye, hogy a sztöchiometrikus égetés mellett keletkező égéstermék nem tartalmaz számottevő mennyiségű redukáló anyagot.
···· ···· ·· ·»·* • · · · · • · · · · ··· ·· · ·· ·
- 12 A találmányunk szerinti eljárás lényege, hogy a helyi túlhevülés megakadályozására a sztöchiometrikusnál kisebb mennyiségű oxigént alkalmazunk, olyan mennyiségben, hogy ne keletkezzenek nitrogén-oxidok.
A 3. ábrán a találmányunk szerinti berendezés vázlatos rajzát mutatjuk be. A berendezés részét képezi a 2 kemencét magában foglaló 1 égető kazán. A tüzelőanyag 2 kemencébe való bevezetése egy vagy több 3 betápláló egységen keresztül történik. Az égetéshez szükséges oxigént tartalmazó gázkeveréket a kemence ugyanezen részéhez csatlakozó 4 vezetéken keresztül vezetjük be. A levegő 4 vezetékbe való betáplálása az 5 vezetéken keresztül történik, míg a redukáló gázt, azaz az oxigént lényegében nem tartalmazó és számottevő redukáló anyagot, elsősorban hidrogént és szén-monoxidot tartalmazó gázkeveréket a 7 fúvóhoz és 8 gázkeverőhöz csatlakozó 6 vezetéken keresztül tápláljuk be. A bekevert gáz előnyösen a redukáló égetést végző 2 kemencéből nyert égéstermékből keringetjük vissza. A redukáló anyagokat tartalmazó égéstermék, lehűtését a 9 és 10 hűtőkben végezzük, és mennyiségét a 11 szeleppel állítjuk be. A redukáló gázt a 8 keverőben keverjük össze a kemencébe bevezetésre kerülő levegővel .
A redukáló égető műveletben keletkező égéstermék nagy részét a következő égető műveletbe vezetjük be. Ezt a műveletet a 12 egyszerű, égető egységben végezzük. Ebben a műveletben a 13 szelepen és a 14 vezetéken keresztül a kazánba bevezetett levegő segítségével az első kazánból származó égésterméket a lehető legjobban elégetjük. A második égető műveletben az égésterméket a 15, majd a 16 hűtővel hűtjük, majd a 17 fúvón ·«·· • ···· ··♦· ·· • · · · · • · · · ··· ·· · ··
- 13 keresztül a 18 gázvezetékbe vezetjük.
A lehűtött véggázokat a redukáló anyagok igényelt mennyiségétől függően a 19 vezetéken keresztül visszavezethetjük az első égető műveletbe, ahol a 2 kemencébe bevezetésre kerülő, a 6 vezetéken keresztül visszavezetett redukáló gázzal összekevert levegőhöz keverjük. A visszavezetett véggázok mennyiségét a 20 szeleppel szabályozzuk. Ily módon a levegő oxigéntartalma, a kemencébe bevezetésre kerülő gáz mennyisége és redukáló anyag tartalma az égés körülményeitől és a tüzelőanyagtól függően szabályozható .
Abban az esetben, ha a 12 kemencében végzett redukáló égetés elején fennáll az a veszély, hogy a láng vagy egy részének hőmérséklete túlságosan megnő, és nagy mennyiségű nitrogén-oxid keletkezhet, a 21 szelepen és 22 vezetéken történő redukáló gáz bevezetéssel ebben a műveletben is csökkenthetjük a redukáló égetés elején a láng hőmérsékletét.
A kemencék hőveszteségét a 23 és 24 szigetelésekkel csökkenthetjük .
Megjegyzendő, hogy a fentiekben ismertetett berendezés bizonyos egységei az előnyösebb szerkezeti megoldás érdekében könnyen kombinálhatok. Kombinálhatjuk például a berendezés 2, 10, 12, 15 és 16 egységeit.
A találmányunk szerinti berendezésben a kemence redukáló terébe való bevezetés előtt a levegőt és a redukáló gázt alaposan összekeverjük, és a láng vagy valamely részének hőmérsékletét csak olyan mértékben csökkentjük, amennyi az NO-képződés megakadályozásához szükséges, azaz a hőmérsékletcsökkenés ne legyen olyan mértékű, hogy az égés megszakadjon.
···· ···· ·· ··»« • · » « ♦
Az eljárásban alkalmazott levegő és tüzelőanyag keverési arányának meghatározásakor különböző tényezőket, például az égés fenntartásához szükséges minimális hőmérsékletet, a gáz összetételét, a kívánt Ν0χ szintet, a kazán hőfelületeinek méretét, a visszakeringetett gáz hűtésének mértékét (hőmérsékletét) és a gázbevezetési műveletet helyzetét, veszünk figyelembe, így ez az arány széles határok között változhat; a gáz mennyisége a betáplált levegőre vonatkoztatva általában 10 - 70 térfogat%.
Nyilvánvaló, hogy ha a találmányunk szerinti berendezésben ugyanolyan hatásfokot akarunk elérni, mint a technika állásából eddig ismert berendezésekben, a találmányunk szerinti eljárásban alkalmazott berendezés nagyobb gáztérfogattal üzemel, azonban az ezzel kapcsolatos nagyobb térfogat igény csak a kazán redukáló részére korlátozódik.
A kazán méretnövelése nem túl nagy mértékű, mivel a visszakeringetés előnyösen a sztöchiometrikusnál kisebb arányú levegővel végzett égetési folyamat(ok)ra korlátozódik, és a gáztérfogat növekedés nagy részét a hőmérséklet-csökkenéssel együttjáró sűrűség változás kompenzálja.
Az is nyilvánvaló, hogy a visszakeringetett gáz nem csökkenti a kazán hatásfokát, azonban a hőveszteség változása kis mértékű hatásfokcsökkenést eredményezhet. Ez a veszteség azonban az eljárással nyerhető előnyökhöz képest elhanyagolható.
A találmányunk szerinti berendezés előnye, hogy jól ismert, olcsó elemekből összeállítható, az NO^-képződés megakadályozása miatt nem szükséges költséges NO eltávolító, külön berendezés. További előny, hogy a találmányunk szerinti berendezés jól • ···· ···· ·· ···· ·♦ · · · ♦ · • · ♦ · · · ··· ·· · ·· ·
- 15 3 ismert működési elvű egységeket és szabályozó rendszereket tartalmai, ezért alkalmazásával a találmány szerinti eljárás könnyen kivitelezhető.
Előny az is, hogy az égő lángterében szabályozható a magas hőmérsékletű helyek kialakulása, mivel az NOx-képződés nem haladja meg az előre meghatározott értéket.
A környezetbe jutó gázok NO-koncentrációja természetesen az üzemelési körülményektől és a kazán oxidáló részének felépítésétől is függ.
Claims (4)
- Szabadalmi igénypontok1. Égetési eljárás az égés alatt keletkező nitrogén-oxidok mennyiségének csökkentésére, mely eljárás során a tüzelőanyag elégetéséhez szükséges levegőt legalább két lépésben vezetjük be; az első lépésben bevezetett levegő a sztöchiometrikus mennyiségnél kevesebb, előnyösen 0,80 - 0,96 levegő koefficiens értékű, és az első lépésben bevezetendő levegőhöz lényegében elemi oxigént nem tartalmazó, redukálószert tartalmazó gázt vagy gázkeveréket keverünk, azzal jellemezve, hogy az első lépésben bevezetésre kerülő levegőhöz a sztöchiometrikusnál kevesebb mennyiségű oxigént tartalmazó levegővel végzett égetésből, előnyösen az első égető lépésből nyert, hidrogén és/vagy szén-monoxid redukáló anyagokat tartalmazó égésterméket keverünk olyan mennyiségben, hogy az első égető lépésbe bevezetésre kerülő gázkeverék oxigéntartalma 12 - 19 térfogat% legyen; és a bevezetésre kerülő levegő oxigéntartalmát és redukáló potenciálját úgy állítjuk be, hogy az alkalmazott tüzelőanyag adiabatikus körülmények között végzett égetése során képződő gáz égéstermék nitrogén-oxid-koncentrációja a betáplált gáz oxigéntartalmának és redukáló potenciáljának megfelelő, előre meghatározott érték legyen.
- 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az égetés során képződő gázt a levegővel történő összekeverés előtt lehűtjük.
- 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás kivitelezésére alkalmas berendezés, mely a levegő kemencébe (2) történő bevezetéséhez szükséges tápegységből (3), valamint a levegő oxigéntartalmánál9 ·9 « ·« kevesebb oxigént tartalmazó gáz vagy gázelegy kemencébe (2) történő bevezetése előtti előállításához szükséges keverő rendszerből (6, 7, 8, 9 , 11) áll, azzal jellemezve, hogy a keverő rendszer (6, 7, 8, 9, 11) az első lépésben bevezetésre kerülő levegővel összekeverendő, az első égető lépésből származó égéstermék bevezetésére szolgáló legalább egy vezetéket (6) tartalmaz.
- 4. A 3. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a berendezés keverőrendszere (6, 7, 8, 9, 11) a levegővel történő összekeverésre kerülő égéstermék összekeverés előtti hűtésére szolgáló hűtőket (9, 10) tartalmaz.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI885800A FI88199B (fi) | 1988-12-15 | 1988-12-15 | Braennfoerfarande foer reducering av kvaeveoxidbildningen vid foerbraenning samt apparatur foer tillaempning av foerfarandet |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HU896607D0 HU896607D0 (en) | 1990-02-28 |
| HUT55521A true HUT55521A (en) | 1991-05-28 |
Family
ID=8527574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU896607A HUT55521A (en) | 1988-12-15 | 1989-12-14 | Burning method and apparatus operating with decreased nitrogen oxide formation |
Country Status (14)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1043522A (hu) |
| AU (1) | AU4671089A (hu) |
| CA (1) | CA2004907A1 (hu) |
| CS (1) | CS712789A2 (hu) |
| DD (1) | DD290042A5 (hu) |
| DE (1) | DE3941307A1 (hu) |
| DK (1) | DK639589A (hu) |
| ES (1) | ES2020611A6 (hu) |
| FI (1) | FI88199B (hu) |
| FR (1) | FR2640728A1 (hu) |
| GB (1) | GB2226122A (hu) |
| HU (1) | HUT55521A (hu) |
| IT (1) | IT1237909B (hu) |
| SE (1) | SE8904187L (hu) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO172704C (no) * | 1990-02-23 | 1993-08-25 | Norsk Hydro As | Lysbue oppvarmings- og reaksjonssystem |
| DE4302847A1 (de) * | 1993-02-02 | 1994-08-04 | Abb Research Ltd | Verfahren zur schadstoffarmen 2-Stufen-Verbrennung eines Brennstoffs sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| GB2281964A (en) * | 1993-09-18 | 1995-03-22 | Enertek International Limited | Reducing emissions from naturally aspirated burners |
| US5823124A (en) * | 1995-11-03 | 1998-10-20 | Gas Research Institute | Method and system to reduced NOx and fuel emissions from a furnace |
| CN1102419C (zh) * | 1999-12-22 | 2003-03-05 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种燃油脱除高浓度二氧化氮的方法及其设备 |
| CN1114464C (zh) * | 1999-12-22 | 2003-07-16 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种处理高浓度二氧化氮废气的方法及其设备 |
| NO312260B1 (no) * | 2000-03-24 | 2002-04-15 | Organic Power As | Fremgangsmåte og innretning for konvertering av energi ved forbrenning av fast brennstoff |
| WO2008004281A1 (fr) * | 2006-07-04 | 2008-01-10 | Miura Co., Ltd. | Appareil de combustion |
| CN101907296B (zh) * | 2010-07-12 | 2012-05-30 | 昆明理工大学 | 一种高效二甲醚/空气低NOx高温燃烧系统 |
| FR3039251B1 (fr) * | 2015-07-21 | 2017-07-28 | Ifp Energies Now | Procede et installation clc avec production d'azote de haute purete |
| BE1023010B1 (fr) * | 2015-10-06 | 2016-11-04 | Lhoist Recherche Et Developpement Sa | Procédé de calcination de roche minérale dans un four droit vertical à flux parallèles régénératif et four mis en oeuvre |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3781162A (en) * | 1972-03-24 | 1973-12-25 | Babcock & Wilcox Co | Reducing nox formation by combustion |
| JPS5232977Y2 (hu) * | 1973-07-12 | 1977-07-27 | ||
| US3880570A (en) * | 1973-09-04 | 1975-04-29 | Babcock & Wilcox Co | Method and apparatus for reducing nitric in combustion furnaces |
| US4135874A (en) * | 1976-03-31 | 1979-01-23 | Ishikawajima-Harima Jukogyo Kabushiki Kaisha | Two stage combustion furnace |
-
1988
- 1988-12-15 FI FI885800A patent/FI88199B/fi not_active Application Discontinuation
-
1989
- 1989-12-06 GB GB8927547A patent/GB2226122A/en not_active Withdrawn
- 1989-12-07 CA CA002004907A patent/CA2004907A1/en not_active Abandoned
- 1989-12-12 SE SE8904187A patent/SE8904187L/ not_active Application Discontinuation
- 1989-12-13 AU AU46710/89A patent/AU4671089A/en not_active Abandoned
- 1989-12-14 DE DE3941307A patent/DE3941307A1/de not_active Withdrawn
- 1989-12-14 DD DD89335681A patent/DD290042A5/de not_active IP Right Cessation
- 1989-12-14 IT IT02270089A patent/IT1237909B/it active IP Right Grant
- 1989-12-14 HU HU896607A patent/HUT55521A/hu unknown
- 1989-12-15 CN CN89109301.XA patent/CN1043522A/zh active Pending
- 1989-12-15 FR FR8916660A patent/FR2640728A1/fr not_active Withdrawn
- 1989-12-15 ES ES8904234A patent/ES2020611A6/es not_active Expired - Lifetime
- 1989-12-15 DK DK639589A patent/DK639589A/da not_active Application Discontinuation
- 1989-12-15 CS CS897127A patent/CS712789A2/cs unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2640728A1 (fr) | 1990-06-22 |
| IT1237909B (it) | 1993-06-18 |
| DE3941307A1 (de) | 1990-06-21 |
| SE8904187L (sv) | 1990-06-16 |
| FI88199B (fi) | 1992-12-31 |
| FI885800A0 (fi) | 1988-12-15 |
| HU896607D0 (en) | 1990-02-28 |
| IT8922700A0 (it) | 1989-12-14 |
| ES2020611A6 (es) | 1991-08-16 |
| SE8904187D0 (sv) | 1989-12-12 |
| GB8927547D0 (en) | 1990-02-07 |
| CN1043522A (zh) | 1990-07-04 |
| GB2226122A (en) | 1990-06-20 |
| DK639589A (da) | 1990-06-16 |
| CA2004907A1 (en) | 1990-06-15 |
| FI885800A (fi) | 1990-06-16 |
| CS712789A2 (en) | 1991-09-15 |
| DD290042A5 (de) | 1991-05-16 |
| AU4671089A (en) | 1990-06-21 |
| DK639589D0 (da) | 1989-12-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3206785B2 (ja) | 熱ノズル燃焼方法 | |
| US3873671A (en) | Process for disposal of oxides of nitrogen | |
| KR0184900B1 (ko) | 이원 산화제 연소방법 | |
| JP2704919B2 (ja) | 隔離された領域での燃焼 | |
| KR970009487B1 (ko) | 공기-연료 혼합물의 연소중에 발생되는 질소산화물 발생량의 감소 방법 | |
| EP1971417B1 (en) | Reduction of co and nox in regenerator flue gas | |
| US4316878A (en) | Method for the combustive treatment of waste fluids containing nitrogen compounds | |
| EP0162893B1 (en) | Non-catalytic method for reducing the concentration of nitrogen oxide in combustion effluents | |
| RU2299758C2 (ru) | Система и способ управления выделениями nox из котлов, сжигающих углеродные топлива, без использования внешнего реагента | |
| US5692890A (en) | Combination apparatus | |
| US5908003A (en) | Nitrogen oxide reduction by gaseous fuel injection in low temperature, overall fuel-lean flue gas | |
| US8544394B2 (en) | Method for reducing nitrogen oxide on the primary side in a two-stage combustion process | |
| KR100252332B1 (ko) | 질소산화물의 생성을 감소시키기 위한 연소방법(method for deeply staged combustion) | |
| JPS6225927B2 (hu) | ||
| NZ197243A (en) | Solid fuel boiler or furnace: flue gas recirculation | |
| HUT55521A (en) | Burning method and apparatus operating with decreased nitrogen oxide formation | |
| JP5074395B2 (ja) | 低いＮＯｘ放出を伴う、材料を焼く方法 | |
| US5216876A (en) | Method for reducing nitrogen oxide emissions from gas turbines | |
| CN102107116A (zh) | 干法水泥窑炉燃煤产生氮氧化物的处理方法 | |
| US4682468A (en) | Non-catalytic method for reducing the NO emissions of gas turbines | |
| US5242295A (en) | Combustion method for simultaneous control of nitrogen oxides and products of incomplete combustion | |
| US20080153042A1 (en) | Integrated oxy-fuel combustion and nox control | |
| JP2870675B2 (ja) | 熱分解性燃焼帯域の操業方法 | |
| JP2004511750A (ja) | 燃料の段階的燃焼方法 | |
| JP2005069676A (ja) | 燃焼室でのｎｏｘ減少のための方法と当該方法を実施するための装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| DFD9 | Temporary protection cancelled due to non-payment of fee |