PL185037B1 - Sposób obniżenia tlenków azotu emitowanych z pieców wysokotemperaturowych za pomocą palnika dyfuzyjnego na gaz ziemny - Google Patents

Abstract

Sposób obniżenia tlenków azotu emito- (57) wanych z pieców wysokotemperaturowych za pomocą palnika dyfuzyjnego na gaz ziemny realizowany poprzez umieszczenie w piecu palnika posiadającego dysze powietrzne z łopatkami tworzącymi równoległe do osi kanały w kształcie klinów trójkątnych lub trapezowych, umieszczone współosiowo z wewnętrzną dyszą gazową nie zawirowującą gazu, a dysze powietrzna i gazowa mają możliwość przesuwania się w kształtce, przy czym do temperatury pieca około 800°C dysze są w położeniu takim, że tworzy się za nimi cylindryczny kanał kształtki palnikowej o długości L > d, znamienny tym, że po uzyskaniu temperatury około 800°C dysze powietrzną i gazową wsuwa się tak, aby wyloty substratów znajdowały się w płaszczyźnie ściany wewnętrznej pieca lub w odległości (-0.5d) < L < (+0.5d).

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób obniżenia tlenków azotu emitowanych z pieców wysokotemperaturowych za pomocą palnika dyfuzyjnego na gaz ziemny pozwalający uzyskać produkty spalania na wypływie z pieca o bardzo małej koncentracji tlenków azotu nawet w piecach o temperaturze ponad 1O00°C.

Wysoka temperatura pieca oraz powszechnie stosowane w procesach wysokotemperaturowych podgrzanie powietrza sprzyjają powstawaniu tlenków azotu w płomieniach, które następnie są emitowane ze spalinami do otoczenia. Dotychczas opracowano szereg sposobów obniżenia koncentracji tlenków azotu w spalinach, które można podzielić na metody pierwotne i wtórne. W zakresie metod pierwotnych należy wymienić szereg tak zwanych palników niskoemisyjnych (J. Tomeczek - Gas Warme International, 12, 1993, 563; M. Flamme, H. Kremer, C.B. Beckervordersandforth- Chem. Eng. Techn., 11 (1988) 104).). Znany jest również skuteczny sposób obniżenia emisji NO_X poprzez recyrkulację spalin zewnętrzną i wewnętrzną. Skuteczne wykorzystanie recyrkulacji wewnętrznej doprowadziło do opracowania palnika bezpiomieniowego (FLOX-Europaische Patentanmeldung 0463218A1). W rozwiązaniu palnika FLOX stosowana jest dysza gazowa oraz współśrodkowo umieszczone dysze powietrzne na pierścieniu kołowym w pewnej odległości od dyszy gazowej. W palniku tym uzyskuje się dobre rozcieńczenie powietrza spalinami z pieca, po czym powstała mieszanka miesza się z gazem. Proces spalania rozpoczyna się zatem w odległości od wylotu z palnika równej około jednej średnicy, na której rozmieszczone są dysze powietrzne.

Sposób według wynalazku polega na tym, że w piecu montuje się palnik, posiadający dysze powietrzne z łopatkami tworzącymi równoległe do osi kanały w kształcie klinów trójkątnych lub trapezowych, umieszczone współosiowo z wewnętrzną dyszą gazową nie zawirowującą gazu, przy czym dysze powietrzna i gazowa są w położeniu takim, że tworzy się za nimi cylindryczny kanał kształtki palnikowej o długości L > d, zaś po uzyskaniu temperatury około 800°C dysze powietrzną i gazową, wsuwa się tak, aby wyloty substratów znajdowały się w płaszczyźnie ściany wewnętrznej pieca lub w odległości (-0,5d) < L < (+0,5d). Możliwa jest także praktyczna realizacja wynalazku poprzez stacjonarne umieszczenie dysz w płaszczyźnie ściany pieca lub w odległości (-0.5d) < L < (+0.5d) przy równoczesnym zastosowaniu innych sposobów stabilizacji płomienia.

W trakcie badań z palnikiem dyfuzyjnym długopłomiennym znanym z polskiego opisu patentowego nr 94490 stwierdzono nieoczekiwanie systematyczne zmniejszanie koncentracji NOx na wypływie z pieca wysokotemperaturowego w miarę skracania długości kształtki palnikowej. W przypadku zerowej długości kształtki palnikowej koncentracja tlenków azotu

185 037 drastycznie obniżała się, zaś spalanie przebiegało przy wyrównanym polu temperatury w płomieniu, podobnie jak przy zastosowaniu palnika FLOX. W palniku FLOX spalanie paliwa odbywa się bezpłomieniowo, tzn. trudno w tym przypadku jednoznacznie zidentyfikować obszar, w którym przebiega proces spalania. W rozwiązaniu według wynalazku powstaje płomień, który jest stabilizowany na dyszach palnikowych, a spalanie rozpoczyna się natychmiast po wypływie substratów z palnika. Obydwa rozwiązania wykorzystują skutecznie efekt intensyfikacji recykulacji spalin w piecu, jednakże w sposobie według wynalazku zwarta struga powietrza jest w bezpośrednim kontakcie ze strugą gazową, w odróżnieniu od palnika FlOx, w którym struga powietrzna jest rozdzielana na liczne dysze powietrza odsunięte od dyszy gazowej. Efektywność redukcji NOx jest zależna nie tylko od stopnia recyrkulacji, ale również od sposobu i miejsca kontaktu spalin ze strefą reakcji chemicznych. Zastosowanie palnika dyfuzyjnego do opalania pieców wysokotemperaturowych w sposób wg wynalazku umożliwia uzyskanie wyrównanego rozkładu temperatury w piecu, bez wyraźnych maksimów temperatury obserwowanych przy użytkowaniu palnika w sposób klasyczny. Podczas badań stwierdzono, że płomień osiąga płaski profil temperatury, zaś maksymalna temperatura płomienia występuje w większej odległości od wylotu z dysz palnikowych i jest ona o ponad 200°C niższa niż dla palnika działającego w sposób klasyczny, co przy poziomie temperatur ok. 1500°C w istotny sposób wpływa na obniżenie tworzonych NO_X z około 120 ppm do poziomu kilku ppm (J. Tomeczek, J. Góral, B. Gradoń - Journal of the Institute of Energy, 1995, 68,178-183).

Sposób według wynalazku objaśniono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podłużny palnika, którego dysze powietrzne i gazowa są umieszczone w płaszyczyźnie wewnętrznej ściany pieca, fig. 2 - przekrój poprzeczny palnika, a fig. 3 - przekrój podłużny palnika, którego dysze są w położeniu dysz palnikowych względem pieca w fazie nagrzewu.

Palnik posiada dyszę powietrzną 1, wyposażoną w łopatki 2 tworzące kanały w kształcie klinów trójkątnych lub trapezowych równoległych do osi palnika, niezawirowującą powietrza. Współśrodkowo wewnątrz dyszy powietrznej 1 umieszczona jest dysza gazowa 3 nie zawirowująca gazu.

Usytuowanie dysz palnikowych w położeniu jak na fig. 1 uniemożliwia stabilne spalanie paliwa przy temperaturze pieca poniżej 800°, chociaż takie ustawienie jest optymalne ze względu na emisję NO_X. Podczas rozruchu pieca i jego nagrzewaniu niezbędne jest umieszczenie przed palnikiem kształtki palnikowej o długości większej niż średnica zewnętrzna dyszy powietrznej, która zapewnia stabilne spalanie paliwa. W praktyce odbywa się to w ten sposób, że dysze mają możliwość przesuwania w kształtce. W stanie niskotemperaturowym dysze są w położeniu takim, że powstaje za nimi kanał kształtki palnikowej, zaś po uzyskaniu temperatury około 800°C dysze wysuwa się tak, aby wyloty substratów znajdowały się w płaszczyźnie ściany wewnętrznej pieca. Na fig. 3 przedstawione jest położenie dysz palnikowych względem ściany w fazie nagrzewania pieca. Długość kanału tworzącego kształtkę jest wówczas równa L > d. Po nagrzaniu pieca do temperatury około 800°C wsuwa się dysze palnikowe tak, aby długość kanału wynosiła (-0,5d) < L < (+0,5d). Widoczny poprzednio płomień znika optycznie, spalanie staje się bezgłośne, wyrównanie pola temperatury w piecu na skutek intensywnego mieszania substratów ze spalinami recyrkulującymi eliminuje zdecydowanie czynniki sprzyjające tworzeniu NOx. Zwarta struktura płomienia uzyskiwanego przy bardzo dużym strumieniu pędu substratów, intensyfikująca recyrkulację spalin w piecu, uzasadnia uzyskiwane efekty obniżenia NOx.

185 037

Figi

Fig.2 powietrze gaz powietrze

Fig.3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób obniżenia tlenków azotu emitowanych z pieców wysokotemperaturowych za pomocą palnika dyfuzyjnego na gaz ziemny realizowany poprzez umieszczenie w piecu palnika posiadającego dysze powietrzne z łopatkami tworzącymi równoległe do osi kanały w kształcie klinów trójkątnych lub trapezowych, umieszczone współosiowo z wewnętrzną dyszą gazową nie zawirowującą gazu, a dysze powietrzna i gazowa mają możliwość przesuwania się w kształtce, przy czym do temperatury pieca około 800°C dysze są w położeniu takim, że tworzy się za nimi cylindryczny kanał kształtki palnikowej o długości L > d, znamienny tym, że po uzyskaniu temperatury około 800°C dysze powietrzną i gazową wsuwa się tak, aby wyloty substratów znajdowały się w płaszczyźnie ściany wewnętrznej pieca lub w odległości (-0.5d) < L < (+0.5d).