JP2009513920A - Method and apparatus for low NOx combustion - Google Patents
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Abstract
本発明は、燃料並びに酸化剤および/または炉内オフガスおよび/または二酸化炭素および/または蒸気を用いて、少なくとも1つのバーナー(5)による低NOx燃焼のための方法および装置に関する。本発明による低NOx燃焼は通常の溶解炉または均熱炉、特にアルミニウム均熱炉または回転式ドラム炉およびガラス溶解炉において、かなりの節約がなされる可能性をもって、用いることができる。The present invention relates to a method and apparatus for low NO x combustion with at least one burner (5) using fuel and oxidant and / or furnace off-gas and / or carbon dioxide and / or steam. The low NOx combustion according to the present invention can be used with the possibility of considerable savings in conventional melting or soaking furnaces, in particular aluminum soaking furnaces or rotary drum furnaces and glass melting furnaces.
Description
本発明は、燃料および酸化剤、並びに/または炉内オフガス、並びに/または二酸化炭素、並びに/または蒸気を用いる、低NOx燃焼のための方法および装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for low NO x combustion using fuel and oxidant and / or in-furnace off-gas and / or carbon dioxide and / or steam.
既知の低NOx燃焼において、ブロワにより吸引される炉内オフガスはバーナー炎を覆い、これによって火炎温度が低下し、結果としてNOxの熱放出が低下する。 In the known low-NO x combustion, furnace off-gas is sucked by the blower covers the burner flame, thereby the flame temperature decreases, the heat release resulting NO x is reduced.
しかしながら、この通常の燃焼は、炉装置内で再循環する炉内オフガスが酸化剤と完全に混合せず、故にオフガス中でのNOxの要求される放出は追加費用によってのみ実現することができるという欠点を有する。 However, this normal combustion does not completely mix the furnace off-gas recirculated in the furnace unit with the oxidant, so the required release of NO x in the off-gas can only be realized at an additional cost. Has the disadvantages.
高い投資費用が既知の低NOx燃焼にはつきものであり、また装置、特に高負荷ブロワおよびパイプラインのメンテナンスには費用がさらに必要とされる。さらに、ブロワを稼動するためには外部エネルギーが必要とされる。 High investment cost is inherent in the known low NO x combustion, also devices, particularly high load blower and cost for maintenance of the pipeline is still needed. Furthermore, external energy is required to operate the blower.
従って、通常の炉装置内で、経済的で低汚染物質(低NOx)燃焼を可能にする方法および装置を提供することが本発明の目的である。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus that allows for economical and low pollutant (low NO x ) combustion in a normal furnace system.
この目的は、請求項1の特徴を有する方法および請求項13の特徴を有する装置により達成される。
This object is achieved by a method having the features of
本発明の有利な改良点を従属項に示す。 Advantageous refinements of the invention are indicated in the dependent claims.
本発明によれば、酸化剤、および/または炉内オフガス、および/または二酸化炭素、および/または蒸気の混合物を、別個にバーナーに供給される燃料と共に、炉装置の炉の内層にあるバーナーブロックに配置されたバーナーを用いて燃焼させる。 According to the invention, a burner block in the inner layer of the furnace of the furnace unit, together with fuel supplied separately to the burner, a mixture of oxidant and / or furnace off-gas and / or carbon dioxide and / or steam. Burn using a burner placed in
この目的のために、酸化剤をインジェクタに0.2〜40barの圧力で供給し、有利には、これは炉内オフガスを用いて熱交換器内で20〜900℃に加熱される。また、酸化剤を加熱することなくインジェクタに直接供給してもよい。 For this purpose, an oxidant is supplied to the injector at a pressure of 0.2 to 40 bar, which is advantageously heated to 20 to 900 ° C. in a heat exchanger using furnace off-gas. Further, the oxidant may be supplied directly to the injector without heating.
ノズル(これは、フロー末端側においてインジェクタ内を軸方向に移動することができる)から流れ出る際に膨張する酸化剤は、20〜660m/sの速度でガス噴流を発生させることにより、インジェクタ内に減圧を生じさせ、炉内オフガスおよび/または二酸化炭素(CO2)および/または炉内オフガスとの熱交換により水から生じる過熱された蒸気のいずれかを、酸化剤の噴流中に吸い込む吸引作用を引き起こし、続いてこの混合物は温度をつりあわせながら、インジェクタをバーナーに接続しているラインにおいてバーナーに供給される。 The oxidant that expands as it flows out of the nozzle (which can move axially through the injector at the flow end side) generates a gas jet at a speed of 20 to 660 m / s into the injector. A suction action that causes a vacuum to draw either superheated steam generated from water by heat exchange with the furnace off-gas and / or carbon dioxide (CO 2 ) and / or furnace off-gas into the oxidant jet. This mixture is then fed to the burner in the line connecting the injector to the burner, balancing the temperature.
通常の吹き込みノズル、またはいくつかの他の等価な技術的手段をインジェクタに代えて用いることができ、これは、炉装置の燃焼チャンバから炉内オフガスを排出するために備えられている排気筒内に有利には配置される。 Ordinary blow nozzles, or some other equivalent technical means, can be used in place of the injectors, which are located in the stack provided for exhausting the furnace off-gas from the furnace chamber combustion chamber. Are advantageously arranged.
酸化剤に代わるものとして、燃料ガスを0.2〜40barの圧力でインジェクタに供給することができる。この場合には、酸化剤をバーナーに加える。 As an alternative to the oxidant, fuel gas can be supplied to the injector at a pressure of 0.2 to 40 bar. In this case, an oxidizing agent is added to the burner.
20℃〜1600℃、好ましくは900℃の温度、5〜70m/sの速度でバーナーに供給される酸化剤、および/または炉内オフガス、および/または二酸化炭素、および/または蒸気の混合物は、少なくとも5体積%の酸素含有量を有する。 A mixture of oxidant and / or furnace off-gas and / or carbon dioxide and / or steam fed to the burner at a temperature of 20 ° C. to 1600 ° C., preferably 900 ° C., at a speed of 5 to 70 m / s, It has an oxygen content of at least 5% by volume.
例えば、バーナーブロック内に後退して配置されているバーナーは、有利には並流式バーナー(parallel-flow burner)であり、燃料および酸化剤、並びに/または炉内オフガス並びに/または二酸化炭素並びに/または蒸気をバーナー口に供給するための、互いに実質的に同軸に配置されている2つのチューブ(内チューブと外チューブ)を有する。燃料または酸化剤混合物は、内チューブまたは外チューブを通ってバーナー口に移動することができる。 For example, the burner placed back in the burner block is preferably a parallel-flow burner, which is fuel and oxidant and / or furnace off-gas and / or carbon dioxide and / or Alternatively, it has two tubes (inner tube and outer tube) arranged substantially coaxially with each other for supplying steam to the burner port. The fuel or oxidant mixture can travel through the inner tube or outer tube to the burner port.
用いる酸化剤は、少なくとも10体積%の酸素含有量を伴う酸素含有媒質である。 The oxidizing agent used is an oxygen-containing medium with an oxygen content of at least 10% by volume.
用いる燃料は、あらゆる通常のガス状または液状燃料でよく、特に有利には天然ガスである。 The fuel used can be any conventional gaseous or liquid fuel, particularly preferably natural gas.
有利には酸化剤と共に操作されるインジェクタは、バーナーに供給される混合物の取り込み量および濃度および温度を制御するための軸方向に移動可能なノズルを備える。これは、インジェクタに外部エネルギーを供給すること、つまりさらなるコストを必要とすることの必要性を取り除く。 The injector, which is preferably operated with an oxidant, comprises an axially movable nozzle for controlling the intake and concentration and temperature of the mixture fed to the burner. This eliminates the need to supply external energy to the injector, i.e. requiring additional costs.
酸素、二酸化炭素および水を加熱するために用いられ、炉装置の燃焼チャンバから炉内オフガスを排出する排気筒内に有利には配置されている熱交換器は、有利には通常の伝熱式熱交換器または蓄熱式熱交換器である。 A heat exchanger used for heating oxygen, carbon dioxide and water and advantageously arranged in an exhaust stack which discharges the furnace off-gas from the combustion chamber of the furnace apparatus is preferably a conventional heat transfer type It is a heat exchanger or a regenerative heat exchanger.
用いるバーナーは、好ましくは、通常の並流式バーナーであり、酸化剤のための少なくとも1つの供給路と燃料のための少なくとも1つの供給路を有し、好ましくはシリンダ状の、同軸に配置したチューブを含む。 The burner used is preferably a conventional co-current burner, having at least one supply path for the oxidant and at least one supply path for the fuel, preferably cylindrical and arranged coaxially Includes tubes.
本発明によるバーナー設計は、酸化剤および/または炉内オフガスおよび/または二酸化炭素(CO2)および/または蒸気の混合物が、バーナーのバーナー口から燃料の0.3〜4倍速い速度で流出することを可能にし、その結果としてバーナーの出力に基づいて1.5〜8N/MWの全運動量流束、および0.8〜31の酸化剤と炉内オフガスの混合物の燃料に対する運動量流束密度の比を確実にし、その結果、バーナーブロックの出口において0.2〜0.5KW/mm2の出力密度に到達する。 The burner design according to the present invention allows the mixture of oxidant and / or furnace off-gas and / or carbon dioxide (CO 2 ) and / or steam to exit the burner burner port at a rate 0.3 to 4 times faster than the fuel. Resulting in a total momentum flux of 1.5 to 8 N / MW based on the output of the burner, and a momentum flux density for the fuel of the oxidant and in-furnace off-gas mixture of 0.8 to 31 The ratio is ensured so that a power density of 0.2 to 0.5 KW / mm 2 is reached at the outlet of the burner block.
酸化剤および/または炉内オフガスおよび/または二酸化炭素(CO2)および/または蒸気の混合物の出口速度は、バーナー口において20〜80m/sである。 Exit velocity of the oxidant and / or furnace off-gas and / or carbon dioxide (CO 2) and / or mixtures of steam is 20 to 80 m / s at the burner outlet.
バーナーは、炉装置のオフガス側に、好ましくは炉装置の燃焼チャンバから炉内オフガスを排出する排気筒中に配置されていてもよいし、または炉装置の燃焼チャンバを取り囲む炉壁におけるその意図される使用に適する他の位置のどこにでも配置されていてもよい。 The burner may be located on the off-gas side of the furnace device, preferably in an exhaust stack that discharges the furnace off-gas from the combustion chamber of the furnace device, or its intended in the furnace wall surrounding the furnace chamber combustion chamber It may be placed anywhere else suitable for use.
また、インジェクタと熱交換器がバーナー中に配置されていることも可能である。このタイプのインジェクタ/熱交換器配置は、特にバーナーが炉のオフガス側に設置されている際に、例えば回転式ドラム炉(rotary drum furnace)の場合のように、炉内オフガスがバーナー口の周りの環状の間隙から抽気される場合には有利である。この場合において、酸化剤および/または炉内オフガスおよび/または二酸化炭素および/または蒸気の混合物を復熱的に炉内オフガスにより加熱する。 It is also possible for the injector and the heat exchanger to be arranged in the burner. This type of injector / heat exchanger arrangement is particularly useful when the burner is installed on the offgas side of the furnace, such as in the case of a rotary drum furnace where the offgas in the furnace is around the burner mouth. This is advantageous when the air is extracted from the annular gap. In this case, the mixture of oxidant and / or furnace off-gas and / or carbon dioxide and / or steam is reheated by the furnace off-gas.
酸化剤、炉内オフガス、二酸化炭素および蒸気を運ぶラインは、耐熱性で耐食性のNiCrまたはODS合金から成り、内側および/または外側からの必要とされる熱保護を確実にする断熱材、好ましくはセラミック繊維を備える。 The line carrying the oxidant, furnace off-gas, carbon dioxide and steam is made of heat-resistant and corrosion-resistant NiCr or ODS alloy, and insulation that ensures the required thermal protection from the inside and / or outside, preferably With ceramic fibers.
バーナーを有するバーナーブロックは、好ましくはシリンダ状の開口を有する。 The burner block with the burner preferably has a cylindrical opening.
バーナーには、炎を監視するためのUV光検出器が備えられている。 The burner is equipped with a UV photodetector for monitoring the flame.
本発明に従ってバーナーに供給される酸化剤および/または炉内オフガスおよび/または二酸化炭素および/または蒸気の混合物は燃焼の反応速度を低下させる。というのは、酸素と燃料との反応がCO2および/またはH2O分子により妨害されるためである。 Mixtures of oxidant and / or furnace off-gas and / or carbon dioxide and / or steam supplied to the burner according to the present invention reduce the reaction rate of combustion. This is because the reaction between oxygen and fuel is hindered by CO 2 and / or H 2 O molecules.
酸化剤と、炉内ガスおよび/または二酸化炭素および/または蒸気との混合は、高濃度の二酸化炭素と蒸気を伴う豊富な燃焼炎の形成をもたらす。既知の燃焼により達成されるものと比較してより大きな体積の炎、およびバーナー炎中のより高い濃度の二酸化炭素および/または蒸気は、放射帯のスペクトル領域において起こる二酸化炭素および/または蒸気のガス放射を有意に高め、結果として、処理される材料を、オフガス中のNOxのレベルを低下させる火炎温度により加熱することができる。二酸化炭素に関する放射帯は、2.4〜3μm、4〜4.8μm、12.5〜16.4μmの範囲にあり、蒸気に関する放射帯は、1.7〜2μm、2.2〜3μmおよび12〜30μmの範囲にある。 Mixing oxidants with furnace gases and / or carbon dioxide and / or steam results in the formation of abundant combustion flames with high concentrations of carbon dioxide and steam. Larger volume flames and higher concentrations of carbon dioxide and / or steam in the burner flame compared to that achieved by known combustion are carbon dioxide and / or steam gases occurring in the spectral region of the radiation band. significantly enhanced the radiation, as a result, the material to be treated can be heated by the flame temperature to reduce the level of the NO x in the off-gas. The emission bands for carbon dioxide are in the range of 2.4-3 μm, 4-4.8 μm, 12.5-16.4 μm, and the emission bands for steam are 1.7-2 μm, 2.2-3 μm and 12 It is in the range of ˜30 μm.
酸化剤および/または炉内オフガスおよび/または二酸化炭素および/または蒸気の高粘度の混合物が20℃〜1600℃、好ましくは900℃の温度で送給される結果として、この混合物はバーナー口において燃料と、燃焼が800℃〜2700℃の火炎温度で起こるように混合され、これは炉装置の熱的NOxオフガスポテンシャルを有意に低下させる。 As a result of the high viscosity mixture of oxidant and / or furnace off-gas and / or carbon dioxide and / or steam being delivered at a temperature between 20 ° C. and 1600 ° C., preferably 900 ° C., this mixture is fuel at the burner port. And mixing such that combustion occurs at a flame temperature of 800 ° C. to 2700 ° C., which significantly reduces the thermal NO x off-gas potential of the furnace unit.
バーナーに供給される酸化剤および/または炉内オフガスおよび/または二酸化炭素および/または蒸気の混合物、並びに本発明に従って用いられるバーナーは、バーナーの燃料チューブ内において、またバーナーの設計に起因して、バーナー炎の燃料リッチなコアにおいて、燃料を少なくとも部分的に自己炭化させる。自己炭化または分解は無酸素領域内で、炭化水素の場合には1000℃を超える温度で起こり、すすを生じる。バーナー炎中のすす粒子の加熱は、0.2〜20マイクロメータの範囲において連続的な放射をもたらし、従って炎は冷やされ、炉装置からのNOxオフガスレベルはさらに低下する。 Mixtures of oxidant and / or furnace off-gas and / or carbon dioxide and / or steam fed to the burner, and the burner used according to the present invention, in the fuel tube of the burner and due to the design of the burner, In the fuel rich core of the burner flame, the fuel is at least partially self-carbonized. Self-carbonization or decomposition takes place in the oxygen-free region, in the case of hydrocarbons at temperatures above 1000 ° C., producing soot. Heating the soot particles in the burner flame results in a continuous radiation in the range of 0.2 to 20 micrometers, thus the flame is cooled, NO x offgas level from the furnace apparatus is further reduced.
さらなる利点は、例えばガラス溶融浴における下層の改善された加熱である。というのは、液状ガラスは、0.3〜4マイクロメータの範囲における波長に対して半透明であるためである。 A further advantage is improved heating of the lower layer, for example in a glass melt bath. This is because liquid glass is translucent to wavelengths in the range of 0.3 to 4 micrometers.
NOxオフガスレベルは、さらに、好ましくは低N2酸化剤混合物および燃料の使用により低下する。 The NO x off-gas level is further reduced, preferably with the use of a low N 2 oxidant mixture and fuel.
循環する炉内ガスは、炉装置の燃焼チャンバ中に存在する窒素酸化物をバーナー炎に供給し、続いてこれらの窒素酸化物は、バーナー炎の燃料リッチな領域において窒素(N2)を生じて減少する。 The circulating furnace gas supplies nitrogen oxides present in the combustion chamber of the furnace apparatus to the burner flame, which in turn produces nitrogen (N 2 ) in the fuel rich region of the burner flame. Decrease.
炉装置の燃焼チャンバ内で生じる非常に長い、滑らかな、視認できる炎は、アルミニウム均熱炉および回転式ドラム炉において特に有利な低NOx燃焼を可能にする。 Very long resulting in the combustion chamber of the furnace device, smooth, no visible flame, allows a particularly advantageous low-NO x combustion in an aluminum soaking furnace and rotary drum furnaces.
さらに、本発明による燃焼は安定であり、低ノイズである。ノイズレベルは50〜80デシベルである。 Furthermore, the combustion according to the invention is stable and low noise. The noise level is 50-80 decibels.
既知の無炎燃焼と異なり、本発明による低NOx燃焼では、可視領域における火炎放射が、有利に、処理される材料への熱伝達を向上させる。 Unlike known flameless combustion, the low NO x combustion by the present invention, the flame radiation in the visible region, advantageously, improves the heat transfer to the material to be treated.
バーナー炎中の高い濃度と体積のCO2/H2O蒸気は、さらに、CO2および/またはH2O蒸気のガス放射を高め、これは放射帯のスペクトル領域において起こり、例えば溶解ガラスの場合に、処理される材料への改善された熱伝達を確実にする。 The high concentration and volume of CO 2 / H 2 O vapor in the burner flame further increases the gas emission of CO 2 and / or H 2 O vapor, which occurs in the spectral region of the emission band, for example in the case of molten glass And to ensure improved heat transfer to the material being processed.
さらに、ダスト含有生成物が導入される際に破壊的な影響を有する乱流および回旋が低減される。 In addition, turbulence and convolutions that have destructive effects when dust-containing products are introduced are reduced.
インジェクタインサートは磨耗と、例えばこれまで用いられている高価な耐熱性材料から成るブロワについてかかる炉装置の維持費用を有意に低減する。さらに、ブロワを稼動するのにこれまで必要であった外部エネルギーの供給がもはや必要でない。 Injector inserts significantly reduce wear and maintenance costs of such furnace equipment, for example, for blowers made of expensive refractory materials used so far. Furthermore, the supply of external energy previously required to operate the blower is no longer necessary.
さらに、熱負荷およびその結果のパイプチューブに対する磨耗が減じられる。というのは、酸化剤と、炉内オフガスおよび/または二酸化炭素および/または蒸気との混合は、輸送される媒質の温度を低下させるためである。 Furthermore, the heat load and the resulting wear on the pipe tube is reduced. This is because mixing the oxidant with the furnace off-gas and / or carbon dioxide and / or steam reduces the temperature of the transported medium.
加えて、一次エネルギーを、酸化剤としての酸素および/または二酸化炭素および/または蒸気の、熱交換器内での炉内オフガスによる予備加熱により節約することができ、結果として、炉装置の稼動コストがさらに低下する。 In addition, primary energy can be saved by preheating oxygen and / or carbon dioxide and / or steam as oxidants with furnace off-gas in the heat exchanger, resulting in operating costs of the furnace equipment. Is further reduced.
燃焼チャンバ内での低温度レベルにおける均一な温度分布(バーナー炎)を伴い、その結果、有意に低下されたNOxオフガスポテンシャルを伴う本発明による低NOx燃焼は、あらゆる通常の炉装置において用いることができ、特に有利にはアルミニウム均熱炉またはガラス溶解炉において用いることができる。 With a uniform temperature distribution (the burner flame) in the low temperature level in the combustion chamber, as a result, low-NO x combustion by the present invention with the NO x off-gas potential is significantly reduced is used in any conventional furnace apparatus It can be used particularly advantageously in an aluminum soaking furnace or a glass melting furnace.
本発明を、図面に示す例示的な実施形態に基づいて以下により詳細に説明する。 The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments shown in the drawings.
図1に示す炉装置は、燃焼チャンバを取り囲む炉の内層1を備え、オフガス開口19と排気筒2を有しており、これは炉内のオフガスを排出し、並びにパイプライン3およびバーナー5を有するバーナーブロック4を有し、バーナー5はパイプライン7によりインジェクタ6と排気筒2内に位置する熱交換器8とに接続している。
The furnace apparatus shown in FIG. 1 includes a furnace
オフガス開口19を通って燃焼チャンバから流出する炉内オフガスは、熱交換器8の周囲を流れる際に冷却されて、排気筒2を通って炉装置から流出する。
The in-furnace off-gas flowing out of the combustion chamber through the off-gas opening 19 is cooled when flowing around the
酸化剤として、−20〜40℃の温度、0.2〜40barの圧力で用いるガス状酸素は、注入口9を通って熱交換器8に流入する。
Gaseous oxygen used as an oxidant at a temperature of −20 to 40 ° C. and a pressure of 0.2 to 40 bar flows into the
伝熱式熱交換器または蓄熱式熱交換器として設計されている熱交換器8を通って流れる酸素は、熱交換器8の周囲を流れる炉内オフガスにより加熱され、熱交換器8の流出口10を通ってインジェクタ6に、注入口11を通って20〜900℃の温度で流れる。
Oxygen flowing through the
インジェクタ6の流出ノズル12から20〜660m/sの速度で流出する酸素は膨張することで、20〜660m/sの速度で流れる酸素噴流を生じる。
The oxygen flowing out from the
酸素噴流の速い流速は、インジェクタ6の位置13において減圧を生じ、その減圧の吸引作用は、燃焼チャンバから炉内オフガスをパイプライン3を通って酸素噴流中に吸い込み、長さxの混合区域として設計されたパイプライン7において、これは酸素噴流と温度をつりあわせながら混合された後、酸素と炉内オフガスの混合物は20〜1600℃の温度で連絡部14を通してバーナー5に供給され、バーナー5にはさらなる連絡部15を介してガス状燃料として天然ガスが供給される。
The fast flow rate of the oxygen jet creates a decompression at position 13 of the injector 6, and the suction action of the decompression sucks the furnace off-gas from the combustion chamber through the pipeline 3 into the oxygen jet, as a mixing zone of length x In the designed pipeline 7, this is mixed while balancing the temperature with the oxygen jet, and then the mixture of oxygen and in-furnace off-gas is supplied to the burner 5 through the connecting section 14 at a temperature of 20 to 1600 ° C. Is supplied with natural gas as gaseous fuel via a
酸素と炉内オフガスを通すパイプラインは、耐熱性のNiCrまたはODS合金から成り、内側に熱保護材を備え、および/または外側に断熱材を備えており、これは例えばセラミック繊維またはセラミックブロックを有する。 The pipeline through which oxygen and off-gas in the furnace pass is made of heat-resistant NiCr or ODS alloy and has a heat protection material on the inside and / or a heat insulation on the outside, for example, ceramic fiber or ceramic block. Have.
並流式バーナー(parallel-flow burner)として用いるバーナー5は、有利には、内チューブと外チューブを有しており、ガス状燃料として用いる天然ガスは、内チューブとして配置されている燃料チューブ18を通ってバーナー口16に流れ、酸素と炉内オフガスの混合物は、燃料チューブ18を収容しており、環状の間隙21として設計されている外チューブを通ってバーナー口16に流れて、処理する材料を加熱するための炉装置の燃焼チャンバにおいて、長く、滑らかで、視認できるバーナー炎を生じる。
The burner 5 used as a parallel-flow burner advantageously has an inner tube and an outer tube, and natural gas used as gaseous fuel is a
燃料の部分的な自己炭化は、バーナー5の燃料チューブ18内で、酸化剤と炉内オフガスの混合物との伝熱式熱交換(recuperative heat exchange)を通じて起こる。
Partial self-carbonization of the fuel occurs in the
本発明によるバーナー構造は、酸化剤と炉内オフガスの混合物が、バーナーのバーナー口16から、燃料よりも0.3〜4倍速い速度で流出することを可能にし、その結果として、バーナー出力に基づいて1.5〜8N/MWの全運動量流束と、0.8〜31の酸化剤と炉内オフガスの混合物の燃料に対する運動量流束密度の比を確実にし、結果としてバーナーブロック4の出口で0.2〜0.5KW/mm2の出力密度に到達する。
The burner structure according to the present invention allows the mixture of oxidant and furnace off-gas to flow out of the
酸化剤と炉内オフガスの混合物は、バーナー口16から20〜80m/sの速度で流出する。
The mixture of the oxidizing agent and the furnace off-gas flows out from the
燃焼チャンバ中で処理された材料を燃焼するバーナー炎は、800〜2700℃の火炎温度を有する。 The burner flame that burns the treated material in the combustion chamber has a flame temperature of 800-2700 ° C.
バーナー5を収容しているバーナーブロック4は、好ましくは、シリンダ状の開口を有している。 The burner block 4 containing the burner 5 preferably has a cylindrical opening.
バーナーは有利には、火炎を監視するためのUV光検出器20を備えている。
The burner is advantageously equipped with a
炉内オフガスがダスト、または攻撃的であるか、酸化を促進する他の物質を含む場合には、図2に図式的に示す炉装置を有利には用いる。この炉装置はその燃焼チャンバを取り囲む炉の内層1を備え、オフガス開口19と排気筒2を有しており、これは炉内のオフガスを排出し、また熱交換器8を収容しており、並びにバーナー5を備えるバーナーブロック4を有し、パイプライン7によりインジェクタ6と熱交換器8とに接続している。
If the furnace off-gas contains dust or other substances that are aggressive or promote oxidation, the furnace apparatus shown schematically in FIG. 2 is advantageously used. This furnace apparatus comprises a furnace
燃焼チャンバからオフガス開口19を通って流れる炉内オフガスは、水が供給されている熱交換器8の周囲を流れる際に冷却された後、炉装置から排気筒2を介して流出する。
The in-furnace off-gas flowing from the combustion chamber through the off-gas opening 19 is cooled when flowing around the
熱交換器8を通って流れる際に、流入口9を通って熱交換器8に供給される水は、熱交換器8の周囲を流れる炉内オフガスとの熱交換により蒸発した後に、インジェクタ6中に位置13において20〜900℃の過熱蒸気として流入する。
When flowing through the
−20〜40℃、0.2〜40barの圧力で酸化剤として用いられるガス状酸素は、流入口11を通ってインジェクタ6に流れる。インジェクタ6の流出ノズル12から流出する際に膨張する酸素噴流はその速度を20〜340m/sにまで上昇させ、その結果としてインジェクタ6の位置13において減圧が生じ、その減圧の吸引作用が、インジェクタ6を通って流れる酸素噴流中に位置13において過熱蒸気を吸い込み、酸素噴流と温度をつりあわせながら、長さxの混合部位として設計されているパイプライン7においてこれを酸素噴流と混合し、酸素/蒸気混合物は、20〜1600℃の温度で、連結部14を通してバーナーに流れ、バーナーにはガス状燃料として連結部15を通じて天然ガスが供給される。
Gaseous oxygen used as an oxidant at −20 to 40 ° C. and a pressure of 0.2 to 40 bar flows through the inlet 11 to the injector 6. The oxygen jet that expands as it flows out of the
酸素と蒸気が流れるパイプラインは耐熱性で耐食性のNiCrまたはODS合金から成り、内部側から熱保護を考慮して設計され、または外側から断熱を考慮して設計されており、例えばセラミック繊維またはセラミックブロックを有する。 The pipeline through which oxygen and steam flow is made of heat-resistant and corrosion-resistant NiCr or ODS alloy, designed with heat protection from the inside or designed with heat insulation from the outside, such as ceramic fiber or ceramic Has a block.
並流式バーナーとして用いられるバーナー5は有利には、内チューブと外チューブを有し、ガス状燃料として用いられる天然ガスは、内チューブとして配置されている燃料チューブ18を通ってバーナー口16に流れ、酸素と蒸気の混合物は、内チューブを収容し、環状の間隙21として設計されている外チューブを通ってバーナー口16に流れ、これによって、処理される材料を加熱するための炉装置の燃焼チャンバにおいて800℃〜2700℃の火炎温度を有する長く、滑らかで、視認できるバーナー炎を生じる。
The burner 5 used as a co-current burner advantageously has an inner tube and an outer tube, and natural gas used as gaseous fuel passes through a
燃料の部分的な自己炭化はバーナー5の燃料チューブ18内で、酸化剤と蒸気の混合物との伝熱式熱交換により起こる。
Partial self-carbonization of the fuel occurs in the
本発明によるバーナー設計は、酸化剤と蒸気の混合物が、バーナーのバーナー口16から、燃料よりも0.3〜4倍速い速度で流出することを可能にし、その結果として、バーナー出力に基づいて1.5〜8N/MWの全運動量流束と、0.8〜31の酸化剤と蒸気の混合物の燃料に対する運動量流束密度の比を確実にし、結果として、バーナーブロック4の出口において0.2〜0.5KW/mm2の出力密度に到達する。
The burner design according to the present invention allows the mixture of oxidant and steam to exit from the
酸化剤と蒸気の混合物は、バーナー口16から20〜80m/sの速度で流出する。
The mixture of oxidant and steam flows out of the
バーナーブロック4は、好ましくは、シリンダ状の開口を有する。 The burner block 4 preferably has a cylindrical opening.
バーナーは、火炎監視のためのUV光検出器を備える。 The burner is equipped with a UV light detector for flame monitoring.
炉内オフガスがダスト、または他の攻撃的な若しくは酸化促進物質を含んでいる場合には、図3に図式的に示す炉装置を用いる。この炉装置は、燃焼チャンバを取り囲む炉の内層1を備え、オフガス開口19および排気筒2を有し、これは炉内オフガスを排出するように設計され、熱交換器8を備え、並びにバーナー5を有するバーナーブロック4を有し、バーナー5はインジェクタ6に接続し、また熱交換器8にパイプライン7により接続している。
If the furnace off-gas contains dust or other aggressive or pro-oxidant substances, the furnace apparatus shown schematically in FIG. 3 is used. The furnace apparatus comprises a furnace
燃焼チャンバからオフガス開口19を通って流れる排ガスは、二酸化炭素が供給されている熱交換器8の周囲を流れる際に冷却された後、炉装置から排気筒2を通って流出する。
The exhaust gas flowing from the combustion chamber through the off-gas opening 19 is cooled when flowing around the
熱交換器8の流入口9を通って供給される液状、または好ましくはガス状の二酸化炭素は、熱交換器8の周囲を流れる炉内オフガスとの熱交換により20℃〜900℃にまで加熱され、流出口10を通ってインジェクタ6に位置13で流れる。
The liquid or preferably gaseous carbon dioxide supplied through the inlet 9 of the
酸化剤として−20〜40℃の温度、0.2〜40barの圧力で用いられるガス状酸素は、インジェクタ6に流入口11を通って供給される。インジェクタ6を通って流れる酸素は、インジェクタの流出ノズル12から流出する際に膨張し、従ってその流速は20〜340m/sにまで上昇し、その結果としてインジェクタ6において位置13で減圧が生じ、その減圧の吸引作用が二酸化炭素を酸素噴流中に吸い込み、二酸化炭素は酸素噴流と温度をつりあわせながら、長さxの混合部位として設計されているパイプライン7において混合された後、酸素と二酸化炭素の混合物は20〜1600℃の温度で連結部14を通ってバーナー5に流れ、バーナーには、ガス状燃料として天然ガスがさらなる連結部15を介して供給される。
Gaseous oxygen used as an oxidant at a temperature of −20 to 40 ° C. and a pressure of 0.2 to 40 bar is supplied to the injector 6 through the inlet 11. Oxygen flowing through the injector 6 expands as it exits the
酸素と二酸化炭素が流れるパイプラインは耐熱性で耐食性のNiCrまたはODS合金から成り、その内側には熱保護材が設けられており、および/または外側には断熱材が設けられており、これは例えばセラミック繊維を有する。 The pipeline through which oxygen and carbon dioxide flow is made of heat-resistant and corrosion-resistant NiCr or ODS alloy, with a heat protection material inside and / or a heat insulation material on the outside, For example, it has a ceramic fiber.
並流式バーナーとして用いられるバーナー5は有利には、内チューブと外チューブを有しており、ガス状燃料として用いられる天然ガスはバーナー口16に、内チューブとして配置されている燃料チューブ18を通って供給され、酸素と二酸化炭素の混合物はバーナー口16に、燃料チューブ18を収容し、環状の間隙21として設計されている外チューブを通って供給されて、800〜2700℃の温度を有する長い、滑らかな、視認できるバーナー炎を、処理される材料を加熱するための炉装置の燃焼チャンバにおいて生ずる。
The burner 5 used as a co-current burner advantageously has an inner tube and an outer tube, and natural gas used as gaseous fuel has a
燃料の部分的な自己炭化は、バーナー5の燃料チューブ18内で、酸化剤と二酸化炭素の混合物との伝熱式熱交換により起こる。
Partial self-carbonization of the fuel occurs in the
本発明によるバーナー設計は、酸化剤と二酸化炭素の混合物がバーナーのバーナー口16から、燃料よりも0.3〜4倍速い速度で流出することを可能にし、その結果として、バーナー出力に基づいて1.5〜8N/MWの全運動量流束と、0.8〜31の酸化剤と二酸化炭素の混合物の燃料に対する運動量流束密度の比を確実にし、結果として、バーナーブロック4の出口において0.2〜0.5KW/mm2の出力密度に到達する。
The burner design according to the present invention allows a mixture of oxidant and carbon dioxide to exit from the
酸化剤と二酸化炭素の混合物は、バーナー口16から20〜80m/sの速度で流出する。
The mixture of the oxidizing agent and carbon dioxide flows out from the
バーナーブロック4は、好ましくはシリンダ状の開口を有する。 The burner block 4 preferably has a cylindrical opening.
バーナーは、火炎監視のためのUV光検出器20を備える。
The burner is equipped with a
1…炉の内層、2…排気筒(炉内オフガス)、3…パイプライン(炉内オフガス)、4…バーナーブロック、5…バーナー、6…インジェクタ、7…パイプライン、8…熱交換器、9…注入口(8)、10…流出口(8)、11…流入口(6)、12…流出ノズル、13…位置(6)、14…連結部(5)、15…連結部(5)、16…バーナー口、17…バーナー炎、18…燃料チューブ、19…オフガス開口、20…UV光検出器、21…環状間隙
DESCRIPTION OF
Claims (27)
b)バーナー出力に基づいて1.5〜8N/MWの全運動量流束を達成し、
c)酸化剤および/または炉内オフガスおよび/または二酸化炭素(CO2)および/または蒸気の前記混合物の燃料に対する運動量流束密度の比が0.8〜31であり、
d)バーナーブロック(4)の出口において0.2〜0.5KW/mm2の出力密度に到達する
ことを特徴とする請求項1〜9の一項に記載の方法。 a) oxidizing agent and / or furnace off-gas and / or carbon dioxide (CO 2) and / or the mixture of steam, banner port of the burner 0.3-4 times faster than the fuel (5) (16 )
b) Achieve a total momentum flux of 1.5-8 N / MW based on the burner output,
c) the ratio of the momentum flux densities of the oxidant to the fuel and / or furnace off-gas and / or carbon dioxide (CO 2) and / or the mixture of steam is 0.8 to 31,
d) Method according to one of the preceding claims, characterized in that a power density of 0.2 to 0.5 KW / mm 2 is reached at the outlet of the burner block (4).
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