SE1450256A1 - EN LÅG-NOx-BRÄNSLEINJICERING FÖR EN HÄRDUGN - Google Patents

Abstract

Ett förfarande levererar bränslegas till en ugnförbränningskammare från en förblandningsbrännare innefattande en reaktionszon med ett utlopp till ugnförbränningskammaren. Detta innefattar stegen att injicera en förblandning av primär bränslegas och förbränningsluft in till reaktionszonen, och att förbränna förblandningen för att tillhandahålla förbränningsprodukter innefattande syrefattig förbränningsluft in till reaktionszonen. Vidare steg innefattar att injicera stegad bränslegas (engelska: staged fuel gas) in till reaktionszonen åtskilt från förblandningen, släppa ut den stegade bränslegasen och syrefattig förbränningsluft från reaktionszonen genom utloppet till ugnförbränningskammaren, och att förbränna den stegade bränslegasen och syrefattig förbränningsluft i ugnförbränningskammaren. Detta möjliggör att åstadkomma låg-NO-förbränning i ugnförbränningskammaren som ett resultat av att interagera den stegade bränslegasen med den syrefattiga förbränningsluften i reaktionszonen.

Description

och sedan ut från ugnen 20. Processtationerna innefattar torkning, uppvärmning, och nedkylningsstationer. ljust detta exempel innefattar torkningsstationerna en uppåtflödestorkningsstation 30 och en nedåtflödestorkningsstation 32. Uppvärmningsstationerna innefattar förvärmningsstationer 34 och eldningsstationer 36. Första och andra nedkylningsstationer 38 och 40 är belägna mellan eldningsstationer 36 och ugnutgången 42. Brännare 44 är anordnade vid förvärmnings- och eldningsstationer 34 och 36.

Ett blåsstationsystem 50 driver luft för att cirkuleras genom ugnen 20 längs flödesvägar indikerade av pilarna som visas i Fig. 1. Allt eftersom pelleterat material 26 fortskrider frän eldningsstationerna 36 mot utgången 42, kyls det av den inkommande luften vid den första och den andra kylningsstationen 38 och 40. Detta orsakar den inkommande luften att värmas upp innan den når brännarna 44. Den förvärmda luften vid den andra nedkylningsstationen 40 är riktad genom ett kanalsystem 52 till uppåtflödestorkningsstationen 30 för att påbörja torkning av materialet 26 som kommer in i ugnen 20. Den förvärmda luften vid den första nedkylningsstationen 38, vilken är varmare, är riktad till eldnings- och förvärmningsstationer 36 och 34 genom en samlingskanal 54 och nerfallsrören 56 som stiger ner från samlingskanal 52. Lite av den förvärmda luften, tillsammans med förbränningsprodukter från eldningsstationerna 36, cirkuleras genom nedåtflödestorkningsstationen 32 innan den passerar genom en gasreningsstation 58 och vidare till en skorsten 60.

Precis som visas i till exempel Fig. 2, definierar vart och ett av nerfallsrören 54 en vertikal passage 61 för att rikta ett nedåtflöde 63 från samlingskanal 52 till en närliggande värmestation 36. Var och en av brännare 44 är anordnade att skjuta ut en låga 65 in till nerfallsröret 54. Mer specifikt, var och en av brännare 44 är monterad på en nerfallsrörvägg 66 i en position för att skjuta ut lågan 65 i en riktning som sträcker sig tvärs över den vertikala passagen 61 mot värmestationen 36 för att tillhandahålla värme för reaktionen som härdar det pelleterade materialet 26.

Brännare 44 i Fig. 2 är en självdragningsbrännare, vilken injicerar bränsle och primärluft med omgivande temperatur. Lite av den förvärmda 10 15 20 25 30 luften från nedåtflöde 63 är indragen av bränslet och primärluften genom en injektor 68. Bränslet, primärluften, och indragen luft bildar en bränslerik diffusionsaktig låga vilken propagerar in till nedåtflödet 63, där det höga överflödet av luft i nedåtflödet 63 resulterar i en samlad kvot som är väldigt bränslefattig, och därmed med hög syrehalt. Denna propagering av en bränslerik diffusionsaktig låga in till ett kraftigt uppvärmt överflöd av förbränningsluft producerar höga halter av interaktions-NOX när det oblandade eller undermåligt blandade bränslet interagerar med nedåtflödesluft som har en hög temperatur i en bränslefattig atmosfär med ett stort överflöd av syre.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett förfarande och en anordning åstadkommer låg-NOX-förbränning av bränslegas i en ugnförbränningskammare. I den föredragna utföringsformen är ugnförbränningskammaren ett nerfallsrör i en härdugn.

Förfarandet levererar bränslegas till ugnförbränningskammaren från en förblandningsbrännare som har en reaktionszon med ett utlopp till ugnförbränningskammaren. Detta innefattar stegen att injicera en förblandning av primär bränslegas och förbränningsgas in till reaktionszonen, företrädesvis att injicera radiell bränslegas in till reaktionszonen i en riktning radiellt utåtriktat från en axel, och att förbränna de reaktanterna för att tillhandahålla förbränningsprodukter innefattande syrefattig förbränningsluft i reaktionszonen. Vidare steg innefattar att åtskilt injicera stegad bränslegas (engelska: staged fuel gas) in till den syrefattiga förbränningsluften i reaktionszonen, släppa ut den stegade bränslegasen och syrefattiga förbränningsluften från reaktionszonen genom utloppet till ugnförbränningskammaren, och förbränna den stegade bränslegasen och syrefattiga förbränningsluften i ugnförbränningskammaren. Detta möjliggör att åstadkomma låg-NOX-förbränning i ugnförbränningskammaren som ett resultat av att interagera den stegade bränslegasen med den syrefattiga förbränningsluften i reaktionszonen.

Anordningen innefattar en brännarstruktur som definierar en reaktionszon med ett utlopp till ugnförbränningskammaren. Ett blandningsrör 10 15 20 25 30 har ett inlopp anslutet till källor av primär bränslegas och förbränningsluft, och har ett utlopp till reaktionszonen. Anordningen innefattar företrädesvis vidare en radiell flambrännare ansluten till källor av radiell bränslegas och förbränningsluft, och är anordnad att avfyra in till reaktionszonen. En stegvis bränsleinsprutare är ansluten till en källa av stegad bränslegas, och är anordnad att injicera den stegade bränslegasen in till reaktionszonen åtskilt från andra injicerade reaktanter. Den stegade bränslegasen kan således interagera med syrefattig förbränningsgas i reaktionszonen att frambringa låg- NOX-förbränning i ugnförbränningskammaren.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig. 1 är en schematisk vy av en pelleteringsanläggning innefattande en härdugn känd från tidigare känd teknik.

Fig. 2 är en förstorad partiell vy av delar av härdugnen i Fig. 1.

Fig. 3 och 4 är schematiska vyer liknade de i Fig. 2, men visar utföringsformer av en härdugn som inte är kända från tidigare känd teknik.

Fig. 5 till 8 är liknande Fig. 3 och 4, och visar alternativa utföringsformer av en härdugn.

Fig. 9 till 14 visare andra alternativa utföringsformer av en härdugn med element av föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING Så som delvis visas i Fig. 3 är en härdugn 100 försedd med brännare 102, av vilka en visas i ritningen. Ugnen 100 har också en reaktanttillförsel och styrsystem 104 för att operera brännarna 102. Ugnen 100 är således anordnad enligt uppfinningen visad och gjord anspråk på i samtidigt löpande U.S-patentansökan 12/555,515, inlämnad 09/02/2009, vilken är gemensamt ägd av sökanden av föreliggande patentansökan. Ugnen 100 kan på annat sätt vara samma som ugnen 20 beskriven ovan, med nerfallsrör 110 som definierar vertikala passager 111 för att rikta nedåtflöde 113 från en samlingskanal till närliggande värmestationer 114. Som angivits i den samtidigt löpande patentansökan är var och en av brännarna 102 monterad på en motsvarande nerfallrörsvägg 116 i en position för att skjuta ut en 10 15 20 25 30 förblandningslåga 119 in till nedåtflödet 113 i riktning mot värmestationen 114. Detta tillhandahåller värme för en reaktion som härdar det pelleterade materialet 124 på ett rörligt galler vid värmestationen 114.

I den visade utföringsformen, skjuts lågan 119 tvärs över nerfallsröret 110 mot en horisontell nedre ändsektion 125 av den vertikala passagen 111 som avslutas närliggande värmestationen 114. Även om det illustrerade nerfallsröret 110 har en övervägande vertikal passage 111 så kan vilka andra lämpliga eller kombinationer av olika orienterade passager för att framföra ett förvärmd återcirkulationsluftdrag till en härdvärmestation användas.

Brännarna 102 ärföreträdesvis anordnade som förblandningsbrännare med strukturen visad i ritningarna. Denna brännarstruktur har ett bakre parti 140 som definierar en oxidantkammare 141 och en bränslekammare 143.

Oxidantkammaren 141 mottager en ström av ouppvärmd atmosfärsluft från ett blässystem 144. Bränslekammaren 143 mottager en ström av bränsle från anläggningstillgången av naturgas 146.

Blandningsrör 148 är belägna inom oxidantkammaren141.

Blandningsrören 148 är företrädesvis anordnade i en cirkulär uppställning centrerad på en longitudinell axel 149. Vart och ett av blandningsrören 148 har en öppen inre ände som mottager en ström av förbränningsluft direkt från inom oxidantkammaren 141. Vart och ett av blandningsrören 148 mottager också strömmar av bränsle från bränsleledningar 150 som sträcker sig från bränslekammaren 143 in till blandningsröret 148. Dessa strömmar av bränsle och förbränningsluft flödar genom blandningsrören 148 för att bilda en förbränningsbar blandning känd som en förblandning.

Ett yttre parti 160 av brännaren 102 definierar en reaktionszon 161 med en utloppsöppning 163. Förblandningen antänds i reaktionszonen 161 när den kommer ur de öppna yttre ändarna av blandningsrören 148.

Antändning är initialt åstadkommen med hjälp av en antändare innan reaktionszonen 161 når självantändningstemperaturen för förblandningen.

Förbränning fortskrider när förblandningen injiceras från utloppsöppningen 163 intill nerfallsröret 110 för att blandas med nedåtflödet 113. Bränslet i förblandningen är bränns sedan i en förbränningsbar blandning med både förblandningsluft och nedåtflödesluft. Genom att blanda bränslet med 10 15 20 25 30 förbränningsluft för att bilda förblandning, undviker brännaren 102 produktion av interaktions-NOx som skulle inträffa om bränslet var oblandat eller bara delvis blandat med förbränningsluft innan blandning in till nedätflödesluften.

Som vidare visas i Fig. 3, innefattar reaktanttillgängen och styrsystemet 104 en kanal 180 genom vilken blässystemet 144 mottager ouppvärmd luft frän omgivande atmosfär. En annan kanal 182 sträcker sig från blässystemet 144 till oxidantkammaren 141 vid brännaren 102. En bränsleledning 184 kommunicerar bränslekällan 146 med bränslekammaren143 vid brännaren 102. Andra delar av systemet 104 innefattar en styrenhet 186, oxidantstyrventiler 188, och bränslestyrventiler 190.

Styrenheten 186 har hårdvara och/eller mjukvara som är anordnade att operera brännaren 102, och kan innefatta någon lämplig programmerbar logisk styrenhet eller annan styrbar anordning, eller kombination av styrbara anordningar, som är programmerbara eller pä annat sätt anordnade att fungera som beskrivet och angett. När styrenheten 186 utför de instruktioner, opererar den ventiler 188 och 190 för att initiera, reglera, och avsluta flöde av reaktantströmmar som orsakar brännaren 102 att avfyra en förblandningsläga 119 in till nerfallsröret 110. Styrenheten 186 är företrädesvis anordnad att operera ventilerna 188 och 190 sä att bränslet och förbränningsluften levereras till brännaren 102 i mängder som bildar en förblandning som har en läg bränsle-tilI-oxidantkvot. Den bränslefattiga sammansättningen av förblandning hjälper till att förhindra produktionen av interaktions-NOXi nedätflödet 113. Även om förblandningen producerar mindre interaktion med NOX vid förbränning av bränsle-luftblandningen i högtemperaturnedätflödet 113, sä har detta en effektivitetspäföljd eftersom det kräver mer bränsle för att värma den kalla atmosfärsluften iförblandningen. Denna effektivitetspäföljd kan reduceras eller undvikas med hjälp av en utföringsform av föreliggande uppfinning som innefattar förvärmd luft i förblandningen. Till exempel, i utföringsformen som visas i Fig. 4, innefattar reaktanttillgängen och styrsystemet 104 en kanal 200 för att förse brännaren 102 med förvärmd nedätflödesluft från nerfallsröret 110. Som i visas utföringsformen i Fig. 3, sä 10 15 20 25 30 är styrenheten 186 i utföringsformen i Fig. 4 företrädesvis anordnad att operera valven 188 och 190 så att bränslegasen, den ouppvärmda luften, och den förvärmda luften levereras till brännaren 102 i mängder som bildar förblandning med en låg bränsle-tilI-oxidantkvot.

Utföringsformen i Fig. 5 reducerar också effektivitetspåföljden orsakad av förblandningen i utföringsformen i Fig. 3. I denna utföringsform, innefattar reaktionstillgången och styrsystemet 104 en bränsleförgreningsledning 206 med en styrventil 208. Som schematiskt visas, avslutas bränsleförgreningsledningen 206 vid en bränsleinsprutningsöppning 210 som är separerad axiellt nedströms från brännaren 102. Reaktionstillgången och styrsystemet 104 är således anordnade att förse primär bränslegas och förbränningsluft till förblandningsbrännaren 102, och att åtskilt injicera andra stegets bränslegas in till nerfallsröret 110 utan förbränningsluft. Styrenheten 186 är företrädesvis anordnad att operera ventilerna 188, 190, 208 så att primärt bränsle och förbränningsluft levereras till brännaren 102 i mängder som bildar förblandning med en låg bränsle-tilI-oxidantkvot, medans samtidigt förse förgreningsledningen 206 med andra stegets bränsle i en mängd som är stökiometrisk med förblandningen tillhandahållen till brännaren 102. Eftersom förblandningen i denna utföringsform innefattar mindre än den totala måltakten av bränsle, kan den innefatta en motsvarande mindre mängd ouppvärmd luft för att etablera en låg bränsle-till-oxidantkvot. Den mindre mängden ouppvärmd luft i förblandningen orsakar en lägre effektivitetspåföljd.

Ett ytterligare NOX-undertryckande särdrag hos uppfinningen visas i Fig. 5 där nerfallsröret 110 visas med ett urtaget väggparti 220. Detta parti 220 av nerfallsröret 110 definierar en förbränningszon 221 som är urtaget från den vertikala passagen 111. Brännaren 102 är monterad på nerfallsrörets 110 urtagna väggparti 220 för att injicera förblandning direkt in till den vertikala passagen 111.

I utföringsformen som visas i Fig. 5, sträcker sig förblandningslågan 119 fullt genom förbränningszonen 221 och in till den vertikala passagen 111.

Styrenheten 186 skulle kunna förse brännaren 102 med bränsle och förbränningsluft vid lägre flödeshastigheter för att orsaka förblandningslågan 119 att kastas bara delvis genom förbränningszonen 221 och därmed 10 15 20 25 30 producera mindre interaktions-NOX i den vertikala passagen 111. Så som visas i Fig. 6, kan en djupare förbränningszon 225 ha samma effekt utan att reducera reaktantflödeshastigheterna_ Ytterligare undertryckande av interaktions-NOX kan åstadkommas med olika stegvisa bränsleinsprutningsöppningar längs med en urtagen förbränningszon. Som visas i till exempel Fig. 7, kan dessa innefatta en öppning 230 för att injicera stegat bränsle direkt in till den urtagna förbränningszonen 225, en öppning 232 för att injicera stegat bränsle direkt in till den vertikala passagen 111 uppströms från den urtagna förbränningszonen 225, och en öppning 234 för att injicera stegat bränsle in till den vertikala passagen 111 vid en plats nedströms från den urtagna förbränningszonen 225.

Utföringsformen i Fig. 8 har ett annat alternativt arrangemang av stegvisa bränsleinsprutaröppningar 236. Dessa öppningar 236 är alla anordnade på nerfallsrörväggen 116 i positioner radiellt åtskilda från brännaröppningen 163, och är företrädesvis anordnade i en cirkulär uppställning centrerad på en brännaraxel 149. Reaktanttillgången och styrsystemet 104 innefattar en stegvis bränslestyrventil 238 för att avleda bränsle till en förgrening 240 som fördelar det avledda bränsletjämt till vardera öppningen 236. Öppningarna 236 injicerar tillsammans det bränslet in till nerfallsröret 110 i en cirkulär uppsättning av andra stegvisa strömmar. Öppningarna 236 kan vara anordnade att injicera den andra stegvisa bränsleströmmen i riktningar som är parallella med och/eller med en vinkel mot axeln 149.

Temperaturen på den förvärmda luften i nedåtflödet 113 är typiskt förväntad att vara i området 1500 till 2000 grader F, vilket är över självantändningstemperaturen för bränslegasen. För naturgas är självantändningstemperaturen typiskt i området 1000 till 1200 grader F.

Därför, i utföringsformerna i Fig. 4-7, vilka använder förvärmd nedåtflödesluft tillsammans med omgivande luft för att bilda förblandning med bränslegasen, blandas nedåtflödesluften med den omgivande luften innan den blandas med bränslegasen. Detta kyler nedåtflödesluften till en temperatur under 10 15 20 25 30 självantändningstemperaturen för att motverka att bränslet antänder inne i blandningsrören 146 innan förblandningen kommer in i nerfallsröret 110.

Pelleteringsprocessen kräver typiskt temperaturer närmare 2400 till 2500 grader F. Dessa processtemperaturer vid värmestationerna 114 skulle kunna tillhandahållas med hjälp av förbränning med topplågetemperatur 2500 till 2800 grader F i närliggande nerfallsrör 110. Dessa topplågetemperaturer skulle kunna behållas med hjälp av förbränning av naturgas och förvärmd luft vid 1500-200 grader F och 200%-600% överskottsluft. Förvärmd luft med den temperaturen och mängd är tillgänglig vid nedåtflödet 113. Men, eftersom nedåtflödeslufttemperaturen vid 1500-2000 grader F är högre än självantändningstemperaturen, så kan inte nedåtflödesluften bilda en oantänd förblandning i brännarna 102 om den inte först är blandad med kallare luft som noterad ovan med avseende på Fig. 4-7.

I utföringsformen som visas i Fig. 9, innefattar ugnen 100 en alternativ förblandningsbrännare 300. Denna brännare 300 har många delar som är samma eller väsentligen samma som motsvarande delar av brännaren 102 beskriven ovan, och sådana delar är indikerade med samma hänvisningsbeteckningar i ritningarna. Brännaren 300 har således ett bakre parti 140 som definierar en oxidantkammare 141 och en bränslekammare 143. Oxidantkammaren 141 mottagerförbränningsluft från oxidantkanalen 182. Bränslekammaren 143 mottager bränslegas från bränsleledningen 184.

Likt brännaren 102 har brännaren 300 blandningsrör 148 som företrädesvis är anordnade i en cirkulär uppställning centrerad på en longitudinell axel 149. Blandningsrören 148 mottager strömmar av förbränningsluft från oxidantkammaren 141 och strömmar av bränsle från bränsleledningar 150 som nårfrån bränslekammaren 143. Ett yttre parti 160 av brännaren 300 definierar en reaktionszon 161 med en utloppsöppning 163 till nerfallsrörspassagen 111. Förblandningen injiceras från blandningsrörens 148 öppna yttre ändar in till reaktionszonen 161.

Brännaren 300 i Fig. 9 innefattar också en sekundär bränsleledning 310 med en utloppsöppning 311 centrerad på axeln 149. Utloppsöppningen 311 är företrädesvis tillhandahållen som ett högtrycksmunstycke, som kan ha vilken som helst lämplig konfiguration känd från tidigare känd teknik. 10 15 20 25 30 10 Styrenheten 186 är anordnad att operera en bränsletillgångsventil 314 för den sekundära bränsleledningen 310 beskriven ovan.

Brännaren 300 innefattar vidare en radiell flambrännare 320 som är koncentriskt belägen mellan den sekundära utloppsöppningen 311 och den omgivande uppställningen blandningsrör 148. Den radiella flambrännaren 320 kan fungera som ett förbränningsankarstruktur som beskrivs i U.S. patent 6,672,862, vilken inkluderas häri som referens.

Den radiella flambrännaren 320 har en radiell bränsleledning 322 som koncentriskt når över den sekundära bränsleledningen 310. En ventil 324 förser den radiella bränsleledningen 322 med bränslegas under verkan av styrenheten 186. Som visas i förstoringen i Fig. 9A, så har det yttre ändpartiet av den radiella bränsleledningen 322 bränsleöppningar 325 som är riktade radiellt utåt. En radiell förbränningsluftpassage 327 når koncentriskt över den radiella bränsleledningen 322. En spinnplatta 328 är belägen vid den yttre änden av passagen 327, och en omgivande eldfast yta 330 är avsmalnad utåt från öppningen 327.

Vid operation av utföringsformen i Fig. 9 injiceras en förblandning av primärt bränsle och primärförbränningsluft frän blandningsrören 148 intill reaktionszonen 161. Radiellt bränsle injiceras från öppningarna 325 in till reaktionszonen 161 i radiellt utåtriktade riktningar. Radiell förbränningsluft injiceras från passagen 327 in till reaktionszonen 161 genom spinnplattan 328, vilken framkallar en virve| som bär det radiella bränslet och förbränningsluften radiell utåt tvärs över den avsmalnande eldfasta ytan 330 mot de injicerade strömmarna förblandning. Förbränning av dessa reaktanterna i reaktionszonen 161 tillhandahåller då förbränningsprodukter innefattande syrefattig förbränningsluft.

Sekundärt bränsle injiceras från den sekundära bränsleutloppsöppningen 311 i en stråle som axiellt når tvärs över reaktionszonen 161. Det sekundära bränslet blandas med den syrefattiga förbränningsluften i reaktionszonen 161. Förbränning fortsätter allteftersom reaktionszonens 161 innehåll rör sig mot och genom utloppsöppningen 163 till fallsrörspassagen 111. Eftersom det sekundära bränslet blandas med syrefattig förbränningsluft i reaktionszonen 161 innan interaktion med 10 15 20 25 30 11 nedåtflödet 113, så produceras mindre NOX vid vidare förbränning av sekundärt bränsle i nedåtflödet 113 än det hade gjort om det sekundära bränslet hade injicerats direkt in till nedåtflödet 113 som beskrivs ovan med hänvisning till utföringsformerna i Fig. 1-8.

Den radiella flambrännaren 320 kommer typiskt stå för 1% till 3% av det totala bränslet tillfört brännaren 300 förutom när brännaren 300 avfyrar i ett högt mätintervall (typiskt 25% eller mindre av maximal avfyringstakt), i vilket fall proportionen av det totala bränslet tillfört av den radiella flambrännaren 320 kan vara högre. På det bästa funktionssättet kan proportionen av det totala bränslet tillfört i förblandningen, eller primära, vara bränslet i bränslefattig kvot med förbränningsluft, och kommer resultera i en beräknad förblandingsadiabatiskflamtemperatur i intervallet från 2600° till 3200° F. Återstoden av bränsle, vilken typiskt kommer vara tillräcklig, när adderad till det primära och radiella bränslet som sekundärt bränsle, för att tillhandahålla en stökiometrisk kvot mellan det totala bränslet och luften tillhandahållen till brännaren 10.

Styrenheten 186 kan vidare vara anordnad att operera brännaren 300 i Fig. 9 i ett läge i vilket en del av det sekundära bränslet är tillfört vid den radiella flambrännaren 320 istället för den sekundära bränsleledningen 310.

Reaktionszonen 161 hade då blivit försedd med en total mängd bränsle i fyra delar innefattande en del primärt bränsle vid blandningsrören 148, en del bränsle tillräcklig för att utföra förankringsfunktionen vid den radiella flambrännaren 320, en del sekundärt bränsle som är också injicerat radiellt från den radiella flambrännaren 320, och den återstående återstoden av den totala mängden som en del sekundärt bränsle som injiceras axiellt från öppningen 311.

I utföringsformen i Fig. 10 är härdugnen 100 utrustad med en förblandningsbrännare 400 som skiljer sig från förblandningsbrännaren 300 i Fig. 9 genom att ha en reaktionszon 401 som är avsmalnad radiellt utåt, medans reaktionszonen 161 är avsmalnad radiellt inåt.

I utföringsformen i Fig. 11 är härdugnen 100 utrustad med en förblandningsbrännare 600 som skiljer sig från förblandningsbrännaren 300 i Fig. 9 genom att ha multipla sekundära bränsleinsprutare 602, vilka var och 10 15 20 25 30 12 en är koncentriskt belägen inom ett respektive blandningsrör 148. Vartdera blandningsröret 148 är tillfört primärt bränsle av förblandningsledningarna 150 som når från förblandningsbränslekammaren 143. I den illustrerade utföringsformen, tillförs de sekundära bränsleinsprutarna 602 med bränsle från en separat bränslekammare 604. En sekundär bränsleventil 606 opereras av styrenheten 186 för att förse den separata kammaren 604 med sekundärt bränsle åtskilt från det primära bränslet tillfört till förblandningsbränslekammaren 143.

Förblandningsbrännaren 700 i Figur 12 skiljer sig från förblandningsbrännaren 600 i Figur 11 genom att ha en reaktionszon 705 som är avsmalnad radiellt utåt, medans reaktionszonen 161 i brännare 600 är avsmalnad radiellt inåt.

Brännaranordningen 800 i Figur 13 innefattar en konvergerande/divergerande två-stegsreaktionszon 821 och en eller flera sekundära bränsleinsprutare 830. En del av bränslet och all brännarförbränningsluft (förutom en väldigt liten del av förbrännarluften tillförd den radiella brännaren) ärförblandade i blandningsrören 148. Delen bränsle tillhandahållen som förblandning (även kallat primärt bränsle) kommer vara i en bränslefattig kvot med brännarförbränningsluft, och kommer mestadels förbränna i en primärförbränningszon i reaktionszonens 821 konvergerande sektor 831. Produkterna från förbränningen av den fattiga förblandningen kommer komma ut från den konvergerande sektorn 831, och komma in i den andra, divergerande steget 833 av reaktionszonen 830. Den divergerande sektionen 833 av reaktionszonen 821 kan vara anordnad att minimera inträdet av ugnens atmosfär med hög syrehalt från nerfallsrörspassagen 111 genom innefattande av en divergent avsmalning med 20 till 30 graders vinkel.

Sekundärt bränsle kan introduceras genom de sekundära bränsleinsprutarna 830 nära utgången av reaktionszonens 821 divergerande sektion 833. Denna konfiguration kommer hjälpa till att minimera NOX genom introducering av det sekundära bränslet in till de syrelåghaltiga förbränningsprodukterna från förblandningsbränslet medan det hjälper till att undvika höga eldfasta temperaturer som kan orsakas av förbränning av nära stökiometriska 10 13 kvantiteter av totalt bränsle med förvärmd förbränningsluft om det sekundära bränslet hade introducerats i reaktionszonens 821 konvergerande zon 831.

Denna skriftliga beskrivning anger det bästa funktionsläget för att utföra uppfinningen, och beskriver uppfinningen för att möjliggöra för fackmannen att tillverka och använda uppfinningen, genom att presentera exempel på element reciterade i patentkraven. Det patenterbara omfånget av uppfinningen definieras av patentkraven, och kan innefatta andra exempel än de som uppträder förfackmannen. Sådana andra exempel, vilka kan vara tillgängliga antingen innan eller efter inlämningsdagen, är avsedda att vara inom patentkravens skyddsomfång om de har element som inte skiljer sig från det bokstavliga språket i patentkraven, eller om de har ekvivalenta element med obetydliga skillnader från det bokstavliga språket i patentkraven.

Claims (36)

10 15 20 25 30 14 PATENTKRAV

1. Ett förfarande för att åstadkomma låg-NOx-förbränning av bränslegas i uppvärmd pelleteringsprocessluft, innefattande att: framföra pelleterat material genom en härdugn som har en värmestation och en passage som leder uppvärmd processluft till värmestationen; driva uppvärmd processluft genom passagen i riktning mot värmestationen; och styra en förblandningsbrännare som har en reaktionszon med ett utlopp till passagen, innefattande stegen att: injicera en förblandning av primär bränslegas och förbränningsluft in till reaktionszonen; förbränna förblandningen för att tillhandahålla förbränningsprodukter innefattande syrefattig förbränningsluft i reaktionszonen; injicera stegad bränslegas (engelska: staged fuel gas) in till reaktionszonen ätskilt från förblandningen; släppa ut stegad bränslegas och syrefattig förbränningsluft från reaktionszonen genom utloppet till passagen; och förbränna den stegade bränslegasen och syrefattig förbränningsluft i den uppvärmda processluften i passagen, varvid låg-NOx-förbränning i den uppvärmda processluften kan åstadkommas som ett resultat av att interagera den stegade bränslegasen med den syrefattiga förbränningsluften i reaktionszonen.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid förblandningen injiceras in till reaktionszonen i ett bränslefattigt tillstånd, varvid överflödig förbränningsluft i förblandningen är tillgänglig för syrereducering i reaktionszonen.

3. Förfarande enligt krav 1, varvid reaktionszonen har en central axel, och stegad bränslegas injiceras in till reaktionszonen som en stråle centrerad kring axeln. 10 15 20 25 30 15

4. Förfarande enligt krav 1, varvid den stegade bränslegasen injiceras in till reaktionszonen från ett högtrycksmunstycke.

5. Förfarande enligt krav 1, varvid förblandningen injiceras in till reaktionszonen från ett blandningsrör, och den stegade bränslegasen injiceras in till reaktionszonen från en stegvis bränsleinsprutare belägen i blandningsröret.

6. Förfarande enligt krav 1, varvid den stegade bränslegasen injiceras in till reaktionszonen i en riktning radiellt in mot axeln.

7. Ett förfarande för att åstadkomma låg-NOx-förbränning av bränslegas i en ugnförbränningskammare, innefattande att: leverera bränslegas till ugnförbränningskammaren från en förblandningsbrännare som har en reaktionszon med ett utlopp till ugnförbränningskammaren, innefattande stegen att: injicera en förblandning av primär bränslegas och förbränningsluft in till reaktionszonen; injicera radiell bränslegas in till reaktionszonen i en riktning radiellt ut från en axel; förbränna förblandningen och den radiella bränslegasen för att tillhandahålla förbränningsprodukter innefattande syrefattig förbränningsluft i reaktionszonen; injicera stegad bränslegas in till reaktionszonen åtskilt från förblandningen och den radiella bränslegasen; släppa ut stegad bränslegas och syrefattig förbränningsluft från reaktionszonen genom utloppet till ugnförbränningskammare; och förbränna den stegade bränslegasen och syrefattig förbränningsluft i ugnförbränningskammaren, varvid låg-NOx-förbränning i ugnförbränningskammaren kan åstadkommas som ett resultat av att interagera den stegade bränslegasen med den syrefattiga förbränningsluften i reaktionszonen. 10 15 20 25 30 16

8. Förfarande enligt krav 7, varvid förblandningen injiceras in till reaktionszonen i ett bränslefattigt tillstånd, varvid överflödig förbränningsluft i förblandningen är tillgänglig för att syrereduceras i reaktionszonen.

9. Förfarande enligt krav 7, varvid den stegade bränslegasen injiceras in till reaktionszonen som en stråle centrerad kring axeln.

10. Förfarande enligt krav 7, varvid den stegade bränslegasen injiceras in till reaktionszonen från ett högtrycksmunstycke.

11. Förfarande enligt krav 7, varvid förblandningen injiceras in till reaktionszonen från ett blandningsrör, och den stegade bränslegasen injiceras in till reaktionszonen från en stegvis bränsleinsprutare belägen i blandningsröret.

12. Förfarande enligt krav 7, varvid den stegade bränslegasen injiceras in till reaktionszonen i en riktning radiellt in mot axeln.

13. uppvärmd pelleteringsprocessluft, innefattande att: Ett förfarande för att åstadkomma låg-NOx-förbränning i framföra pelleterat material genom en härdugn som har en värmestation och en passage som leder uppvärmd processluft till värmestationen; driva uppvärmd processluft genom passagen i riktning mot värmestationen; och styra en förblandningsbrännare som har en reaktionszon med ett utlopp till passagen, innefattande stegen att: injicera en förblandning av primär bränslegas och förbränningsluft in till reaktionszonen; injicera radiell bränslegas in till reaktionszonen i en riktning radiellt ut från en axel; 10 15 20 25 30 17 förbränna förblandningen och den radiella bränslegasen i reaktionszonen för att tillhandahålla förbränningsprodukter innefattande syrefattig förbränningsluft i reaktionszonen; injicera stegad bränslegas in till reaktionszonen åtskilt från förblandningen och den radiella bränslegasen; släppa ut den stegade bränslegasen och syrefattig förbränningsluft från reaktionszonen genom utloppet till passagen; och förbränna den stegade bränslegasen och syrefattig förbränningsluft i den uppvärmda processluften i passagen, varvid låg-NOx-förbränning i den uppvärmda processluften kan åstadkommas som ett resultat av att interagera den stegade bränslegasen med den syrefattiga förbränningsluften i reaktionszonen.

14. reaktionszonen i ett bränslefattigt tillstånd, varvid överflödig förbränningsluft i Förfarande enligt krav 12, varvid förblandningen injiceras in till förblandningen är tillgänglig för att syrereduceras och för att interageras med den sekundära bränslegasen i reaktionszonen.

15. Förfarande enligt krav 12, varvid den stegade bränslegasen injiceras in till reaktionszonen som en stråle centrerad kring axeln.

16. Förfarande enligt krav 12, varvid den stegade bränslegasen injiceras in till reaktionszonen från ett högtrycksmunstycke.

17. reaktionszonen från ett blandningsrör, och den stegade bränslegasen Förfarande enligt krav 12, varvid förblandningen injiceras in till injiceras in till reaktionszonen från en stegvis bränsleinsprutare belägen i blandningsröret.

18. Förfarande enligt krav 12, varvid den stegade bränslegasen injiceras in till reaktionszonen i en riktning radiellt in mot axeln. 10 15 20 25 30 18

19. uppvärmd pelleteringsprocessluft, innefattande: En anordning för att åstadkomma läg-NOX-förbränning i en härdugnstruktur som definierar en värmestation, ett transportband som framför pelleterat material till värmestationen, och en passage som leder uppvärmd pelleteringsprocessluft till värmestationen; källor av primär bränslegas, förbränningsluft, och stegad bränslegas; och en förblandningsbrännare innefattande: en struktur som definierar en reaktionszon med ett utlopp till passagen; ett blandningsrör som har ett inlopp som tar emot primär bränslegas och förbränningsluft från respektive källor, och som har ett utlopp som släpper ut en förblandning av den primära bränslegasen och förbränningsluft in till reaktionszonen; och en stegvis bränsleinsprutare som mottager stegad bränslegas från respektive källa, och som injicerar den stegade bränslegasen in till reaktionszonen åtskilt frän förblandningen, varvid den stegade bränslegasen kan interagera med syrefattig förbränningsluft i reaktionszonen för att frambringa låg-NOx-förbränning i uppvärmd processluft i passagen.

20. Anordning enligt krav 19, varvid reaktionszonen har en central axel, och den stegvisa bränsleinsprutaren är centrerad på axeln.

21. Anordning enligt krav 19, varvid den stegvisa bränsleinsprutaren innefattar ett högtrycksmunstycke.

22. Anordning enligt krav 19, varvid bränsleinsprutaren är belägen i blandningsröret.

23. Anordning enligt krav 19, varvid reaktionszonen innefattar en inre ändvägg och en periferivägg, och den stegvisa bränsleinsprutaren är belägen vid en periferivägg hos reaktionszonen. 10 15 20 25 30 19

24. Anordning enligt krav 19, varvid reaktionszonen innefattar en konvergerande sektion in till vilken blandningsröret och radiell flambrännare släpper ut reaktanter, och innefattar en divergerande zon som innefattar utloppet till passagen, och den stegvisa bränsleinsprutare injicerar den stegade bränslegasen in till reaktionszonens divergerande sektion.

25. En anordning för att åstadkomma låg-NOx-förbränning av bränslegas i en ugnförbränningskammare, innefattande: källor av primär bränslegas, förbränningsluft, radiell bränslegas, och stegad bränslegas; en brännarstruktur som definierar en reaktionszon med ett utlopp till ugnförbränningskammaren; ett blandningsrör som har ett inlopp som tar emot primär bränslegas och förbränningsluft från respektive källor, och har ett utlopp som släpper ut en förblandning av den primära bränslegasen och förbränningsluft in till reaktionszonen; en radiell flambrännare som mottager radiell bränslegas och förbränningsluft från respektive källor, och som avfyrar in till reaktionszonen; och en stegvis bränsleinsprutare som mottager stegad bränslegas från respektive källa, och som injicerar den stegade bränslegasen in till reaktionszonen ätskilt från förblandningen och det radiella bränslet, varvid den stegade bränslegasen kan interagera med syrefattig förbränningsluft i reaktionszonen för att frambringa läg-NOx-förbränning i ugnförbränningskammaren.

26. Anordning enligt krav 25, varvid den stegvisa bränsleinsprutaren är centrerad pä en central axel av den radiella flambrännaren.

27. Anordning enligt krav 25, varvid den stegvisa bränsleinsprutaren innefattar ett högtrycksmunstycke. 10 15 20 25 30 20

28. Anordning enligt krav 25, varvid den stegvisa bränsleinsprutaren är belägen i blandningsröret.

29. Anordning enligt krav 25, varvid reaktionszonen innefattar en inre ändvägg och en periferivägg, och den stegvisa bränsleinsprutaren är belägen vid en periferivägg hos reaktionszonen.

30. Anordning enligt krav 25, varvid reaktionszonen innefattar en konvergerande sektion in till vilken blandningsröret och radiell flambrännare släpper ut reaktanter, och innefattar en divergerande zon som innefattar utloppet till ugnförbränningskammaren, och den stegvisa bränsleinsprutaren injicerar den stegade bränslegasen in till reaktionszonens divergerande sektion.

31. En anordning för att åstadkomma läg-NOx-förbränning i uppvärmd pelleteringsprocessluft, innefattande: en härdugnstruktur som definierar en värmestation, ett transportband som framför pelleterat material till värmestationen, och en passage för att leda uppvärmd pelleteringsprocessluft till värmestationen; källor av primär bränslegas, förbränningsluft, radiell bränslegas, och stegad bränslegas; och en förblandningsbrännare innefattande: en struktur som definierar en reaktionszon med ett utlopp till passagen; ett blandningsrör som har ett inlopp som tar emot primär bränslegas och förbränningsluft frän respektive källor, och som har ett utlopp som släpper ut en förblandning av den primära bränslegasen och förbränningsluft in till reaktionszonen; en radiell flambrännare som mottager radiell bränslegas och förbränningsluft frän respektive källor, och som avfyrar in till reaktionszonen; och en stegvis bränsleinsprutare som mottager stegad bränslegas från respektive källa, och som injicerar den stegade bränslegasen in till reaktionszonen ätskilt från förblandningen och den radiella bränslegasen, 10 15 20 25 30 21 varvid den stegade bränslegasen kan interagera med syrefattig förbränningsluft i reaktionszonen för att frambringa läg-NOX-förbränning i ugnförbränningskammaren.

32. Anordning enligt krav 31, varvid den stegvisa bränsleinsprutaren är centrerad pä en central axel hos den radiella flambrännaren.

33. Anordning enligt krav 31, varvid den stegvisa bränsleinsprutaren innefattar ett högtrycksmunstycke.

34. Anordning enligt krav 31, varvid den stegvisa bränsleinsprutaren är belägen i blandningsröret.

35. Anordning enligt krav 31, varvid reaktionszonen innefattar en inre ändvägg och en periferivägg, och den stegvisa bränsleinsprutaren är belägen vid en periferivägg hos reaktionszonen.

36. Anordning enligt krav 31, varvid reaktionszonen innefattar en konvergerande sektion in till vilken blandningsröret och radiella flambrännare släpper ut reaktanter, och innefattar en divergerande zon som innefattar utloppet till passagen, och den stegvisa bränsleinsprutaren injicerar den stegade bränslegasen in till reaktionszonens divergerande sektion.