NL1023570C2 - Homogeneous oxidation. - Google Patents

Homogeneous oxidation. Download PDF

Info

Publication number
NL1023570C2
NL1023570C2 NL1023570A NL1023570A NL1023570C2 NL 1023570 C2 NL1023570 C2 NL 1023570C2 NL 1023570 A NL1023570 A NL 1023570A NL 1023570 A NL1023570 A NL 1023570A NL 1023570 C2 NL1023570 C2 NL 1023570C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
fuel
burner
combustion
combustion air
supplied
Prior art date
Application number
NL1023570A
Other languages
Dutch (nl)
Inventor
Berthil Slim
Oscar Piepers
Original Assignee
Nederlandse Gasunie Nv
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 Nederlandse Gasunie Nv filed Critical Nederlandse Gasunie Nv
Priority to NL1023570A priority Critical patent/NL1023570C2/en
Priority to PCT/NL2004/000342 priority patent/WO2004106807A1/en
Application granted granted Critical
Publication of NL1023570C2 publication Critical patent/NL1023570C2/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C99/00Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/006Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D23/00Assemblies of two or more burners
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING 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
    • F23L15/00Heating of air supplied for combustion
    • F23L15/04Arrangements of recuperators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/99001Cold flame combustion or flameless oxidation processes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2203/00Gaseous fuel burners
    • F23D2203/10Flame diffusing means
    • F23D2203/105Porous plates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2205/00Assemblies of two or more burners, irrespective of fuel type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2900/00Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00008Burner assemblies with diffusion and premix modes, i.e. dual mode burners
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect 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)

Description

-1 - I · * «* HOMOGENE OXIDATIE 5-1 - I · * «* HOMOGENE OXIDATION 5

De uitvinding betreft een werkwijze voor het homogeen oxideren -vanuit een hoofdbrander van een brandstof, waarin in een verbrandingsruimte verbrandingslucht en hete rookgassen worden toegevoerd aan de brandstof, waarbij een mengsel wordt gevormd met een temperatuur boven de 10 zelfontbrandingstemperatuur van de brandstof. Dit homogeen oxideren vindt voor het blote oog nagenoeg onzichtbaar plaats en wordt daarom ook vlamloze verbranding I genoemd.The invention relates to a method for homogeneously oxidizing from a main burner of a fuel, wherein combustion air and hot flue gases are supplied to the fuel in a combustion space, wherein a mixture is formed with a temperature above the self-ignition temperature of the fuel. This homogeneous oxidation takes place virtually invisible to the naked eye and is therefore also called flameless combustion.

I Een dergelijke inrichting is bijvoorbeeld bekend uit US 6.206.686 B1.Such a device is for example known from US 6,206,686 B1.

I in dit document wordt een branderinrichting beschreven voor het homogeen oxideren I 15 van brandstof, waarbij de hete rookgassen geheel afkomstig zijn van het I oxidatieproces van de brandstof zelf. Deze hete rookgassen stromen buiten de zone I waar de eigenlijke homogene oxidatie plaatsvindt door de verbrandingsruimte terug I naar de plaats waar brandstof en verbrandingslucht worden toegevoerd. De hete I rookgassen worden door de toegevoerde brandstof en verbrandingslucht meegesleept I 20 en er vormt zich een verbrandingsmengsel met een temperatuur boven de I zelfontbrandingstemperatuur van de brandstof. De verbranding vindt plaats met een I laag resulterend ΝΟχ-gehalte in de rookgassen.In this document a burner device is described for homogeneously oxidizing fuel, the hot flue gases coming entirely from the oxidation process of the fuel itself. These hot flue gases flow outside the zone I where the actual homogeneous oxidation takes place through the combustion space back I to the place where fuel and combustion air are supplied. The hot flue gases are entrained by the supplied fuel and combustion air and a combustion mixture forms with a temperature above the self-ignition temperature of the fuel. The combustion takes place with an I low resulting ΝΟχ-content in the flue gases.

I Een nadeel van de bekende werkwijze is dat de redrculerende I rookgassen altijd een voldoend hoge temperatuur moeten hebben om het beschreven I 25 drie-componentenmengsel op de vereiste temperatuur te brengen. Dit vereist in de I praktijk dat de gehele verbrandingsruimte op hoge temperatuur, bij de homogene I oxidatie van aardgas boven ongeveer 800°C, moet blijven om te voorkomen dat de I redrculerende rookgassen onderweg terug naar de brandstoftoevoer te veel zouden I afkoelen, bijvoorbeeld door contact met de wand van de verbrandingsruimte. Koelen I 30 de rookgassen te veel af dan zal het mengsel niet meer boven de I zelfontbrandingstemperatuur van de brandstof komen, waardoor een gevaarlijke I situatie in de verbrandingsruimte kan ontstaan. Een bijkomend probleem is hier dat het I wegvallen van de homogene oxidatie pas na enige tijd gemakkelijk is te detecteren, I waardoor de gevaarlijke situatie mogelijk niet direct wordt onderkend.A drawback of the known method is that the reducing flue gases must always have a sufficiently high temperature to bring the described three-component mixture to the required temperature. This requires in practice that the entire combustion chamber must remain at a high temperature, with the homogeneous oxidation of natural gas above about 800 ° C, in order to prevent the reducing flue gases from cooling down too much on the way back to the fuel supply, for example by contact with the wall of the combustion chamber. If the flue gases cool too much, the mixture will no longer rise above the auto-ignition temperature of the fuel, as a result of which a dangerous situation in the combustion space can arise. An additional problem here is that the disappearance of the homogeneous oxidation can only be easily detected after some time, so that the dangerous situation may not be immediately recognized.

I 35 De uitvinding stelt zich ten doel dit nadeel geheel of in belangrijke mate te voorkomen.The invention has for its object to prevent this disadvantage wholly or to a considerable extent.

I Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat de hete rookgassen ten minste ten dele afkomstig zijn van een permanent bedreven hulpbrander.This object is achieved according to the invention in that the hot flue gases come at least in part from a permanently operated auxiliary burner.

Door gebruik te maken van de hete rookgassen van een hulpbrander 5 in plaats van enkel die van de verbranding van de brandstof zelf is men niet langer gebonden om de gehele verbrandingsruimte op een voor zelfontbranding voldoend hoge temperatuur te houden omdat men door het regelen van de hulpbrander voldoende warmte aan het drie-componentenmengsel kan toevoeren. Ook blijkt het ΝΟχ-gehalte in de uiteindelijke verbrandingsgassen nog steeds zeer laag te zijn, zelfs 10 wanneer in de hulpbrander conventionele verbranding plaatsvindt en geen homogene oxidatie.By using the hot flue gasses of an auxiliary burner instead of just that of the combustion of the fuel itself, one is no longer bound to keep the entire combustion space at a high enough temperature for self-ignition because by controlling the auxiliary burner can supply sufficient heat to the three-component mixture. It also appears that the gehalte-content in the final combustion gases is still very low, even when conventional combustion takes place in the auxiliary burner and no homogeneous oxidation.

Een bijkomend voordeel is dat vlambewaking op de conventionele hulpbrander wel eenvoudig mogelijk is zodat een voldoende toevoer van voldoend hete rookgassen beter direct kan worden bewaakt 15 In US 6.206.686 B1 wordt het gebruik van een hulpbrander genoemd.An additional advantage is that flame monitoring on the conventional auxiliary burner is easily possible so that a sufficient supply of sufficiently hot flue gases can be better monitored directly. In US 6,206,686 B1 the use of an auxiliary burner is mentioned.

Dit betreft evenwel een hulpbrander die wordt gebruikt om de verbrandingsruimte bij het begin van de verbranding te verwarmen boven de zelfontbrandingstemperatuur van de brandstof te brengen. Na de opstartfase wordt de hulpbrander weer uitgeschakeld.However, this is an auxiliary burner that is used to heat the combustion chamber at the start of the combustion to bring the fuel to self-ignition temperature. The auxiliary burner is switched off again after the start-up phase.

, In de werkwijze volgens de uitvinding wordt een mengsel van de te 20 oxideren brandstof, verbrandingslucht en hete rookgassen gevormd.In the method according to the invention, a mixture of the fuel to be oxidized, combustion air and hot flue gases is formed.

Als brandstof komen de bekende gasvormige brandstoffen in aanmerking, in het bijzonder aardgas, maar ook vloeibare brandstoffen, waarvan petroleum en huisbrandolie geschikte voorbeelden zijn.Suitable fuels are the known gaseous fuels, in particular natural gas, but also liquid fuels, of which petroleum and domestic fuel oil are suitable examples.

Als verbrandingslucht komen gasmengsels in aanmerking waarin ten 25 minste 10 vol.% zuurstof in aanwezig is. Het bekendste voorbeeld hiervan is omgevingslucht. De verbrandingslucht kan worden voorverwarmd, bijvoorbeeld met de uit de verbrandingsruimte afgevoerde afgassen. De temperatuur van de verbrandingslucht is aldus gelegen tussen omgevingstemperatuur en circa 1100°Suitable combustion air are gas mixtures in which at least 10% by volume of oxygen is present. The best-known example of this is ambient air. The combustion air can be preheated, for example with the off-gases discharged from the combustion space. The temperature of the combustion air is thus between ambient temperature and approximately 1100 °

De hete rookgassen zijn bij stationair bedrijf ten minste gedeeltelijk 30 afkomstig van een hulpbrander. Voor het overige kan de warmte, die is benodigd om het mengsel van te oxideren brandstof en de verbrandingslucht tot boven de zelfontbrandingstemperatuur te verwarmen, afkomstig zijn van de verbranding van genoemde brandstof zelf, zoals in de bekende brander. In de hulpbrander wordt bij voorkeur dezelfde brandstof verbrand als de te oxideren brandstof omdat dit technisch 35 gezien het eenvoudigst is. Desgewenst kunnen beide genoemde brandstoffen ook -3- verschillend worden gekozen. De hulpbrander is bij voorkeur van een type dat rookgassen genereert met een laag NOx-gehalte. De temperatuur van deze rookgassen bedraagt bij intrede in de verbrandingsruimte voorkeur ten minste 900 °C en is bij voorkeur gelegen tussen 800 °C en 1400 °C. De snelheid waarmee deze 5 rookgassen uittreden kan beduidend lager zijn dan die hierna voor de te oxideren brandstof en de verbrandingslucht beschreven en lig bij voorkeur tussen 5 en 15 m/s. De genoemde snelheid zorgt voor een stabiele “stromingsschil" welke de hoofdbrander af kan schermen voor de zuurstofarme verbrandingskameratmosfeer.en zo een verdere verdunning van de zuurstof in de verbrandingslucht vertraagt.The hot flue gases come from at least partly from an auxiliary burner in stationary operation. For the rest, the heat required to heat the mixture of fuel to be oxidized and the combustion air to above the auto-ignition temperature can come from the combustion of said fuel itself, as in the known burner. In the auxiliary burner, the same fuel is preferably burned as the fuel to be oxidized, because this is technically the simplest. If desired, both mentioned fuels can also be selected differently. The auxiliary burner is preferably of a type that generates flue gases with a low NOx content. The temperature of these flue gases when entering the combustion chamber is preferably at least 900 ° C and is preferably between 800 ° C and 1400 ° C. The velocity at which these flue gases exit can be considerably lower than that described below for the fuel to be oxidized and the combustion air and preferably lie between 5 and 15 m / s. The said speed provides a stable "flow shell" which can shield the main burner from the low-oxygen combustion chamber atmosphere and thus delay a further dilution of the oxygen in the combustion air.

I 10 De hulpbrander is zodanig uitgevoerd dat de gevormde rookgassen I de verbrandingsruimte binnentreden in de nabijheid van de plaats waar de brandstof I en de verbrandingslucht worden toegevoerd aan die ruimte. De vakman is in staat I hiervoor velerlei geschikte uitvoeringsvormen te bedenken, die als gemeenschappelijk I kenmerk dienen te hebben dat de hete rookgassen in de gewenste mate worden I 15 meegesleurd door de toegevoerde te oxideren brandstof en verbrandingslucht In een I geschikte uitvoeringsvorm worden de verbrandingslucht en de te oxideren brandstof I door twee coaxiale toevoeren aangevoerd die in de verbrandingsruimte uitmonden. De I rookgassen van de hulpbrander worden dan bij voorkeur door coaxiaal rondom de I , genoemde coaxiale toevoeren toegevoerd. De rookgassen kunnen daarbij worden I 20 toegevoerd door een aantal afzonderlijke openingen maar zeer geschikt is het I aanvoeren daarvan door een ringvormige opening, coaxiaal met genoemde toevoeren.The auxiliary burner is designed in such a way that the formed flue gases I enter the combustion space in the vicinity of the place where the fuel I and the combustion air are supplied to that space. The person skilled in the art is able to devise many suitable embodiments for this purpose, which should have the feature in common that the hot flue gases are entrained to the desired extent by the fuel and combustion air supplied. In a suitable embodiment the combustion air and the fuel I to be oxidized is supplied through two coaxial feeds which open into the combustion space. The flue gases from the auxiliary burner are then preferably supplied by coaxial around the aforementioned coaxial feeds. The flue gases can be supplied through a number of separate openings, but it is very suitable to supply them through an annular opening, coaxial with said feeds.

I In dit geval vindt een zeer gelijkmatige vermenging van de drie toegevoerde I componenten plaats. Deze ringvormige opening kan van de verbrandingsruimte zijn I gescheiden door een gaas voor het bereiken van een gelijkmatige instroom van de I 25 rookgassen van de hulpbrander in de verbrandingsruimte. Door brandstof en I verbrandingslucht niet voor te mengen maar gescheiden toe te voeren wordt vermeden I dat verbranding plaatsvindt voordat de verbrandingslucht voldoende is verdund met de I hete rookgassen en wordt vermijdbare NOx-vorming vermeden. De monding van de I toevoeren voor brandstof en verbrandingslucht in de verbrandingsruimte en van de I 30 opening waardoor de rookgassen van de hulpbrander worden toegevoerd aan die I ruimte liggen als regel nagenoeg in één vlak, waarbij genoemde mondingen bij I voorkeur over enige afstand voorbij de opening voor de rookgassen in de verbrandingsruimte uitsteken. Met meer voorkeur steekt de monding van de brandstoftoevoer over enige afstand uit ten opzichte van de toevoer voor de I 35 verbrandingslucht. Genoemde afstanden hangen af van de totale grootte van de I ' brander en liggen tussen de 20 en 200% van de grootste doorsnede daarvan loodrecht op de toevoeren. Met deze uitvoeringsvorm blijkt een homogenere menging van de drie componenten bereikt te worden.In this case a very uniform mixing of the three supplied components takes place. This annular opening can be separated from the combustion space by a mesh for achieving a uniform inflow of the flue gases from the auxiliary burner into the combustion space. By not premixing fuel and combustion air but supplying it separately, combustion is prevented from occurring before the combustion air is sufficiently diluted with the hot flue gases and avoidable NOx formation is avoided. The mouth of the I feeds for fuel and combustion air in the combustion space and of the opening through which the flue gasses from the auxiliary burner are supplied to that space are as a rule substantially in one plane, said mouths preferably being some distance beyond the protrude the opening for the flue gases into the combustion space. More preferably, the mouth of the fuel supply protrudes over some distance with respect to the supply for the combustion air. Said distances depend on the total size of the I 'burner and lie between 20 and 200% of its largest cross-section perpendicular to the feeds. A more homogeneous mixing of the three components appears to be achieved with this embodiment.

De brandstof en de verbrandingslucht worden bij voorkeur zodahïg * 5 toegevoerd dat een turbulente stroming ontstaat. Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt door de instroomsnelheid voldoende hoog te kiezen. De instroomsnelheid bedraagt bij voorkeur ten minste 25 m/s en is bij voorkeur gelegen tussen 50 en 100 m/s. De instroomsnelheden van de brandstof en de verbrandingslucht zijn bij voorkeur ongeveer gelijk aan elkaar om een gecontroleerde langzame menging van beiden te I 10 bewerkstelligen. Hierdoor zijn pas op enige afstand van de lansen de condities voor homogene oxidatie gevormd. Daar ter plaatse is het oxiderende mengsel al sterk verdund met (hete) rookgassen van de hulpbrander en, eventueel aanvullend, uit de ovenatmosfeer, wat de NOx-vorming sterk beperkt.The fuel and the combustion air are preferably supplied in such a way that a turbulent flow is created. This can be achieved, for example, by choosing the inflow speed sufficiently high. The inflow rate is preferably at least 25 m / s and is preferably between 50 and 100 m / s. The inflow rates of the fuel and the combustion air are preferably approximately equal to each other to achieve a controlled slow mixing of both. As a result, the conditions for homogeneous oxidation are only formed at some distance from the lances. There, the oxidizing mixture is already strongly diluted with (hot) flue gases from the auxiliary burner and, optionally additionally, from the furnace atmosphere, which greatly limits NOx formation.

Door deze turbulente instroom worden de hete rookgassen afkomstig 15 van de hulpbrander meegezogen en er ontstaat een mengsel van de drie I componenten. Bij een koude verbrandingskamer dient het debiet van de I verbrandingsgasen afkomstig van de hulpbrander minimaal 20% van dat van de I gezamenlijke brandstof- en verbrandingsluchtstroom van de hoofdbrander te bedragen.Due to this turbulent inflow the hot flue gases from the auxiliary burner are sucked in and a mixture of the three components is formed. In a cold combustion chamber, the flow rate of the combustion gases coming from the auxiliary burner must be at least 20% of that of the combined fuel and combustion air flow from the main burner.

I Dit mengsel heeft door de verdunning van de verbrandingslucht met de hete I 20 rookgassen een laag zuurstofgehalte, bijvoorkeur van ten hoogste 10 vol.% hetgeen I leidt tot een lage NOx-productie bij de homogene oxidatie van de brandstof.This mixture has a low oxygen content due to the dilution of the combustion air with the hot flue gases, preferably of at most 10% by volume, which leads to a low NOx production in the homogeneous oxidation of the fuel.

I Door de vermenging met de hete rookgassen stijgt de temperatuur van het mengsel tot boven de zelfontbrandingstemperatuur van de brandstof zodat deze op een zeker afstand en los van de instroomopeningen homogeen vlamloos I 25 oxideert I De hulpbrander blijft in bedrijf zolang via de hoofdbrander brandstof I en verbrandingslucht wordt toegevoerd. Bij de start van het verbrandingsproces, wanneer de gehele inrichting waarin de verbranding plaatsvindt nog op een I temperatuur ver beneden de bedrijfstemperatuur is, wordt de hulpbrander op een I 30 hoger vermogen bedreven dan wanneer de bedrijfstemperatuur bereikt is. Tijdens het I opwarmingsproces kan het vermogen van de hulpbrander geleidelijk worden teruggenomen. Het gedeelte van het totale vermogen van hulpbrander en I hoofdbrander dat door de hulpbrander wordt geleverd ligt bij de opstart tussen 20 en I 50% en wordt onder stationaire bedrijfsomstandigheden teruggebracht tot een aandeel I . 35 gelegen tussen 5 en 15%.I By mixing with the hot flue gases, the temperature of the mixture rises above the auto-ignition temperature of the fuel so that it oxidizes homogeneously flamelessly at a certain distance and separate from the inflow openings. I The auxiliary burner remains in operation as long as fuel I and via the main burner combustion air is supplied. At the start of the combustion process, when the entire device in which the combustion takes place is still at a temperature far below the operating temperature, the auxiliary burner is operated at a higher power output than when the operating temperature has been reached. During the heating process, the capacity of the auxiliary burner can be gradually reduced. The part of the total capacity of the auxiliary burner and the main burner supplied by the auxiliary burner is between 20 and 50% at start-up and is reduced to a share I under stationary operating conditions. 35 between 5 and 15%.

-5--5-

De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor het homogeen oxideren van een brandstof, voorzien van een hoofdbrander voor het toevoeren van verbrandingslucht en de te oxideren brandstof en voorzien van een hulpbrander voor het genereren van hete rookgassen, waarbij de brander en de 5 hulpbrander zodanig zijn uitgevoerd en ten opzichte van elkaar zijn geplaatst dat in bedrijf een mengsel wordt gevormd van de toegevoerde verbrandingslucht, de te oxideren brandstof en de hete rookgassen met een temperatuur boven de zelfontbrandingstemperatuur van de brandstof.The invention also relates to a device for homogeneously oxidizing a fuel, provided with a main burner for supplying combustion air and the fuel to be oxidized and provided with an auxiliary burner for generating hot flue gases, wherein the burner and the auxiliary burner have been designed and positioned relative to each other in operation to form a mixture of the supplied combustion air, the fuel to be oxidized and the hot flue gases with a temperature above the auto-ignition temperature of the fuel.

In de gebruikelijke inrichtingen voor het homogeen oxideren van 10 brandstof als bijvoorbeeld bekend uit US 6.206.686, worden in plaats van de rookgassen van een hulpbrander tijdens continubedrijf alleen de rookgassen van de brandstof gebruikt om het mengsel op de gewenste temperatuur te brengen.In the usual devices for homogeneous oxidation of fuel as, for example, known from US 6,206,686, instead of the flue gasses of an auxiliary burner during continuous operation, only the flue gasses of the fuel are used to bring the mixture to the desired temperature.

De nadelen hiervan zijn in het voorafgaande beschreven en worden in belangrijke mate opgeheven door de inrichting volgens de uitvinding. Ook de 15 aanvullende voordelen van de verschillende voorkeursuitvoeringsvormen zijn hiervoor reeds genoemd.The drawbacks of this have been described above and are substantially eliminated by the device according to the invention. The additional advantages of the various preferred embodiments have also already been mentioned above.

Zo is de hoofdbrander in de inrichting volgens de uitvinding bij voorkeur een niet-voorgemengde brander. Verder worden bij voorkeur de verbrandingslucht en de te oxideren brandstof toegevoerd door coaxiaal geplaatste 20 toevoeren welke uitmonden in de verbrandingsruimte. Eveneens bij voorkeur is de hulpbrander ringvormig rondom de hoofdbrander opgesteld. Voor de toevoer van de rookgassen van de hulpbrander aan de verbrandingsruimte kan de inrichting voorzin van een aantal afzonderlijke toevoeropeningen maar bij voorkeur is en doorlopende ringvormige toevoeropening aanwezig.For example, the main burner in the device according to the invention is preferably a non-premixed burner. Furthermore, the combustion air and the fuel to be oxidized are preferably supplied by coaxially placed feeds which open into the combustion space. Also preferably, the auxiliary burner is arranged annularly around the main burner. For supplying the flue gases from the auxiliary burner to the combustion space, the device can be provided with a number of separate supply openings, but preferably a continuous annular supply opening is present.

25 De inrichting volgens de uitvinding maakt het mogelijk om bij het opstarten van het proces, waarvoor de inrichting is ingericht, zeer snel het regime te bereiken waarin homogene oxidatie van de brandstof plaatsvindt omdat niet de gehele verbrandingsruimte op de daarvoor benodigde hoge temperatuur hoeft te worden gebracht maar slechts de hulpbrander in een stationaire toestand behoeft te komen, 30 waarin deze voldoende warmte levert om het brandstof-verbrandingsluchtmengsel tot boven de zelfontbrandingstemperatuur van de brandstof te brengen. Dit laatste vindt in het algemeen binnen een beduidend kortere tijd plaats dan nodig is voor het op temperatuur brengen van de gehele verbrandingsruimte.The device according to the invention makes it possible, upon starting up the process for which the device is designed, to achieve very quickly the regime in which homogeneous oxidation of the fuel takes place because the entire combustion space does not have to be at the high temperature required for this purpose. but only the auxiliary burner needs to come to a stationary state in which it supplies sufficient heat to bring the fuel-combustion air mixture above the fuel's auto-ignition temperature. The latter generally takes place within a considerably shorter time than is necessary for bringing the entire combustion space to temperature.

De uitvinding heeft daarom tevens betrekking op een werkwijze voor 35 het tot stand brengen van verbranding van een brandstof vanuit een hoofdbrander door Η I homogene oxidatie, waarbij een inrichting volgens de uitvinding wordt toegepast en waarbij de hulpbrander op nagenoeg vol vermogen wordt bedreven totdat homogene I oxidatie optreedt en daarna wordt teruggeregeld tot een niveau waarbij ten minste de verbranding door homogene oxidatie in stand blijft.The invention therefore also relates to a method for effecting combustion of a fuel from a main burner by homogeneous oxidation, wherein an apparatus according to the invention is used and wherein the auxiliary burner is operated at substantially full power until homogeneous I oxidation occurs and is then reduced to a level where at least the combustion is maintained by homogeneous oxidation.

I 5 Met deze werkwijze wordt in beduidend kortere tijd dan bij de bekende toepassingen van hulpbranders waarbij de gehele verbrandingsruimte op de I vereiste temperatuur moet worden gebracht, de conditie bereikt waaronder homogene I oxidatie optreedt. Naarmate de hulpbrander met een groter vermogen wordt bedreven I zal het homogene-oxidatieregime sneller worden bereikt, in het bijzonder wanneer de I 10 hulpbrander op nagenoeg vol vermogen, bijvoorbeeld op ten minste 75 of zelfs 90% I van zijn volle vermogen wordt bedreven. Bij een koude verbrandingskamer dient het I debiet van de verbrandingsgasen afkomstig van de hulpbrander minimaal 20% van dat van de gezamenlijke brandstof- en verbrandingsluchtstroom van de hoofdbrander te I bedragen.With this method the condition under which homogeneous oxidation occurs is achieved in a considerably shorter time than in the known applications of auxiliary burners in which the entire combustion space must be brought to the required temperature. As the auxiliary burner is operated with a higher capacity, the homogeneous oxidation regime will be achieved more rapidly, in particular when the auxiliary burner is operated at substantially full power, for example at at least 75 or even 90% of its full capacity. In a cold combustion chamber, the flow rate of the combustion gas from the auxiliary burner must be at least 20% of that of the combined fuel and combustion air flow from the main burner.

I 15 Wanneer de homogene oxidatie eenmaal is gestart zal de temperatuur van de verbrandingsruimte stijgen en zullen ook de redrculerende I verbrandingsgassen van de hoofdbrander kunnen gaan bijdragen aan het opwarmen I van het brandstof-verbrandingsluchtmengsel voor de hoofdbrander. De aanvullende I , hoeveelheid warmte die dan nog door de hulpbrander moet worden geleverd zal I 20 daarmee samenhangend afnemen. Daardoor kan ook het vermogen van de I hulpbrander worden teruggeregeld. Dit terugregelen mag niet verder plaatsvinden dan tot ten minste een niveau waarbij de homogene oxidatie in stand blijft. Verder I terugregelen van het vermogen zou anders leiden tot het leveren van onvoldoende warmte om het brandstof-verbrandingsluchtmengsel tot boven de I 25 zelfontbrandingstemperatuur van de brandstof te houden en daarmee zou de I homogene oxidatie uitdoven. Dit kan tot gevaarlijke situaties leiden, die weliswaar door I het aanbrengen van op zich bekende bewakingsapparatuur kan worden voorkomen I maar het is ook om redenen van een ongestoorde bedrijfsvoering ongewenst.Once the homogeneous oxidation has been started, the temperature of the combustion chamber will rise and the reducing combustion gases from the main burner will also be able to contribute to heating up the fuel-combustion air mixture for the main burner. The additional amount of heat that must still be supplied by the auxiliary burner will consequently decrease. As a result, the power of the auxiliary burner can also be reduced. This reduction may not take place beyond at least a level at which the homogeneous oxidation is maintained. Further reducing the power would otherwise lead to the supply of insufficient heat to keep the fuel-combustion air mixture above the fuel's auto-ignition temperature and thereby the homogeneous oxidation would extinguish. This can lead to dangerous situations which, although it can be prevented by installing monitoring equipment known per se, but it is also undesirable for reasons of undisturbed operation.

I Afhankelijk van de capaciteit van de hoofdbrander, de grootte van de I 30 verbrandingsruimte en andere parameters die de warmteconsumptie in en van de I verbrandingsruimte beïnvloeden, kan op een zeker moment de situatie optreden dat de I aanvullende warmte van de hulpbrander niet meer nodig is om de homogene oxidatie I in stand te houden. In een dergelijke, veelal stationaire, situatie kan de hulpbrander I zelfs geheel worden afgeschakeld. Het voordeel van het snelle intreden van het I 35 homogene-oxidatieregime is dan echter al bereikt.Depending on the capacity of the main burner, the size of the combustion chamber and other parameters that influence the heat consumption in and of the combustion chamber, the situation may arise that the additional heat from the auxiliary burner is no longer needed. to maintain homogeneous oxidation I. In such a, mostly stationary, situation, the auxiliary burner I can even be switched off completely. However, the advantage of the rapid entry of the homogeneous oxidation regime has already been achieved.

V * -7-V * -7-

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van de navolgende tekeningen.The invention will be elucidated with reference to the following drawings.

Hierin is Fig. 1. een vooraanzicht van een brander met hoofd· en hulpbrander, geschikt voor toepassing in de werkwijze en de inrichting volgens de 5 uitvinding; enFIG. 1. a front view of a burner with main and auxiliary burner, suitable for use in the method and the device according to the invention; and

Fig. 2. een doorsnede van de brander uit Fig. 1 langs de lijn AA’.FIG. 2. a cross section of the burner of FIG. 1 along the AA line.

In Fig. 1. is 2 een brander met een rechthoekige behuizing 4, waarbinnen 6 de ringvormige uitstroomopening voor de verbrandingsgassen van een hulpbrander is. Deze uitstroomopening is concentrisch met de eveneens ringvormige 10 uitstroomopening 8 voor de verbrandingslucht voor de hoofdbrander, die op haar beurt weer concentrisch is met de erbinnen gelegen cirkelvormige uitstroomopening 10 voor de brandstof, in het bijzonder het gas, voor de hoofdbrander. Deze uitstroomopeningen kunnen ook andere vormen hebben of bestaan uit verschillende afzonderlijke openingen mits maar de uitstroomopeningen voor de verbrandingsgassen rondom 15 buiten de andere uitstroomopeningen zijn gelegen. Ook de vorm van de behuizing is niet kritisch en kan worden aangepast aan de verbrandingsruimte en aan de eisen die de toevoer, de afvoer, de verdere aard en constructie van de brander en de aard van de diverse gassen eventueel stellen.In FIG. 1. 2 is a burner with a rectangular housing 4, within which 6 is the annular outflow opening for the combustion gases from an auxiliary burner. This outflow opening is concentric with the also annular outflow opening 8 for the combustion air for the main burner, which in turn is concentric with the inside circular outflow opening 10 for the fuel, in particular the gas, for the main burner. These outflow openings can also take other forms or consist of different individual openings, provided that the outflow openings for the combustion gases are situated around the other outflow openings. The shape of the housing is also not critical and can be adapted to the combustion space and to the requirements that the supply, the discharge, the further nature and construction of the burner and the nature of the various gases possibly make.

, In Fig. 2 is 204 de behuizing van brander 202 en zijn 206,208 en 210 20 de uitstroomopening van resp. de verbrandingsgassen van de hulpbrander, de verbrandingslucht voor de hoofdbrander en de brandstof voor de hulpbrander.In FIG. 2, 204 is the housing of burner 202 and 206,208 and 210 are the outflow openings of resp. the combustion gases from the auxiliary burner, the combustion air for the main burner and the fuel for the auxiliary burner.

In de geïllustreerde uitvoeringsvorm is de hulpbrander een voorgemengde brander door ringvormig kanaal 212 wordt een voorgemengd gasluchtmengsel aangeveerd, aangevoerd uit een hier niet weergegeven conventioneel 25 mengsysteem, dat verbrandt ter plaatse van de bodem van de branderkom 214. Deze bodem kan bijvoorbeeld een metaalvezel- of keramische brander zijn.In the illustrated embodiment, the auxiliary burner is a premixed burner. Through annular channel 212, a premixed gas-air mixture is introduced, supplied from a conventional mixing system (not shown here), which is burned at the bottom of the burner bowl 214. This bottom may be, for example, a metal fiber or ceramic burner.

Door toevoerkanalen 216 en 218 worden verbrandingslucht resp. gas aangevoerd voor de hoofdbrander vanuit niet hier weergegeven conventionele plena. De hoofdbrander is aldus van het niet-voorgemengde type. Kanalen 216 en218 steken 30 beide iets uit voorbij de uitstroomopening 206, waarbij de uitmonding van kanaal 218 weer iets uitsteekt voorbij de uitmonding van kanaal 216. Gas en verbrandingslucht van de hoofdbrander vermengen zich en stromen uit in een denkbeeldig kegelvormig profiel 220. De hete verbrandingsgassen afkomstig van de hulpbrander worden meegezogen en mengen zich met de genoemde gassen voor de hoofdbrander, waarbij 35 het gehele mengsel op een zekere afstand van de uitstroomopeningen in eenCombustion air is supplied through supply channels 216 and 218 respectively. gas supplied to the main burner from conventional plena not shown here. The main burner is thus of the non-premixed type. Channels 216 and 218 both protrude slightly beyond the outlet opening 206, the mouth of channel 218 again slightly protruding beyond the mouth of channel 216. Gas and combustion air from the main burner mix and flow into an imaginary conical profile 220. The hot combustion gases coming from the auxiliary burner are sucked in and mix with the said gases for the main burner, the entire mixture being at a certain distance from the outflow openings in a

II

Η H denkbeeldig gebied 222 boven de zelfontbrandingstemperatuur van het gas komt en I daar homogeen oxideert.Η The imaginary area 222 rises above the auto-ignition temperature of the gas and I oxidizes there homogeneously.

I Het door behuizing 204 omgeven geheel van hoofd en hulpbrander mondt uit in een hier niet weergegeven verbrandingsruimte.The head and auxiliary burner assembly surrounded by housing 204 opens into a combustion space not shown here.

HH

Claims (9)

1. Werkwijze voor het homogeen oxideren vanuit een hoofdbrander van een I brandstof, waarin in een verbrandingsruimte verbrandingslucht en hete I 5 rookgassen worden toegevoerd aan de brandstof, waarbij een mengsel wordt I gevormd met een temperatuur boven de zelfontbrandingstemperatuur van de I brandstof, met het kenmerk, dat de hete rookgassen ten minste ten dele I afkomstig zijn van een permanent bedreven hulpbrander.A method for homogeneously oxidizing from a main burner of a fuel, wherein combustion air and hot flue gases are supplied to the fuel in a combustion space, wherein a mixture is formed with a temperature above the self-ignition temperature of the fuel, with the characterized in that the hot flue gases come at least in part from a permanently operated auxiliary burner. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de hoofdbrander een niet I 10 voorgemengde brander is.2. Method according to claim 1, wherein the main burner is a non-premixed burner. 3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij de verbrandingslucht en de te I oxideren brandstof door twee coaxiale toevoeren worden aangevoerd die in I de verbrandingsruimte uitmonden.3. Method as claimed in claim 2, wherein the combustion air and the fuel to be oxidized are supplied through two coaxial feeds which open into the combustion space. 4. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3, waarbij de rookgassen van de I 15 hulpbrander worden toegevoerd vanuit openingen die de toegevoerde I brandstof en verbrandingslucht omringen.4. Method as claimed in claim 2 or 3, wherein the flue gases from the auxiliary burner are supplied from openings which surround the supplied fuel and combustion air. 5. Inrichting voor het homogeen oxideren van een brandstof, voorzien van een I hoofdbrander voor het toevoeren van verbrandingslucht en de te oxideren I brandstof en voorzien van een hulpbrander voor het genereren van hete I 20 rookgassen, waarbij de brander en de hulpbrander zodanig zijn uitgevoerd en I ten opzichte van elkaar zijn geplaatst dat in bedrijf een mengsel wordt I gevormd van de toegevoerde verbrandingslucht, de te oxideren brandstof en I de hete rookgassen met een temperatuur boven de I zelfontbrandingstemperatuur van de brandstof. I 255. Apparatus for homogeneously oxidizing a fuel, provided with a main burner for supplying combustion air and the fuel to be oxidized and provided with an auxiliary burner for generating hot flue gases, the burner and the auxiliary burner being designed in this way and I are positioned relative to each other during operation to form a mixture of the supplied combustion air, the fuel to be oxidized and the hot flue gases with a temperature above the fuel's auto-ignition temperature. I 25 6. Inrichting volgens conclusie 5, waarin de hoofdbrander een niet- I voorgemengde brander is.6. Device as claimed in claim 5, wherein the main burner is a non-premixed burner. 7. Inrichting volgens conclusie 6, waarin de verbrandingslucht en de te oxideren I brandstof worden toegevoerd door coaxiaal geplaatste toevoeren welke I uitmonden in de verbrandingsruimte. I 307. Device as claimed in claim 6, wherein the combustion air and the fuel to be oxidized are supplied by coaxially placed feeds which open into the combustion space. I 30 8. Inrichting volgens een der conclusies 5-7, waarin de hulpbrander ringvormig I rondom de hoofdbrander is opgesteld.Device as claimed in any of the claims 5-7, wherein the auxiliary burner is arranged annularly around the main burner. 9. Werkwijze voor het tot stand brengen van verbranding van een brandstof I vanuit een hoofdbrander door homogene oxidatie, waarbij een inrichting I volgens een der conclusies 5-8 wordt toegepast en waarbij de hulpbrander op · 35 nagenoeg vol vermogen wordt bedreven totdat homogene oxidatie optreedt en I ' Η H daarna wordt teruggeregeld tot een niveau waarbij ten minste de homogene oxidatie in stand blijft. ·· - >9. Method for effecting combustion of a fuel I from a main burner by homogeneous oxidation, wherein a device I according to any one of claims 5-8 is used and wherein the auxiliary burner is operated at substantially full power until homogeneous oxidation occurs and I 'Η H is then adjusted back to a level where at least the homogeneous oxidation is maintained. ·· ->
NL1023570A 2003-05-30 2003-05-30 Homogeneous oxidation. NL1023570C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1023570A NL1023570C2 (en) 2003-05-30 2003-05-30 Homogeneous oxidation.
PCT/NL2004/000342 WO2004106807A1 (en) 2003-05-30 2004-05-17 Method and apparatus for the homogeneous oxidation of a fuel

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1023570A NL1023570C2 (en) 2003-05-30 2003-05-30 Homogeneous oxidation.
NL1023570 2003-05-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1023570C2 true NL1023570C2 (en) 2004-12-01

Family

ID=33487996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1023570A NL1023570C2 (en) 2003-05-30 2003-05-30 Homogeneous oxidation.

Country Status (2)

Country Link
NL (1) NL1023570C2 (en)
WO (1) WO2004106807A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
FR3030688B1 (en) 2014-12-19 2017-01-13 Gdf Suez COMBUSTION DEVICE IN A COMBUSTION ENCLOSURE WITH "COLD" WALLS, BOILER AND OVEN COMPRISING SUCH A DEVICE

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19860636A1 (en) * 1998-12-29 2000-07-06 Ruhrgas Ag Burner monitoring method involves mixing partial gas flow with combustion air in second reaction chamber after heating phase, burning mixture, monitoring burner with ionisation electrode
US6206686B1 (en) 1998-05-01 2001-03-27 North American Manufacturing Company Integral low NOx injection burner
US20020015670A1 (en) * 1997-10-08 2002-02-07 Rashmi K. Shah Flameless combustor process heater
WO2003029725A1 (en) * 2001-10-01 2003-04-10 Alstom Technology Ltd. Method of combustion, in particular methods for the production of electrical current and/or heat

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003038339A1 (en) * 2001-11-01 2003-05-08 The Regents Of The University Of Michigan Furnace having increased energy efficiency and reduced polluant formation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020015670A1 (en) * 1997-10-08 2002-02-07 Rashmi K. Shah Flameless combustor process heater
US6206686B1 (en) 1998-05-01 2001-03-27 North American Manufacturing Company Integral low NOx injection burner
DE19860636A1 (en) * 1998-12-29 2000-07-06 Ruhrgas Ag Burner monitoring method involves mixing partial gas flow with combustion air in second reaction chamber after heating phase, burning mixture, monitoring burner with ionisation electrode
WO2003029725A1 (en) * 2001-10-01 2003-04-10 Alstom Technology Ltd. Method of combustion, in particular methods for the production of electrical current and/or heat

Also Published As

Publication number Publication date
WO2004106807A1 (en) 2004-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU592770B2 (en) Low nox premix burner
JP4361907B2 (en) How to incinerate fuel, especially waste
US5439373A (en) Luminous combustion system
CA2064534C (en) Staged superposition burner
US7077069B2 (en) U-type slag-tap firing boiler and method of operating the boiler
CA2721723C (en) Method for feeding pulverised coal into a blast furnace
JPH10238711A (en) Burning method of fuel with oxidizing agent and device therefor
US20070171954A1 (en) Method for processing aluminium in a rotary or a reverberating furnace
NL1023570C2 (en) Homogeneous oxidation.
EP4144869A1 (en) Melting/refining furnace for cold iron sources, and melting/refining furnace operation method
CN108386837B (en) Flameless burner control system, flameless low NOx burner and control method thereof
US4040608A (en) Method for the recovery of gases coming from refining furnaces
US11598521B2 (en) Method and device for automatically adapting a flame to variable operating conditions
EA030991B1 (en) Burner assembly and method for combustion of gaseous or liquid fuel
JP2005213591A (en) Method for blowing solid fuel into blast furnace and blowing lance
US20200284513A1 (en) Method for controlling a combustion and furnace
NO850526L (en) BURNER FOR POWDER-FUEL COMBUSTION
JPH09310807A (en) Apparatus and method for firing pulverized coal
KR102574488B1 (en) Appararus and method of controlling operation of incinerator for combustion stabilizaion
RU2145401C1 (en) Method of burning liquid and gaseous fuels
SU603671A1 (en) Method of gas combustion
JP4345506B2 (en) Method of injecting solid fuel into the blast furnace
JP2005264189A (en) Method for blowing solid fuel into blast furnace
JPH01234530A (en) Automatically controlled melting furnace
JP2005213590A (en) Method for blowing solid fuel into blast furnace and blowing lance

Legal Events

Date Code Title Description
PD2B A search report has been drawn up
VD1 Lapsed due to non-payment of the annual fee

Effective date: 20071201