RU2525422C2 - Способ гомогенизации распределения тепла, а также снижения количества оксидов азота (nox) - Google Patents
Способ гомогенизации распределения тепла, а также снижения количества оксидов азота (nox) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2525422C2 RU2525422C2 RU2010110535/05A RU2010110535A RU2525422C2 RU 2525422 C2 RU2525422 C2 RU 2525422C2 RU 2010110535/05 A RU2010110535/05 A RU 2010110535/05A RU 2010110535 A RU2010110535 A RU 2010110535A RU 2525422 C2 RU2525422 C2 RU 2525422C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxidizing agent
- supplied
- burner
- lance
- furnace
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title claims abstract description 7
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 43
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title abstract description 5
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 title abstract 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 87
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 31
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 20
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 238000005422 blasting Methods 0.000 claims description 10
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 description 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Images
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
- F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
- F23C7/02—Disposition of air supply not passing through burner
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
- F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
- F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
-
- 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
- F23C9/006—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
-
- 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
- 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
- F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
-
- 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)
- Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу гомогенизации распределения тепла, а также снижения количества оксидов азота (NOx) в продуктах сгорания, при работе промышленной печи. Способ гомогенизации распределения тепла, а также снижения количества оксидов азота (NOx) в продуктах сгорания, при работе промышленной печи с одной горелкой с использованием воздуха в качестве окислителя. Через фурму в печь подают окислитель, включающий 50% газообразного кислорода. Общее количество подводимого кислорода согласуют с количеством топлива, подаваемого через воздушную горелку, при этом 40% от подаваемого кислорода вводят посредством дополнительного окислителя, фурму размещают на расстоянии от воздушной горелки 0,3 метра, обеспечивают поток дополнительного окислителя в печь через фурму со скоростью звука, дополнительный окислитель подают только тогда, когда воздушная горелка работает с определенной наименьшей или с более высокой мощностью. Технический результат заключается в обеспечении однородности температуры во всем объеме печи. 16 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Современные промышленные печи широко применяются для плавления и иного рода термической обработки, например металлов. Во многих из этих печей употребляют одну или несколько горелок традиционного типа, к которым подают такое топливо, как пропан, нефть, природный газ или тому подобные, а также подводят окислитель. Во многих случаях в качестве окислителя используют воздух.
Такие печи могут иметь разнообразные габариты. Зачастую желательно поддерживать равномерное распределение температуры внутри печи, обеспечение которого может быть затруднительным в случае крупногабаритных печей, поскольку конвективный теплообмен внутри печи становится менее эффективным по мере увеличения объема печи.
Чтобы разрешить эти проблемы, для использования в промышленных печах были предложены так называемые кислородотопливные горелки. В кислородотопливных горелках в качестве окислителя употребляют газообразный кислород. Такие горелки обеспечивают более высокий коэффициент полезного действия, благодаря чему для достижения такого же результата в плане нагревания материала, разогреваемого в печи, требуется меньшее количество топлива. Кроме того, снижается количество оксидных соединений азота (NOx).
Однако существует проблема, которая связана с тем, что для замены питаемой воздухом горелки на кислородотопливную горелку в промышленной печи требуются значительные затраты. Более того, при использовании в крупногабаритных промышленных печах затруднительно поддерживать высокую однородность температуры во всем объеме печи, поскольку конвекция сокращается вследствие уменьшенных количеств отработавших газов, образованных при меньших эксплуатационных мощностях кислородотопливных горелок. Результатом является неравномерность температуры печи и, как следствие, неоднородные характеристики производственного процесса.
С другой стороны, еще одно предложенное решение заключается в повышении содержания газообразного кислорода в подаваемом воздухе. Однако оказалось, что это усугубляется другими проблемами, такими как износ горелки и повышенные выбросы оксидов азота.
Шведский патент № 0601274-4 описывает способ гомогенизации распределения тепла и снижения количества оксидов азота (NOx) в продуктах сгорания при использовании промышленной печи, в которой в качестве окислителя употребляют воздух в комбинации с дополнительным окислителем, подводимым путем струйной подачи.
Здесь выражение «вдувать струей» дополнительный окислитель через «фурму» имеет отношение к подаче дополнительного окислителя в камеру сгорания в промышленной печи через питающий трубопровод, расположенный в отдалении от горелки.
Однако остаточные продукты в форме оксидных соединений азота (NOx), образующиеся во время горения в таких промышленных печах, все еще составляют проблему. Это нежелательно, поскольку оксидные соединения азота (NOx) оказывают вредное воздействие на окружающую среду, и ввиду того, что часто должны исполняться распорядительные ограничения относительно объемов оксидных соединений азота (NOx), которые могут образовываться в разнообразных производственных процессах.
Более того, на практике зачастую требуется монтировать несколько фурм в расчете на горелку, чтобы избежать несимметричных форм факела пламени и тем самым температурных градиентов в объеме печи. Это является дорогостоящим, не в последнюю очередь ввиду необходимости установки контрольных устройств и прочего периферийного оборудования.
Патентная публикация WO 2007/126980 А2 описывает горелку, в которой размещены фурмы для дополнительного топлива, а также дополнительного окислителя. Это решение приводит к образованию относительно больших количеств оксидов азота (NOx).
Настоящее изобретение разрешает вышеназванные проблемы.
Таким образом, настоящее изобретение относится к способу гомогенизации распределения тепла, а также снижения количества оксидов азота (NOx) в продуктах сгорания при эксплуатации промышленной печи с по меньшей мере одной обычной горелкой, в которой в качестве окислителя используют воздух, причем вставляют фурму в печь, обеспечивают течение дополнительного окислителя, содержащего по меньшей мере 50% газообразного кислорода через фурму и общее количество подаваемого кислорода, частично по средствам воздуха, частично по средствам дополнительного окислителя, подают в заданном соотношении относительно количества топлива, подаваемого через воздушную горелку, отличающегося, во-первых, сочетанием таких факторов, что по меньшей мере 40% от подаваемого кислорода вводят посредством дополнительного окислителя, что фурму размещают на расстоянии от воздушной горелки, которое является достаточным для того, чтобы снизить количество образующихся оксидов азота (NOx) в продуктах сгорания воздушной горелки до уровня, по меньшей мере на 30% меньшего по сравнению с тем количеством оксидов азота (NOx), каковое образовалось бы в том случае, если бы фурма была размещена в самой воздушной горелке, и что обеспечивают течение дополнительного окислителя в печь через фурму с по меньшей мере скоростью звука, и, во-вторых, что дополнительный окислитель подают только тогда, когда воздушная горелка работает с мощностью, равной определенной наименьшей мощности или превышающей ее.
Изобретение теперь будет описано подробно, со ссылкой на примерные варианты исполнения способа струйного дутья согласно изобретению, и с привлечением сопроводительных чертежей, где:
Фигура 1 представляет вид сбоку промышленной печи с горелками, в которых в качестве окислителя используют воздух, где каждая горелка в печи была оснащена фурмой для дополнительного окислителя в соответствии со способом согласно настоящему изобретению;
Фигура 2 представляет диаграмму, показывающую характеристики потоков воздуха, дополнительного окислителя и топлива для горелки, действующей в соответствии с настоящим изобретением.
На Фигуре 1 промышленная печь 1 показана в виде сбоку. Печь 1 нагревают с использованием серии из четырех обычных воздушных горелок 2а, 2b, 2с, 2d. В качестве топлива в горелках 2а, 2b, 2с, 2d используют нефть. Однако топливо может представлять собой любое пригодное топливо, например, такое как природный газ и другие твердые, жидкие или газообразные углеводороды. Фактически изобретение может быть использовано в сочетании с любым твердым, жидким или газообразным промышленным топливом.
Печь 1 представляет собой традиционную промышленную печь и может быть использована для нагревания заготовок для дальнейшей обработки, чтобы изменить свойства заготовок, расплавить металлический материал, расплавить стекло или для других целей. Настоящее изобретение находит в особенности преимущественное применение в печах для непрерывного нагревания в зонах обработки металлического материала. В этом случае одна, несколько или все зоны могут действовать преимущественно с использованием способа согласно настоящему изобретению.
Во время эксплуатации печи 1 с обычными воздушными горелками 2а, 2b, 2с, 2d без привлечения способа струйного дутья согласно настоящему изобретению, во время сгорания топлива будут образовываться большие количества оксидных соединений азота (NOx) в качестве остаточных продуктов. Более того, будет затруднительно поддерживать достаточно однородную температуру в печи 1 для всех желательных вариантов применения.
Согласно настоящему изобретению, для каждой горелки 2а, 2b, 2с, 2d рядом с обсуждаемой горелкой смонтирована соответствующая фурма 3а, 3b, 3с, 3d, проходящая сквозь стенку печи 1 и внутрь печи 1.
Чтобы реализовать преимущества настоящего изобретения, необходимо всего лишь оснастить отдельную воздушную горелку фурмой, хотя предпочтительно установить по одной соответствующей фурме при каждой из нескольких воздушных горелок. Также возможно, например, оборудовать соответствующей фурмой только некоторые из горелок в определенной зоне.
Каждую соответствующую фурму 3а, 3b, 3с, 3d вставляют через соответствующее отверстие (не показано), проходящее сквозь стенку печи 1, и поверхность ее конца, обращенного в печь 1, приводят в положение, по существу совпадающее с внутренней поверхностью стенки печи 1. Наряду с воздухом, подаваемым через горелки 2а, 2b, 2с, 2d, через фурму 3а, 3b, 3с, 3d в печь 1 подводят дополнительный окислитель. Дополнительный окислитель включает по меньшей мере 50 процентов по весу кислорода, предпочтительно по меньшей мере 60 процентов по весу кислорода, и более предпочтительно по меньшей мере 85 процентов по весу кислорода. Окислитель подают в фурму 3а, 3b, 3с, 3d под избыточным давлением, обеспечивающим выход потока из фурмы 3а, 3b, 3с, 3d со скоростью звука или быстрее.
Таким образом, согласно изобретению дополнительный окислитель подают с высокой скоростью. Поэтому является предпочтительным, чтобы в фурмах 3а, 3b, 3с, 3d использовались сопла Лаваля, так что дополнительный окислитель подают по меньшей мере через одно такое сопло Лаваля.
Согласно весьма предпочтительному варианту осуществления, дополнительный окислитель подают при избыточном давлении по меньшей мере около 6 бар (0,6 МПа), более предпочтительно по меньшей мере около 9 бар (0,9 МПа), и со скоростью между величинами, составляющими 1,5 числа Маха и 1,8 числа Маха, наиболее предпочтительно между величинами 1,7 числа Маха и 1,8 числа Маха.
Поскольку поток дополнительного окислителя подают в печь 1 через фурмы 3а, 3b, 3с, 3d в дополнение к окислителю, уже подводимому в печь 1 через горелки 2а, 2b, 2с, 2d, необходимо, чтобы уровень подачи воздуха в горелки 2а, 2b, 2с, 2d был отрегулирован в сторону снижения для поддерживания определенной желательной массовой пропорции между подаваемым топливом и общим количеством подводимого окислителя. Таким образом, подачу окислителя в горелки 2а, 2b, 2с, 2d корректируют в сторону сокращения так, чтобы поддерживать желательную массовую пропорцию в зависимости от количества окислителя, подаваемого через фурмы 3а, 3b, 3с, 3d. Чтобы реализовать преимущества настоящего изобретения в той степени, насколько это касается горелок 2а, 2b, 2с, 2d, имеющих соответствующую фурму 3а, 3b, 3с, 3d, по меньшей мере 40% общего количества подаваемого кислорода должны подводиться через фурмы 3а, 3b, 3с, 3d. Предпочтительно, по меньшей мере около 50%, наиболее предпочтительно между 50% и 80% кислорода подают в печь 1 через фурмы 3а, 3b, 3с, 3d, и остальной кислород через воздушные горелки 2а, 2b, 2с, 2d. Эти пропорции действительны во время эксплуатации при полной мощности или близкой к таковой. Более подробное описание смотри в приведенном ниже обсуждении в связи с Фигурой 2.
Когда дополнительный окислитель подают в камеру сгорания таким путем, при весьма высоких скоростях, в печи 1 достигается мощная рециркуляция продуктов горения. Фактически, авторы настоящего изобретения обнаружили, что можно сделать факелы пламени настолько большими, что они заполняют по существу весь объем топки промышленной печи, нагреваемой горелками 2а, 2b, 2с, 2d. Это происходит без выхода факелов пламени из печи 1 в систему выпуска отработавших газов. Вместо этого температура отработанных газов снижается, и тем самым повышается коэффициент полезного действия печи 1.
В свою очередь, это обусловливает определенные преимущества. Во-первых, температура горения снижается благодаря эффекту разбавления до таких уровней, что во время горения резко сокращается образование оксидных соединений азота (NOx), что является желательным.
Во-вторых, авторам настоящего изобретения удалось установить, что струйное дутье окислителя при вышеуказанных высоких скоростях создает такую турбулентность, и тем самым конвекцию, внутри объема печи 1, что очень существенно повышается однородность температуры по сравнению с ситуацией, когда струйное дутье выполняют при более низких скоростях. В свою очередь, это ведет к равномерной работе, также во время применения в очень крупногабаритных промышленных печах.
Далее, авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что эти преимущества расширяются в случае, когда вышеописанные высокие скорости струйного дутья сочетаются с позиционированием каждой фурмы 3а, 3b, 3с, 3d на определенном расстоянии от соответствующей горелки 2а, 2b, 2с, 2d.
Таким образом, согласно изобретению каждую соответствующую фурму 3а, 3b, 3с, 3d размещают на расстоянии от соответственной горелки 2а, 2b, 2с, 2d, которое является достаточным для снижения количества образующихся оксидов азота (NOx) в отработанных газах из горелки 2а, 2b, 2с, 2d по меньшей мере на 30% по сравнению с количеством образующихся оксидов азота (NOx), которые получались бы при такой же скорости струйного дутья, если бы фурма располагалась внутри самой горелки 2а, 2b, 2с, 2d, другими словами, если бы фурма 3а, 3b, 3с, 3d была размещена в пределах поверхности, которая параллельна относительно внутренней части стенки печи 1, и которую занимает горелка 2а, 2b, 2с, 2d.
В зависимости от реального варианта применения, было найдено, что типичное подходящее расстояние 4 между воздушной горелкой 2а, 2b, 2с, 2d и фурмой 3а, 3b, 3с, 3d должно составлять по меньшей мере 0,3 метра, предпочтительно между 0,5 метра и 1,2 метра, предпочтительно между 0,7 метра и 0,9 метра. В других вариантах применения расстояние может составлять между 1,5 и 4 характеристическими диаметрами, более предпочтительно между 2,5 и 4 характеристическими диаметрами, однако по меньшей мере 0,3 метра. Характеристический диаметр представляет собой диаметр окружности, которая охватывает все отверстия, через которые подается первичный окислитель. Обычно первичный окислитель подают через отверстие, через кольцеобразную щель или через несколько отверстий, размещенных вдоль одной или нескольких окружностей, подразумевая, что центры отверстий расположены вдоль одной или нескольких окружностей, размещенных концентрически.
Было найдено, что надлежащее межцентровое расстояние 5 между двумя соседними горелками, другими словами, расстояние между соответствующими центрами двух соседних горелок в вышеупомянутой плоскости, которая параллельна стенке печи 1, составляет по меньшей мере около 2 характеристических диаметров, или по меньшей мере 2 метра.
В дополнение к тому преимуществу, что резко снижается количество образующихся оксидов азота (NOx), при вышеописанных высоких скоростях струйного дутья возникает преимущество в том, что для получения достаточно симметричных факелов пламени нет необходимости в нескольких фурмах для каждой горелки 2а, 2b, 2с, 2d. Это обусловливается сильной турбулентностью, возникающей во время работы согласно настоящему изобретению.
Предпочтительно, чтобы каждая соответствующая фурма 3а, 3b, 3с, 3d располагалась под таким углом относительно соответственной горелки 2а, 2b, 2с, 2d, что поток дополнительного окислителя не пересекается с факелом пламени соответствующей горелки 2а, 2b, 2с, 2d. Согласно одному варианту осуществления, копьевидный поток дополнительного окислителя направляют параллельно факелу пламени. Согласно еще одному варианту осуществления, дополнительный окислитель направляют несколько в сторону от факела пламени. Этим обеспечивается более равномерное перемешивание топочных газов перед тем, как дополнительный окислитель прореагирует с топливом, что еще больше повышает однородность температуры в объеме печи 1.
В Фигуре 1 также схематическим образом показано контрольное устройство 6, которое регулирует подачу топлива через топливопровод 8 и воздуха через воздухопровод 9 к воздушной горелке 2d. Более того, контрольное устройство 6 управляет подачей такого дополнительного окислителя через трубопровод 7 для дополнительного окислителя к фурме 3d, связанной с горелкой 2d. Таким образом, контрольное устройство 6 предназначено для управления подачей как топлива, воздуха, так и дополнительного окислителя к горелке 2d. Согласно предпочтительному варианту осуществления, предусмотрено отдельно действующее контрольное устройство, установленное для управления работой каждой горелки 2а, 2b, 2с, 2d, которая оснащена фурмой, так, что работа каждой такой горелки 2а, 2b, 2с, 2d может контролироваться по отдельности. Однако в Фигуре 1 из соображений ясности показано только одно такое контрольное устройство 6. Очевидно, что отдельные контрольные устройства также могут быть смонтированы в форме единого контрольного устройства или небольшого числа таковых, которые по сути традиционным путем управляют разнообразными горелками и соответствующими таковым фурмами индивидуально.
Когда настоящее изобретение используют в печи 1, то согласно предпочтительному варианту осуществления дополнительный окислитель подают только тогда, когда горелка 2а, 2b, 2с, 2d работает по меньшей мере при определенной наименьшей мощности, то есть с мощностью, которая составляет значение между определенной наименьшей мощностью и полной мощностью горелки 2а, 2b, 2с, 2d.
Это можно отчетливо увидеть на Фигуре 2, которая показывает в зависимости от времени работу воздушной горелки, использующей нефть в качестве топлива, когда используют способ дополнительного струйного дутья окислителя согласно настоящему изобретению в самый момент включения обсуждаемой горелки. Так, в диаграмме показаны величины расхода потоков нефти (сплошная линия, литров/час, по Y-оси с правой стороны), воздуха (пунктирная линия, Нм3/час, по Y-оси с левой стороны), и подводимого дополнительного окислителя (точечно-пунктирная линия, Нм3/час, по Y-оси с левой стороны) для горелки в зависимости от времени, прошедшего с момента начала операции (Х-ось). Во время регулирования горелки на работу с более высокими мощностями от состояния готовности получаются зависимости, представляющие расход потоков нефти, воздуха и дополнительного окислителя, которые подобны таковым, показанным в Фигуре 2.
При низких уровнях мощности поток нефти в горелку непрерывно увеличивается по мере повышения мощности горелки. Вначале горелка работает, используя в качестве окислителя только воздух. Когда мощность горелки возрастает выше определенного уровня, при котором расход потока воздуха в холостом режиме работы горелки становится уже недостаточным для снабжения горелки (в Фигуре 2 это происходит в момент около 10:14:45), поток воздуха начинает заметно увеличиваться. Чтобы после этого еще более повысить мощность горелки, начинается подача дополнительного окислителя (в момент около 10:16:45) через фурму, расположенную в отдалении от горелки. Как упомянуто выше, подачу дополнительного окислителя начинают, когда горелка работает с определенной наименьшей мощностью.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, эта наименьшая мощность составляет 20% или выше от максимальной мощности воздушной горелки. Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления, наименьшая мощность составляет 25% или выше от максимальной мощности горелки.
После этого расход потока дополнительно подаваемого окислителя повышают в зависимости от возрастания расхода потока топлива, вплоть до желательной эксплуатационной мощности. С другой стороны, расход потока воздуха опять корректируют обратно до уровня расхода потока в режиме холостого хода. Во время всего этого процесса соотношение между общим количеством кислорода в воздухе и в подаваемом дополнительном окислителе, с одной стороны, и количеством топлива, с другой стороны, регулируют до предварительно заданного значения. Это предварительно заданное значение может быть постоянным или представлять собой функцию пропорции дополнительного окислителя относительно количества воздуха.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, стехиометрическое соотношение между подаваемым топливом и общим количеством подводимого окислителя является таким, чтобы обеспечивать почти стехиометрическую смесь. Выражение «почти стехиометрическая смесь» ориентировано на значения «ламбда» между примерно 0,95 и 1,2. Является предпочтительным, чтобы эта почти стехиометрическая смесь достигалась либо для отдельной горелки в определенной зоне горения, либо для всей печи в целом.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления, более высокое соотношение (предпочтительно значение «ламбда» около 1,15) употребляют, когда применяют только воздух, то есть, при более низких мощностях горения, и меньшее соотношение (предпочтительно значение «ламбда» около 1,05) используют при применении большей доли дополнительного окислителя, то есть при более высоких мощностях горения. В общем же предпочтительно, чтобы избыток обобщенного количества окислителя относительно количества топлива регулировался так, чтобы значение «ламбда» было более низким при повышенном содержании дополнительного окислителя.
Здесь выражение «ламбда» используют в таком значении, что если, например, «ламбда»=1,15, то это значит, что избыточное количество кислорода составляет 15% сверх стехиометрического количества кислорода, необходимого для полного окисления имеющегося в наличии топлива.
Когда окислитель подают в таких пропорциях, достигается дополнительное повышение коэффициента полезного действия процесса тем, что подаваемый таким образом окислитель улучшает сгорание в нагретой печи и обеспечивает дальнейшее снижение выбросов оксидов азота (NOx), так как снижается количество азота, подводимого в зону сгорания посредством воздуха для горения. Более того, дальнейшее снижение потребления воздуха, обусловленное таким принципом регулирования, обеспечивает возможность достижения еще более улучшенной утилизации тепла в случае, когда воздух для горения предварительно подогревают, что является предпочтительным.
Таким образом, взаимоотношение в плане подводимого кислорода между подачей воздуха к горелке и струйным дутьем окислителя будет в большой степени варьировать в широком диапазоне значений эксплуатационной мощности горелки. Более конкретно, весь подводимый кислород будет обеспечиваться подаваемым к горелке воздухом при мощностях ниже определенной наименьшей мощности, и по меньшей мере 40% подводимого кислорода будут подаваться посредством дополнительного окислителя во время эксплуатации при полной или близкой к таковой мощности.
В дополнение к вышеописанным преимуществам, способ, в котором употребляют струйное дутье переменного количества дополнительного окислителя согласно вышесказанному, тем самым делает возможной эффективную работу существующей воздушной горелки в очень широком диапазоне значений мощности, если в сочетании с горелкой монтируют фурму согласно настоящему изобретению.
Согласно предпочтительному аспекту настоящего изобретения, во время сборки нового оборудования одну или несколько воздушных горелок монтируют в комбинации с одной или несколькими фурмами вышеописанного типа. Таким образом, согласно этому аспекту устанавливают воздушные горелки, имеющие лишь настолько высокую производительность, чтобы соответствовать несколько более высокому уровню, нежели потребление воздуха в режиме холостого хода, согласно вышесказанному. Затем недостающий окислитель подают с помощью такого струйного дутья дополнительного окислителя, как это было описано выше. Этим достигается существенная экономия расходов на оборудование для вентиляции, предварительного нагревания, контроля и подачи воздуха.
Выше были описаны предпочтительные варианты осуществления. Однако специалисту в данной области техники очевидно, что могут быть сделаны многообразные модификации описанных вариантов осуществления без выхода за пределы смысла изобретения. Таким образом, изобретение не должно быть ограничено описанными вариантами осуществления, но скорее может видоизменяться в пределах области прилагаемых пунктов формулы изобретения.
Например, вышеописанное соотношение между общим количеством подводимого окислителя и топливом не обязательно должно быть эффективным для всех отдельно размещенных пар фурм для дополнительного окислителя и воздушных горелок. Вместо этого, соотношение может быть достигнуто совместной подачей воздуха и струйного дутья дополнительного окислителя в группе из одной или более фурм, в сочетании с одной или несколькими воздушными горелками в балансе с общим количеством подаваемого топлива в группе.
Claims (17)
1. Способ гомогенизации распределения тепла, а также снижения количества NOx в продуктах сгорания, при работе промышленной печи (1) с по меньшей мере одной горелкой (2a, 2b, 2c, 2d) с использованием воздуха в качестве окислителя, причем вставляют фурму (3a, 3b, 3c, 3d) в печь (1), обеспечивают течение дополнительного окислителя, содержащего по меньшей мере 50% газообразного кислорода через фурму (3a, 3b, 3c, 3d) в печь (1), и общее количество подаваемого кислорода, частично по средствам воздуха, частично посредством дополнительного окислителя, подают в заданном соотношении относительно количества топлива, подаваемого через воздушную горелку (2а, 2b, 2c, 2d), отличающийся, во-первых, сочетанием того,
- что по меньшей мере 40% от подаваемого кислорода вводят посредством дополнительного окислителя,
- что фурму (3a, 3b, 3c, 3d) размещают на расстоянии от воздушной горелки (2а, 2b, 2c, 2d) по меньшей мере 0,3 метра,
- что обеспечивают поток дополнительного окислителя в печь (1) через фурму (3a, 3b, 3c, 3d) с по меньшей мере скоростью звука,
и, во-вторых, что дополнительный окислитель подают только тогда, когда воздушная горелка (2а, 2b, 2c, 2d) работает с мощностью, равной определенной наименьшей мощности или превышающей ее.
- что по меньшей мере 40% от подаваемого кислорода вводят посредством дополнительного окислителя,
- что фурму (3a, 3b, 3c, 3d) размещают на расстоянии от воздушной горелки (2а, 2b, 2c, 2d) по меньшей мере 0,3 метра,
- что обеспечивают поток дополнительного окислителя в печь (1) через фурму (3a, 3b, 3c, 3d) с по меньшей мере скоростью звука,
и, во-вторых, что дополнительный окислитель подают только тогда, когда воздушная горелка (2а, 2b, 2c, 2d) работает с мощностью, равной определенной наименьшей мощности или превышающей ее.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заданное соотношение между общим количеством подводимого окислителя и подаваемого топлива выбирают таким, чтобы в процессе горения имело место стехиометрически избыточное количество окислителя, и что избыточное количество окислителя относительно количества топлива регулируют так, чтобы значение «ламбда» было меньшим, когда доля дополнительно подводимого окислителя является более высокой.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для каждой горелки (2а, 2b, 2c, 2d) в промышленной печи (1) используют только одну фурму (3a, 3b, 3c, 3d).
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что расстояние (4) между горелкой (2а, 2b, 2c, 2d) и фурмой (3a, 3b, 3c, 3d) выбирают составляющим между 0,5 метра и 1,2 метра.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что расстояние (4) между горелкой (2а, 2b, 2c, 2d) и фурмой (3a, 3b, 3c, 3d) выбирают составляющим между 0,7 метра и 0,9 метра.
6. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что расстояние (4) между горелкой (2а, 2b, 2c, 2d) и фурмой (3a, 3b, 3c, 3d) выбирают составляющим между 1,5 и 4 величинами диаметра окружности, которая охватывает все отверстия для подачи воздуха, однако по меньшей мере 0,3 метра.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что расстояние (4) между горелкой (2а, 2b, 2c, 2d) и фурмой (3a, 3b, 3c, 3d) выбирают составляющим между 2,5 и 4 характеристическими диаметрами.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что фурму (3a, 3b, 3c, 3d) размещают в таком направлении, чтобы поток дополнительного окислителя не пересекался с факелом пламени горелки (2а, 2b, 2c, 2d).
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере 50% подводимого кислорода подают посредством дополнительного окислителя.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что посредством дополнительного окислителя подают между 50% и 80% подводимого кислорода.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что окислитель, подаваемый струйным дутьем, представляет собой окислитель, имеющий по меньшей мере 85 процентов по весу кислорода.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительный окислитель подводят через сопло Лаваля в фурме (3a, 3b, 3c, 3d).
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительный окислитель подают со скоростью, составляющей по меньшей мере 1,5 величины скорости звука.
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что дополнительный окислитель подают со скоростью, составляющей между 1,5 величины скорости звука и 1,8 величины скорости звука.
15. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждую из нескольких горелок (2а, 2b, 2c, 2d) оснащают одной соответствующей фурмой (3a, 3b, 3c, 3d), и что межцентровое расстояние (5) между двумя соседними горелками, другими словами, расстояние между соответствующими центрами двух таких горелок в плоскости, которая параллельна стенке печи, выбирают составляющим по меньшей мере около 2 метров.
16. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждую из нескольких горелок (2а, 2b, 2c, 2d) оснащают одной соответствующей фурмой (3a, 3b, 3c, 3d).
17. Способ по п.1, отличающийся тем, что определенная наименьшая мощность, другими словами наименьшая мощность воздушной горелки (2а, 2b, 2c, 2d), при которой или выше которой производят подачу дополнительного окислителя, составляет 20% или выше от полной мощности.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0950178A SE533967C2 (sv) | 2009-03-20 | 2009-03-20 | Förfarande för att homogenisera värmefördelningen samt minska mängden NOx vid förbränning |
| SE0950178-4 | 2009-03-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010110535A RU2010110535A (ru) | 2011-09-27 |
| RU2525422C2 true RU2525422C2 (ru) | 2014-08-10 |
Family
ID=42272046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010110535/05A RU2525422C2 (ru) | 2009-03-20 | 2010-03-19 | Способ гомогенизации распределения тепла, а также снижения количества оксидов азота (nox) |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8075303B2 (ru) |
| EP (1) | EP2230453B1 (ru) |
| KR (1) | KR101640256B1 (ru) |
| CN (1) | CN101839641B (ru) |
| AU (1) | AU2010200558B2 (ru) |
| BR (1) | BRPI1000848B1 (ru) |
| CA (1) | CA2693732C (ru) |
| ES (1) | ES2684818T3 (ru) |
| HU (1) | HUE039148T2 (ru) |
| PL (1) | PL2230453T3 (ru) |
| RU (1) | RU2525422C2 (ru) |
| SE (1) | SE533967C2 (ru) |
| UA (1) | UA102824C2 (ru) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130180289A1 (en) * | 2011-04-07 | 2013-07-18 | Rainer Mieth | Method and device for melting meltable stock |
| US9909755B2 (en) * | 2013-03-15 | 2018-03-06 | Fives North American Combustion, Inc. | Low NOx combustion method and apparatus |
| EP2891859A1 (en) * | 2013-12-12 | 2015-07-08 | Linde Aktiengesellschaft | Method for heating a metal material in an industrial furnace |
| EP3412999B1 (en) * | 2017-06-06 | 2019-11-20 | Linde Aktiengesellschaft | Method and device for heating a furnace |
| IT202000013285A1 (it) * | 2020-06-04 | 2021-12-04 | Danieli Off Mecc | Procedimento e apparato per il riscaldo di prodotti siderurgici |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4541796A (en) * | 1980-04-10 | 1985-09-17 | Union Carbide Corporation | Oxygen aspirator burner for firing a furnace |
| US5601425A (en) * | 1994-06-13 | 1997-02-11 | Praxair Technology, Inc. | Staged combustion for reducing nitrogen oxides |
| US20010039813A1 (en) * | 1999-08-16 | 2001-11-15 | Simpson Neil George | Method of heating a glass melting furnace using a roof mounted, staged combustion oxygen-fuel burner |
| US20070287109A1 (en) * | 2006-06-09 | 2007-12-13 | Aga Ab | Lancing of oxygen |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4964568A (en) * | 1989-01-17 | 1990-10-23 | The Perkin-Elmer Corporation | Shrouded thermal spray gun and method |
| US5242296A (en) * | 1992-12-08 | 1993-09-07 | Praxair Technology, Inc. | Hybrid oxidant combustion method |
| FR2782780B1 (fr) * | 1998-09-02 | 2000-10-06 | Air Liquide | Procede de combustion pour bruler un combustible |
| US6422041B1 (en) * | 1999-08-16 | 2002-07-23 | The Boc Group, Inc. | Method of boosting a glass melting furnace using a roof mounted oxygen-fuel burner |
| US6659762B2 (en) * | 2001-09-17 | 2003-12-09 | L'air Liquide - Societe Anonyme A' Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Oxygen-fuel burner with adjustable flame characteristics |
| JP2007239082A (ja) * | 2006-03-13 | 2007-09-20 | Jfe Steel Kk | 溶融金属の酸化精錬方法及び精錬用上吹きランス |
| US20070231761A1 (en) | 2006-04-03 | 2007-10-04 | Lee Rosen | Integration of oxy-fuel and air-fuel combustion |
-
2009
- 2009-03-20 SE SE0950178A patent/SE533967C2/sv unknown
-
2010
- 2010-02-12 HU HUE10153441A patent/HUE039148T2/hu unknown
- 2010-02-12 ES ES10153441.0T patent/ES2684818T3/es active Active
- 2010-02-12 PL PL10153441T patent/PL2230453T3/pl unknown
- 2010-02-12 EP EP10153441.0A patent/EP2230453B1/en active Active
- 2010-02-15 AU AU2010200558A patent/AU2010200558B2/en not_active Ceased
- 2010-02-19 CA CA2693732A patent/CA2693732C/en active Active
- 2010-03-12 BR BRPI1000848-9A patent/BRPI1000848B1/pt active IP Right Grant
- 2010-03-19 KR KR1020100024782A patent/KR101640256B1/ko active IP Right Grant
- 2010-03-19 UA UAA201003223A patent/UA102824C2/ru unknown
- 2010-03-19 RU RU2010110535/05A patent/RU2525422C2/ru active
- 2010-03-19 CN CN201010138237.8A patent/CN101839641B/zh active Active
- 2010-03-22 US US12/728,502 patent/US8075303B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4541796A (en) * | 1980-04-10 | 1985-09-17 | Union Carbide Corporation | Oxygen aspirator burner for firing a furnace |
| US5601425A (en) * | 1994-06-13 | 1997-02-11 | Praxair Technology, Inc. | Staged combustion for reducing nitrogen oxides |
| US20010039813A1 (en) * | 1999-08-16 | 2001-11-15 | Simpson Neil George | Method of heating a glass melting furnace using a roof mounted, staged combustion oxygen-fuel burner |
| RU2288193C2 (ru) * | 2001-03-02 | 2006-11-27 | Дзе Бок Груп, Инк. | Способ плавления стеклообразующего материала в стеклоплавильной печи и кислородотопливная горелка |
| US20070287109A1 (en) * | 2006-06-09 | 2007-12-13 | Aga Ab | Lancing of oxygen |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| HUE039148T2 (hu) | 2018-12-28 |
| UA102824C2 (ru) | 2013-08-27 |
| EP2230453B1 (en) | 2018-05-30 |
| PL2230453T3 (pl) | 2018-12-31 |
| CN101839641B (zh) | 2014-04-16 |
| RU2010110535A (ru) | 2011-09-27 |
| KR101640256B1 (ko) | 2016-07-15 |
| US8075303B2 (en) | 2011-12-13 |
| EP2230453A3 (en) | 2015-03-04 |
| SE533967C2 (sv) | 2011-03-15 |
| BRPI1000848B1 (pt) | 2022-01-25 |
| ES2684818T3 (es) | 2018-10-04 |
| CA2693732C (en) | 2017-05-30 |
| US20100239989A1 (en) | 2010-09-23 |
| EP2230453A2 (en) | 2010-09-22 |
| AU2010200558B2 (en) | 2013-10-03 |
| SE0950178A1 (sv) | 2010-09-21 |
| CN101839641A (zh) | 2010-09-22 |
| BRPI1000848A2 (pt) | 2011-03-22 |
| CA2693732A1 (en) | 2010-09-20 |
| KR20100105504A (ko) | 2010-09-29 |
| AU2010200558A1 (en) | 2010-10-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2426030C2 (ru) | УЗЕЛ ГОРЕЛОК С УЛЬТРАНИЗКОЙ ЭМИССИЕЙ NOx | |
| AU726896B2 (en) | Combustion process and apparatus therefore containing separate injection of fuel and oxidant streams | |
| RU2474760C2 (ru) | Способ генерирования горения посредством горелки в сборе и горелка в сборе | |
| JP2018136115A5 (ru) | ||
| US20070231761A1 (en) | Integration of oxy-fuel and air-fuel combustion | |
| US7549858B2 (en) | Combustion with variable oxidant low NOx burner | |
| RU2525422C2 (ru) | Способ гомогенизации распределения тепла, а также снижения количества оксидов азота (nox) | |
| US20120216730A1 (en) | Method of Combusting Particulate Solid Fuel with a Burner | |
| JP2023504084A (ja) | 燃料燃焼のための燃焼器及びその燃焼方法 | |
| EP1203188B1 (en) | Improved industrial burner for fuel | |
| KR20090111775A (ko) | 고상 연료 연소 방법 및 고상 연료 연소용 장치 | |
| US20080006225A1 (en) | Controlling jet momentum in process streams | |
| CN108700287B (zh) | 用于喷射微粒状固体燃料和氧化剂的方法及其喷射器 | |
| Cao et al. | Ultra-low NO x burner assembly |