KR20050027939A - 동시에 발생되는 산소 및 질소 스트림을 사용하는 낮은ＮＯｘ 연소 - Google Patents

동시에 발생되는 산소 및 질소 스트림을 사용하는 낮은ＮＯｘ 연소 Download PDF

Info

Publication number
KR20050027939A
KR20050027939A KR1020040073604A KR20040073604A KR20050027939A KR 20050027939 A KR20050027939 A KR 20050027939A KR 1020040073604 A KR1020040073604 A KR 1020040073604A KR 20040073604 A KR20040073604 A KR 20040073604A KR 20050027939 A KR20050027939 A KR 20050027939A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
combustion
air
oxygen
fuel
nitrogen
Prior art date
Application number
KR1020040073604A
Other languages
English (en)
Inventor
고바야시히사시
불로렌스이.3세
스나이더윌리엄제이.
Original Assignee
프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드 filed Critical 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
Publication of KR20050027939A publication Critical patent/KR20050027939A/ko

Links

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 
    • F23C5/00—Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
    • F23C5/08—Disposition of burners
    • F23C5/32—Disposition of burners to obtain rotating flames, i.e. flames moving helically or spirally
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/32—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
    • 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 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/08—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for reducing temperature in combustion chamber, e.g. for protecting walls of combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • 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 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07021—Details of lances
    • 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 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/99004—Combustion process using petroleum coke or any other fuel with a very low content in volatile matters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/07002—Injecting inert gas, other than steam or evaporated water, into the combustion chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/07005—Injecting pure oxygen or oxygen enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/07008—Injection of water into the combustion chamber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

탄화수소 연료의 연소는 약간의 산소 농후 분위기 내로 연료를 이송하고 연소 장치 내로 별도로 이송되는 산소 농후 및 질소 농후 스트림으로 공기를 분리함으로써 NOx의 적은 형성으로 달성된다.

Description

동시에 발생되는 산소 및 질소 스트림을 사용하는 낮은 ＮＯｘ 연소{LOW NOx COMBUSTION USING COGENERATED OXYGEN AND NITROGEN STREAMS}
본 발명은 결합된 질소를 함유하는 탄화수소 연료 특히 석탄의 연소에 관한 것이다.
환경에 대한 인식이 미국과 전세계적으로 점차 높아져서 보일러, 소각로 및 퍼니스로부터의 오염원 방출물을 감소시키기 위한 공공 및 규제 압력이 커지고 있다. 특히 관심이 집중되는 오염원은 산성비, 지표 오존 및 미립자 형성에 관련된 NOx(NO, NO2, NO3, N2O, N2O3, N2O 4, N3O4 및 그 혼합물 등이지만 이에 제한되지 않는 질소의 산화물을 의미함)이다.
다수의 기술이 NOx 방출물을 감소시키는 데 이용 가능하다. 이들 기술은 2개의 주요 분류군 즉 제1 분류군 및 제2 분류군으로 나뉘어질 수 있다. 제1 분류군 기술은 연소 공정을 제어함으로써 연소 영역 내에서의 NOx 형성을 최소화하거나 방지한다. 제2 분류군 기술은 연소 영역 내에서 형성된 NOx를 분자 질소로 환원시키기 위해 화학 약품을 사용한다. 본 발명은 제1 분류군 제어 기술이다.
제1 분류군 제어 기술에서, 상이한 연소 전략이 소위 "열적 NOx(thermal NOx)" 및 "연료 NOx(fuel NOx)"을 제어하는 데 사용된다. 열적 NOx는 주로 높은 온도의 연소 공기에서 질소 분자 즉 N2의 산화에 의해 형성된다. 이는 화학적으로 결합된 질소종을 함유하지 않은 천연 가스 및 경유로부터 방출되는 NOx 방출물의 주요 발생원이다. 열적 NOx를 감소시키는 주요 제어 전략은 최고 화염 온도를 감소시키는 것이다. 연료 NOx는 연료 내에 함유된 질소종의 산화에 의해 형성되며 석탄 및 중유의 연소로부터 방출되는 NOx 방출물의 주요 발생원이다. 본 발명은 연료 NOx 방출물을 제어하는 연소 방법의 개선에 관한 것이다.
연료 NOx를 위한 제1 분류군 제어 기술은 대개 연소 공기와 연료 사이의 혼합이 NOx 형성을 최소화하도록 주의하여 제어되는 단계화 연소(staged combustion)로 불린다. 연료 질소로부터의 NOx의 형성은 연료 휘발분 및 탄화 질소(char nitrogen) 내의 질소종으로부터의 N2의 형성과 NOx의 형성 사이의 경쟁에 기초한다. 산소 농후 조건은 NOx 형성을 향한 경쟁을 촉진시킨다. 연료 농후 조건은 N2를 형성하는 반응을 촉진시킨다. 단계화 연소는 연료 농후 영역을 형성하여 NOx 형성을 방지하도록 공기 및 연료의 혼합을 주의하여 제어함으로써 이러한 현상을 이용한다. NOx 방출물을 감소시키기 위해, 연료 농후 영역은 NOx 감소 반응 속도를 촉진시킬 정도로 충분한 고온이어야 한다. 그러나, 제2 단계에서 열적 NOx 형성을 방지하기 위해 연료 농후 제1 단계로부터 퍼니스 열부하로 충분한 열이 전달되어야 한다.
종래 기술의 낮은 NOx 버너(LNB)는 연료 및 1차 공기 그리고 어느 정도까지 이러한 영역 내에서 혼합되는 추가의 2차 또는 3차 공기의 혼합 및 연소에 의해 주로 제어되는 이송 오리피스 근처의 연료 농후 제1 영역을 포함한다. 미분탄의 연소를 위해, 1차 공기는 석탄 입자를 운반하는 데 사용된다.
제2 영역 내에서, 2차 공기 및 임의의 3차 공기의 잔여분은 미연소 연료 그리고 제1 단계로부터의 부분 연소의 생성물과 혼합되고 연소를 완료한다. 단계화 연소를 위한 중요한 공정 요건은 제1 단계로부터의 연소 생성물을 냉각시키도록 연료 농후 제1 단계로부터 퍼니스 열부하로 충분한 열량을 전달하는 것이다. 낮은 제2 단계 온도는 NOx로의 잔여 질소 화합물의 변환을 감소시키고 제2 단계에서 열적 NOx 형성을 방지하는 것을 보조한다.
공기 역학적으로 단계화된 LNB에서, 모든 연소 공기는 동일한 버너 포트로부터 또는 버너 포트에 인접하게 유입된다. 낮은 NOx 석탄 버너의 가장 흔한 구성은 석탄/1차 공기, 2차 공기 및 3차 공기를 위한 일련의 환형 통로를 갖는 것이다. 중심 통로는 오일 건을 위해 또는 시동 가열을 위한 천연 가스를 위해 종종 사용된다. 2차 및 3차 공기 유동에는 와류 유동을 부여하여 화염 안정화를 위한 재순환 영역을 생성하도록 와류 발생기가 갖춰져 있다. 공기 속도 및 와류는 버너의 축을 따라 비교적 큰 연료 농후 제1 영역을 생성시키도록 조정되고, 이에 후속하여 퍼니스의 길이를 따라 2차 및 3차 공기가 비교적 점진적으로 혼합된다. 퍼니스 공간 내에서 연료 및 공기를 혼합하여 연소를 완료하도록 충분한 공기 속도가 제공되어야 하므로, 최대 NOx 감소를 위한 충분히 긴 체류 시간을 제공하도록 매우 큰 연료 농후 영역을 생성시키기 어렵다.
LNB는 NOx를 감소시키는 상당히 저비용의 방법이고 버너 설계에 많은 진보가 이루어졌지만, 현재에 이용 가능한 버전은 산업용 보일러를 위해 발화되는 석탄의 MMBtu당 0.07㎏(0.15 lb)(NO2로서)의 현행 규정의 방출물 제한에 아직 도달될 수 없다.
당업자는 "OFA"(over fire air)를 사용하는 전체적으로 단계화된 연소 장치에 의해 공기 역학적으로 단계화된 LNB의 제한을 극복하였다. OFA는 버너 또는 버너의 그룹으로부터 별도로 주입되어 큰 연료 농후 제1 연소 영역(PCZ) 그리고 미연소 연료와 PCZ로부터의 부분 연소의 생성물을 OFA와 혼합함으로써 연소가 완료되는 연소 완료 영역(BOZ)을 제공한다. 일반적으로, OFA 포트는 가장 가까운 버너로부터 적어도 하나의 버너 포트 직경 정도로 그리고 가장 먼 버너로부터 여러 개의 버너 포트 직경 정도로 분리된다. 연료 및 공기의 혼합 그리고 개별 버너의 버너 포트 근처의 국부적 화학양론 조건이 OFA 없는 경우와 유사하지만, 큰 연료 농후 PCZ가 버너 근처의 연소 공기 혼합 영역 외측에 형성된다. OFA 주입 포트의 물리적 분리로 인해, 연료 농후 PCZ 내에서의 체류 시간은 공기 역학적으로 단계화된 버너의 연료 농후 제1 영역에서 일반적으로 얻어지는 경우보다 훨씬 길다. LNB 및 OFA 포트의 조합으로 인해 NOx 방출물을 더 감소시킬 수 있었다.
에스. 제이. 존슨 및 알. 제이. 양("낮은 NOx 연소 시스템으로부터의 작은 규모 및 중간 규모 시험 결과의 해석", 국제 화염 연구 재단의 진보적 연소 기술 회의, 누르드비즈케르호우트, 네덜란드, 1980년 5월 12일-14일)은 석탄 발화 2단계 연소 과정으로부터의 NOx 방출물이 제2 단계의 온도에 강력하게 의존한다는 것을 밝혀내었다. 작은 규모와 중간 규모의 시험 퍼니스에서 수행된 이러한 실험 결과는 NOx 방출물이 이론적 제2 단계 온도에서 38℃(100℉) 강하에 대해 매번 약 16%만큼 감소된다는 것을 지적하였다.
제2 단계로의 연도 가스 재순환법(FGR)은 제2 단계 온도를 감소시키기 위해 시험되는 방법들 중 하나였다. FGR은 연소 챔버 내에 큰 냉각량을 제공할 수 있다. 그러나, 연도 가스의 체적은 FGR에 의해 증가되는데, 이는 대류부 내에서 높은 압력 강하 그리고 큰 열전달을 유발시키고 주어진 보일러에 대해 허용되는 FGR의 최소량을 제한한다. 나아가, 재생되는 연도 가스의 취급이 매우 유지 의존적이다. 연도 가스가 시스템으로 추출되는 장소에 따라 재생 장비를 부식시키는 플라이애시(fly ash) 및/또는 황산 증기를 함유할 수 있다. 또한, 연도 가스는 유속을 취급할 큰 파이프를 요구하는 잔류 수준의 열 그리고 일반적으로 낮은 압력을 갖고 연도 시스템 내로의 공기의 침투 그리고 보일러 운전의 전체적 화학양론에 따라 원하는 수준보다 높은 산소 수준을 가질 수 있다. 그리고 보일러 운전의 전체적 화학양론의 조건은 소정 산소 수준까지의 공기의 희석이 요구되면 더 큰 체적의 연도 가스를 요구할 수 있다. 또한, 가스의 불결한 특성은 측정 및 제어를 어렵게 하고, 시스템이 고장나게 되면 수리 비용이 많이 들어 항상 수리하는 것이 아니다. 추가로, 보일러의 임의의 규격을 벗어난 운전(예컨대, 높은 CO 수준)을 하게되면 보일러실 내로 이러한 바람직하지 못한 오염물이 재운반될 수 있어서, 누설이 유발되면 조작자 안전 문제를 발생시키거나 가연성 가스가 재생된 스트림 내에 존재하면 공정 안전 문제를 발생시킨다. 추가로, 재생된 연도 가스의 조성은 보일러 운전 조건에 의존하고 보일러 과도 현상 또는 규격을 벗어난 운전 조건 중 변동될 수 있다.
낮은 NOx 버너 및 OFA는 상당히 성숙된 기술을 대표하므로 특허 및 기록 문헌에 걸쳐 널리 논의된다. 다수의 아이디어가 열악한 화염 안정성 그리고 애시 내에서의 탄소의 증가 등의 악영향을 최소화하면서 LNB 및 OFA의 유효성을 향상시키도록 제안되었다. 이들 아이디어 중, 2개 즉 제1 단계까지 공기를 예열하는 아이디어 그리고 산소 연료 점화로 연소기를 변화하는 아이디어가 특히 적절하다.
공기 예열 및 산소 연료 연소 모두는 화학양론적 비율을 증가시키지 않고 제1 연소 영역 내의 온도를 증가시킴으로써 연료 NOx 감소를 위한 단계화 연소의 유효성을 향상시킨다. 산소 연료 연소는 NOx 방출물을 감소시키는 것으로 보여진 낮은 가스 유동으로 인해 연료 농후 영역 내의 추가적인 장점으로써 긴 체류 시간을 제공한다. 전술된 바와 같이, 단계화 연소는 연료 농후 단계를 사용하여 NOx보다는 N2의 형성을 촉진시킨다. N2를 형성하는 반응은 반응 속도론적으로 제어되므로, 온도 및 탄화수소 라디칼 농도 모두가 NOx 형성의 감소에 중요하다. 예컨대, 온도가 높고 라디칼 농도가 낮으면, NOx 형성이 증가된다. 철저하게 단계화된 조건 하에서 등의 라디칼 농도가 높지만 온도가 낮을 때, HCN 내지 N2 등의 중간종의 변환은 지연된다. 공기가 연소를 완료하도록 추가될 때, 중간물은 NOx를 형성하도록 산화되므로, 정미 NOx 형성은 증가된다.
사로핌 등의 "질소 보유 연료의 연소 중의 질소 산화물 방출물을 제어하는 전략", AIChE의 제69차 연례 회의, 시카고, 일리노이주, 1976년 11월 그리고 다른 사람들은 제1 단계 반응 속도가 상당히 높은 온도까지 연소 공기를 예열함으로써 향상될 수 있다는 것을 제안하였다. 대신에, 고바야시 등("산업용 버너의 NOx 방출 특성 그리고 산소 농후 연소 조건 하에서의 제어 방법", 국제 화염 연구 재단의 제9차 회원 컨퍼런스, 누르드비즈케르호우트, 1989년 5월)은 연소를 위해 공기 대신에 산소를 사용하는 것도 반응 속도를 증가시킨다는 것을 제안하였다. 산소 연료 연소는 화염 온도가 버너 설계에 의해 제어될 때 연소 공기 내의 N2를 실질적으로 제거함으로써 열적 NOx 형성을 추가로 감소시킨다. 모든 경우에, 정미 결과는 제1 단계에서의 가스 온도가 증가되어 NOx 형성의 감소를 가져온다는 것이다. 나아가, 공기 예열 및 산소 연료 점화 모두의 사용은 화염 안정성을 악화시키지 않고 제1 단계를 철저하게 단계화되게 한다. 이는 NOx 형성의 추가의 감소를 가능하게 한다.
산소 연료 점화는 LNB를 위해 추가의 장점을 제공한다. 티모시 등["단일 입자 석탄 연소의 특성", 제19차 연소 심포지움(국제적), 연소 연구소, 1983년]은 석탄이 산소 농후 조건에서 연소될 때 탈휘발화 시간이 상당히 감소되고 휘발분 수율이 증가된다는 것을 보여주었다. 이들 시험은 현실적 연소 조건 하에서 달성되는 데 필요한 산소량에 대한 정보를 제공하지 않는 높은 연료 희박 조건 하에서 수행되는 단일 입자 연소 시험이었다. 휘발분 수율이 높다는 것은 가스상 내에서의 가연물이 기준선에 비해 증가되어 휘발성 질소종으로부터 NOx 형성을 억제하는 연료 농후 가스상을 가져온다는 것을 의미한다. 추가로, 연료 휘발분은 급속하게 발화되고 버너에 화염을 고정하는데, 이는 낮은 NOx 형성으로 보여졌다. 또한, 휘발분 수율의 향상은 적은 차(char)가 잔류하므로 짧은 연소 완료 시간을 가져온다.
종래 기술이 단계화 연소 및 LNB를 위한 몇가지 상당한 향상점을 설명하지만, 몇가지 실용적인 문제 때문에 적용이 제한되었다. 우선, 반응 속도를 향상시키는 데 요구되는 수준까지의 연소 공기를 예열시키기 위해선 시스템 및 공기 배관 모두에 대해 몇가지 개조가 필요하다. 공기 가열기 및 절탄기는 유입 공기가 높은 온도까지 가열되도록 개조되어야 하는데, 이는 나머지 증기 사이클 구성 요소에 대한 개조를 요구할 수 있다. 또한, 버너 자체뿐만 아니라 배관 및 윈드박스가 고온 공기를 취급하도록 개조되어야 한다. 모든 개조는 비용이 많이들며 보일러의 운전에 악영향을 줄 수 있다.
보일러에서의 산소 연료 점화의 사용에 대한 제1 장벽은 산소의 비용이었다. 산소의 사용을 경제적으로 하기 위해, 공정 효율을 증가시킴으로써 달성되는 연료 절약이 공급되는 산소의 비용보다 커야 한다. 상당한 열회수 없는 퍼니스 등의 높은 온도의 운전을 위해, 이는 용이하게 달성된다. 그러나, 보일러 등의 효율적 운전을 위해, 산소 연료 점화를 사용함으로써 달성 가능한 연료 절약은 일반적으로 산소의 비용보다 훨씬 낮다. 예컨대, 일반적 석탄 화력 산업용 보일러가 공기 점화로부터 산소 점화로 변화되면, 필요한 산소를 생성시키기 위해 보일러로부터의 대략 15 내지 20%의 출력이 요구된다. 명확히, 이는 대부분의 보일러에 대해 비경제적이다.
보일러에서의 산소 연료 점화 또는 산소 농후 연소의 또 다른 잠재적 문제는 보일러의 복사부 및 대류부 내에서의 열전달의 불균형이다. 산소 농후 연소가 공기 점화를 위해 설계된 보일러 퍼니스에 적용될 때, 연도 가스의 체적은 감소되고 많은 열이 이용 가능해지고 적은 열이 대류부 내에서 전달된다. 연도 가스 재순환은 보일러의 다양한 열전달부(즉, 수벽, 과열기, 재열기 및 절탄기 및 급수 가열기)로의 적절한 열전달을 유지하기 위해 필요해질 수 있다. 그러나, 재생된 연도 가스의 취급은 매우 유지 의존적이고 대체의 청결한 희석 스트림을 갖는 것이 바람직하다.
석탄 화력 보일러로부터의 NOx 방출물의 제어 문제는 보일러의 점화 조건이 증기 터빈에 요구되는 출력에 의존하기 때문에 더 복잡하다. 보일러 턴다운(turndown) 조건, 버너 및 석탄 밀을 위한 최소 공기 유동 요건이 유지되어야 하고 보일러를 위한 충분한 질량 유동이 보일러의 복사부(퍼니스) 및 대류부 사이에서의 증기 발생을 균형시키도록 유지될 필요가 있다. 이를 달성하기 위해, 버너는 일반적으로 비효율적 운전 조건이고 발화되는 MMBtu당 높은 NOx 방출물을 종종 가져오는 전체의 화학양론적 비율을 대개 증가시키는 농후 공기로 운전된다. 연도 가스 재순환이 농후 공기 요건을 감소시키도록 적용될 수 있지만, 이는 보일러 운전을 복잡하게 만들고 유지 중요성을 상승시킨다.
이와 같이, 하나 이상의 질소 화합물을 함유하는 연료(특히 석탄)의 연소에서 NOx 방출물의 감소를 달성하는 방법 그리고 특히 대규모의 구조적 개조 또는 유지를 요구하지 않고 기존의 퍼니스에서 수행될 수 있는 방법에 대한 필요성이 남아 있다.
본 발명의 일 태양은 NOx의 방출량을 감소시키는 연소 방법에 있어서,
(A) 연소 장치를 제공하는 단계와,
(B) 연소 장치 내로 2차 공기를 이송하는 수단을 포함하고 연소 장치 내로 3차 공기를 이송하는 수단을 선택적으로 포함하는 버너를 통해 연소 장치 내로 1차 공기 및 연료를 이송하는 단계와,
(C) 연소 장치 외측의 공기를 산소 농후 스트림 및 질소 농후 스트림으로 분리하는 단계와,
(D) 화염 내로 산소 농후 스트림의 적어도 일부를 이송하면서 화염 내에서 연료를 연소시키는 단계와,
(E) 바람직하게는 2차 공기를 공급하는 수단 그리고 3차 공기를 공급하는 수단 중 하나 또는 모두를 통해 연소 장치 내로 질소 농후 스트림의 적어도 일부를 이송하는 단계를 포함하는 방법이다.
본 발명의 양호한 실시예는 NOx의 방출량을 감소시키는 연소 방법에 있어서,
(A) 제1 연소 영역 및 연소 완료 영역을 갖는 연소 장치를 제공하는 단계와,
(B) 제1 연소 영역 내로 버너를 통해 공기 및 연료를 이송하는 단계와,
(C) 공기를 산소 농후 스트림 및 질소 농후 스트림으로 분리하는 단계와,
(D) 제1 연소 영역 내로 산소 농후 스트림의 적어도 일부를 이송하면서 제1 연소 영역 내의 화염 내에서 연료를 연소시키는 단계와,
(E) 연소 장치 내로 이송되는 산소의 총량이 적어도 연료의 완전 연소를 위해 필요한 화학양론적 비율 정도로 충분한 산소량으로 연소 완료 영역 내로 버너 이외의 공급원으로부터 공기를 추가하고, 연소 완료 영역 내의 제1 연소 영역으로부터의 잔여 연소물을 연소시키는 단계와,
(F) 연소 장치 내로 질소 농후 스트림의 적어도 일부를 이송하는 단계를 포함하는 방법이다.
본 발명의 이러한 실시예는 바람직하게는 보일러 내로 석탄을 주입하는 공정 단계와, 연소 공기를 통해 보일러로 총량보다 적은 필요한 공기 유동을 공급하는 공정 단계를 포함한다. 연소를 위해 요구되는 잔여 공기는 구성 요소 즉 산소 농후 스트림 및 질소 농후 부산물 스트림으로 분할되는 공기 분리 플랜트로 보내진다. 산소 농후 스트림은 연료 NOx 형성을 최소화하도록 보일러 내의 연료 농후 화염 영역 내로 석탄 이송 지점 근처로 주입되고, 질소 농후 스트림은 연소 온도 및 산소 농도를 감소시키도록 2차 또는 3차 연소 공기 또는 OFA(over fire air)와의 연소의 후반 단계에서 주입되어 NOx로의 연료 질소종의 변환의 감소 그리고 열적 NOx 발생의 감소를 가져온다. 바람직하게는, 보일러 연소 시스템에는 NOx 감소를 위한 OFA 포트가 갖춰져 있고 질소 농후 가스는 OFA와 예비 혼합함으로써 주입되거나 OFA 포트보다 아래에 있는 OFA 포트로부터 별도로 또는 그 근처로 주입된다.
연소 장치로부터 공기 분리 플랜트로 전환되는 공기량은 일반적으로 연소를 위해 요구되는 공기의 1 체적% 내지 25 체적%이지만, 바람직하게는 2 체적% 내지 15 체적% 범위 내에 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 산소 함유 스트림 그리고 스트림 내의 산소와 연소될 수 있는 재료의 이송 스트림의 관계에서의 용어 "화학양론적 비율"은 이송 스트림을 포함하는 물질 내에 존재하는 모든 탄소, 황 및 수소를 탄소 이산화물, 황 이산화물 및 물로 완전히 변환시키는 데 필요한 산소의 총량에 대한 산소 함유 스트림 내의 산소의 비율을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "연료 농후"은 1.0보다 작은 화학양론적 비율을 갖는 것을 의미하고 용어 "연료 희박"은 1.0보다 큰 화학양론적 비율을 갖는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "결합된 질소"는 N2로서 이외의 분자로 존재하는 질소를 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "제1 연소 영역"은 버너 출구에 바로 인접하고 연소 장치 내의 그리고 버너(들)로부터의 화염(들)에 의해 거의 점유되는 영역을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "연소 완료 영역"은 제1 연소 영역과, OFA가 주입되고 제1 연소 영역으로부터의 잔여 연료 및 연소물이 OFA와 연소되는 제1 연소 영역에 있는 화염(들) 외측의 연도 사이에 있는 연소 장치 내의 영역을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "1차 연소 공기" 또는 "1차 공기"는 연료 및 이러한 공기가 예컨대 버너의 오리피스를 통해 연소 장치 내로 이송되기 때문에 연료와 이미 혼합된 공기를 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "2차 연소 공기" 또는 "2차 공기"는 버너의 하나 이상의 오리피스를 통해 연소 장치 내로 이송되지만 이러한 공기가 연소 장치 내로 이송되기 때문에 연료와 혼합되지 않는 공기를 의미한다.
2차 공기를 위한 오리피스를 갖는 버너는 2차 공기를 위한 오리피스보다 버너를 통한 연료의 진입 지점으로부터 멀리 떨어져 있는 공기를 이송하는 추가의 오리피스를 가질 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "3차 연소 공기" 또는 "3차 공기"는 추가의 오리피스 등을 통해 연소 장치 내로 이송되는 공기를 의미한다. 또한, 버너가 3차 공기를 위한 오리피스보다 연료의 진입 지점으로부터 훨씬 멀리 떨어져 위치되는 오리피스를 가지면, 이러한 멀리 떨어져 있는 오리피스를 통해 이송되는 공기는 "4차 연소 공기" 또는 "4차 공기"로서 본 명세서에서 정의된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "OFA"(over fire air)는 큰 연료 농후 제1 연소 영역, 그리고 연소가 미연소 연료 그리고 제1 연소 영역으로부터의 부분 연소의 생성물과 OFA를 혼합함으로써 완료되는 연소 완료 영역을 제공하도록 연소 장치 내의 버너(들)로부터 별도로 연소 장치 내로 주입되는 공기를 의미한다.
"산소"를 이송하는 것 그리고 이송되는 "산소"에 대한 본 명세서의 참조 그리고 유사한 관계로 "산소"의 사용에 대한 다른 참조는 O2를 함유하는 가스 스트림을 의미한다. 바람직하게는, 산소는 적어도 50 체적% O2를 함유하는, 더욱 바람직하게는 적어도 80 체적% O2를 함유하는 그리고 훨씬 바람직하게는 적어도 90 체적% O2를 함유하는 가스 스트림으로서 이송된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "공기 분리 유닛"은 공기 등의 O2 및 N2를 함유하는 가스 혼합물의 이송 스트림으로부터 산소 농후 및 질소 열세인 생성물 스트림 그리고 질소 농후 및 산소 열세인 생성물 스트림을 생성시키는 장치 또는 시스템을 의미한다. "농후"은 이송 스트림에 비해 높은 체적%로 생성물 스트림 내에서의 존재를 의미하고, "열세"는 이송 스트림에 비해 낮은 체적%로 생성물 스트림 내에서의 존재를 의미한다. 공기 분리 유닛의 예는 증류 및/또는 정류를 채용하는 극저온 공기 분리 시스템, 압력 변화 흡착 시스템 그리고 진공 압력 변화 흡착 시스템을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "간접적 열교환"은 서로와의 유체의 임의의 물리적 접촉 또는 상호 혼합 없이 1차 유체로부터 2차 유체로의 열전달을 수행하는 것을 의미한다. 열전달은 유체를 분리하는 구획부 등을 통해 1차 유체로부터 2차 유체로 직접적으로 통로에 의해 또는 1차 유체로부터 축열기 또는 벽돌 등의 중간 물체 또는 재료 그리고 중간 물체 또는 재료로부터 2차 유체로의 열전달에 의해 수행될 수 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 설명되지만, 도면을 참조한 설명은 본 발명인 것으로 여겨지는 범주를 제한하려고 의도되지 않는다.
도1은 연소가 연소 장치의 내부(2)에서 수행되는 임의의 장치일 수 있는 연소 장치(1)를 도시하고 있다. 양호한 연소 장치는 증기를 발생시켜 도시되지 않은 종래 기술의 수단에 의해 전력을 발생시키는 데 사용되는 퍼니스 및 보일러를 포함한다. 연소 장치 내에서의 연소는 상부에서 스택을 통해 연소 장치를 떠나는 연도 가스를 발생시킨다.
연소 장치(1)의 측벽 또는 단부벽 내의 각각의 버너(3)는 연소 장치(1) 외측의 공급원으로부터 연소 장치(1)의 내부(2) 내로 연료, 공기 및 산소를 이송한다. 적절한 연료는 연료 오일 등의 탄화수소 액체를 포함하고, 미분된 탄화수소 고체도 포함하는데, 양호한 예는 미분탄 또는 석유 코크스이다.
도1에서 그리고 도2에서 확대하여 도시된 바와 같이, 동일한 효과로의 다른 구성이 사용될 수 있지만, 버너(3)는 바람직하게는 여러 개의 동심원으로 배열된 통로를 포함한다. 연료는 산소가 전술된 바와 같이 이송되는 랜스(5) 주위에 동심원으로 배치되는 환형 통로(4)를 통해 연소 장치(1) 내로 이송된다. 바람직하게는, 연료는 공급원(20)으로부터 하나 이상의 버너(3)로 운반되고 연료 오일 등의 액체의 경우에 적절한 펌프 수단에 의해 그리고 운반 공기("1차 공기")의 보조로 연소 장치 내로 종래 기술에 따라 이송되는 미분탄 등의 탄화수소 고체의 경우에 종래 기술의 설계의 송풍기 및 임펠러에 의해 연소 장치(1)의 내부(2) 내로 버너(3)를 통해 추진된다. 액체 탄화수소 연료는 바람직하게는 분무 공기와 불연속적으로 분산된 액적으로서 연소 챔버 내로 액체 연료를 이송하도록 종래 기술의 설계의 하나 이상의 분무 노즐을 통해 이송된다. 일반적으로 약 0.7 ㎏(1.5 lb) 내지 0.9 ㎏(2.0 lb)의 1차 공기의 유효량이 역청탄의 완전 연소를 위해 요구되는 약 20%의 화학양론적 연소 공기에 대응하는 0.5 ㎏(1 lb)의 석탄을 운반하는 데 사용된다. 중유의 연소를 위해, 0.2 ㎏(0.5 lb) 내지 0.5 ㎏(1.0 lb)의 1차 공기가 0.5 ㎏(1.0 lb)의 오일을 분무하는 데 사용된다.
공기 분리 유닛(30)으로부터, 2개의 생성물 라인 즉 버너로 산소 농후 질소 열세 스트림을 운반하는 라인(32) 그리고 OFA 포트(들)(7)로 질소 농후 산소 열세 스트림을 운반하는 라인(34)이 연장된다. 산소 농후 스트림의 양호한 조성은 50 체적% 이상의 산소, 더욱 바람직하게는 80 체적% 이상 또는 심지어 90 체적% 이상의 산소 그리고 50 체적% 미만의 질소, 더욱 바람직하게는 20 체적% 미만의 질소이다. 질소 농후 스트림의 양호한 조성은 85 체적% 이상의 질소, 더욱 바람직하게는 90 체적% 이상 또는 심지어 95 체적% 이상의 질소 그리고 15 체적% 미만의 산소, 더욱 바람직하게는 10 체적% 미만의 산소이다.
본 발명을 위해 사용되는 공기 분리 공정은 부산물 또는 유출물이 질소 농후 가스인 상태에서 주요 생성물로서 높은 순도의 산소(>90 체적%)의 생성에 촛점을 맞추는 것으로 예측된다. 또한, 산소 농후 부산물 스트림을 갖는 표준 질소 플랜트가 채용될 수 있지만, 공정 고려 사항으로부터 바람직하지 못하다.
도면이 OFA 포트로 질소 농후 산소 열세 스트림을 이송하는 양호한 실시예를 도시하고 있지만, 2차 또는 3차 연소 공기가 이송되는 스트림을 이송함으로써도 장점이 실현될 수 있다.
연소 공기(22)는 하나 이상의 윈드박스(21)로 FD 팬에 의해 공급되고 하나 이상의 버너(3)의 공기 통로로 이송된다. 2차 연소 공기(15)는 바람직하게는 탄화수소 연료가 이송되는 환형 공간(4)을 둘러싸는 동심원으로 배열된 환형 통로(11)를 통해 연소 장치(1) 내로 버너(3)를 통해 이송된다. 바람직하게는, 3차 연소 공기(16)는 2차 공기 통로를 둘러싸는 동심원으로 배열된 환형 통로(12)를 통해 연소 장치(1) 내로 버너(3)를 통해 이송된다. 바람직하게는, 연소 공기도 연소 장치(1) 내로 OFA 포트(7)(도1 참조)를 통해 이송된다. 바람직하게는, 산소는 2차 및 3차 연소 공기로부터 떨어져 있는 연소 장치의 내부(2) 내로 이송된다. 즉, 본 발명에 따른 버너(3)를 통해 이송되는 산소는 바람직하게는 특히 어떠한 OFA도 사용되지 않을 때 연소 장치(1) 내로 이송되기 전에 또는 그 직후에 산소가 2차 및/또는 3차 연소 공기와 혼합될 기회를 갖기 전에 연료와 더불어 연소에서 완전히 소비된다.
양호하게 낮은 NOx 버너는 양호한 공기 역학적 조정을 위한 1차(연료 이송), 2차 및 3차 공기 통로를 갖는다. 그러나, 단지 1차 및 2차 공기 이송을 사용하는 다른 낮은 NOx 버너 설계가 사용될 수 있다. 3개의 통로를 갖는 최적의 설정이 결정되면, 2차 공기 와류 베인 및 통로는 3개의 통로 설계와 동일한 공기 역학적 혼합 특성을 생성시키도록 설계될 수 있다. 대신에, 추가의(4차) 공기 통로를 갖는 버너가 사용될 수 있다(미국 특허 제5,960,724호에 기재된 등록 상표 RSFC 버너 등).
공기 분리 플랜트로부터 산소 농후 스트림을 사용하는 석탄 화력 보일러로부터의 NOx 방출물은 보통 대기로 배기되어 폐기되는 동일한 산소 분리 유닛으로부터 질소 농후 스트림을 사용함으로써 추가로 감소될 수 있다.
제1 연소 영역(PCZ)(10)으로부터의 잔류 가연물이 혼합되어 OFA(17)와 연소되는 보일러 퍼니스의 연소 종료 영역(BOZ)(9)에서, 소위 열적 NOx가 형성되고 연료와 결합된 질소로부터 PCZ 내에 형성되는 질소종의 일부도 NOx로 변환된다. 배경 기술 분야에서 언급된 바와 같이, 열적 NOx의 형성 그리고 BOZ 내에서의 NOx의 질소종으로의 변환 모두는 영역 온도에 의존한다. 낮은 영역 온도 및 낮은 농후 산소는 BOZ 내에서의 NOx 형성을 감소시킨다.
열적 NOx는 퍼니스 내의 연료 희박 연소 영역 내에서 화염 온도 및 농후 산소를 제한함으로써 제어된다. BOZ 내에서의 연도 가스 재순환은 열적 NOx 형성 기구 그리고 PCZ 영역 내에 형성되는 연료 질소종의 변환 속도 모두를 취급한다. 이는 연소 공기를 희석하고(즉 산소 농도를 감소시키고) 흡열부로서 작용하여 연소 중 발생되는 온도를 감소시키도록 여분 체적의 가스를 제공함으로써 이를 수행한다. 대개, 연도 가스의 재생은 실제적 제한에 도달되는 수준까지 채용될 수 있다. 증가된 연도 가스 재생 비율이 사용될 때, 열분배는 이제 이를 통과하여야 하는 큰 체적의 고온 가스 때문에 보일러의 대류부로 이동된다. 보일러 증기 균형에 영향을 주는 이러한 열전달 효과는 연도 가스의 재생에 대한 제한이다. 또 다른 제한은 소정 체적의 연도 가스가 FGR과 더불어 증가됨에 따른 보일러 내에서의 압력 강하의 증가이다.
공기 분리 플랜트 공기로부터의 질소 농후 증기는 OFA 내의 산소 농도를 희석하고 흡열부로서의 여분의 가스 체적을 제공하도록 FGR 방법의 일부의 제한 없이 유리하게 적용될 수 있다. 일반적 보일러 퍼니스 조건 하에서의 열균형 계산에 따르면, 순수한 산소에 의해 교체되는 1%의 화학양론적 공기에 대해서마다, 생성된 질소 농후 가스는 대략 11.3℃(11.7℉)만큼 퍼니스 가스 온도를 감소시킬 수 있다. 이는 10%의 화학양론적 공기가 순수한 산소에 의해 교체되면 퍼니스 가스 온도가 공기 분리 플랜트로부터 이용 가능한 질소 농후 스트림을 사용함으로써 약 47℃(117℉)만큼 강하될 수 있다는 것을 의미한다.
보일러 내로 주입되는 더 많은 양의 질소 농후 가스가 추가로 가스 온도를 냉각시키고 NOx 방출물을 감소시키지만, 여분의 질소 그리고 복사부로부터 대류부로의 열전달의 이동의 비용은 주입될 수 있는 최대량을 제한한다. 통상적으로, 질소 농후 가스의 사용은 단지 NOx 제어를 위해 산소를 이미 이용하는 보일러에서 경제적이다. 이용 가능한 질소 농후 가스의 체적은 산소 농후 스트림을 공급하도록 공기로부터 제거되는 질소의 체적에 직접적으로 관련된다. 보일러의 BOZ 내로 주입되는 질소 농후 가스의 양호한 양은 산소 농후 스트림을 발생시키는 데 사용되는 공기 분리 플랜트로부터 생성되는 질소 농후 스트림의 10 내지 100%이다. 보일러의 BOZ 내로 주입되는 질소 농후 가스의 더욱 양호한 양은 산소 농후 스트림을 발생시키는 데 사용되는 공기 분리 플랜트로부터 생성되는 질소 농후 스트림의 50 내지 100%이다.
공기 분리 플랜트로부터의 산소 농후 스트림 및 질소 농후 스트림 모두가 보일러 내로 주입되면, 보일러로의 정미 효과는 공기 분리 유닛으로부터의 동등한 양의 주위의 온도 "공기"로 예열된 연소 공기[일반적으로, 316℃(600℉)]의 일부를 교체하는 하는 것이다. 공기 예열 에너지의 일부는 손실되므로, 이러한 조건 하에서 보일러에 대해 부과되는 약간의 효율 손실이 있다. 그러나, 이러한 효과는 단지 연소 공기의 25%까지 이러한 공정에서 산소 농후 스트림으로 교체되면 작은 것으로 예측된다.
이러한 작은 효율 손실은 고온 가스와 열을 교환하여 질소 농후 가스를 예열함으로써 제거될 수 있다. 보일러의 기존의 공기 가열기가 축열식이면, 축열기를 개조하여 동일한 축열기의 2개의 상이한 부분 내에 연소 공기 및 질소 농후 스트림 모두를 예열하는 것이 가능할 수 있다.
대신에, 작은 효율 페널티는 보일러 내로 주입되는 산소 농후 스트림 및 질소 농후 스트림의 혼합물의 평균 산소 농도가 약 23.5%이도록 보일러 내로 주입되는 질소 농후 가스의 양을 제한함으로써 제거될 수 있다.
질소 농후 스트림이 이송되는 지점의 선택은 상이한 비용 및 운전 장점을 제공할 수 있다.
예컨대, 모든 또는 일부의 질소 농후 스트림은 일반적으로 2차 공기, 3차 공기 및 OFA를 공급하는 윈드박스 전의 예열된 공기 연소 덕트 내로 배관될 수 있다. 이러한 경우에, 모든 예열된 연소 공기 스트림은 질소 농후 스트림으로 동일하게 희석된다. 설치 비용이 비교적 낮지만, 다음의 대체 방법이 양호한 NOx 감소를 제공할 수 있다.
대신에, 모든 또는 일부의 질소 농후 스트림은 버너의 2차 공기 통로, 3차 공기 통로 또는 2차 및 3차 공기 통로 모두 내로 별도로 배관될 수 있다. 배관 비용은 이전의 방법보다 높지만, 각각의 버너로 이송되는 질소 농후 스트림의 양은 NOx 감소를 최적화하도록 (각각의 버너에 대해 별도로) 조정될 수 있다.
또 다른 대체예로서, 모든 또는 일부의 질소 농후 스트림은 연료가 버너로부터 출현되는 장소와 2차 및 3차 공기가 버너로부터 출현되는 장소 사이에서 버너로부터 출현되도록 버너의 자체 통로를 통해 이송될 수 있다. 질소 농후 스트림의 속도는 바람직하게는 1차 연료 스트림 및 2차 연료 스트림의 속도와 동일하거나 그보다 낮다. 이러한 대체예는 연료와의 2차 및 3차 공기의 혼합을 지연시키고, NOx 방출물의 감소에 기여하는 연료 농후 영역을 확대한다. 또 다른 대체예로서, 모든 또는 일부의 질소 농후 스트림은 제1 연소 영역의 외측에 그리고 연소 완료 영역의 상류에 있는 영역 내로 연소 장치의 내부(2) 내로 이송될 수 있다. 이러한 배열에서, 질소 농후 스트림은 PCZ로부터의 가연물과 혼합되어 BOZ 내의 가스 온도를 감소시키고 NOx 방출물을 감소시킨다. 또 다른 대체예로서, 모든 또는 일부의 질소 농후 스트림은 OFA 포트에서 또는 그 근처로 이송될 수 있다. 이러한 배열에서, 질소 농후 스트림은 OFA 스트림과 부분적으로 혼합되어 BOZ 내의 가스 온도를 감소시키고 NOx 방출물을 감소시킨다.
보일러가 대량의 연도 가스를 통과시키는 압력 및 열전달 제한을 갖지 않을 때, 전술된 방법들 중 임의의 방법에서 추가의 NOx 감소를 위해 재순환되는 연도 가스의 주입 그리고 질소 농후 가스의 주입을 조합하는 것이 가능하다.
재순환되는 연도 가스의 주입 또는 질소 농후 가스의 주입에 대한 대체예 또는 보충예로서, 액체수의 스프레이를 주입할 수 있다. 물 스프레이는 소위 압력 분무(여기에서, 분무는 액체 스트림이 가압되는 분무 노즐의 상류의 유입 액체 스트림에 압력을 가하여 분무 가스 없이 달성됨)에 의해 또는 압축 가스 바람직하게는 압축 공기 또는 압축 질소 농후 가스의 동반 스트림의 적용을 요구하는 가스 분무에 의해 종래 기술의 분무 노즐을 사용하여 형성될 수 있다. 물 스프레이가 연소 챔버 내로 진입되는 물 스프레이 주입의 양호한 방법은 질소 농후 스트림의 주입에 대해 전술된 것과 실질적으로 유사하다.
연소 챔버 내로 분무하는 물의 양의 결정은 일반적인 보일러 퍼니스 조건 하의 열균형 계산에 따라 석탄 발화 속도의 0.5 ㎏(파운드)당 대략 0.08 ㎏(0.17 lb)의 물 스프레이 또는 0.28 ㎏(0.61 lb)의 질소 가스가 연소 완료 영역 내에서 38℃(100℉)만큼 연도 가스 온도를 감소시키는 데 요구된다는 것을 인식함으로써 용이하게 결정된다. 물에 대한 증발의 잠열로 인해, 물에 대해 요구되는 특정 주입 질량 유속은 단지 질소의 약 28%이다. 물 스프레이 주입을 설계할 때, 물 액적은 BOZ 내에서 증발된다는 것을 보증하는 것이 중요하다. 물 액적의 최대 크기는 바람직하게는 대부분의 적용에서 500 ㎛ 미만 그리고 더욱 바람직하게는 150 ㎛ 미만이다.
또한, 재순환되는 연도 가스의 주입 및/또는 질소 농후 가스의 주입과 물 스프레이의 주입을 조합하는 것이 가능하다. 모든 이들 유체는 냉매로서 작용하고 그 효과는 추가적이다.
OFA 포트에서 또는 그 근처에서의 질소 농후 스트림의 주입의 장점은 혼합의 개선이다. OFA는 일반적으로 기존의 윈드박스로부터 떨어져 연소 공기의 측면 스트림을 취함으로써 공급되므로, OFA 스트림의 최대 속도는 윈드박스 내에서 이용 가능한 연소 공기의 압력에 의해 제한된다. 보일러의 큰 크기 그리고 OFA의 제한된 양 및 압력 때문에, PCZ로부터의 퍼니스 가스와의 혼합이 만성적인 문제점이다. 이러한 열악한 혼합은 높은 CO 방출물 그리고 애시 내의 높은 수준의 미연소 탄소를 가져올 수 있다. 보일러의 전체적 화학양론이 높은 CO를 보상하도록 조정되면, NOx 방출물은 OFA가 제1 장소 내에 위치되는 이유와 반대로 상승될 수 있다. 높은 속도[30 m/초(100 피트/초) 이상 그리고 바람직하게는 61 m/초(200 피트/초) 등]로 OFA를 통해 또는 그에 인접한 질소 농후 스트림의 주입은 높은 압력에서 이용 가능해질 수 있기 때문에 이러한 상황에서 유리할 수 있다. 높은 압력은 동시에 열을 흡수하도록 연도 가스를 희석시키고 높은 화염 온도를 회피하도록 산소 농도를 감소시키면서 OFA와 PCZ로부터의 퍼니스 가스 사이의 혼합을 향상시키는 퍼니스 내로의 큰 주입 속도를 가능하게 한다. 또한, 높은 압력으로 인해 큰 덕트보다 용이하게 기존의 보일러에 재생될 수 있는 작은 배관이 사용될 수 있다. 또한, 청결한 가스는 시스템이 항상 설계된 바와 같이 운전되는 것을 보증하도록 가스 감시 및 제어를 용이하게 한다. 질소 농후 스트림은 OFA 및 퍼니스 가스의 혼합을 향상시키도록 모든 OFA 포트를 통해 주입될 수 있거나 다른 OFA 포트가 단지 공기 주입을 위해 사용되면서 하나 이상의 OFA 포트로부터 별도로 주입될 수 있다.
BOZ 내로의 질소 농후 스트림의 주입은 선택적 비촉매 환원("SNCR") 시스템이 NOx 방출물을 감소시키도록 소정 위치에 있는 경우에 특히 유리하다. 이러한 방법은 연소 챔버 내로 암모니아, 요소, 시아누르산 또는 암모니아 카보네이트 등의 환원제를 주입하는 보일러 및 퍼니스로부터의 NOx 방출물을 감소시키는데, 여기에서 환원제는 높은 온도에서 아미 라디칼(-NH2)을 형성하고 N2를 형성하도록 연소 챔버 내의 높은 온도의 연소 가스 내에 존재하는 NO와 반응한다. 이러한 방법은 주지되어 있고 종래 기술에서 다수의 태양으로 설명되어 있다. SNCR 공정들 중 현저한 것은 미국 특허 제3,900,554호에서 라이온 그리고 미국 특허 제4,208,386호 및 제4,325,924호에서 애런드 등에 의해 설명된 것이 있고, SNCR 공정에서의 최근의 개선은 미국 특허 제6,030,204호 및 미국 특허 출원 제2002/0025285 A1호에 기재된 것을 포함한다. 이들 5개의 특허의 개시 내용은 참조로 본 명세서에 수록되어 있다. 암모니아 및 요소가 양호한 환원제이다. NOx의 효과적인 감소를 위해, 환원제는 각각의 연소 공정을 위해 이용 가능한 공간 및 체류 시간 내에서 NOx를 함유하는 연소 가스와 균일하게 혼합되어야 한다. 균일한 혼합은 환원제:연도 가스의 몰비가 100 내지 1000 ppm의 NOx를 함유하는 연도 가스에 대해 1,000:10,000 정도이기 때문에 어려운 실질적 문제점이다.
참조 문헌 내의 데이터는 일반적인 보일러 조건으로부터 최적의 온도까지의 가스 온도의 저하는 NOx 환원 반응을 상당히 개선시킬 수 있어서 적은 환원제 소비로 동일한 환원제 사용 또는 동일한 NOx 수준으로 적은 NOx를 발생시킨다.
대부분의 보일러는 일일 저전력 요구 기간 동안(약 오후 11시 내지 약 오전 5시) 턴다운(turn down)된다. 보일러가 턴다운되고 점화 속도가 감소될 때, 보일러 운전 조건은 상당히 변한다. 환원된 가스가 화염의 공기 역학적 특성을 변화시켜 높은 NOx 방출물 또는 열악한 화염 안정성을 가져올 수 있지만, 대부분의 석탄 버너는 전체 발화 속도의 약 70%까지에서 만족스럽게 운전된다. 대부분의 석탄 밀은 적절한 미분화 및 석탄 운반을 위해 최소 크기의 공기 유속을 요구한다. 이와 같이, 밀로 입력되는 석탄이 감소됨에 따라, 석탄에 대한 운반 공기의 비율은 감소되는데, 이는 2차 및 3차 공기 유속이 감소되지 않으면 제1 단계 연소 화학양론 비율을 희박하게 한다. 나아가, 발화 속도의 감소는 일반적으로 하나 이상의 석탄 밀의 차단 그리고 대응하는 버너가 작동되지 않게 할 것을 요구한다. 일반적으로, 낮은 높이의 버너는 증기 온도를 유지하기 위해 차단된다. 보일러 열입력의 큰 분율은 낮은 부하의 복사부에서 전달되고 퍼니스 가스 배출 온도(FEGT)는 감소되는데, 이는 대류 뱅크에서 전달되는 열을 감소시킨다. 이는 종종 증기 과열을 낮은 부하에서 유지하기 어렵게 한다. FEGT를 증가시키기 위해, 많은 부분의 발화 속도가 상부 버너를 향해 이동되고 여분의 공기가 대류 뱅크로 많은 열을 이동시키기 위해 증가된다. 그러나, 작동되지 않는 버너는 소정량의 연소 공기를 유동시킴으로써 냉각되어야 하는데, 이는 상위 버너에 추가의 연소 공기를 제공한다. 이는 제1 연소 영역의 화학양론 비율을 증가시키고 특정의 NOx 방출물[0.5 ㎏(1 lb) NOx/MMBtu]을 증가시키는 경향이 있다. 이들 변화는 일반적으로 최적화되지 않은 발화 조건을 가져와, 보일러 효율을 감소시키고 특정의 보일러 방출물을 증가시킨다. 보일러 조작자는 이들 문제를 취급할 제한된 선택권을 갖고 대개 이들 일일 턴다운 기간 동안 최적화되지 않은 조건 하에서 보일러가 운전되게 한다.
석탄 밀로 이송되는 1차 연소 공기에 또는 운전에서 이러한 시점에서 버너로(즉, 윈드박스로) 2차 및 3차 연소 공기에 질소 농후 가스를 추가하는 것은 보일러 내의 산소 수준을 감소시키고 발생되는 NOx를 감소시키는 연소 공기의 산소 함량을 감소시킴으로써 보조할 수 있다. 또한, 질소 농후 가스의 추가의 열부하는 여분의 가스를 가열하도록 약간 높은 발화 속도를 요구하고 큰 체적의 고온 가스가 많은 과열된 증기를 발생시키도록 대류부에 이용 가능하다. 이러한 낮은 발화 조건에서의 증가된 질량 처리량은 설계 지점에 근접하게 보일러가 운전되는 것을 보조하고 낮은 산소 농도는 NOx 방출물을 제어하는 것을 보조한다. 여분의 공기로의 발화는 동일한 열전달 효과 그러나 보일러 내의 높은 산소와 관련되는 NOx 문제로 인한 높은 방출물을 희생하여 발생시킬 수 있다. FGR은 시스템이 설치될 때 유사한 결과를 발생시킬 수 있지만, 여분의 산소 수준을 제어하는 것도 복귀된 연도 가스가 공정의 제어에서 보상되어야 하는 일부의 잔류 산소를 함유하기 때문에 해볼만 하다.
화염 안정성은 일반적으로 낮은 발화 속도에서 더욱 중요하고 연소 공기의 감소된 산소 함량이 화염 안정성을 추가로 감소시키지만, 석탄 스트림으로의 산소 농후 스트림의 직접적 주입은 양호한 화염 안정성을 제공하고 동시에 연소 공기의 희석을 가능하게 한다.
산소 농후 스트림을 공급하는 공기 분리 플랜트의 작동은 보일러가 턴다운될 때 변할 수 있다. 턴다운 기간이 대개 길이가 8시간보다 적기 때문에, 산소 플랜트는 보일러 내로 주입되는 데 필요한 것보다 많은 산소를 발생시키는 완전 용량으로 남아 있을 수 있다. 이러한 농후 산소는 배기될 수 있거나 회수를 위해 액화기로 보내질 수 있다.
플랜트로부터 이용 가능한 질소 농후 가스 체적은 연소 공기로부터 원래 이용 가능한 것보다 높으므로, 질소 수준의 정미 증가는 보일러 내에서 얻어질 수 있다. 비효율적인 보일러 운전 조건 때문에, 질소는 버너 영역 내에 주입되면 보일러 운전에 현저하게 유리한 영향을 준다. 이는 농후 공기 내에 함유된 산소를 변위시키고 턴다운된 버너를 통해 체적 유동을 유지할 수 있다. 도4는 낮은 부하 운전을 위한 이러한 다른 실시예를 도시하고 있다.
공정을 위해 요구되는 산소량에 기초하여 이용 가능한 것보다 많은 질소 농후 가스가 사용될 수 있고 최종의 질소 농후 가스가 발생되는 것이 예측된다. 경제적 조건으로 인해 많은 질소가 사용될 수 있다면, 추가의 질소 공급원이 이용될 수 있다. 다중의 보일러 설치를 위한 또 다른 접근법은 2개 이상의 보일러를 위해 충분한 산소를 발생시켜 총 개수보다 적게 질소를 분배하는 것이므로, 많은 질소 농후 가스가 이를 사용하여 보일러로 이용 가능하다. 이러한 구성은 하나의 보일러가 턴다운되고 또 다른 보일러가 완전한 부하로 계속될 때 특히 유용하다. 많은 질소 농후 가스가 턴다운된 보일러로 이용 가능하여, 턴다운 조건 중에 일어나는 산소에 대한 낮은 요구에도 불구하고 질소를 사용하는 이득을 최대화한다. 산소 플랜트가 보일러와 더불어 턴다운되지 않으면, 이는 여분의 산소가 배기되거나 다른 곳에서의 사용을 위해 포획되기 때문에 문제가 되지 않고 질소 발생은 감소되지 않는다.
턴다운 중에 작동되지 않는 버너(BOSS) 기술을 사용하는 보일러에서, 연소 공기가 아니라 질소 농후 가스로 작동되지 않는 버너를 냉각시키도록 턴다운된 버너 근처의 윈드박스 내에 질소를 우선적으로 주입하는 것이 가능할 수 있다. 이는 보일러의 고온 화염 영역 내의 여분의 산소 수준을 추가로 제한한다. OFA 구성을 모방하는 또 다른 가능한 구성은 냉각 연소 공기가 OFA로서 작용하도록 최상위 버너를 차단하고 이들 조건 하에서 추가되는 여분의 공기로 인해 제1 영역의 화학양론적 비율이 증가되는 것을 방지하도록 낮은 버너를 위한 윈드박스 내로 질소를 주입하는 것이다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 양호한 실시예는 적은 NOx를 발생시키도록 석탄 화력 연소 장치(공업용 보일러)의 적용에서이다. 연소는 탄화수소 연료와 연소 공기 내의 산소 사이에서 수행되어 화염(6)이 형성된다. 버너(3)의 단부에 가장 근접한 화염의 영역(8), 즉 탄화수소 연료가 버너로부터 출현되는 곳은 화염의 연료 농후 영역이다. 그 주연 주위의 화염(6)의 영역은 2차 및 3차 연소 공기가 연료와 완전히 반응되지는 않기 때문에 비교적 희박하다. 버너(3)로의 연소 공기(22)의 양이 감소되고 충분한 양의 공기가 전체의 연소 단계에 대해 OFA 포트(7)로부터 이송될 때, OFA 포트(7)보다 아래에 있는 퍼니스의 전체의 낮은 영역 또는 제1 연소 영역(PCZ)(10)은 공기가 주입되고 아직 연료와 반응되지 않은 버너(3) 근처의 영역을 제외하면 연료가 농후된다.
다음에, 본 발명의 이러한 실시예의 실시에서, 추가의 산소의 유입을 위한 랜스(5)가 추가된다. 추가의 산소는 1차 공기에 추가되는 등의 다른 방식으로 제공될 수 있다. 대신에, 연료 및 연소 공기를 이송하는 버너가 도면에 도시된 바와 같이 수행되는 버너로 교체된다.
바람직하게는, 공기도 제1 연소 영역(10)을 적은 연료 희박으로 또는 많은 연료 농후으로 형성하도록 그리고 연소 완료 영역(9) 내의 연료의 완전 연소의 달성을 보조하는 추가의 산소를 제공하도록 연소 장치(1)의 내부 내로 OFA 포트 개구(7)를 통해 이송된다. 개구(7)에서 이송되는 공기 내에 함유되는 산소와 결합되는 버너(3)를 통해 이송되는 연소 공기 내의 산소는 사용되면 연료의 완전 연소를 가능하게 할 정도로 충분하고 일반적으로 연료의 완전 연소를 위해 요구된 양보다 10 내지 25 체적%의 여분의 산소를 함유한다.
바람직하게는, 2차 및 3차 연소 공기는 길이 방향 축에 대해 선회하도록 버너(3)에서 이송되어, 각각의 버너 근처에서 재순환 영역을 생성시키고 공기 및 연료의 혼합을 개선시킨다. 와류는 원하는 선회 방향으로 스트림의 유동을 안내하는 버너의 2차 및 3차 공기 유동을 위한 환형 통로 내의 편향기(13, 14) 등의 공지된 기술에 의해 달성될 수 있다. 고도의 와류 바람직하게는 0.2 내지 0.6의 "연소 공기 역학"(제이.엠. 비어 및 엔.에이. 치기어, 로버트 이. 크리에거 퍼블리싱 컴퍼니, 인크, 1983년)에서 한정된 바와 같은 선회수를 제공하는 것이 양호하다.
OFA를 갖는 본 발명의 실시에서, 버너(3)를 통해 이송되는 공기의 총량 즉 1차, 2차 및 3차 공기의 합이 완전 연소를 위한 화학양론적 공기 요건의 60 내지 99% 사이인 것이 양호하다. 더욱 바람직하게는, 버너(3)를 통해 이송되는 공기의 총량은 완전 연소를 위한 화학양론적 공기 요건의 약 70 내지 85%이다.
1차, 2차 및 3차 연소 공기의 각각의 스트림의 속도는 바람직하게는 공기가 출현되는 노즐의 출구에서 15 m/초(50 피트/초) 내지 46 m/초(150 피트/초)이다. 산소가 출현되는 노즐의 출구에서 랜스(5)를 통해 주입되는 산소의 속도는 바람직하게는 1차 공기의 속도의 10% 내지 900% 내에 그리고 더욱 바람직하게는 25% 내지 400% 내에 있다.
시험은 양호한 접근법이 전체의 연소 공기를 균일하게 농후화하는 것에 반대로 높은 농도의 산소에 연료 입자 또는 액적의 적어도 일부를 노출하는 것을 제안하였다. 중요한 제1 단계 공기를 포함하여 농후화된 공기가 전체의 버너로 이송되도록 낮은 NOx 버너의 윈드박스(21) 내로 산소를 주입하는 간단한 접근법은 효과적인 것으로 고려되지 않는다.
산소가 20%의 화학양론적 공기를 사용하여 석탄 운반 스트림(1차 공기 스트림) 내로 급속하게 예비 혼합 또는 혼합되고 전체의 연소 화학양론적 비율이 1.15일 때, 공기가 건조하고 21.0 체적% O2를 함유한다고 가정하면, 운반 공기 스트림 내의 그리고 전체의 연소 공기 내의 산소의 평균 농도는 다음과 같이 계산된다.
O2로 교체된 화학양론적 공기의 %(*) 운반 공기 내의 O2농도(체적%) 총 연소 공기 내의 평균 O2농도(체적%)
0 21.0 21.0
5 24.9 21.7
10 28.5 22.5
15 31.7 23.4
20 34.7 24.3
25 37.4 25.4
(* 예컨대 동일한 양의 O2를 제공하도록 1.95 cf의 순수한 O2로 교체되는 5 cf의 공기)
이러한 예에서, 사용된 소량의 산소로 인해, 공기의 산소 농도의 단지 완만한 증가는 산소가 단지 운반 공기와 혼합될 때에도 균일하게 혼합될 때 달성된다. 양호한 방법은 랜스의 노즐의 팁에서 석탄/공기 운반 스트림 내로 산소를 주입하는 것이다. 이러한 경우에, 일부의 석탄 입자는 산소 제트와 혼합되어 석탄의 높은 O2 혼합물의 영역을 국부적으로 생성시킨다. 이러한 조건은 급속한 점화원의 영역을 제공할 수 있고 산소가 운반 공기 스트림과 예비 혼합되는 경우에 비해 조기 점화 및 탈휘발화를 용이하게 할 수 있다.
또 다른 양호한 방법은 석탄 스트림에 인접한 내부 또는 외부 환형 공간으로부터 산소를 주입하는 것이다. 이러한 경우에, 적절한 산소 농후 연소 조건은 석탄 및 산소 스트림의 경계에서 제공된다.
산소가 파마얀 등에 대한 경우에서와 같이 연료 스트림에 평행하게 높은 속도로 별도로 주입될 때, 산소 제트는 주위의 가스와 더불어 신속하게 희석될 수 있고 그 효과는 지연될 수 있다. 이와 같이, 산소 주입의 방법은 주의하여 설계되어야 한다.
본 발명은 전술된 바와 같이 진입되는 탄화수소 연료 스트림 내로 산소를 이송함으로써 연소 장치 내에서의 NOx의 형성을 개선 즉 감소시킨다. 더욱 구체적으로 그리고 바람직하게는, 산소는 바람직하게는 적어도 80 체적% O2 그리고 가장 바람직하게는 적어도 90 체적% O2를 함유하는 농축된 산소 스트림으로서 이송되고 버너로부터 출현되고 연소 장치(1)의 내부(2) 내로 진입될 때 탄화수소 연료 내로 직접적으로 이송된다. 이와 같이, 고체 연료의 입자의 적어도 일부 또는 액체 연료의 액적은 높은 농도의 산소를 함유하는 가스 분위기에서 경우에 따라 연소 장치 그리고 화염(6)의 연료 농후부 내로 진입된다.
OFA가 전체의 연소 단계에 대해 사용될 때, 바람직하게는 3개 또는 4개의 별도의 공기 통로가 갖춰진 공기 버너로, 산소는 버너(3) 내의 가스 통로 내의 적절한 분출기를 사용하여 1차 또는 2차 공기 또는 모두와 예비 혼합될 수 있다.
산소는 바람직하게는 산소가 버너로부터 연소 장치 내로 진입되는 탄화수소 연료 내로 직접적으로 이들 개구를 통해 외부로 유동되도록 연소 장치(1) 내로 개방되는 단부에서 개방될 수 있거나 단부에서 폐쇄되고 폐쇄 단부에 인접한 주연 내에 다수개의 개구를 갖는 랜스(5) 또는 유사한 이송 라인을 통해 이송된다.
도3 내지 도4는 채용될 수 있는 다양한 랜스 구성을 도시하고 있다. 다른 랜스 구성이 사용될 수 있다. 도3a에서, 랜스(5)는 바람직하게는 랜스의 축을 따라 배향되는 단일 오리피스(31)로 종료된다.
도3b에서, 랜스(5)의 단부는 폐쇄되고 랜스의 고온 단부 근처에서 랜스의 주변을 따른 2개 이상 바람직하게는 2개 내지 16개 그리고 더욱 바람직하게는 4개 내지 8개의 노즐이 반경 방향 산소 주입을 위해 제공된다. 또한, 1개 내지 4개 이상의 노즐이 이러한 랜스의 단부 내에 제공될 수 있다.
도3c에서, 2개 이상, 바람직하게는 2개 내지 16개 그리고 더욱 바람직하게는 4개 내지 8개의 노즐(32)이 랜스(5)의 폐쇄된 하류 단부 근처에서 반경 방향으로 제공되고, 2개 이상, 바람직하게는 2개 내지 16개 그리고 더욱 바람직하게는 4개 내지 8개의 노즐(33)이 제공되는데, 각각은 랜스(5) 내로의 산소의 유동 방향의 축에 대해 0˚ 초과 그리고 90˚ 미만의 각도를 형성한다.
도3d에서, 2개 이상 그리고 바람직하게는 2개 내지 8개의 노즐(34)이 랜스(5)의 고온 단부 근처에서 랜스(5)의 주변을 따라 제공되는데, 각각은 랜스(5) 내로의 산소의 유동 방향의 반대에 대해 30 내지 60˚의 각도를 형성한다.
이들 및 다른 랜스 실시예에서, 랜스의 측면을 통한 노즐은 하나 이상의 원주 상에 배열될 수 있다.
산소가 전술된 바와 같이 연소 장치(1) 내로 주입될 때, 버너(3)를 통해 이송되는 연소 가스의 유속은 제1 연소 영역의 화학양론적 비율을 유지 또는 감소시키도록 동시에 감소된다. OFA가 사용될 때, 산소 주입을 갖는 제1 연소 영역의 화학양론적 비율은 완전 연소를 위한 화학양론적 공기 요건의 바람직하게는 60 내지 99%, 더욱 바람직하게는 약 70 내지 85%이다. 이러한 방식으로 이송되는 산소량은 약 0.85 미만, 바람직하게는 0.85보다 훨씬 작은 예컨대 0.65 미만인 화염(6)의 연료 농후 영역(8) 내에서 화학양론적 비율을 성립시킬 정도로 충분하여야 한다. 라인(5)을 통해 이송되는 산소량은 연료의 완전 연소를 위해 요구되는 화학양론적 양의 25% 미만이어야 한다. 더욱 바람직하게는, 산소량은 연료의 완전 연소를 위해 요구되는 화학양론적 양의 15% 미만에 대응한다. 더욱 바람직하게는, 산소량은 연료의 완전 연소를 위해 요구되는 화학양론적 양의 8% 미만에 대응한다.
NOx 방출물은 국부적 화학양론 조건에 강력하게 의존된다. 산소의 주입은 국부적 화학양론 조건을 희박하게 하므로, 산소 주입 후에 국부적 화학양론 조건의 변화를 고려하여야 한다. 예컨대, 이송되는 연소 공기의 유속을 변화시키지 않고 0.4의 화학양론적 비율(SR=0.4)로 국부적 연료 농후 영역 내로 10%의 화학양론 공기에 동등한 산소의 주입은 SR=5로 국부적 화학양론 조건을 변경시키고 실질적으로 NOx 방출물을 감소시킬 것으로 예측된다. 그러나, 이는 SR=0.4가 최적의 NOx 감소를 위해 과도하게 연료 농후이기 때문이다. 이러한 효과는 SR=0.4로 국부적 화학양론 조건을 일정하게 유지하면서 "산소로 10% 공기를 교체하는 것"보다 훨씬 크다. 동일량의 산소가 연료 농후 영역 내로 주입되면, 연소 공기의 유속을 변화시키지 않고, 국부적 화학양론 조건이 SR=0.95인 곳에서, NOx 방출물은 국부적 화학양론적 조건이 SR=1.05로 증가됨에 따라 급격히 증가될 것으로 예측된다.
이와 같이, 화염의 최고 농후 영역 내로 산소를 주입하는 것이 일반적으로 양호하다.
3차 및 4차 공기 내로의 산소의 주입 또는 혼합은 사용되면 OFA 없이 공기 역학적으로 단계화된 버너에서 회피되어야 한다. 이는 임의의 3차 공기 그리고 임의의 4차 공기가 화염의 비교적 희박 영역 내에서 혼합되기 때문이다. 이론적으로, 국부적 화학양론 조건의 최적화는 공기를 포함하는 임의의 산화제로 수행될 수 있다. 그러나, 산소는 단지 작은 체적이 요구되고 국부적 화학양론적 조건이 화염의 전체적인 공기 역학적 혼합 조건에 대한 큰 영향 없이 변화될 수 있기 때문에 효과적이다.
또 다른 중요한 요건은 산소 농후이 공기 역학적으로 단계화된 화염의 연료 농후 영역("N2 형성 영역")의 물리적 크기를 보존 또는 향상시키는 방식으로 수행되어야 한다는 것이다. 산소 주입의 방법 그리고 버너의 소정 공기 통로 내에서의 공기 유동의 결과적 감소는 버너의 공기 역학적 단계 조건 그리고 물리적 크기 및 국부적 화학양론적 조건에 영향을 준다. 연료 농후 영역의 크기가 감소되고 연료 농후 영역 내에서의 평균 가스 체류 시간이 산소 주입의 결과로서 감소되면, 이러한 변화는 NOx 증가를 유발시킬 수 있다. 예컨대, 도3a에 도시된 것 등의 축 방향 랜스를 통한 산소의 높은 속도의 주입은 둘러싸는 석탄/공기 스트림의 축 방향 모멘텀을 효과적으로 증가시키는데, 이는 2차 및 3차 공기와의 혼합을 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 화염의 연료 농후 NOx 감소 영역의 크기는 감소될 수 있고 NOx는 증가될 수 있다. 반면에, 산소 유동이 버너의 팁 근처에서 도3b에 도시된 것 등의 축 방향으로 위치되는 산소 랜스로부터 반경 방향으로 주입될 때, 버너 근처에서 재순환 영역을 효과적으로 증가시킬 수 있으므로 연료 농후 영역의 크기를 증가시키고 산소 농후에 의해 NOx 감소를 추가로 촉진시킨다. 버너의 공기 영역 조건에 대한 산소 주입의 복잡한 영향은 NOx 감소를 달성하도록 특정 버너에 대해 주의하여 평가되어야 한다.
본 발명의 예측되지 않은 성능의 임의의 특정한 설명에 의해 한정하려고 의도하지 않고, 본 발명에 따라 운전되는 연소 장치의 성능은 주입된 산소가 버너에 가장 근접한 화염의 부분의 온도의 증가를 유발시키는 기구와 일관되는데, 이는 탄화수소 연료 내에 존재하는 비교적 휘발성의 성분이 연료로부터 가스상 내로 진입되어 주위 산소와의 부분적 반응을 경험하게 하여, 연소 연료로부터 해제된 질소 함유종이 NOx 그리고 HCN 및 NH3 등의 다른 질소 화합물로 변환되지 않고 분자 질소 즉 N2로 변환될 수 있게 하는 비교적 환원성의 분위기를 생성시킨다.
일반적으로, 연료 및 산소가 진입되는 연료 농후 영역의 온도는 1371℃(2500℉) 이상의 정도이다. 이러한 방식으로의 산소의 이송은 화염(6)의 기부를 버너(3)의 개구에 근접하게 견인하거나 심지어 버너(3)에 부착되게 할 수 있다. 그러나, 버너로부터 출현됨에 따라 탄화수소 연료 내로 본 명세서에서 설명된 방식으로 산소를 이송하는 것은 화염이 버너에 부착되더라도 동일한 방식으로 진행된다. 정상 상태의 운전에서, 예컨대 연소 장치가 본 명세서의 개시 내용에 따라 재생된 후, 연소 장치의 운전은 연소 공기가 연소 장치로 이송되는 산소의 총량이 적어도 연료의 완전 연소를 위해 필요한 화학양론적 양이도록 된 경우보다 적은 양으로 버너를 통해 이송되면서 25% 미만, 바람직하게는 15% 미만 그리고 더욱 바람직하게는 8% 미만의 연료의 완전 연소를 위해 요구되는 산소의 화학양론적 양이 연료 내로 이송된다는 것에 기초하여 계속된다.
부산물을 사용하여, 현지의 산소 플랜트로부터의 질소 농후 스트림이 질소 농후 스트림의 청결 및 비교적 일정한 조성 때문에 보일러로의 불활성 가스의 공급을 단순화할 수 있다. 이는 높은 이용 가능한 압력과 조합하여 질소 농후 증기가 매우 용이하게 제어 및 측정되게 할 수 있고 시스템을 위한 자본 비용을 저하시키는 재생된 연도 가스보다 작은 배관 및 주입 시스템을 이용할 수 있다. 함께 취해지는 모든 이들 인자는 필요할 때 질소 농후 주입 시스템을 매우 낮은 유지 그리고 상당히 용이하게 수리되게 하여 보일러 운전에 대한 이용 가능성의 증가를 제공한다.
연도 가스 재순환에 질소 농후 가스 주입을 비교할 때, 이해하여야 할 중요한 차이점이 있다. 하나는 질소 농후 가스 주입이 결국 공정으로 입력된 공기를 취하고 유리한 공정 변화를 생성시키도록 2개의 상이한 방식으로 주입하는 것이다. 양호하게 혼합된 연소 챔버 내의 전체의 열역학적 관점으로부터, 공기가 직접적으로 또는 산소 농후 스트림 및 질소 농후 스트림으로의 분리 후에 연소 챔버 내로 이송되는 지에 무관하게, 최종의 가스 온도는 동일하여야 한다. 보일러에 이러한 공정을 적용할 때, 본 발명에 의해 냉각기 제2 단계 온도를 유발시키는 2개의 인자가 있다. 연료 농후 연소 단계에서, 산소 농후 연소로 발생되는 높은 화염 온도 및 긴 가스 체류 시간이 퍼니스 벽으로의 열전달을 증가시키고 연소 생성물을 냉각시키는데, 이는 질소 추가에 의해 더 냉각된다. (전체의 열전달에서 어떠한 변화도 일어나지 않으면, 산소 농후 연소 가스는 동등한 공기의 경우보다 고온이고, 질소의 재추가는 연소를 위해 사용될 수 있던 공기와 동일한 온도까지 재냉각된다.)
또 다른 차이점은 석탄 화력 보일러를 위한 연소 공기가 일반적으로 약 260℃(500℉) 내지 316℃(600℉)까지 예열되고 산소 농후 및 질소 농후 스트림이 일반적으로 주위의 온도에 있으므로 보일러로 입력되는 총 열이 감소되어 연소 생성물의 온도를 감소시킨다는 것이다.
본 발명은 도1 및 도2에 도시된 형태 등의 벽 발화 보일러를 기본적으로 참조하여 설명되었지만, 이러한 설명은 본 발명이 이러한 형태의 연소 시스템으로의 적용 가능성에 제한된다는 것을 제안하려고 의도하지 않는다. 본 발명은 도4a 내지 도4c를 참조하여 설명된 형태의 접선 방향으로 발화되는 시스템을 제한 없이 포함하는 연료 및 공기가 연소되는 다른 시스템에 적용 가능하고, 연소 시스템은 "사이클론" 퍼니스로서 당업계에 공지되어 있는데, 여기에서 퍼니스의 제1 연소 영역은 원통형 벽, 폐쇄된 단부벽 그리고 퍼니스의 벽을 통해 퍼니스의 주요 챔버 내로 개방되는 개방 단부를 각각 갖는 하나 이상의 포위부를 포함하고, 연료, 연소 공기 및 산화제(연료 내로 본 명세서에서 개시된 바와 같은 양으로 이송됨)가 밀봉부의 회전 중심축 주위에서 회전되는 방향으로 포위부 내로 원통형 벽 및 단부벽을 통해 이송되고 퍼니스의 주요 챔버 내로 개방 단부를 통해 방출되는 연소의 화염 및 열을 형성하도록 연소된다.
산소가 연소 챔버 내로 진입됨에 따라 연료의 스트림이 서로로부터 분리되고 심지어 서로로부터 분기되는 복수개의 스트림으로 분리되는 소위 분리형 스트림 버너 등의 본 명세서에서 예시된 버너에 추가하여 다른 형태의 버너가 채용될 수 있다. 이러한 형태의 버너로, 산소는 대응하는 복수개의 랜스로부터 연료의 각각의 스트림 내로 또는 복수개의 노즐이 연료의 각각의 스트림을 향해 배향된 상태로 랜스로부터 이송되고, 산소의 화학양론적 요건은 이송되는 연료 및 산소의 총량에 기초한다.
본 발명에 따르면, 하나 이상의 질소 화합물을 함유하는 연료(특히 석탄)의 연소에서 NOx 방출물의 감소를 달성하는 방법 그리고 특히 대규모의 구조적 개조 또는 유지를 요구하지 않고 기존의 퍼니스에서 수행될 수 있는 방법이 제공된다.
도1은 본 발명을 실행하는 장치의 일 실시예의 단면도.
도2는 본 발명을 실행하기에 유용한 버너의 단면도.
도3a 내지 도3d는 본 발명에 따른 버너 내로 산소를 이송하는데 유용한 랜스의 단면도.
도4a는 연료 및 산화제가 별도의 포트로부터 퍼니스 내로 접선 방향으로 이송되는 본 발명이 실시될 수 있는 또 다른 형태의 보일러 퍼니스의 단면도.
도4b는 퍼니스 내로의 연료 및 산화제의 접선 방향 유동을 보여주는 도4a에 도시된 퍼니스의 평면도.
도4c는 포트의 전방에서 보이는 퍼니스 내측으로부터의 정면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 연소 장치
2: 내부
3: 버너
6: 화염
7: 포트 개구
9: 연소 완료 영역
10: 제1 연소 영역

Claims (8)

  1. NOx의 방출량을 감소시키는 연소 방법이며,
    (A) 연소 장치를 제공하는 단계와,
    (B) 상기 연소 장치 내로 2차 공기를 이송하는 수단을 포함하고 상기 연소 장치 내로 3차 공기를 이송하는 수단을 선택적으로 포함하는 버너를 통해 상기 연소 장치 내로 1차 공기 및 연료를 이송하는 단계와,
    (C) 연소 장치 외측의 공기를 산소 농후 스트림 및 질소 농후 스트림으로 분리하는 단계와,
    (D) 화염 내로 상기 산소 농후 스트림의 적어도 일부를 이송하면서 화염 내에서 연료를 연소시키는 단계와,
    (E) 상기 연소 장치 내로 상기 질소 농후 스트림의 적어도 일부를 이송하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 질소 농후 스트림은 상기 연소에 의해 상기 연소 장치 내에서 발생되는 연도 연소와의 간접적 열교환에 의해 상기 버너를 통해 이송되기 전에 가열되는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연소에 의해 상기 연소 장치 내에서 발생되는 연도 가스의 일부는 단계 (E)에서 상기 질소 농후 스트림과 더불어 이송되는 방법.
  4. NOx의 방출량을 감소시키는 연소 방법이며,
    (A) 제1 연소 영역 및 연소 완료 영역을 갖는 연소 장치를 제공하는 단계와,
    (B) 상기 제1 연소 영역 내로 버너를 통해 공기 및 연료를 이송하는 단계와,
    (C) 연소 장치 외측의 공기를 산소 농후 스트림 및 질소 농후 스트림으로 분리하는 단계와,
    (D) 상기 제1 연소 영역 내로 상기 산소 농후 스트림의 적어도 일부를 이송하면서 제1 연소 영역 내의 화염 내에서 연료를 연소시키는 단계와,
    (E) 상기 연소 장치 내로 이송되는 산소의 총량이 적어도 상기 연료의 완전 연소를 위해 필요한 화학양론적 양이 되는 충분한 산소량으로 상기 연소 완료 영역 내로 상기 버너 이외의 공급원으로부터 공기를 추가하고, 상기 연소 완료 영역 내의 상기 제1 연소 영역으로부터의 잔여 연소물을 연소시키는 단계와,
    (F) 상기 연소 장치 내로 상기 질소 농후 스트림의 적어도 일부를 이송하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 질소 농후 스트림은 상기 연소에 의해 상기 연소 장치 내에서 발생되는 연도 연소와의 간접적 열교환에 의해 상기 연소 완료 영역으로 이송되기 전에 가열되는 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 연소에 의해 상기 연소 장치 내에서 발생되는 연도 가스의 일부는 단계 (E)에서 상기 질소 농후 스트림과 더불어 이송되는 방법.
  7. 제4항에 있어서, NOx와 반응하여 N2를 형성함으로써 퍼니스로부터의 NOx의 방출량을 감소시키는 환원제를 상기 연소 완료 영역 내로 또는 그 하류로 주입하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. NOx의 방출량을 감소시키는 연소 방법이며,
    (A) 연소 장치를 제공하는 단계와,
    (B) 상기 연소 장치 내로 2차 공기를 이송하는 수단을 포함하고 상기 연소 장치 내로 3차 공기를 이송하는 수단을 선택적으로 포함하는 버너를 통해 상기 연소 장치 내로 1차 공기 및 연료를 이송하는 단계와,
    (C) 화염 내로 산소 농후 스트림을 이송하면서 화염 내에서 상기 연료를 연소시키는 단계와,
    (D) 상기 연소 장치 내로 액체수의 스프레이를 주입하는 단계를 포함하는 방법.
KR1020040073604A 2003-09-16 2004-09-15 동시에 발생되는 산소 및 질소 스트림을 사용하는 낮은ＮＯｘ 연소 KR20050027939A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/662,372 US7484956B2 (en) 2003-09-16 2003-09-16 Low NOx combustion using cogenerated oxygen and nitrogen streams
US10/662,372 2003-09-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20050027939A true KR20050027939A (ko) 2005-03-21

Family

ID=34194710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040073604A KR20050027939A (ko) 2003-09-16 2004-09-15 동시에 발생되는 산소 및 질소 스트림을 사용하는 낮은ＮＯｘ 연소

Country Status (9)

Country Link
US (1) US7484956B2 (ko)
EP (1) EP1517085A2 (ko)
JP (1) JP2005134102A (ko)
KR (1) KR20050027939A (ko)
CN (1) CN1598401A (ko)
AU (2) AU2004212517A1 (ko)
CA (1) CA2481617A1 (ko)
MX (1) MXPA04009014A (ko)
TW (1) TW200523509A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101022734B1 (ko) * 2006-12-29 2011-03-22 건국대학교 산학협력단 농후연소 가스 산출방법
KR101135642B1 (ko) * 2009-12-15 2012-04-16 한국생산기술연구원 산소 분리 모듈을 포함하는 재연소 장치

Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8246343B2 (en) * 2003-01-21 2012-08-21 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Device and method for efficient mixing of two streams
FR2869673B1 (fr) * 2004-04-30 2010-11-19 Alstom Technology Ltd Procede pour la combustion de residus de raffinage
US7168947B2 (en) * 2004-07-06 2007-01-30 General Electric Company Methods and systems for operating combustion systems
CN1317526C (zh) * 2005-04-08 2007-05-23 清华大学 一种化石燃料的燃烧方法及装置
US7472657B2 (en) 2005-05-19 2009-01-06 Fuel And Furnace Consulting, Inc. Apparatus for reducing NOx emissions in furnaces through the concentration of solid fuel as compared to air
JP2006347847A (ja) * 2005-06-20 2006-12-28 Nippon Oil Corp 石油コークスの燃焼および炭酸ガス回収方法および装置
US20070144415A1 (en) * 2005-11-29 2007-06-28 Varagani Rajani K Coal Upgrading Process Utilizing Nitrogen and/or Carbon Dioxide
US20070119749A1 (en) * 2005-11-29 2007-05-31 Varagani Rajani K Coal upgrading utilizing nitrogen
US20070119753A1 (en) * 2005-11-29 2007-05-31 Varagani Rajani K Coal upgrading utilizing carbon dioxide
WO2007063386A1 (en) * 2005-12-02 2007-06-07 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude METHODS AND SYSTEMS FOR REDUCED NOx COMBUSTION OF COAL WITH INJECTION OF HEATED NITROGEN-CONTAINING GAS
US20070298357A1 (en) 2006-06-27 2007-12-27 Laux Stefan E F Oxygen to expand burner combustion capability
US7966801B2 (en) * 2006-12-07 2011-06-28 General Electric Company Apparatus and method for gas turbine active combustion control system
US20080145281A1 (en) * 2006-12-14 2008-06-19 Jenne Richard A Gas oxygen incinerator
US9651253B2 (en) * 2007-05-15 2017-05-16 Doosan Power Systems Americas, Llc Combustion apparatus
PL2209920T3 (pl) * 2007-11-01 2017-01-31 Self-Screen B V Nowy sposób wykrywania hpv szyjki macicy
EP2080952A1 (en) * 2008-01-17 2009-07-22 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Burner and method for alternately implementing an oxycombustion and an air combustion
JP5022248B2 (ja) * 2008-01-23 2012-09-12 三菱重工業株式会社 ボイラ構造
EP2251596B1 (en) * 2008-03-06 2016-08-03 IHI Corporation Method and facility for feeding carbon dioxide to oxyfuel combustion boiler
US8578892B2 (en) * 2008-06-13 2013-11-12 Air Products And Chemicals, Inc. Oxygen control system for oxygen enhanced combustion of solid fuels
US8478446B2 (en) 2008-06-13 2013-07-02 Air Products And Chemicals, Inc. Oxygen control system for oxygen enhanced combustion
US20090320725A1 (en) * 2008-06-25 2009-12-31 Alstom Technology Ltd. Furnace system with internal flue gas recirculation
CN102224378B (zh) 2008-09-22 2014-07-23 达塞尔·卡尔灵顿 燃烧器
US8327779B2 (en) * 2008-09-26 2012-12-11 Air Products And Chemicals, Inc. Combustion system with steam or water injection
WO2010036877A2 (en) * 2008-09-26 2010-04-01 Air Products And Chemicals, Inc. Combustion system with precombustor for recycled flue gas
US20100077968A1 (en) * 2008-09-26 2010-04-01 Air Products And Chemicals, Inc. Oxy/fuel combustion system having combined convective section and radiant section
EP2180252B1 (en) 2008-10-24 2016-03-23 L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Method for injecting ballast into an oxycombustion boiler
CN101737212B (zh) * 2009-12-10 2013-01-16 吉林大学 进气组分局部富氮燃烧和NOx排放控制方法
MY164718A (en) * 2010-11-16 2018-01-30 General Electric Technology Gmbh Apparatus and method of controlling the thermal performance of an oxygen-fired boiler
US8915731B2 (en) * 2010-12-30 2014-12-23 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Flameless combustion burner
US20130089823A1 (en) * 2011-10-07 2013-04-11 General Electric Company Combustor
US8911538B2 (en) 2011-12-22 2014-12-16 Alstom Technology Ltd Method and system for treating an effluent stream generated by a carbon capture system
CN102692013B (zh) * 2012-05-15 2015-04-08 上海锅炉厂有限公司 空气分级燃烧技术下的切向燃烧系统
WO2015005350A1 (ja) * 2013-07-09 2015-01-15 バブコック日立株式会社 燃焼装置
JP5972847B2 (ja) * 2013-10-21 2016-08-17 三菱日立パワーシステムズ株式会社 バーナチップ及び燃焼バーナ並びにボイラ
EP2962743A1 (en) * 2014-07-04 2016-01-06 Alstom Technology Ltd A boiler and a method for NOx emission control from a boiler with SNCR
CN104456607B (zh) * 2014-11-27 2019-03-22 江苏太湖锅炉股份有限公司 生物质锅炉的二次风、给药组合结构
JP6655947B2 (ja) * 2015-11-02 2020-03-04 三菱日立パワーシステムズ株式会社 バーナユニットの改造方法、バーナユニット及びボイラ
CN105783025B (zh) * 2016-03-11 2018-08-10 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种监测低NOx切向燃煤锅炉炉内风粉分布的方法
KR101907396B1 (ko) 2016-10-20 2018-10-18 한국에너지기술연구원 산소제조기능을 갖는 순산소 가열로 및 그의 작동방법
CN106765216A (zh) * 2017-02-27 2017-05-31 洛阳明远石化技术有限公司 燃烧器和尾气焚烧设备
CN108870365A (zh) * 2017-05-15 2018-11-23 通用电气公司 锅炉及其改进方法
JP6950464B2 (ja) * 2017-11-02 2021-10-13 株式会社Ihi ボイラ
CN107940446B (zh) * 2017-12-08 2024-01-16 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 一种大卷吸射流燃尽风系统及喷射方法
CN110397949A (zh) * 2019-07-24 2019-11-01 杭州涌复科技有限公司 一种电站锅炉燃烧智能配风模型的确立方法
CN110616079B (zh) * 2019-09-27 2021-02-09 中冶焦耐(大连)工程技术有限公司 一种源头减排二氧化硫的装煤工艺
CN111678122A (zh) * 2020-06-08 2020-09-18 苏州臻越流体设备有限公司 一种基于ccd的旋风炉低nox燃烧系统
CN113757646B (zh) * 2021-08-13 2022-12-13 西安交通大学 一种利用文丘里管引射天然气与氧气的烟气循环利用燃烧系统
CN116379426B (zh) * 2023-06-06 2023-08-08 佛山仙湖实验室 一种逆向喷射氨燃烧器

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3699903A (en) * 1971-02-25 1972-10-24 Oliver F King Method for improving fuel combustion in a furnace and for reducing pollutant emissions therefrom
US3900554A (en) * 1973-03-16 1975-08-19 Exxon Research Engineering Co Method for the reduction of the concentration of no in combustion effluents using ammonia
US4208386A (en) * 1976-03-03 1980-06-17 Electric Power Research Institute, Inc. Urea reduction of NOx in combustion effluents
CA1092897A (en) * 1977-09-16 1981-01-06 Arun K. Mehta Fuel firing method
US4586443A (en) * 1977-09-27 1986-05-06 Trw Inc. Method and apparatus for in-flight combustion of carbonaceous fuels
US4325924A (en) * 1977-10-25 1982-04-20 Electric Power Research Institute, Inc. Urea reduction of NOx in fuel rich combustion effluents
US4257763A (en) * 1978-06-19 1981-03-24 John Zink Company Low NOx burner
DE3331989A1 (de) * 1983-09-05 1985-04-04 L. & C. Steinmüller GmbH, 5270 Gummersbach Verfahren zur verminderung der no(pfeil abwaerts)x(pfeil abwaerts)-emission bei der verbrennung von stickstoffhaltigen brennstoffen
US4773846A (en) * 1985-07-30 1988-09-27 Michael Munk Combustion system and method with fog injection and heat exchange
JPS6358007A (ja) * 1986-08-27 1988-03-12 Kawasaki Heavy Ind Ltd 微粉炭燃焼ボイラ
DE3807214A1 (de) * 1988-03-02 1989-09-14 Koerting Ag Brenner
JPH0356011U (ko) * 1989-10-03 1991-05-29
ATE168759T1 (de) * 1990-10-05 1998-08-15 Massachusetts Inst Technology Verbrennungsanlage mit vermindertem ausstoss von stickstoffoxiden
US5809910A (en) * 1992-05-18 1998-09-22 Svendssen; Allan Reduction and admixture method in incineration unit for reduction of contaminants
CA2161135A1 (en) * 1993-05-07 1994-11-24 Joseph R. Comparato Process and apparatus for enhancing distribution of nox -reducing chemicals in a high-solids environment
JP3338555B2 (ja) * 1994-05-24 2002-10-28 電源開発株式会社 二酸化炭素回収型排ガス再循環ボイラ設備の燃焼バーナ
US5724897A (en) * 1994-12-20 1998-03-10 Duquesne Light Company Split flame burner for reducing NOx formation
AU713124B2 (en) * 1996-06-19 1999-11-25 Alstom Power Inc. A method for effecting control over an RSFC burner
US6030204A (en) * 1998-03-09 2000-02-29 Duquesne Light Company Method for NOx reduction by upper furnace injection of solutions of fixed nitrogen in water
US6282901B1 (en) * 2000-07-19 2001-09-04 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Integrated air separation process
JP2003254510A (ja) * 2002-02-28 2003-09-10 Babcock Hitachi Kk 燃焼装置ならびにウインドボックス

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101022734B1 (ko) * 2006-12-29 2011-03-22 건국대학교 산학협력단 농후연소 가스 산출방법
KR101135642B1 (ko) * 2009-12-15 2012-04-16 한국생산기술연구원 산소 분리 모듈을 포함하는 재연소 장치

Also Published As

Publication number Publication date
CN1598401A (zh) 2005-03-23
EP1517085A2 (en) 2005-03-23
US20050058958A1 (en) 2005-03-17
CA2481617A1 (en) 2005-03-16
MXPA04009014A (es) 2005-09-08
US7484956B2 (en) 2009-02-03
AU2010224349A1 (en) 2010-10-14
AU2004212517A1 (en) 2005-04-07
TW200523509A (en) 2005-07-16
JP2005134102A (ja) 2005-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20050027939A (ko) 동시에 발생되는 산소 및 질소 스트림을 사용하는 낮은ＮＯｘ 연소
KR100709849B1 (ko) 농축된 석탄 스트림의 ＮＯｘ 감소성 연소 방법
CN100394109C (zh) 加入氧气来增强sncr辅助燃烧
US6699029B2 (en) Oxygen enhanced switching to combustion of lower rank fuels
KR101030361B1 (ko) 산소 첨가 선택적 비촉매 환원법을 이용한 연소의 향상 방법
EP1537362B1 (en) Low nox combustion
EP2623861A1 (en) Combustion system and method for operating same
KR20130103774A (ko) 산소 발화 보일러의 열적 성능을 제어하기 위한 장치 및 방법
US9447969B2 (en) Low NOx combustion process and burner therefor
US6244200B1 (en) Low NOx pulverized solid fuel combustion process and apparatus
US7367798B2 (en) Tunneled multi-swirler for liquid fuel atomization
US20170045219A1 (en) Apparatus and method of controlling the thermal performance of an oxygen-fired boiler
WO2023188589A1 (ja) バーナ、及びボイラ
JP2024042834A (ja) 燃焼装置及びボイラ
WO2005050092A2 (en) Boiler emission control process

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application